微波干燥條件對青花椒麻味物質含量的影響及工藝優化

彭林，王建勝，梅曉飛，闞建全,2,3，陳厚榮,2,3*

1(西南大學 食品科學學院，重慶，400715) 2(農業部農產品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室(重慶)，重慶，400715) 3(食品科學與工程國家級實驗教學示范中心(西南大學)，重慶，400715)

花椒是蕓香科花椒屬(ZanthoxylumL.)植物，原產我國，現遍布全球，約有250種[1]。花椒具有滅蟲止癢、溫中止痛及祛風除濕等功效[2]。花椒麻味物質具有麻醉、鎮痛、降血脂、胃腸道保護等作用[3-8]，同時具有抗癌、抗氧化、除皺等生理活性[9-11]。但青花椒的采收具有季節性且其不耐儲藏，而干青花椒對于延長儲藏期具有積極影響[12]。因此，花椒干燥在花椒工業中具有重要作用。目前，花椒干燥主要有自然干燥等干燥方式，自然干燥不需投資、費用低廉、不受場地局限，但易受天氣情況影響[13-16]。花椒干燥的研究方面有熱風干燥、微波干燥、微波真空干燥等，微波干燥具有加熱均勻、速度快、效率高且便于工業化推廣應用等特點，在花椒工業化干燥生產上有應用價值，且在逐步應用中。在花椒微波干燥研究方面，主要集中在數學模型及微波干燥特性，在品質方面主要是外在品質和葉綠素含量的影響[17-24]，花椒麻味物質含量在微波干燥條件下的影響研究尚未見報道，而花椒的麻味物質含量是干花椒的重要品質指標。因此，對青花椒進行微波干燥試驗研究，研究不同微波干燥條件對花椒麻味物質含量的影響，并進行優化實驗，這對于提高干花椒品質具有十分重要的意義，同時為花椒微波干燥技術的工業化應用提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮“九葉青”青花椒(蒸汽滅酶、真空包裝、冷凍保藏)，重慶市江津區；甲醇(分析純)，成都市科峰化學品有限公司；麻味物質標樣，實驗室自制。

1.2 儀器與設備

FA2004分析天平，上海舜宇恒平科學儀器有限公司；HC-CB20002電子天平，慈溪市華徐衡器實業有限公司；RWB-08S實驗用小型微波干燥設備(800W)，南京蘇恩瑞實驗儀器有限公司；Agilent technologies1260高效液相色譜儀，安捷倫科技有限公司；MJ-BL25B2花椒粉碎機，廣東美的生活電器制造有限公司；KQ-600KDE高功率數控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；Centrifuge 5810離心機，進口；DL-1萬用電爐，北京中興偉業儀器有限公司；40目標準樣篩，江彬篩具廠；100目標準樣篩(干燥盤)，江彬篩具廠。

1.3 方法

1.3.1 微波干燥的工藝流程

實驗流程：原材料→解凍→去除霉爛、病蟲害青花椒→稱重→裝盤→微波干燥→指標測定

操作要點：取經蒸汽滅酶、真空包裝、冷凍后的保鮮青花椒，在常溫水中解凍1 h，稱重平鋪于100目標準樣篩(干燥盤)中，將干燥設備設置參數后，置樣品于干燥設備中干燥，按規定的微波連續加熱時間進行干燥操作，達到微波連續加熱時間后拿出稱量，記錄數據并觀察花椒干燥情況，待花椒冷卻后再次放入微波干燥設備進行干燥操作。如此反復，直至達到安全含水率11%，停止干燥，然后測定干燥樣品麻味物質含量。

1.3.2 麻味物質含量的測定[25]

根據DB50/T 321—2009花椒麻味物質檢測方法-高效液相色譜法稍作改動。

花椒麻味物質標準品使用液的制備：準確稱取100 mg花椒麻味物質標準品，用甲醇在1 000 mL容量瓶中定容，定容后的溶液成為儲備液。分別吸取花椒麻味物質標準品貯備液0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL，用甲醇定容至10 mL，分別配制成5、10、15、20、25 μg/mL 濃度的花椒麻味物質標準品使用液。

