熱風(fēng)干制對(duì)青花椒品質(zhì)的影響及工藝優(yōu)化

楊兵，梅曉飛，彭林，陳厚榮，闞建全*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400715)2(農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室(重慶)，重慶，400715)

青花椒屬蕓香科花椒屬的一種香辛料和油料作物，是我國(guó)傳統(tǒng)的“八大調(diào)料”之一，因表皮呈青綠色而得名“青花椒”[1-2]。青花椒除作為調(diào)味料，其花椒精油、調(diào)味油、乳化油以及油樹脂的微膠囊制劑等青花椒精深加工產(chǎn)品的應(yīng)用也越來越廣泛[3]。青花椒麻味濃郁、香氣濃郁，相比紅花椒更受廣大消費(fèi)者喜愛[4]。青花椒富含揮發(fā)油和酰胺類物質(zhì)，是其主要麻味物質(zhì)，同時(shí)青花椒還含有豐富的生物堿、香豆素、脂肪酸以及黃酮等[5-7]。青花椒也是一種藥用經(jīng)濟(jì)作物，具有殺蟲止痛止癢、溫中等功效[8-10]，現(xiàn)已收錄于《中華人民共和國(guó)藥典》[11]。

青花椒含有豐富的葉綠素，色澤是青花椒及其產(chǎn)品的最重要品質(zhì)之一[12]。目前，在青花椒干制方面還存在以下問題，主要是青花椒中葉綠素穩(wěn)定性差，易降解，所以青花椒在干制期間，極易受外界環(huán)境因素影響，其葉綠素極易發(fā)生氧化降解而變色和退綠，干制后產(chǎn)品發(fā)褐，且青花椒干制后品質(zhì)不穩(wěn)定，導(dǎo)致其經(jīng)濟(jì)價(jià)值降低[13]。在工業(yè)干制條件下只能依靠工人的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)對(duì)熱風(fēng)干制設(shè)備的干制溫度、干制風(fēng)速以及物料厚度等參數(shù)進(jìn)行初步控制，這就極大影響了青花椒干制產(chǎn)品的品質(zhì)穩(wěn)定性。因此，增加鮮青花椒前處理步驟，并進(jìn)一步研究干制工藝，找出優(yōu)化工藝參數(shù)組合，為實(shí)際生產(chǎn)中的青花椒干燥工藝條件提供參考依據(jù)，保持青花椒產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性，減小營(yíng)養(yǎng)成分損失，對(duì)提高青花椒產(chǎn)品品質(zhì)具有重要意義。

現(xiàn)階段，工業(yè)中常采用熱風(fēng)干制技術(shù)，熱風(fēng)干制設(shè)備具有設(shè)備成熟、操作簡(jiǎn)單、成本低、產(chǎn)量大、不受氣候條件影響等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的干制方法[14-16]。同時(shí)工業(yè)中也有采用微波干制技術(shù)[17]、熱泵干制技術(shù)[18]、遠(yuǎn)紅外干制技術(shù)[19]等，但是鮮有護(hù)色前處理工藝[20-21]?；诖?，本試驗(yàn)以重慶市江津九葉青花椒為試驗(yàn)原料，青花椒干制前采用汽蒸處理，并結(jié)合熱風(fēng)干制技術(shù)，以青花椒感官評(píng)分、色差ΔE、揮發(fā)油含量和麻味物質(zhì)含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化熱風(fēng)干制工藝參數(shù)，以期解決青花椒在干制過程中的顏色及其他品質(zhì)變化，為青花椒護(hù)色以及干制研究提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮九葉青花椒，重慶市江津區(qū)凱揚(yáng)農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司；甲醇(分析純)，成都市科龍化學(xué)品有限公司；麻味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)樣品，實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 儀器與設(shè)備

FA2004分析天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；YGKRK熱風(fēng)干燥機(jī)，東莞市永淦節(jié)能科技有限公司；Agilent 1260高效液相色譜儀，安捷倫科技有限公司；Scan Ultra PRO色差儀，上海信聯(lián)創(chuàng)體電子有限公司；Centrifuge 5810離心機(jī)，艾本德(上海)國(guó)際貿(mào)易有限公司進(jìn)口。

1.3 方法

1.3.1 樣品預(yù)處理

去除霉?fàn)€和病蟲害的鮮九葉青花椒，進(jìn)行汽蒸處理，設(shè)定汽蒸溫度100 ℃，汽蒸時(shí)間5 min，汽蒸結(jié)束迅速冷卻，用于熱風(fēng)干制試驗(yàn)。

