山藥片干燥前的檸檬酸護(hù)色工藝研究

駱 航，孫興力，劉金鳳，黃 輝

(永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 醫(yī)學(xué)院，湖南 永州 425100)

山藥為薯蕷科植物薯蕷 （Dioscorea opposita Thunb.）的干燥根莖，是一種重要的保健食品[1]。山藥除作為農(nóng)產(chǎn)品食用外主要還可作為藥材使用，我國將山藥作為中藥使用已有悠久的歷史。中醫(yī)學(xué)認(rèn)為山藥具有補脾養(yǎng)胃，生津益肺，補腎澀精等功能，目前《中國藥典》對作藥材使用的山藥從規(guī)格和處理方法上都作了描述，要求山藥片為山藥除去外皮后趁鮮切片后再干燥所得的厚片，其切面應(yīng)為白色或黃白色[2]。

山藥在加工和貯藏過程中很容易發(fā)生褐變，引起色澤、風(fēng)味和質(zhì)地的變化，一直以來都是成為影響山藥商業(yè)價值的一項重要因素。據(jù)報道一般山藥在削皮后，如果暴露于空氣中6小時之后，褐變程度會顯著增加。所以必須采取有效措施防止山藥褐變，才能獲得色澤潔白的山藥制品。為保持山藥片的色澤潔白，傳統(tǒng)的熏硫法處理也可以獲得較好的色澤，但熏硫也導(dǎo)致了成品山藥片硫超標(biāo)等系列問題[3]。因此如何進(jìn)行有效的無硫護(hù)色，也成為決定山藥片加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。

現(xiàn)代研究認(rèn)為山藥褐變的主要原因有酶促褐變與非酶促褐變，其中酶促褐變反應(yīng)迅速，是新鮮果蔬類產(chǎn)品變色的主要原因，而酶促褐變的發(fā)生與植物中的PPO（多酚氧化酶）及POD（過氧化物酶）具有重要關(guān)聯(lián)[4,5]，所以目前山藥的防褐方法多通過抑制PPO和POD來實現(xiàn)。如亞硫酸鹽及其類似物就是一種有效的抑制PPO活性的還原劑，但亞硫酸鹽有引起食用者發(fā)生過敏性氣喘的報道，美國等國家禁止其在果蔬的加工中使用，導(dǎo)致使用上也受到限制[6]。為實現(xiàn)無硫護(hù)色，目前國內(nèi)外使用較多的抑制PPO的化學(xué)護(hù)色試劑主要有：抗壞血酸、NaCl、CaCl2、L-半胱氨酸、植酸、EDTA等。除化學(xué)護(hù)色外，尚有物理的熱燙殺青處理、真空包裝等手段對果蔬來進(jìn)行防褐。筆者以無硫護(hù)色為切入點，并從經(jīng)濟成本和效率考慮，以檸檬酸作為試劑對山藥的防褐處理進(jìn)行了實驗研究。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

山藥，購于湖南本地市場。選擇同一批次，個體完整、粗細(xì)均勻、表皮無霉、無機械損傷的新鮮山藥；檸檬酸，市售食品級，湖北鑫潤德化學(xué)試劑廠。

1.2 主要儀器和試劑

BT125D電子分析天平，德國Sartorius公司；101型電熱鼓風(fēng)干燥箱，東莞市豪邦設(shè)備公司；HH—8型數(shù)顯恒溫水浴鍋，上海新諾儀器設(shè)備有限公司；JW—1A型固體樣品粉碎機，江蘇姜堰市分析儀器廠產(chǎn)品；X-rite Color I5色差計，美國愛色麗公司。

1.3 樣品制備方法

1.3.1 樣品制備流程

山藥→切去根頭→清洗→除去外皮→切片→護(hù)色→蒸餾水清洗→瀝干→干燥。

1.3.2 護(hù)色

選擇對人體無害的檸檬酸作為山藥的護(hù)色劑，按試驗需要配成不同濃度溶液，將山藥片按浸入其中至規(guī)定時間，護(hù)色液的使用量與山藥片的質(zhì)量比為3∶1。對比組中復(fù)合劑1采用0.25%檸檬酸+0.1%植酸+0.25%氯化鈣進(jìn)行護(hù)色；復(fù)合劑2采用：1%檸檬酸+1%Vc+1%氯化鈣進(jìn)行護(hù)色。

