干燥方法對海帶多糖得率及其部分理化性質(zhì)的影響

陸東和，陳慶華，陳 慎，黃穎穎，楊道富 ，楊成龍

[1. 福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究所，福建省農(nóng)產(chǎn)品（食品）加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350003；2. 莆田市后海墾區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，福建 莆田 351166]

0 引言

【研究意義】海帶（Laminaria japonicaAresch）又名綸布、昆布，素有“海上之蔬”、“含碘冠軍”的美譽(yù)，是我國重要的經(jīng)濟(jì)海藻，產(chǎn)量位居世界首位[1]。海帶雖然價格低廉，但富含碘、甘露醇、維生素A、維生素B族、維生素C、牛磺酸、多糖等功效成分[2]，海帶含有多種生物活性物質(zhì)，如海帶多糖、昆布氨酸、?；撬岬龋渲泻Ф嗵蔷哂姓{(diào)節(jié)免疫、抗腫瘤、抗凝血、抗氧化、降血脂（糖）等獨(dú)特的功效，在食品、醫(yī)藥、化妝品、農(nóng)業(yè)等方面都具有廣闊的應(yīng)用前景[3-4]。采用自然日曬方法將海帶加工成干制品是海帶加工的主要方式，但自然日曬方法受自然環(huán)境因素的影響，存在易霉變及活性成分損失大等問題，成品品質(zhì)良莠不齊。因此研發(fā)可提高海帶干制品質(zhì)量的現(xiàn)代干燥技術(shù)具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】干燥方法會影響干制產(chǎn)品的質(zhì)量，同樣的原料采用不同的干燥方法可以生產(chǎn)出品質(zhì)完全不同的產(chǎn)品[5]。微波具有穿透性，因此真空微波干燥技術(shù)可以有效控制生鮮食品干燥過程的干縮，提高干制品的復(fù)水速率和復(fù)水比[6]，減少多糖等功效成分的損失，并提高其抗氧化活性[7]；微波輔助提取技術(shù)也可以提高多糖等功效成分的提取率[8]；而且不同的微波功率密度對于物料干燥特性和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分保留率都有較大的影響[9-10]。【本研究切入點(diǎn)】已有研究表明微波處理可以提高海帶多糖的提取率[11]，而且真空微波應(yīng)用于海帶干燥加工可以有效改善干制品的復(fù)水性等品質(zhì)指標(biāo)[6]；然而關(guān)于干燥加工，特別是不同微波功率密度的真空微波干燥對海帶多糖的影響還未見報道。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究采用自然日曬、熱風(fēng)干燥、真空干燥，以及兩種不同微波功率密度真空微波-真空組合干燥5種方法對新鮮海帶進(jìn)行干燥，研究不同干燥方法對海帶多糖的得率及其特性的影響，旨在為獲取高品質(zhì)海帶的干燥方法提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

新鮮海帶由莆田市后海墾區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

RX-16ZK多功能真空微波干燥箱（帶電熱管加熱功能，廣州榮興工業(yè)微波設(shè)備有限公司產(chǎn)品），DHG-9070A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科技有限公司），NDJ-8S 型數(shù)顯黏度計（上海菁海儀器有限公司），UV-1900紫外可見分光光度計（上海翱藝儀器有限公司）等。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 原料處理

新鮮海帶用自來水洗凈，切除根部及周邊較薄部分，切成1 cm×5 cm規(guī)格的海帶條，瀝去表面水分后用保鮮袋包裝，置于5℃冰箱冷藏備用。

1.3.2 干燥試驗(yàn)

（1）2 W·g-1真空微波-真空組合干燥（VM-VD1）

2 000 g鮮海帶條以厚度約0.6 cm薄層平鋪于帶硅膠墊的聚四氟乙烯盤內(nèi)，在微波功率4 kW、壓力-0.085～-0.090 MPa、溫度（50±2）℃條件下干燥至海帶條含水量30%左右，關(guān)閉微波，開啟電熱管，繼續(xù)在壓力-0.085～-0.090 MPa、電熱管功率8 kW、溫度（60±2）℃條件下干燥至終點(diǎn)。

（2）4 W·g-1真空微波-真空組合干燥（VM-VD2）

微波功率改為8 kW，其余同1.3.2（1）。

（3）真空干燥（VD）

2 000 g鮮海帶條以厚度約0.6 cm薄層平鋪于帶硅膠墊的聚四氟乙烯網(wǎng)盤上，在壓力-0.085～-0.090 MPa、電熱管功率8 kW、溫度（60±2）℃條件下干燥至終點(diǎn)。

（4）熱風(fēng)干燥（AD）

2 000 g鮮海帶條以厚度約0.6 cm薄層平鋪于帶硅膠墊的聚四氟乙烯網(wǎng)盤上，置于預(yù)熱到設(shè)定溫度的恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，在溫度（60±1）℃、開啟鼓風(fēng)開關(guān)的條件下干燥至終點(diǎn)。

（5）自然日曬（ND）

2 000 g鮮海帶條以厚度約0.6 cm薄層平鋪于帶硅膠墊的聚四氟乙烯網(wǎng)盤上，白天置于陽光強(qiáng)烈照射的通風(fēng)處，夜晚收至室內(nèi)，曬3 d后至終點(diǎn)。