稱取一定質(zhì)量汽蒸處理青花椒，然后裝盤。熱風(fēng)設(shè)備先預(yù)熱到設(shè)定參數(shù)，然后放入青花椒進(jìn)行干制，干制時(shí)間以含水率≤11%為止。干制產(chǎn)品4 ℃密封保存?zhèn)溆茫糜诟泄僭u(píng)分以及測(cè)定色差ΔE、揮發(fā)油含量、麻味物質(zhì)含量等指標(biāo)。

1.3.2 青花椒感官評(píng)分

參考GB/T 30391—2013 花椒中花椒質(zhì)量等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)[22]以及周秀梅[23]制定的花椒質(zhì)量評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，采用綜合加權(quán)評(píng)分法計(jì)分，擬訂了青花椒品質(zhì)評(píng)分方法(見表1)，對(duì)青花椒品質(zhì)進(jìn)行量化，對(duì)不同品質(zhì)的花椒進(jìn)行評(píng)分，評(píng)分越高青花椒品質(zhì)越好。

表1 花椒質(zhì)量評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Quality grading standard of Zanthoxylumschinifolium

1.3.3 青花椒色差的測(cè)定

參考方法[24]進(jìn)行色差的測(cè)定。以ΔE表示總色差。

(1)

式中：ΔL*=L*(樣品)-L*(標(biāo)準(zhǔn))；Δa*=a*(樣品)-a*(標(biāo)準(zhǔn))；Δb*=b*(樣品)-b*(標(biāo)準(zhǔn))。

1.3.4 青花椒揮發(fā)油含量的測(cè)定

參考GB/T 17527—2009 胡椒精油含量的測(cè)定[25]。

1.3.5 青花椒麻味物質(zhì)含量的測(cè)定

參考DB50/T 321—2009花椒麻味物質(zhì)檢測(cè)方法高效液相色譜法[26]。

精確稱取1.000 0 g粉碎花椒于100 mL離心管中，加入甲醇50 mL并封口，超聲提取麻味物質(zhì)(50 ℃，300 W，40 min)，離心(4 000 r/min，10 min)，上清液置于100 mL容量瓶，重復(fù)提取2次，甲醇定容，4 ℃冰箱保存?zhèn)溆?。過0.45 μm孔徑濾膜，進(jìn)HPLC檢測(cè)。

色譜參考條件：色譜柱：Agilent ZORBAX Eclipse XDB C-18；流動(dòng)相，水-甲醇，梯度洗脫條件見表2；柱溫：40 ℃；進(jìn)樣量，20 μL；流速，0.8 mL/min；檢測(cè)波長(zhǎng)，254 nm。

表2 液相色譜梯度洗脫條件Table 2 Liquid chromatography gradient elution conditions

以本課題組制備的花椒麻味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品為標(biāo)樣，用甲醇溶解后配制一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)品分析液。采用上述條件進(jìn)行分析測(cè)定?；ń仿槲段镔|(zhì)在高效液相色譜中主要有3個(gè)峰，保留時(shí)間在14～16 min，如圖1所示。

圖1 花椒麻味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品HPLC色譜圖Fig.1 High performance liquid chromatogram of numb taste standard of Zanthoxylum schinifolium

以峰面積之和(Y)與對(duì)應(yīng)花椒麻味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品的濃度(X)進(jìn)行線性回歸，得回歸方程為Y=26.392X-13.009(R2=0.999 9)。結(jié)果表明，花椒麻味物質(zhì)濃度在一定范圍時(shí)，線性關(guān)系良好。

1.3.6 熱風(fēng)干燥單因素試驗(yàn)

稱取一定質(zhì)量青花椒進(jìn)行熱風(fēng)干燥，分別研究不同溫度(55、60、65、70、75 ℃)、不同鋪放量(450、500、550、600、650 g)和風(fēng)速(0.4、0.5、0.6、0.7 m/s)對(duì)青花椒感官評(píng)分以及色差ΔE、揮發(fā)油含量和麻味物質(zhì)含量等品質(zhì)的影響。

1.3.7 Box-Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，采用Box-Benhnken的中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以干制溫度、鋪放量、風(fēng)速為響應(yīng)變量，以感官評(píng)分、色差ΔE、揮發(fā)油含量、麻味物質(zhì)含量為響應(yīng)值進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化。Box-Benhnken試驗(yàn)因素水平表見表3。

表3 Box-Benhnken試驗(yàn)因素與水平表Table 3 Box-Benhnken response surface test factorlevel table