1.3.3 干燥

護(hù)色后的山藥片瀝干后放入烘箱進(jìn)行干燥試驗，烘箱溫度設(shè)定為50℃的恒溫干燥，干燥終點設(shè)定為山藥片的含水率低于（10±1）%，干燥過程中每30 min迅速取出樣本秤重，記錄好相關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)直至干燥至終點。含水率Mw的測定按以下公式計算：

式中：mt為t時山藥的質(zhì)量（g）；md為干燥恒重后干物質(zhì)的質(zhì)量（g）。

1.3.4 質(zhì)量判定

按文獻(xiàn)[7]的方法略做修改，將干燥后的山藥片成品后充分粉碎，并過65目篩。以色差計測定干燥樣本的L、a、b值。并由L、a、b值計算白色度，作為干燥制品褐變程度的指標(biāo)。白色度（W.I.）計算公式如下：

式中：L為亮度價，100時為全白，0時為全黑；a為紅綠值，大表示趨向紅色，小表示趨向綠色；b為黃藍(lán)值，大表示趨向黃色，小表示趨向藍(lán)色。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理與分析

每個實驗樣品均重復(fù)測定3次，取平均值，采用SPSS軟件進(jìn)行顯著性分析。

1.4 單因素試驗

1.4.1 護(hù)色液濃度對山藥片色澤的影響

稱取100 g切好的山藥片（厚度0.5 cm，下同）共5份，分別放入濃度為0.2%、0.6%、1.0%、1.4%、1.8%的檸檬酸溶液中，浸漬2 min，室溫下考察檸檬酸濃度對山藥片色澤的影響。

1.4.2 浸漬溫度對山藥片色澤的影響

于10、25、40、55、70℃下配好0.5%濃度的檸檬酸液5份，分別稱取100 g山藥片浸漬于其中，在浸漬時間均為2 min的條件下，考察護(hù)色時溫度對山藥片色澤的影響。

1.4.3 浸漬時間對山藥片色澤的影響

分別稱取100 g切好的山藥片，浸漬入0.5%濃度的檸檬酸液，室溫下分別浸漬1、3、5、7、9 min下考察護(hù)色時間對山藥片色澤的影響。

1.5 護(hù)色正交試驗

在單因素實驗基礎(chǔ)上，以干燥后的山藥片白色度度為指標(biāo)，采用L9(34)正交試驗設(shè)計對各護(hù)色條件進(jìn)行優(yōu)化。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1 護(hù)色液濃度對山藥片色澤的影響

如圖1所示，不同濃度的檸檬酸液對干燥后山藥片的防褐變效果有所不同，說明檸檬酸護(hù)色液的濃度是影響干品山藥片的因素之一。從圖1中我們可以看出，當(dāng)檸檬酸溶液濃度達(dá)到0.6%時，干燥后的山藥片白色度最高，繼續(xù)增加檸檬酸濃度對山藥片白色度的影響較小，而且檸檬酸濃度過高有可能使山藥片成品的褐變程度加深，可能是高濃度檸檬酸溶液浸漬時，特別在加熱條件下所造成的化學(xué)反應(yīng)所致，但具體機理尚不十分清楚。另外檸檬酸濃度過高還可能使山藥片酸味偏重而影響口感，故選取0.2%、0.6%、1.0%作為正交試驗的三個濃度梯度。

圖1 檸檬酸濃度對山藥片色澤的影響Fig.1 Effect of citric acid concentration on the color of yam tablets

2.1.2 浸漬溫度對山藥片色澤的影響

如圖2所示，不同浸漬溫度下進(jìn)行檸檬酸護(hù)色，對干燥后山藥片的防褐變效果有所不同，以25～55℃溫階護(hù)色得到的山藥片樣本白色度相對較好。一般來說反應(yīng)時升高溫度可以提高檸檬酸與山藥中相關(guān)成分之間的作用效果和反應(yīng)速率，但70℃后白色度反而較低，可能是溫度過高同時也能加速褐變的化學(xué)反應(yīng)速率，說明浸漬溫度是影響干品山藥片的因素之一。

