不同干燥方式與粉碎粒度對(duì)瑪咖活性成分和氣味影響的研究

李愛(ài)民，夏凱，郝俊冉，溫霖，苑鵬，黨艷婷，趙可心，李志軍，高曉冬*，段盛林*

1(江南大學(xué) 生物工程學(xué)院，糖化學(xué)與生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫，214122) 2(中國(guó)食品發(fā)酵工業(yè)研究院，北京，100015) 3(北京市八一學(xué)校，北京，100080) 4(新時(shí)代健康產(chǎn)業(yè)(集團(tuán))有限公司，北京，102206)

瑪咖，學(xué)名LepdiummeyeniiWalp，歸類于十字花科(Brassicaceae)、獨(dú)行菜屬，是1年生或2年生草本植物，植株高約15～20 cm，原產(chǎn)于海拔3 500～4 500 m的南美安第斯山區(qū)?，斂仟?dú)行菜屬中唯一有肥厚的下胚軸的物種，地下膨大的貯藏根是主要食用部分，直徑 2～5 cm,表面顏色有黃色、白色、紫色和紅色等，味道微甜微辣，具有刺激性氣味[1]?，F(xiàn)代化學(xué)研究證明，瑪咖廣泛的顏色是該種與生俱來(lái)的，與質(zhì)量沒(méi)有直接聯(lián)系，但不同顏色的瑪咖中生物活性成分含量和種類有所區(qū)別[2]?，斂Ш薪孀佑蛙誟3](硫代葡萄糖苷)、瑪咖烯、瑪咖酰胺[4]以及其他生物堿等功能成分，具備抗疲勞、增強(qiáng)生殖能力、神經(jīng)保護(hù)[5]、調(diào)節(jié)內(nèi)分泌[6]等生物活性，且營(yíng)養(yǎng)豐富，安全無(wú)副作用[7]，在秘魯當(dāng)?shù)赜? 800多年的食用歷史。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，世界衛(wèi)生組織等國(guó)際組織建議各國(guó)推廣瑪咖產(chǎn)業(yè)，隨后瑪咖保健品在美歐、日本等地流行；1992年瑪咖被國(guó)際植物遺傳資源研究所列為珍稀植物；2002年衛(wèi)生部正式批準(zhǔn)瑪咖進(jìn)入中國(guó)，2003年瑪咖在中國(guó)云南麗江試種成功，2011年衛(wèi)計(jì)委批準(zhǔn)瑪咖粉作為新資源食品，隨后瑪咖產(chǎn)業(yè)在中國(guó)進(jìn)入發(fā)展期，2014年瑪咖產(chǎn)業(yè)值已達(dá)100億元人民幣，國(guó)際產(chǎn)業(yè)值達(dá)到100億美元。

目前瑪咖的采后加工依然沿襲著洗凈后自然干燥的傳統(tǒng)加工工藝，該方法具有操作簡(jiǎn)單、成本低廉，在瑪咖種植地的高海拔條件下易于實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)；但也存在干燥周期長(zhǎng)，品控難度大，容易受環(huán)境影響等不足。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)瑪咖干燥工藝做了大量研究，對(duì)熱風(fēng)干燥[8]、微波干燥[9]、真空干燥[10]和流化床干燥[11]瑪咖的影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)探究，利用響應(yīng)曲面法設(shè)計(jì)干燥參數(shù)，建立了瑪咖塊干燥的動(dòng)力學(xué)模型。甘瑾等[12]通過(guò)分析和評(píng)價(jià)自然干燥和真空干燥對(duì)瑪咖中芥子油苷組分和含量的影響，研究了瑪咖干燥過(guò)程中生物活性成分物質(zhì)的變化規(guī)律。然而對(duì)于瑪咖加工過(guò)程中，干燥和粉碎工藝對(duì)其活性成分和氣味特征的影響以及物料表面的顆粒特性仍缺少系統(tǒng)性的研究。