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

2 結(jié)果與分析

2.1 汽蒸處理對(duì)干制青花椒品質(zhì)的影響

青花椒含有豐富的葉綠素，研究表明，葉綠素降解主要原因是植物多酚氧化酶引起的酶促氧化，其催化多酚物質(zhì)氧化成醌，醌進(jìn)一步氧化聚合，形成黑色素，導(dǎo)致顏色劣變[27]。因此采用高溫滅酶處理青花椒，使多酚氧化酶失活，減少青花椒干制過程中的顏色劣變。

表4顯示的汽蒸處理組對(duì)青花椒品質(zhì)的影響。由表可知，汽蒸處理組的感官評(píng)分高于未處理組，且差異顯著(p<0.05)；汽蒸處理組的色差ΔE低于未處理組，且差異顯著(p<0.05)，說明汽蒸處理通過滅酶以降低青花椒葉綠素的降解，提高青花椒綠色色值。通過對(duì)比汽蒸處理組和未汽蒸處理組的揮發(fā)油含量和麻味物質(zhì)含量可知，汽蒸處理組揮發(fā)油含量低于未處理組，且差異顯著(p<0.05)，麻味物質(zhì)含量之間無顯著性差異(p>0.05)。原因?yàn)槠舾邷靥幚韺?dǎo)致青花椒中的揮發(fā)油揮發(fā)，從而導(dǎo)致汽蒸處理組揮發(fā)油含量較低。綜合比較汽蒸處理對(duì)青花椒感官評(píng)分以及色差ΔE、麻味物質(zhì)和揮發(fā)油3個(gè)主要品質(zhì)的影響，可以得出，汽蒸處理有利于青花椒色值的保持，對(duì)麻味物質(zhì)無顯著影響，故汽蒸處理適用于青花椒的護(hù)色。

表4 汽蒸處理對(duì)干制青花椒品質(zhì)的影響Table 4 Effect of steam treatment on the quality of Zanthoxylum schinifolium

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 溫度對(duì)熱風(fēng)干制青花椒感官評(píng)分以及品質(zhì)的影響

不同熱風(fēng)干制溫度對(duì)青花椒感官評(píng)分以及品質(zhì)的影響如圖2所示。青花椒的感官評(píng)分隨著干制溫度的升高呈先增加后減小的趨勢(shì)，干制溫度為65 ℃時(shí)，青花椒顏色偏綠，當(dāng)溫度達(dá)到75 ℃時(shí)，青花椒顏色出現(xiàn)褐色變化；青花椒的色差ΔE隨著干制溫度的升高呈先降低后升高的趨勢(shì)，原因?yàn)楦芍茰囟鹊?，則干制時(shí)間延長(zhǎng)，導(dǎo)致葉綠素的損失，隨著干制溫度升高至65 ℃時(shí)，高溫對(duì)青花椒中葉綠素破壞力加大，損失較多，色差ΔE增大。同時(shí)，青花椒感官評(píng)分與色差ΔE的變化呈現(xiàn)相互呼應(yīng)。麻味物質(zhì)含量和揮發(fā)油含量隨著干制溫度的升高均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，主要原因?yàn)?5 ℃低溫干制時(shí)間為9 h，65 ℃干制時(shí)間為6.5 h，所以55 ℃低溫干制導(dǎo)致?lián)]發(fā)油含量損失較多，當(dāng)溫度達(dá)到75 ℃時(shí)，高溫會(huì)加快揮發(fā)油的揮發(fā)，進(jìn)而導(dǎo)致其含量降低。青花椒感官評(píng)分在溫度為60～65 ℃時(shí)達(dá)到最大，色差ΔE在溫度65 ℃時(shí)達(dá)到最小，揮發(fā)油含量在溫度65 ℃時(shí)達(dá)到最大，麻味物質(zhì)含量在70 ℃達(dá)到最大，綜合評(píng)價(jià)得出熱風(fēng)溫度為65 ℃時(shí)，青花椒品質(zhì)最高。

圖2 溫度對(duì)熱風(fēng)干制青花椒感官評(píng)分以及品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of temperature on quality and the sensory evaluation of Zanthoxylum schinifolium