圖2 浸漬溫度對山藥片色澤的影響Fig.2 Effect of temperature of soaking on the color of yam tablets

2.1.3 護(hù)色時間對山藥片色澤的影響

圖3表明不同浸漬時間下進(jìn)行檸檬酸護(hù)色，對干燥后山藥片的防褐變效果有所不同，1 min與3min組之間的樣品色澤差異較大，護(hù)色3 min后則時間對色澤的影響就不顯著了，從生產(chǎn)效率來看故選取1、3、5 min作為正交試驗的三個時間梯度。

圖3 護(hù)色時間對山藥片色澤的影響Fig.3 Effect of color protection time on the color of yam tablets

2.2 正交試驗結(jié)果與分析

按L9(34)正交試驗以確定山藥片檸檬酸護(hù)色的最佳工藝參數(shù)。因素水平設(shè)置見表1，正交實驗結(jié)果見表2，方差分析見表3。根據(jù)表2正交試驗結(jié)果的極差分析可知，各因素影響干品山藥片的各因素主次因素為:檸檬酸濃度（A）＞護(hù)色時間（C）＞浸漬溫度（B）；其中檸檬酸濃度（A）和護(hù)色時間（C）對山藥片的護(hù)色效果具有顯著性影響，浸漬溫度（B）對護(hù)色效果影響較小。經(jīng)綜合確定山藥片干燥前防褐護(hù)色的最優(yōu)工藝參數(shù)為：A2B2C2，即檸檬酸濃度0.6%，浸漬溫度40℃，護(hù)色時間3 min。

表1 護(hù)色單因素水平表Tab.1 Factors and levels of color-protecting experiment

表2 正交試驗結(jié)果Tab.2 The results of orthogonal experiment

表3 方差分析結(jié)果Tab.3 Analysis of variance results

2.3 驗證試驗

為檢驗正交設(shè)計結(jié)果的可靠性，按照上述最優(yōu)工藝對山藥片進(jìn)行護(hù)色試驗后再進(jìn)行干燥，重復(fù)3次，測得山藥片平均白色度為88.76，高于單因素試驗及正交試驗組中的最大值；同時做對照試驗，對照組不做護(hù)色處理，其余過程按1.3.1下的步驟進(jìn)行，同樣重復(fù)3次，測得未經(jīng)護(hù)色處理的干品山藥片平均白色度為75.63，說明本正交試驗篩選出來的護(hù)色工藝穩(wěn)定可靠，效果明顯。

2.4 不同護(hù)色方法的對比試驗

為了解檸檬酸單試劑對山藥片成品的護(hù)色效果及其質(zhì)量的影響，本實驗將優(yōu)選出的檸檬酸護(hù)色工藝與不同的護(hù)色方法進(jìn)行對比驗證。對比組設(shè)：殺青處理組、復(fù)合劑護(hù)色組1、復(fù)合劑護(hù)色組2。殺青組處理方法為：過80°C熱水殺青2分鐘，冷水冷卻；復(fù)合劑1護(hù)色組和復(fù)合劑2護(hù)色組的方法分別參照文獻(xiàn)[8]和文獻(xiàn)[9]進(jìn)行，并分別測定常溫儲存下第1、3、7、14及第30天的白色度，考慮到山藥片的綜合質(zhì)量，增加了干燥成品的龜裂率、復(fù)水率作為評價指標(biāo)。相關(guān)結(jié)果見表4。