本研究針對(duì)瑪咖采后干燥和粉碎的加工過(guò)程，探究瑪咖中芥子油苷、瑪咖烯和瑪咖酰胺等主要活性成分在加工過(guò)程中的變化規(guī)律，闡明瑪咖超微粉顆粒特性和生物活性成分與加工工藝之間的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

瑪咖鮮果，新時(shí)代健康產(chǎn)業(yè)香格里拉瑪咖種植基地提供。甲醇、乙腈(色譜純)，美國(guó)Fisher Scientific 公司；硫酸酯酶(H-1)、DEAE Sephadex A-25，美國(guó)Sigma 公司；芐基芥子油苷，國(guó)藥集團(tuán)；瑪咖烯和瑪咖酰胺標(biāo)品，武漢華士特工業(yè)生物技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司；其他常用試劑為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

島津LC-20AT高效液相色譜系統(tǒng)，日本島津公司；安捷倫1100 LC-MDS-Trap液質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)，美國(guó)Agilent公司；BJ-500A高速多功能粉碎機(jī)，德清拜杰電器有限公司；高能納米沖擊磨，秦皇島太極環(huán)納米公司；DQ-103臺(tái)式方形中藥切片機(jī)，溫嶺市林大機(jī)械有限公司；臺(tái)式掃描電子顯微鏡，美國(guó) Phenom公司；Milli-Q 純水儀，美國(guó)Millipore公司；Fox4000電子鼻，自動(dòng)進(jìn)樣器HS100和SOFTV9.1軟件，法國(guó)Alpha MOS公司；Mirco S3500激光粒度分析儀，美國(guó)麥克奇公司；水分活度儀LabMaster，瑞士Novasina公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 瑪咖干燥實(shí)驗(yàn)

取新鮮瑪咖去除須根，經(jīng)中藥切片機(jī)切成3 mm的薄片，分別進(jìn)行熱風(fēng)干燥、冷凍干燥、微波干燥、真空干燥和自然干燥5組處理。熱風(fēng)干燥是將切片后的瑪咖塊根放入熱風(fēng)干燥箱中，42 ℃熱風(fēng)干燥6 h。冷凍干燥是將切片后的瑪咖塊根預(yù)凍至-60 ℃以下，再放入冷凍干燥機(jī)中真空冷凍干燥16 h。微波干燥是放入將切片后的瑪咖塊鮮樣用頻率2 450 MHz、功率12 W/g樣品處理1 min間隔5 min，重復(fù)處理直至完成干燥[13]。真空干燥樣品是將冷藏的瑪咖塊根切片，放入溫度42 ℃、真空度2×105Pa的真空干燥箱內(nèi)干燥24 h。自然干燥樣品是將切片后的瑪咖塊根在常溫下自然晾曬，直至水分含量低于5%。采用不同干燥方式完成的瑪咖分別測(cè)定水分含量，并進(jìn)行粉碎、過(guò)篩、密封冷藏保存待用。

水分含量測(cè)定按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 5009.3—2010)進(jìn)行[14]。

水活度測(cè)定按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GBT 23490—2009)進(jìn)行[15]。

1.3.2 瑪咖粉碎實(shí)驗(yàn)

以普通粉碎的瑪咖干粉為原料，經(jīng)42 ℃熱風(fēng)干燥后測(cè)定其水分含量。水分含量低于5%的瑪咖干粉即可進(jìn)一步超微粉碎。將瑪咖干粉放高能納米沖擊磨中，不添加任何抗結(jié)劑、助磨劑對(duì)其進(jìn)行干法粉碎，經(jīng)過(guò)不同粉碎時(shí)間得到4種瑪咖超微粉。

1.3.3 瑪咖超微粉顆粒特性表征

采用激光粒度分析儀干法檢測(cè)瑪咖超微粉樣品，測(cè)定條件如下：進(jìn)樣時(shí)間12 s，背景時(shí)間8 s，測(cè)定模式為普通模式，采樣信號(hào)強(qiáng)度0.5～6，分散進(jìn)樣控制，空氣壓力2.0×105Pa，進(jìn)樣速度50%。