2.1.2 鋪放量對(duì)熱風(fēng)干制青花椒感官評(píng)分以及品質(zhì)的影響

鋪放量對(duì)干制青花椒感官評(píng)分以及品質(zhì)的影響如圖3所示。如圖3所示，青花椒的感官評(píng)分隨著鋪放量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)鋪放量達(dá)到650 g時(shí)，青花椒顏色出現(xiàn)褐色變化，導(dǎo)致評(píng)分較低。原因是青花椒鋪放量較大，致使鋪放厚度變大，最終導(dǎo)致干制不均勻出現(xiàn)顏色劣變；青花椒的色差ΔE隨著鋪放量的升高呈先降低后升高的趨勢(shì)，且青花椒感官評(píng)分與色差ΔE的變化呈現(xiàn)相互呼應(yīng)。青花椒揮發(fā)油含量隨著鋪放量的增加呈升高的趨勢(shì)，原因是青花椒鋪放量增加，厚度增加，減緩揮發(fā)油的揮發(fā)量，使青花椒干制后揮發(fā)油含量較高。青花椒麻味物質(zhì)隨著鋪放量的增加呈先降低后趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)，但無顯著性差異(p>0.5)。感官評(píng)分和揮發(fā)油含量均在鋪放量600 g時(shí)達(dá)到最大，色差ΔE在鋪放量500 g時(shí)達(dá)到最小值，麻味物質(zhì)在450～500 g時(shí)含量最大。綜合評(píng)價(jià)得出鋪放量為550 g時(shí)，青花椒品質(zhì)最高。

圖3 鋪放量對(duì)熱風(fēng)干制青花椒感官評(píng)分以及品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of weight on quality and the sensory evaluation of Zanthoxylum schinifolium

2.1.3 風(fēng)速對(duì)熱風(fēng)干制青花椒感官評(píng)分以及品質(zhì)的影響

不同熱風(fēng)風(fēng)速對(duì)熱風(fēng)干制青花椒感官評(píng)分以及品質(zhì)的影響見圖4。由圖4可知，青花椒感官評(píng)分隨著熱風(fēng)風(fēng)速的升高呈下降的趨勢(shì)，青花椒色差ΔE隨熱風(fēng)風(fēng)速的增加呈先降低后升高的趨勢(shì)，青花椒麻味物質(zhì)含量隨熱風(fēng)的增加總體呈升高的趨勢(shì)。青花椒揮發(fā)油含量隨熱風(fēng)風(fēng)速的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，原因是熱風(fēng)風(fēng)速增加，促使青花椒揮發(fā)油揮發(fā)量增加，含量降低。綜合青花椒感官評(píng)分和品質(zhì)的變化，確定熱風(fēng)風(fēng)速0.5 m/s為熱風(fēng)干制最佳風(fēng)速。

圖4 風(fēng)速對(duì)熱風(fēng)干制青花椒感官評(píng)分以及品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of weight on quality and the sensory evaluation of Zanthoxylum schinifolium

2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

采用Box-Behnken設(shè)計(jì)試驗(yàn)，以干制溫度、鋪放量、相對(duì)濕度為響應(yīng)變量，以單位能耗、色差ΔE、揮發(fā)油含量、麻味物質(zhì)含量為響應(yīng)值進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化。試驗(yàn)結(jié)果以及回歸模型方差分析見表4和表5。

利用Design-Expert軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合，得到感官評(píng)分的回歸方程：Y1=8.48-0.058A-0.017B-0.032C+0.011AB-0.035AC+0.089BC-0.18A2-0.067B2-0.038C2；色差ΔE的回歸方程：Y2=8.80+0.32A+0.063B+0.83C-0.67AB-0.00425AC-0.009 5BC+1.46A2+0.41B2+0.64C2；揮發(fā)油的回歸方程：Y3=5.37+0.21A-0.20B-0.012C-0.11AB+0.13AC-0.14BC-0.82A2-0.44B2-0.57C2；麻味物質(zhì)的回歸方程：Y4=2.79-0.15A+0.062B-0.078C+0.31AB-0.39AC-0.070BC-063A2-0.18B2-0.18C2。

表5 響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 5 Response surface test plan and results

表6 回歸模型方差分析Table 6 Analysis of variance for the regression model

從各因素影響程度分析，各因素F值可以反映出各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的重要性，F(xiàn)值越大表明對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響越大，結(jié)合表6得出各因素對(duì)感官評(píng)分的影響大小順序?yàn)椋簾犸L(fēng)溫度>風(fēng)速>鋪放量；各因素對(duì)色差ΔE值的影響大小順序?yàn)椋猴L(fēng)速>鋪放量>熱風(fēng)溫度；各因素對(duì)揮發(fā)油含量的影響大小順序?yàn)椋轰伔帕?熱風(fēng)溫度>風(fēng)速；各因素對(duì)麻味物質(zhì)含量的影響大小順序?yàn)椋簾犸L(fēng)溫度>風(fēng)速>鋪放量。