用粉碎機將干燥后的花椒樣品粉碎，通過40目標準樣篩篩分，將通過40目篩的花椒粉樣品儲存于食品級自封袋，并置于干燥器中備用。

稱取1.000 0 g粉碎過篩的花椒粉樣品于100 mL離心管中，向其中加入50 mL分析純甲醇，混勻后在離心管口覆保鮮膜，50 ℃、300 W條件下超聲提取40 min后進行配平，在轉速4 000 r/min條件下離心10 min后，取上清液于100 mL容量瓶中。剩余沉淀中加入30 mL分析純甲醇進行復提。復提條件：在50 ℃、300 W條件下超聲提取20 min后放入離心機以4 000 r/min的轉速離心10 min。復提后取上清液于該容量瓶中，用分析純甲醇進行定容、搖勻，并用0.45 μm孔徑濾膜過濾。濾液待測。

色譜參考條件：色譜柱，DIKMA Platisil(鉑金) ODS (250 mm×4.6 mm)；流動相，水-甲醇；進樣量，20μL；流速，0.8 mL/min；檢測波長，254 nm。

表1 液相色譜梯度洗脫條件Table 1 Liquid chromatography gradient elution conditions

取待測液注入高效液相色譜儀，在上述條件下測定待測液的響應值，即峰面積。通過峰面積在標準曲線上查得待測液中麻味物質的濃度。標準曲線如圖1所示，可得出標準曲線方程為y=26.392x-13.009，R2=0.999 9。麻味物質標準品色譜圖如圖2所示；樣品麻味物質典型色譜圖如圖3所示。

圖1 麻味物質標準曲線Fig.1 The standard curve of the content of alkylamides

圖2 麻味物質標準品色譜圖Fig.2 The standard chromatogram of the content of alkylamides

圖3 樣品麻味物質典型色譜圖Fig.3 The typical chromatogram for sample of the content of alkylamides

1.3.3 麻味物質含量計算

麻味物質含量按下式計算。

(1)

式中：x，待測液中花椒麻味物質的含量，mg/g；c，在工作曲線上查出或回歸方程求出的花椒麻味物質的含量，mg/mL；m，樣品的質量，g；V，待測液的定容體積，mL。

1.3.4 微波干燥單因素試驗

稱取一定量青花椒進行微波干燥，分別研究不同微波功率(210、280、350、420、490 W)、不同鋪放量(100、150、200、250、300 g)、不同微波時間(微波時間即微波連續加熱時間，取40、50、60、70、80 s)對花椒麻味物質含量的影響。

1.3.5 微波干燥響應面試驗

根據Box-Benhnken的中心組合實驗設計原理，在單因素試驗的基礎上，設計3因素3水平試驗；以微波功率、鋪放量、微波時間為自變量，麻味物質含量為響應值，對青花椒的微波干燥條件進行優化。

1.4 數據統計與分析

利用Origin軟件(Version 8.6)對單因素試驗做折線圖，進行趨勢分析，利用Design-Expert軟件(Version 8.06)對響應面試驗進行線性回歸和方差分析(p<0.05)。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 微波功率對微波干燥花椒麻味物質含量影響

在微波時間50 s、鋪放量150 g的條件下，研究不同微波功率(210、280、350、420、490 W)對麻味物質含量的影響。

由圖4可知，在一定范圍內，花椒微波干燥麻味物質含量隨微波功率的升高先升高再降低，在微波功率為350 W時，麻味物質含量最高，這可能是因為隨著微波功率的升高，干燥總時間縮短，干燥中麻味物質的損耗減少，當微波功率上升到一定程度后，干燥設備內溫度較高，對花椒麻味物質有一定的破壞作用，故而導致最終測得的麻味物質含量較小。

圖4 微波功率對麻味物質含量的影響Fig.4 The effect of microwave power on the content of alkylamides

2.1.2 鋪放量對微波干燥花椒麻味物質含量的影響

在微波時間50 s、微波功率350 W的條件下，研究不同鋪放量(100、150、200、250、300 g)對麻味物質含量的影響。

由圖5可知，在鋪放量較低時，麻味物質含量隨鋪放量增大而增加，而在鋪放量較高時，隨鋪放量的增加，麻味物質含量減少。在200 g的鋪放量時，麻味物質含量較高。這可能是因為鋪放量較低時，隨著鋪放量的增加，雖然干燥時間有所增長，但差別不大；單位物料吸收微波功率減少，溫度降低，對麻味物質的損害較小。隨著鋪放量的增加，干燥時間加長明顯，微波持續作用總時間較長，增加了麻味物質在干燥過程中的損耗。

圖5 鋪放量對麻味物質含量的影響Fig.5 The effect of spreading quantity on the content of alkylamides