1.3.4 瑪咖超微粉氣味感官表征

利用電子鼻感官評(píng)價(jià)系統(tǒng)分別分析1.3.2中制備的不同粒徑的瑪咖超微粉末和1.3.1中不同干燥方式的瑪咖粉。準(zhǔn)確稱取1 g檢測(cè)樣品放入10 mL頂空瓶中加蓋密封待檢樣品的檢測(cè)條件如下：載氣為合成干燥空氣，流速150 mL/min，頂空產(chǎn)生時(shí)間600 s，產(chǎn)生溫度40 ℃，攪動(dòng)速度300 r/min 樣品頂空氣體注射體積1.5 mL，注射速度1.5 mL/s，注射針總體積5.0 mL，注射針溫度50 ℃，最后數(shù)據(jù)采集時(shí)間120 s，延滯時(shí)間360 s，數(shù)據(jù)采集的時(shí)間為120 s。通過(guò)18個(gè)傳感器在采集樣品的 120 s 內(nèi)所感應(yīng)到的綜合響應(yīng)強(qiáng)度值進(jìn)行分析，選用主成分分析法(principal component analysis, PCA)對(duì)電子鼻各傳感器分析得到的樣品氣味響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

1.3.5 瑪咖超微粉表面結(jié)構(gòu)[16]

采用飛納臺(tái)式掃描電子顯微鏡能譜聯(lián)合測(cè)定，觀察瑪咖超微粉表面微觀結(jié)構(gòu)。將樣品鋪平在粘有導(dǎo)電膠的載物臺(tái)上，氮?dú)廨p吹后，置于樣品杯上，調(diào)節(jié)加速電壓15 kV，調(diào)整至合適放大倍數(shù)，觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)。

1.3.6 瑪咖活性成分測(cè)定

1.3.6.1 芥子油苷含量測(cè)定[17]：

前處理：稱取200.0 mg瑪咖粉末加入15 mL體積分?jǐn)?shù)80%預(yù)沸甲醇溶液，84 ℃水浴30 min，然后取出離心管0 ℃冷卻保存；3 000 r/min離心10 min；取2 mL上清液緩緩加入已制備好的離子交換微柱中，平衡0.5 h；待液體排干后，加入2 mL 0.02 mol/L醋酸鈉溶液分2次洗滌，每次加入后均讓液體排干；加入75 μL硫酸酯酶溶液至離子交換微柱，室溫條件下反應(yīng)16 h；用1.5 mL去離子水沖洗離子交換微柱，將收集液體過(guò)0.45 μm濾膜待測(cè)。

色譜條件：色譜柱：Waters C18柱(5 μm×3.9 mm×150 mm)，流動(dòng)相：乙腈(B)和水(A)，流速：1.0 mL/min；柱溫30 ℃；紫外檢測(cè)器檢測(cè)波長(zhǎng)229 nm。 梯度洗脫程序：0～15 min，0%B～19%B；15～25 min，19%B；25～35 min，19%B～100%B；35～45 min，100%B～0%B。

標(biāo)準(zhǔn)曲線：用芐基芥子油苷作標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照品。稱取100 mg芐基芥子油苷溶解于5 mL水中，得到20 mg/mL的芐基芥子油苷標(biāo)準(zhǔn)液，通過(guò)倍比稀釋獲得10、5、1、0.2 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)液，經(jīng)液相色譜測(cè)定，以峰面積為橫坐標(biāo)，以芐基芥子油苷標(biāo)準(zhǔn)液濃度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.6.2 瑪咖烯和瑪咖酰胺含量測(cè)定[18]

前處理：將瑪咖粉末與無(wú)水乙醚按照1∶5(g∶mL)比例混合，進(jìn)行超聲萃取30 min，過(guò)濾取濾液1 mL，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)干燥，加入1 mL甲醇溶解，過(guò) 0.45 μm濾膜，然后將樣品稀釋后進(jìn)行液相色譜分析。

