均勻設計法優(yōu)化大別山天麻干制護色技術的研究

李 豪，谷 燕，趙 沁，吳永軍

（1.馬鞍山師范高等?？茖W校理工系，安徽馬鞍山243041；2.西華大學生物工程學院，四川成都610039）

天麻原名赤箭（Gastrodia elata），是蘭科植物天麻的干燥塊莖[1]，為我國名貴的藥食同源中藥材之一，屬多年生寄生植物，寄主為蜜環(huán)菌，以蜜環(huán)菌的菌絲或菌絲分泌物為營養(yǎng)物進行生長發(fā)育[2]。天麻中所含的天麻素及其苷元有較好的鎮(zhèn)靜和安眠作用，可廣泛應用于神經(jīng)衰弱及血管性頭痛、神經(jīng)痛、梅尼埃綜合征、小兒驚風、癲癇、半身不遂，動脈硬化以及流行性腦膜炎和乙型腦炎等傳染性疾病引起的腦神經(jīng)刺激等癥狀。

天麻干制是天麻成品加工中的一道重要程序，傳統(tǒng)的天麻干制是利用太陽光進行自然晾干的方法[3]。該方法極易受到天氣的制約，如果在太陽下曝曬，天麻易發(fā)生褐變、卷曲并且有斷面紋，如果陰干則容易發(fā)生霉變，天麻顏色會變黑而且有大量霉斑。為了應對自然晾干過程中天麻顏色的變化，當?shù)剞r(nóng)民大多采用硫磺來進行熏制，以使其顏色變白變亮[4]。但在硫磺熏制過程中會有大量硫磺殘留在天麻里，導致硫元素超標，影響了天麻的品質，也影響了當?shù)剞r(nóng)民的收入。從中國知網(wǎng)檢索相關文獻資源，至今尚未見天麻干制護色技術的相關報道。本實驗通過均勻設計的方法重點對天麻熱風干燥過程中的護色劑試進行了研究，分析護色劑成分及添加量對干制后感官品質的影響，并全面研究了整個干燥工藝過程，為天麻干制提供技術指導。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels table

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

天麻 購自大別山天麻種植基地；氯化鈉 中鹽東興鹽化股份有限公司；黃原膠 河南加力安生物科技公司；山梨酸鉀 徐州市鑫祥瑞化工有限公司；維生素C 河南盛之德商貿(mào)有限公司；檸檬酸 吳江市偉博化工技術有限公司；EDTA 河北誠信有限責任公司。

FA1004B型電子天平 上海越平科學儀器有限公司；HH4型恒溫水浴鍋 江蘇金壇宏華儀器廠；DHG-9101-3SA型鼓風干燥箱 上海三發(fā)科學儀器有限公司；自制鼓風干燥設備。

1.2 實驗方法

將新鮮天麻用水洗凈，放入90～100℃濃度為8%的氯化鈉溶液中浸泡，攪動30s，撈出后將其瀝水晾干，再將其放到配制好的護色溶液中，在溫度為35℃的水浴中恒溫浸泡30min，最后置于鼓風干燥機或自制的干燥設備（見圖1）內(nèi)35℃下0.4m/s的風速烘干，即可得到成品。

圖1 自制鼓風干燥箱設計簡圖Fig.1 Diagram of hot-air drier structure

該自制干燥設備的熱風從底部被送入S形迷宮式的干燥箱內(nèi)，并在其中進行自下而上流動，在行進過程中對天麻進行加熱，天麻中的水分在熱力和風力雙重作用下蒸發(fā)氣化，使天麻得到干燥。當熱空氣到達干燥箱最上端排氣口時，濕熱的空氣從出風口排出，帶走從物料蒸發(fā)出的水蒸氣[5]。該設備有兩個突出優(yōu)點，一是對物料的加熱是全方位的，熱空氣前進過程中，既有水平流動也有少量上升運動，使天麻上下表面都能均勻受熱，水分蒸發(fā)均勻，既保證了干燥效果又節(jié)能；二是結構簡單，僅需要小型控溫熱風機等簡單材料便可制成，成本低廉，易于制作和控制，而且容積也可以根據(jù)實際情況進行調(diào)整。該設備易于推廣。