2.1.3 微波時間對微波干燥花椒麻味物質含量的影響

在鋪放量150 g、微波功率350 W的條件下，研究不同微波時間(40、50、60、70、80 s)對麻味物質含量的影響。

由圖6可知，在一定范圍內，麻味物質含量隨微波時間的增加先升高再降低。這可能是因為在微波時間較低時，隨著微波時間的增加，干燥總時間減少，減少了麻味物質在干燥過程的損耗。當微波時間上升到一定程度時，干燥溫度峰值升高，對麻味物質造成了破壞，導致麻味物質含量減少。

圖6 微波時間對麻味物質含量的影響Fig.6 The effect of microwave time on the content of alkylamides

2.2 響應面試驗結果與分析

根據單因素試驗結果，綜合考慮各因素對花椒麻味物質含量的影響，選取各因素的水平見表2。利用Design-Expert分析軟件，采用Box-Behnken設計試驗，以微波功率、鋪放量、微波時間為自變量，以麻味物質含量為響應值對微波干燥青花椒的工藝進行優化.試驗結果見表3。

表2 響應面試驗因素水平表Table 2 Response surface test factor level table

表3 響應面試驗方案及結果Table 3 Response surface test plan and results

2.2.1 麻味物質含量的回歸方程及方差分析

軟件分析結果得到二次多項式回歸方程為:

麻味物質含量=24.26+0.60A+0.47B-0.56C+0.66AB-1.83AC-0.57BC-3.58A2-4.36B2-4.65C2。

表4 麻味物質含量回歸方程模型分析Table 4 Analysis of the regression equation model of alkylamides

2.2.2 響應面結果分析

由圖7-A可知，在一定范圍內，當鋪放量一定時，麻味物質含量隨微波功率的增加先增加后減小；當微波功率一定時，麻味物質含量隨鋪放量的增加先升高后減小。曲面較為陡峭，說明微波功率和鋪放量對微波干燥后青花椒的麻味物質含量影響較大。由圖7-B可知，等高線為橢圓形，說明微波功率與鋪放量的交互作用顯著，與表4結果一致。

圖7 微波功率及鋪放量對麻味物質的影響Fig.7 The influence of microwave power and spreading quantity on the content of alkylamides

由圖8-A可知，在一定范圍內，當微波時間一定時，麻味物質含量隨微波功率的升高先升高再降低；當微波功率一定時，麻味物質含量隨微波時間的升高先升高再降低。曲面較為陡峭，說明微波功率和微波時間對微波干燥后青花椒的麻味物質含量影響較大。由圖8-B可知，等高線為橢圓形，說明微波功率與微波時間的交互作用顯著，與表4結果一致。

圖8 微波功率及微波時間對麻味物質含量的影響Fig.8 The influence of microwave power and microwave time on the content of alkylamides

由圖9-A可知，在一定范圍內，當微波時間一定時，麻味物質含量隨鋪放量的升高先升高再降低；當鋪放量一定時，麻味物質含量隨微波時間的升高先升高再降低。曲面較為陡峭，說明鋪放量和微波時間對微波干燥后青花椒的麻味物質含量影響較大。由圖9-B可知，等高線為橢圓形，說明鋪放量與微波時間的交互作用顯著，與表4結果一致。

圖9 鋪放量及微波時間對麻味物質含量的影響Fig.9 The influence of spreading quantity and microwave time on the content of alkylamides

2.3 微波干燥青花椒工藝的指標優化及驗證

用Design-Expert.V8.0.6軟件，通過設定麻味物質含量取最大值，對微波干燥青花椒工藝進行優化，得到在微波功率357.78 W、鋪放量203.38 g、微波時間49.14 s的條件下，有麻味物質含量24.328 7 mg/g。

為進一步驗證回歸方程的準確性和有效性，根據最佳工藝條件設置設備參數，進行驗證實驗(微波功率355 W、鋪放量203.38 g、微波時間49 s)，得到麻味物質含量24.040 9 mg/g，與預測值相近，驗證結果與優化結果的誤差為1.18%，可見回歸模型能很好地預測干制青花椒麻味物質含量，優化結果可靠。

3 結論

采用單因素試驗分析了微波干燥條件對各指標的影響情況，并確定了各指標的適宜范圍。在此基礎上，利用Design-Expert.V 8.0.6軟件對花椒微波干燥的優化工藝進行指標優化；得到指標的優化條件為微波功率357.78 W、鋪放量203.38 g、微波時間49.14 s，在此條件下，麻味物質含量24.328 7 mg/g。