色譜條件：TC-C18色譜柱(5 μm×4.6 mm×250 mm)，流動(dòng)相：乙腈(B)和水(A)；流動(dòng)相為 90%乙腈，流速為 0.6 mL/min，進(jìn)樣量為 20 μL，檢測(cè)波長(zhǎng)為210 nm。

2 結(jié)果與分析

2.1 瑪咖干燥實(shí)驗(yàn)

2.1.1 瑪咖不同干燥方式干燥時(shí)間和終水分含量

經(jīng)過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，新鮮瑪咖中水分含量為54%左右，干制瑪咖片含水量在5%左右時(shí)，后續(xù)的粉碎、過(guò)篩處理才能夠高效進(jìn)行。水分含量過(guò)高，瑪咖片不易粉碎，制粉得率低；延長(zhǎng)干燥時(shí)間可制備水分含量更低的瑪咖干片，但對(duì)其生物活性成分的破壞加劇，同時(shí)也增加了加工能耗。因此干燥實(shí)驗(yàn)中將瑪咖的水分目標(biāo)值設(shè)定為5%。如表1所示，不同干燥方式所需時(shí)間從長(zhǎng)到短依次為：自然干燥>真空干燥>冷凍干燥>熱風(fēng)干燥>微波干燥。干制獲得的瑪咖片含水量從高到低依次為：微波干燥>熱風(fēng)干燥>自然干燥>冷凍干燥>真空干燥。與自然干燥相比，真空干燥和冷凍干燥含水量顯著降低，但這2種干燥方式耗時(shí)較長(zhǎng)且處理量小，能耗高。微波干燥含水量顯著高于自然干燥，且容易出現(xiàn)由于局部過(guò)熱導(dǎo)致瑪咖片焦化。自然干燥和熱風(fēng)干燥終含水量并無(wú)顯著性差異，從產(chǎn)品含水量和干燥時(shí)間上來(lái)說(shuō)，熱風(fēng)干燥和自然干燥都是可選的處理方法。

表1 不同干燥方式制備干制瑪咖片水分含量Table 1 Water content of maca dried by different methods

注：不同字母表示含水量存在顯著性差異(p<0.05)。

2.1.2 不同干燥方法對(duì)于瑪咖活性成分的影響

干燥方式是在瑪咖加工中影響其活性成分含量的重要因素之一。如圖1所示，與新鮮樣品相比，冷凍干燥得到的瑪咖中芥子油苷含量顯著升高，而其他4種干燥方式獲得的瑪咖中芥子油苷含量均顯著低于新鮮樣品。冷凍干燥由于其低溫真空的特點(diǎn)，能夠最大限度的保證在干燥過(guò)程中芥子油苷不被分解消耗，然而其能耗大，處理量小，規(guī)模生產(chǎn)成本高的缺點(diǎn)也限制了在生產(chǎn)中的規(guī)模應(yīng)用。真空干燥和微波干燥對(duì)于芥子油苷的損失極為嚴(yán)重，所得樣品中芥子油苷含量遠(yuǎn)小于其他組。熱風(fēng)干燥和自然干燥制備獲得的樣品芥子油苷含量并無(wú)顯著性差異，其芥子油苷含量顯著高于微波干燥和真空干燥，顯著低于冷凍干燥?？傊瑹犸L(fēng)干燥和自然干燥對(duì)于瑪咖中芥子油苷保留程度較高，都可以作為瑪咖干燥的備選方法。芥子油苷是瑪咖中的主要活性成分之一，同時(shí)也廣泛存在于大多數(shù)十字花科植物中。芥子油苷本身是比較穩(wěn)定的化合物，而十字花科植物中含有內(nèi)源性的黑芥子酶能夠特異性水解芥子油苷。芥子油苷和和芥子酶由于空間上的隔離得以共存；而在干燥過(guò)程中，由于組織和細(xì)胞失水導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)被破壞，黑芥子酶被釋放出來(lái)；進(jìn)而降解芥子油苷。