1.2.1 護色劑選擇 造成天麻在干燥以及保存過程中顏色變化的原因很多，歸納起來可能是兩個主要方面的原因。一是在天麻表面發(fā)生酶促褐變，本實驗在選用黃原膠、維生素C和檸檬酸作為護色劑，黃原膠可以在天麻面形成薄膜，隔絕氧氣，使褐變反應可以得到抑制，VC是一種很好的食品級抗氧化劑，在天麻表層形成抗壞血酸隔離層，可以阻止酶促褐變的進行。二是天麻表面容易生長霉菌，通過加入少量的食品級山梨酸鉀，與黃原膠、VC等護色劑共同作用在天麻表面形成防腐層，抑制各類微生物對天麻的作用。基于上述考慮，對干制過程中護色劑進行了選擇，具體的護色劑種類及加入水平見表1。

1.2.2 確定護色實驗方案 根據(jù)因素和水平，可以選取均勻設計表U11（116）[6]，根據(jù)U11（116）的使用表，將x1、x2、x3、x4、x5分別放在U11（116）表的1、2、3、4、5列，實驗方案見表3。

1.3 天麻感官評分標準

天麻感官評分標準見表2。

2 結果與討論

2.1 干燥工藝操作要點分析

本研究采用在較高濃度食鹽溶液中短時間高溫熱燙的方法，主要目的是滅酶和殺滅天麻表面的部分微生物，進而減少酶促褐變和霉變的發(fā)生，同時熱燙時間短只有30s，熱力作用僅發(fā)生在天麻的外表層部分，內(nèi)部品質不受影響。在護色的同時僅可以保留天麻內(nèi)部的營養(yǎng)成分不受破壞。

新鮮天麻經(jīng)護色劑浸泡后在干燥設備中于35℃鼓風烘干，通過預實驗知溫度對天麻干燥品質影響比較大。當溫度高于40℃時，在較短時間內(nèi)天麻外表面就會發(fā)生變色，而此時的天麻中的自由水還不能完全除去。當干燥溫度低于30℃時，熱力較弱，干燥時間大幅度延長，也容易引起天麻的顏色的變化。實驗結果表明當干燥溫度為35℃時所得成品的感官品質分值高，同時干燥時間短。

表2 天麻感官評分標準Table 2 Gastrodia sensory evaluation criteria

在干燥過程中采用鼓風的方式更有利用水分的蒸發(fā)，風速也是影響干燥過程的一個不或缺少的因素。實驗結果表明，高風速能夠加快干燥進程，縮短干燥時間，但天麻因受熱不均，極易卷曲，影響了天麻的外觀狀態(tài)，同時浪費的能耗較多。溫度過低干燥時間長，也不利于干燥過程，結合預實驗結果，綜合考慮確定在35℃條件下干燥的風速0.4m/s。

2.2 護色溶液配方均勻設計的結果與回歸方程

根據(jù)因素和水平，可以選取均勻設計表U11（116）進行實驗設計，在實驗中只有11個處理，每個處理取5個中等大小的天麻，按照工藝進行護色處理，干燥后進行評定，分值越大說明護色效果越好。結果如表3所示。運用Excel軟件對實驗數(shù)據(jù)進行多元線性回歸分析[7]，得到評定分值（y）與黃原膠（x1）、山梨酸鉀（x2）、VC（x3）、檸檬酸（x4）和EDTA（x5）的較優(yōu)回歸方程為：y=55.72-6.35x1+11.33x2+0.68x3+8.87x4-12.29x5-2.58x2x4。該方程相關系數(shù)R=0.98，調(diào)整決定系數(shù)Radj=0.92，同時表4方差分析表中相關數(shù)據(jù)方差F=19.59和p值=0.01表明，所建立的回歸方程具有統(tǒng)計學意義，該數(shù)據(jù)模型可以較好的模擬干燥護色效果的實際情況。