由表4可見，在較短的貯存期內(nèi)檸檬酸組的護(hù)色效果不如復(fù)合劑組1和復(fù)合劑組2，第7天后三者的護(hù)色效果差異逐漸減少，至30天時，檸檬酸組的護(hù)色效果甚至優(yōu)于復(fù)合劑組2，但護(hù)色效果與復(fù)合劑組1和2并沒有顯著性差異。龜裂率是山藥片護(hù)色后經(jīng)干燥后開裂的情況，由表4可見檸檬酸組的龜裂率低于其余4組，與對照組、殺青組及復(fù)合劑1有顯著性差異；質(zhì)量復(fù)水率方面，檸檬酸組的復(fù)水率高于復(fù)合劑組2和復(fù)合劑組1，但與復(fù)合劑組1沒有具有顯著性，說明不同護(hù)色成分浸漬后可能對山藥成分造成破壞，從而導(dǎo)致復(fù)水率降低；干燥時間方面可以看出殺青處理有利于縮短干燥時間，而在化學(xué)護(hù)色處理的3組中，檸檬酸組的干燥時間是最短的，主要是因為單一試劑護(hù)色后不容易引起山藥表面結(jié)殼，有利于水分蒸發(fā)，從生產(chǎn)效率來講縮短干燥時間也是一個優(yōu)勢。另外化學(xué)護(hù)色處理的3組護(hù)色效果及質(zhì)量整體優(yōu)于對照組和殺青處理組。

表4 不同護(hù)色方法處理的山藥片質(zhì)量及貯存期間白色度的變化Tab.4 Quality of yam tablets treated with different color protection methods and changes of whiteness during storage

3 討論

色澤是評價山藥等作為商品或中藥材等級的重要指標(biāo)，傳統(tǒng)以色白、無色斑、無霉污為佳。據(jù)了解山藥產(chǎn)地加工時素有硫熏的習(xí)慣，通過硫熏漂白，可以使藥材外觀更好看，賣相增加[9]。但硫熏也導(dǎo)致了藥材質(zhì)量和品質(zhì)的變化，如SO2殘留超標(biāo)，有效成分破壞、療效降低，口感變化等[10-12]。因此，《中國藥典》原則上不提倡中藥材硫熏處理，并對山藥片的SO2含量作了嚴(yán)格的限量規(guī)定，要求不得超過10 mg/kg。而常用于抑制山藥褐變的化學(xué)試劑除亞硫酸鹽外還有抗壞血酸、檸檬酸等。其中抗壞血酸也具有PPO抑制作用，但它比酚類物質(zhì)更易被氧化褐變，其劑量和濃度都難以把控，故也不是防止山藥褐變的理想試劑[13]；而本研究中的檸檬酸作為一種天然有機酸，在食品的加工中是一種重要的護(hù)色劑，既能調(diào)節(jié)pH，增加抗氧劑的性能，又能通過螯合PPO活性中心的銅離子而抑制其活性，對各類果蔬的防褐應(yīng)用多有報道。

本試驗護(hù)色后的山藥片是在50℃的烘箱內(nèi)進(jìn)行干燥而得到成品，該干燥溫度的選擇是在此溫度下既可使山藥原料中PPO和POD的活性保持較低水平，對干燥過程中的酶促褐變有一定的抑制作用；同時又可避免因干燥溫度過高而發(fā)生非酶褐變反應(yīng)，從而使干品山藥片能保持較好的色澤[14-15]。而將含水率小于10%時設(shè)定為干燥終點，是基于中國藥典中規(guī)定山藥片的水分檢查不得超過12.0%而制定。

通過因素試驗考察得出護(hù)色液濃度、浸漬溫度、護(hù)色時間均能影響干燥后山藥片的色澤，通過正交試驗設(shè)計，以干燥后山藥片的白色度為指標(biāo)，得出山藥片干燥前的最佳檸檬酸護(hù)色工藝為：當(dāng)檸檬酸濃度為0.6%，浸漬溫度40℃下，護(hù)色時間3 min即可使在50℃下干燥的山藥片（含水率10%）平均白色度達(dá)到88.76。此方法比未護(hù)色的干燥山藥片成品在白色度方面有顯著提高，并與趙喜亭等[8]及韓濤等[9]所使用的無硫復(fù)合試劑護(hù)色工藝相比，特別是隨著存放時間的延長，其對護(hù)色效果并沒有明顯差異，而在某些質(zhì)量評價指標(biāo)上甚至還優(yōu)于復(fù)合試劑的護(hù)色。這表明單獨使用檸檬酸進(jìn)行合理護(hù)色，具有操作簡單、快速、安全、成本低廉的特點，可為今后山藥的防褐護(hù)色提供參考和借鑒。