圖1 不同干燥方式制備瑪咖粉中芥子油苷含量Fig.1 Glucosinolates content of maca dried by different methods注：不同字母表示芥子油苷含量存在顯著性差異(p<0.05)。

不同干燥方式對(duì)于瑪咖酰胺和瑪咖烯的影響與芥子油苷不盡相同。如圖2所示，與新鮮樣品相比，瑪咖酰胺在不同干燥方式下的終含量差異較大：自然干燥前后瑪咖酰胺含量無(wú)顯著差異；微波干燥后瑪咖酰胺含量顯著降低；冷凍干燥、熱風(fēng)干燥、真空干燥后瑪咖酰胺含量升高，且3種方法依次顯著升高。因此，就瑪咖酰胺的保留而言，冷凍干燥、熱風(fēng)干燥和真空干燥都是可選的干燥方法?，斂┰诂斂е泻可?，且易被加工過(guò)程所破壞。熱風(fēng)干燥前后瑪咖烯含量無(wú)顯著性差異，其他4種干燥方式均顯著降低瑪咖烯的含量。綜上所述，熱風(fēng)干燥對(duì)于瑪咖烯和瑪咖酰胺的保留效果都比較理想。

圖2 不同干燥方式制備瑪咖粉中瑪咖烯和瑪咖酰胺含量Fig.2 Macamides and macaenes content of maca dried by different methods注：不同小寫字母表示含瑪咖酰胺量存在顯著性差異(p<0.05)，不同大寫字母表示含瑪咖烯量存在顯著性差異(p<0.05)。圖6、圖7同。

綜合以上數(shù)據(jù)，不同干燥方式對(duì)于瑪咖中芥子油苷、瑪咖烯和瑪咖酰胺的影響各不相同。如圖3所示，新鮮瑪咖中芥子油苷主要的生物活性成分之一，含量占80%以上。不同干燥方式對(duì)于瑪咖粉中主要活性成分的影響各有區(qū)別。首先微波干燥對(duì)于生物活性成分的破壞非常嚴(yán)重，活性成分總含量和各組分均明顯低于新鮮樣品；因此微波干燥不適合瑪咖的生產(chǎn)加工。真空干燥對(duì)于瑪咖酰胺的保留很好，但是其芥子油苷大量損失；同時(shí)考慮到其干燥時(shí)間和生產(chǎn)能耗，真空干燥并不是一個(gè)能兼顧生物活性成分保留和生產(chǎn)可操作性的方法。冷凍干燥能夠最大限度的保留芥子油苷的含量，而對(duì)于瑪咖酰胺的保留不如真空干燥和熱風(fēng)干燥。自然干燥和熱風(fēng)干燥對(duì)于芥子油苷、瑪咖酰胺和瑪咖烯均有不錯(cuò)的保留效果，可以作為瑪咖干燥的備選方法。

圖3 不同干燥方式制備瑪咖粉中活性成分含量面積堆積圖Fig.3 The content of active components of maca dried by different methods

2.2 瑪咖超微粉碎實(shí)驗(yàn)

2.2.1 瑪咖超微粉表面特征

經(jīng)超微粉碎制備獲得的瑪咖超微粉，通過(guò)掃描電鏡拍攝其表面特征圖片，如圖4所示。粉粒徑隨目數(shù)增加而降低。800目和1 000目的瑪咖超微粉由于其粒徑極小，團(tuán)聚效應(yīng)相對(duì)明顯。掃描電鏡觀察下呈現(xiàn)多個(gè)顆粒聚集形成一個(gè)大顆粒的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象與粉的含水量、吸濕性以及表面電荷等因素有關(guān)。

瑪咖超微粉：a-200目；b-500目；c-800目;d-1 000目圖4 瑪咖超微粉掃描電鏡圖Fig.4 The SEM photographs of maca ultra-fine powder in different particle diameters

2.3 瑪咖超微粉特性表征

對(duì)于1.2.2中得到的4種不同粒徑的瑪咖超微粉分別進(jìn)行粉體特征相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定，以全面表征瑪咖超微粉的特性。