表3 均勻設計實驗方案和結果Table 3 Uniform design arrangement and experimental results

表4 方差分析Table 4 The analysis of variance of experimental results

2.3 因素及其交互作用的影響分析

根據(jù)各因素p值（表5）的大小可以看出各因素包括交互作用對護色效果的影響都比較顯著，對結果的主次效應排序為：x3＞x5=x1＞x2＞x4＞x2x4，即VC對護色效果影響最大，EDTA、黃原膠影響次之，接下來影響順序依次為山梨酸鉀和檸檬酸，山梨酸鉀與檸檬酸的交互作用較小。從各因素t分布數(shù)據(jù)看（表5），VC、山梨酸鉀和檸檬酸對結果的影響成正相關，而EDTA、黃原膠、山梨酸鉀與檸檬酸的交互作用對結果的影響成負相關，而且交互作用的影響最小。

表5 回歸系數(shù)分析Table 5 The analysis of regression coefficient

2.4 最佳護色參數(shù)的確定和驗證實驗

考慮到五種護色劑對干制天麻的感官品質影響既有正相關又有負相關，結合實際情況進行綜合考慮，可以對成正相關的因素取較大值，對成負相關影響的因素取較小值。其中EDTA對結果的影響成負相關而且影響還非常顯著，所以它的量可以確定為0，即可以不用添加。同時考慮到黃原膠有較好的粘附性可以使其他護色因子能夠較好的附著在天麻面表面，對最終護色效果有一定的促進作用，結合實驗數(shù)據(jù)黃原膠的量可以取0.4g/100mL。由于所得的回歸方程中沒有平方項，不能用計算偏導數(shù)的方法獲得最大值，可以結合實驗結果從最優(yōu)方案中選取最佳工藝條件。本實驗中第2號處理為最優(yōu)方案，所以可以確定黃原膠0.4g/100mL、山梨酸鉀1.2g/100mL、VC20mg/100mL、檸檬酸3.6g/100mL。在此最優(yōu)條件下，5次實驗平均結果為97.4%，接近于滿分。

在以上條件下制備的干燥成品天麻，在無任何包裝的情況自然存放一年，沒有出現(xiàn)變色發(fā)霉等現(xiàn)象，說明該護色方法行之有效。本實驗中使用了國家批準的食品添加劑山梨酸鉀，經(jīng)檢測其在天麻中的殘留值約為8.2mg/kg，遠遠低于其在食品中的允許添加限量[8]。另外，在使用前用水清洗可以完全除去山梨酸鉀，這是因為山梨酸鉀僅殘留在天麻的表面，并且含量極低不會對天麻品質造成影響。

3 結論

對大別山天麻常規(guī)干制過程中出現(xiàn)的變色及霉變情況進行了系統(tǒng)的研究，并把重點放在了護色試劑的優(yōu)化上，利用均勻設計的方法通過線性回歸，建立了護色試劑成分的數(shù)學模型，該模型可以較好的反映實際情況。對該回歸模型的分析可知，VC對護色效果影響最大，并經(jīng)綜合分析得到大別山天麻干燥過程中最佳護色溶液為：黃原膠0.4g/100mL、山梨酸鉀1.2g/100mL、VC20mg/100mL、檸檬酸3.6g/100mL。該天麻護色干制方法簡便易行，能夠提高大別山天麻的品質，解決種植戶的實際問題，該技術值得推廣。

[1]馬宏秀，張治祥.天麻的鑒定與藥理研究[J].陜西中醫(yī)，2011，32（11）：1543-1544.

[2]鄒寧，吳電云，柏新富，等.天麻細胞工程技術及其原理研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2009，37（11）：4980-4982.

[3]張宏杰，周建軍，李新生.天麻研究進展[J].氨基酸和生物資源，2003，25（1）：17-20.

[4]李德勛，肖順經(jīng).天麻的傳統(tǒng)加工工藝調(diào)查和質量考察[J].現(xiàn)代中藥研究與實踐，2004，18（4）：12-14.

[5]Pangarhane D R，Sawhney R L.Review of research and development work on solar dryers for grape drying[J].Energy Conversion and Management，2002，43（1）：45-61.

[6]方開泰.均勻設計與均勻設計表[M].北京：科學出版社，1994.

[7]李云雁，胡傳榮.實驗設計與數(shù)據(jù)處理[M].北京：科學出版社，2008.

[8]中華人民共和國衛(wèi)生部中國國家標準化管理委員會.GB2760-2011.食品添加劑使用標準[S].北京：中國標準出版社，2011.