感官評(píng)分和色差ΔE的響應(yīng)面見圖5，由圖5可以看出，感官評(píng)分響應(yīng)值隨著熱風(fēng)溫度和風(fēng)速的變化幅度較大，而鋪放量對(duì)感官評(píng)分響應(yīng)值的影響較小，鋪放量和風(fēng)速兩兩之間的交互作用顯著，熱風(fēng)溫度和鋪放量、熱風(fēng)溫度和風(fēng)速的兩兩交互作用不顯著。色差ΔE響應(yīng)值隨各因素的變化幅度較大，熱風(fēng)溫度和鋪放量、熱風(fēng)溫度和風(fēng)速的兩兩交互作用不顯著，熱風(fēng)溫度和風(fēng)速之間相互作用顯著。

揮發(fā)油含量和麻味物質(zhì)含量的響應(yīng)面見圖6，由圖6可以看出，揮發(fā)油響應(yīng)值隨各因素的變化幅度較大，熱風(fēng)溫度和鋪放量、熱風(fēng)溫度和風(fēng)速的兩兩交互作用不顯著，鋪放量和風(fēng)速兩兩交互作用顯著。麻味物質(zhì)響應(yīng)值隨著熱風(fēng)溫度的變化幅度較大，而鋪放量和風(fēng)速對(duì)麻味物質(zhì)含量響應(yīng)值的影響較小，熱風(fēng)溫度和鋪放量、熱風(fēng)溫度和風(fēng)速的兩兩相互交互作用顯著，鋪放量和風(fēng)速兩兩相互作用不顯著。

a-c：感官評(píng)分響應(yīng)值；d-f：色差ΔE響應(yīng)值圖5 各因素交互作用對(duì)感官評(píng)分和色差ΔE的影響Fig.5 Effects of interaction between two factors on viscosity of chromatism ΔE and sensory evaluation

2.4 回歸模型的驗(yàn)證

利用Design-Expert軟件，通過對(duì)回歸方程求解，得到色差ΔE最小值為8.52，感官評(píng)分、揮發(fā)油含量和麻味物質(zhì)含量最大值分別為8.49、5.37 mL/100g和2.78 g/100g，此時(shí)的工藝條件為熱風(fēng)溫度64.80 ℃、鋪放量為540.85 g、風(fēng)速為0.48 m/s。為進(jìn)一步驗(yàn)證回歸方程的準(zhǔn)確性和有效性，選擇在最佳熱風(fēng)溫度64.80 ℃、鋪放量為540.00 g、風(fēng)速為0.48 m/s條件下熱風(fēng)干制青花椒，并進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定，測(cè)定結(jié)果感官評(píng)分8.50、色差ΔE8.65、揮發(fā)油含量5.44 mL/100g、麻味物質(zhì)含量為2.81 g/100g；驗(yàn)證結(jié)果與優(yōu)化結(jié)果之間的誤差分別為感官評(píng)分0.10%、色差1.52%、揮發(fā)油含量1.30%、麻味物質(zhì)含量1.08%，與模型預(yù)測(cè)值相近，可見回歸模型能很好地預(yù)測(cè)熱風(fēng)干制青花椒品質(zhì)以及單位能耗，優(yōu)化結(jié)果可靠。

3 結(jié)論

青花椒經(jīng)汽蒸處理后的品質(zhì)優(yōu)于未經(jīng)汽蒸處理組。采用單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面分析法對(duì)熱風(fēng)干制青花椒的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，并建立擬合度良好的數(shù)學(xué)模型；其最佳優(yōu)化工藝條件為：干制溫度64.80 ℃、鋪放量為540.00 g、風(fēng)速0.48 m/s。在此工藝條件下干制青花椒，其感官評(píng)分8.50、色差ΔE8.65、揮發(fā)油含量5.44 mL/100g、麻味物質(zhì)含量為2.81 g/100g，驗(yàn)證結(jié)果與優(yōu)化結(jié)果之間的誤差均小于1.60%，與預(yù)測(cè)值相近，模型預(yù)測(cè)效果良好。且優(yōu)化后的干制青花椒的色差ΔE以及麻味物質(zhì)含量較優(yōu)化前有所提高。本研究將對(duì)降低青花椒干制后葉綠素降解以及降低干制過程中品質(zhì)的變化等方面提供參考依據(jù)。此外，關(guān)于綠色植物產(chǎn)品護(hù)色方面，如何選擇天然優(yōu)良的護(hù)色劑，以及改善綠色植物產(chǎn)品的干制先進(jìn)技術(shù)仍需進(jìn)一步深入探索，以降低傳統(tǒng)干制的污染耗能以及產(chǎn)品品質(zhì)不佳的情況，提高青花椒產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。