2.3.1 瑪咖超微粉的粒徑分布

圖5-a～圖5-d分別為200目，500目，800目和1 000目的瑪咖超微粉粒徑分布圖。200目時(shí)粒徑分布出現(xiàn)分開(kāi)雙峰，表明此時(shí)粉中存在不同目數(shù)范圍粉。500目時(shí)，粉粒徑呈現(xiàn)連續(xù)分布，粒徑范圍為1～250 μm，峰值為25～30 μm；800目時(shí)，粉粒徑分布進(jìn)一步集中，向正態(tài)分布靠近，峰值在15 μm左右；1 000目時(shí)，粉進(jìn)一步細(xì)化，大顆粒明顯減少，粒徑基本呈正態(tài)分布。

圖5 瑪咖超微粉的粒徑分布圖Fig.5 The drop diameter distribution graphs of maca ultra-fine powder in different particle diameter

瑪咖超微粉D10/μmD90/μmD50/μm等效理論直徑/μm200目22．5559．1130．2175500目2．91432．1327．1225800目4．6883．217．43181000目4．3262．7315．0113

注：D10，D90，D50分別表示小于某粒徑的微粒在全微粒群中的含量百分量為10%，50%，90%；D10，D90，D50越小，表示粉末的整體粒徑越小。通常用d50，即中位徑來(lái)表示超微粉的粒徑大小。

2.3.2 水活度測(cè)定結(jié)果

經(jīng)過(guò)水分活度儀測(cè)定，不同粒徑大小的瑪咖粉水活度結(jié)果如表3所示。

表3 不同粒徑瑪咖超微粉的水分活度Table 3 water activity of maca dried powders withdifferent particle diameter

水分活度是確定貯藏期限的一個(gè)重要因素。當(dāng)溫度、酸堿度和其他幾個(gè)因素影響產(chǎn)品中的微生物快速生長(zhǎng)的時(shí)候，水分活度可以說(shuō)是控制腐敗最重要的因素?？偟内厔?shì)是，水分活度越小的食物越穩(wěn)定，較少出現(xiàn)腐敗變質(zhì)現(xiàn)象。水活度低于0.6的情況下，絕大多數(shù)微生物無(wú)法生長(zhǎng)。可見(jiàn)從200目到1 000目的瑪咖粉的水活度均小于0.6，不容易出現(xiàn)因微生物滋生所導(dǎo)致的腐敗變質(zhì)。

2.4 不同粒徑瑪咖粉活性成分含量

2.4.1 不同粒徑瑪咖粉中芥子油苷含量

如圖6所示，隨粒徑減小，瑪咖超微粉中芥子油苷含量顯著增加。芥子油苷是一種廣泛分布于十字花科植物各個(gè)組織器官中的次生代謝產(chǎn)物，這類植物存在特殊的富硫細(xì)胞專門貯存芥子油苷[19]。超微粉碎制備的瑪咖粉粒徑小，比表面積大；通過(guò)破壞細(xì)胞壁及細(xì)胞膜，使得芥子油苷容易穿透細(xì)胞結(jié)構(gòu)從組織中游離出來(lái)。

圖6 不同粒徑的瑪咖超微粉芥子油苷含量Fig.6 Glucosinolates content of maca dried powders with different particle diameter

2.4.2 不同粒徑瑪咖粉中瑪咖烯和瑪咖酰胺含量測(cè)定

如圖7所示，與芥子油苷含量趨勢(shì)相反；隨粒徑減小，瑪咖超微粉中瑪咖烯和瑪咖酰胺含量均顯著下降?，斂┖同斂０肥乾斂е刑赜械囊活悆?nèi)源性活性生物堿，研究發(fā)現(xiàn)該類化合物具有抗疲勞[17]和神經(jīng)細(xì)胞保護(hù)[20]等生物活性。然而相關(guān)研究表明[21-22]，瑪咖烯和瑪咖酰胺并不是瑪咖內(nèi)源性的活性成分；而是瑪咖在加工和貯藏過(guò)程中由瑪咖中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和活性成分經(jīng)內(nèi)源性酶作用分解，生成的降解產(chǎn)物二次合成產(chǎn)生。結(jié)合2.4.1中的結(jié)果可以推斷，超微粉碎是芥子油苷保留的有利因素，是瑪咖酰胺生成的不利因素。

圖7 不同粒徑的瑪咖超微粉中瑪咖烯和瑪咖酰胺含量Fig.7 Macamides and macaenes content of maca dried powders with different particle diameter

不同粒徑的瑪咖超微粉對(duì)于活性成分的保留具有選擇性(見(jiàn)圖8)。隨粒徑增大，瑪咖超微粉中芥子油苷、瑪咖烯和瑪咖酰胺總含量呈上升趨勢(shì)。其中，芥子油苷含量隨粒徑增大而增加；瑪咖烯和瑪咖酰胺含量隨粒徑增大而減少。

圖8 不同粒徑的瑪咖超微粉中活性成分含量面積堆積圖Fig.8 The content of active components of maca dried powders with different particle diameter

2.5 瑪咖超微粉氣味客觀感官評(píng)價(jià)

利用電子鼻評(píng)價(jià)不同干燥方式制備的瑪咖粉的氣味變化，所得數(shù)據(jù)經(jīng)多元統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如圖9所示。PCA得分圖可以看出冷凍干燥和自然干燥與其他4種干燥方式在氣味感官狀態(tài)上存在較大差異，同時(shí)冷凍干燥和自然干燥之間也明顯不同。微波干燥、熱風(fēng)干燥和真空干燥3種方式在氣味感官狀態(tài)方面比較接近。

a-PCA得分圖；b-傳感器響應(yīng)圖圖9 不同干燥方式瑪咖粉電子鼻氣味表征Fig.9 Sensory evaluation of maca dried by different methods

結(jié)合傳感器響應(yīng)圖不難看出,在終含水量相同的情況下，不同干燥方式對(duì)瑪咖氣味的影響程度依次為：冷凍干燥>自然干燥>微波干燥>真空干燥>熱風(fēng)干燥。即冷凍干燥能夠最大程度地保留瑪咖的原有氣味；自然干燥次之，熱風(fēng)干燥、微波干燥和真空干燥對(duì)于瑪咖氣味物質(zhì)的影響比較相似，效果都弱于冷凍干燥和自然干燥。

類似的，不同粒徑的瑪咖粉PCA分析可視化地顯示中多種氣味物質(zhì)的差別如圖10所示：200目、500目、800目和1 000目的瑪咖超微粉體氣味存在明顯區(qū)別。故推測(cè)不同粒度的瑪咖粉，釋放特征性氣味物質(zhì)的種類和含量有所不同，從PCA圖譜上也顯示出一定規(guī)律性。從傳感器響應(yīng)圖可以看出，在終含水量相同的情況下，不同粒徑對(duì)瑪咖氣味的影響程度依次為：1 000目>800目>500目>200目。即瑪咖的風(fēng)味物質(zhì)呈現(xiàn)出隨粒徑減小而提高的趨勢(shì)。然而值得注意的是，這一趨勢(shì)在不同傳感器的測(cè)定值中也有部分例外，比如在LY型傳感器中，出現(xiàn)200目的響應(yīng)值遠(yuǎn)高于其他粒徑的超微粉體的相反趨勢(shì)。這一現(xiàn)象可能是因?yàn)長(zhǎng)Y型傳感器主要測(cè)試的丙烷、丁烷、酒精、硫化氫等物質(zhì)氣味信息，推測(cè)氣味物質(zhì)在超微粉體的小尺寸效應(yīng)下，以高于正常擴(kuò)散或氧化代謝的速度被消耗掉了，導(dǎo)致500目以上的超微粉體中這類氣味物質(zhì)響應(yīng)很低。另外，超微粉碎化的瑪咖干粉，主觀氣味比普通干粉辛辣味明顯減輕，更容易被消費(fèi)者所接受。

a-PCA得分圖；b-傳感器響應(yīng)圖圖11 不同粒徑瑪咖粉電子鼻氣味表征Fig.11 Sensory evaluation of maca with different particle diameter

3 討論

瑪咖中蛋白質(zhì)含量較高，氨基酸組成合理和必需氨基酸含量高，富含支鏈氨基酸和?；撬幔恢竞康停伙柡椭舅岷扛?；礦物質(zhì)含量豐富，鉀、鈣、鎂、鋅等微量元素都較為顯著[23]。此外，瑪咖中含有芥子油苷[24]、瑪咖烯、瑪咖酰胺[25]、多糖[26]等生物活性成分。從含量上來(lái)說(shuō)，芥子油苷和瑪咖酰胺是瑪咖中最主要的活性成分；同時(shí)也是多種生物活性的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。芥子油苷是十字花科植物中廣泛存在的一種次生代謝產(chǎn)物，由硫代β-D-吡喃型葡萄糖基多變的側(cè)鏈組成?，斂е凶顬橹饕?種芥子油苷是芐基芥子油苷和間甲氧基芥子油苷，兩者總含量占瑪咖中芥子油苷含量的90%以上；同時(shí)這2種芥子油苷也是瑪咖中特有的，在其他十字花科植物中極少發(fā)現(xiàn)；可以說(shuō)芐基芥子油苷和間甲氧基芥子油苷是瑪咖中的特征活性成分之一?，斂０肥橇硪活惉斂е刑赜械幕钚猿煞?；從結(jié)構(gòu)上說(shuō)，瑪咖酰胺由脂肪酸鏈以酰胺鍵連接含氮基團(tuán)組成。通過(guò)對(duì)瑪咖干燥過(guò)程中相關(guān)營(yíng)養(yǎng)和活性成分的變化規(guī)律研究推斷，瑪咖酰胺中脂肪酸鏈來(lái)自于細(xì)胞膜中磷脂的分解；含氮基團(tuán)來(lái)源于芥子油苷經(jīng)黑芥子酶的水解產(chǎn)物卞胺；新鮮瑪咖中瑪咖酰胺含量很低，采摘后的傳統(tǒng)加工過(guò)程是瑪咖酰胺富集的重要環(huán)節(jié)。本研究發(fā)現(xiàn)，不同干燥方式對(duì)瑪咖中活性成分的影響各不相同。新鮮瑪咖中芥子油苷含量很高而瑪咖酰胺相對(duì)較低，干燥過(guò)程應(yīng)該盡量避免其水解損失同時(shí)兼顧瑪咖酰胺的富集。真空干燥和微波干燥對(duì)于芥子油苷、瑪咖烯和瑪咖酰胺的破壞都很嚴(yán)重；冷凍干燥不利于瑪咖酰胺和二次合成；自然干燥和熱風(fēng)干燥可以兼顧2種活性成分，設(shè)備易于實(shí)現(xiàn)，使用成本低，也便于在生產(chǎn)中應(yīng)用。

超微粉碎是利用機(jī)械力或流體動(dòng)力的方法將毫米級(jí)別的物料顆粒粉碎至粒徑10～25 μm的粉碎加工技術(shù)?；诔⒎鬯榧夹g(shù)制備的超微粉體比表面積和空隙率增加，溶解性、分散性和吸附性等理化性質(zhì)大幅提升。本研究中制備獲得的瑪咖超微粉體活性成分芥子油苷含量顯著增加，感官氣味也得到進(jìn)一步改善；生物利用率和產(chǎn)品質(zhì)量也相應(yīng)地提高。由于瑪咖酰胺的部分來(lái)源于芥子油苷的水解含氮產(chǎn)物，超微粉碎所產(chǎn)生的破壁效應(yīng)對(duì)于黑芥子酶的滅活作用可能是芥子油苷損失較少的原因之一，同時(shí)也是瑪咖酰胺富集的不利因素。

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