1.3.3 海帶粉制備 海帶條水分含量低于8%為干燥終點(diǎn)，將不同干燥方法制備的干海帶條粉碎至80目備用。

1.3.4 試驗(yàn)指標(biāo)及測定方法

（1）海帶多糖制備及多糖得率測定

海帶多糖的提取參考余華等的方法[12]，稱取一定重量的海帶粉，加25倍蒸餾水于90℃水浴提取6 h，混合液冷卻后5 000 r·min-1離心15 min，沉淀中加入海帶粉15倍蒸餾水重復(fù)提取1次，合并上清液，濃縮至原體積的1/5，加入濃縮液5倍體積的95%乙醇，5℃靜置過夜，5 000 r·min-1離心5 min，沉淀冷凍干燥得到海帶粗多糖。海帶粗多糖用蒸餾水配制成2.0 mg·mL-1的海帶粗多糖溶液備用。

多糖含量采用苯酚-硫酸比色法[13]測定。吸取l.0 mL海帶粗多糖溶液于具塞試管中，加入1.0 mL 6%苯酚溶液，搖勻后加入5.0 mL濃硫酸，混勻后沸水浴10 min，冷卻至室溫，于490 nm處測吸光值。以葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品作標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算多糖含量。

（2）海帶多糖硫酸根含量的測定

采用明膠-氯化鋇法測量[14]。稱取一定重量的凍干海帶粗多糖樣品（約20 mg），加入15 mL濃HCl和4.5 mL濃HNO3硝化至微黃色止，消化液定容到50 mL，取2.5 ml硝化液，加入2.5 ml 明膠-氯化鋇溶液混勻，靜置15 min，于360 nm處測定吸光值。以硫酸鉀標(biāo)準(zhǔn)品作標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算海帶多糖樣品中硫酸根含量。

（3）海帶多糖黏度的測定

用蒸餾水配制20.0 mg·mL-1的海帶粗多糖溶，在20±2℃條件下，選用旋轉(zhuǎn)黏度計2號轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速30 r·min-1測定海帶多糖黏度。

（4）海帶多糖清除羥自由基（·OH）活性的測定

參考孫玉軍等的方法[15]，在4 mL海帶多糖溶液中，分別加入9 mmol·L-1FeSO4、9 mmol·L-1水楊酸-乙醇溶液和8.8 mmol·L-1H2O2各0.5 mL，在37℃下反應(yīng)0.5 h，以蒸餾水代替海帶多糖溶液作為空白對照，于510 nm波長處測吸光度值。

清除率計算公式：

式中：A0為空白對照管的吸光度值；

A為樣品管的吸光度值。

（5）海帶多糖清除超氧陰離子自由基（O2-·）活性的測定

參考孫玉軍等的方法[15]，吸取50 mmol·L-1、pH 8.0的Tis-HCl緩沖液4.5 mL，25℃水浴 20 min，加入4.0 mL海帶粗多糖溶液和0.1 mL 25 mmol·L-1鄰苯三酚溶液（以10 mmol·L-1的HCl配制），混勻，25℃反應(yīng)5 min，加入1 mL8 mol·L-1HCl終止反應(yīng)，以Tis-HCl緩沖液代替樣品作為空白對照，在300 nm波長處測定吸光度值。

清除率計算公式：

式中：A0空白對照管的吸光度值；

A為樣品管的吸光度值。

1.3.5 統(tǒng)計分析 所有試驗(yàn)均重復(fù)3次，結(jié)果取平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用Origin 8.5和SPSS 24軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 干燥方法對海帶多糖得率的影響

不同干燥方法對海帶多糖的得率（圖1）有顯著影響（P＜0.05）；多糖得率由小到大的順序依次為：自然日曬、熱風(fēng)干燥、真空干燥、2 W·g-1真空微波-真空組合干燥、4 W·g-1真空微波-真空組合干燥。即采用自然日曬海帶的多糖得率最低，為7.87%；而采用4 W·g-1真空微波-真空組合干燥海帶的多糖得率最高，為13.83%。該結(jié)果表明，不同干燥方法會顯著影響海帶多糖的得率，其中自然日曬會導(dǎo)致海帶多糖有較大的損失；而較高的微波功率密度（4 W·g-1）有利于提高海帶多糖得率。

圖1 干燥方法對海帶多糖得率的影響Fig.1 Effect of drying methods on polysaccharide content in dried L. japonica

2.2 干燥方法對海帶多糖SO42-含量的影響

不同干燥方法對海帶多糖SO42-含量的影響見圖2。海帶多糖SO42-含量由小到大的順序依次為：自然日曬、熱風(fēng)干燥、真空干燥、4 W·g-1真空微波-真空組合干燥、2 W·g-1真空微波-真空組合干燥。采用自然日曬海帶的多糖SO42-含量最低，為5.71%，明顯低于其他方法干燥海帶的多糖SO42-含量（P＜0.05）；而采用2 W·g-1真空微波-真空組合干燥海帶的多糖SO42-含量最高（8.79%），明顯高于自然日曬、熱風(fēng)干燥和真空干燥的海帶樣品（P＜0.05），但與4 W·g-1微波功率密度的真空微波－真空組合干燥海帶的多糖SO42-含量差異不顯著（P＞0.05）。

2.3 干燥方法對海帶多糖黏度的影響

圖2 干燥方法對海帶多糖SO42-含量的影響Fig.2 Effect of drying methods on SO42- content of polysaccharide in dried L. japonica

黏度可以粗略反映出多糖的組分及分子量情況，對于相同濃度的海帶多糖溶液，多糖分子量大則其黏度高，反之則低。由圖3可以看出，采用真空干燥和熱風(fēng)干燥海帶的多糖黏度顯著高于自然日曬和兩種真空微波-真空組合干燥海帶的多糖黏度（P＜0.05）；而采用4 W·g-1真空微波-真空組合干燥海帶的多糖黏度最低。相對熱風(fēng)干燥和真空干燥，自然日曬海帶的多糖黏度較低，說明海帶在自然日曬過程中其多糖降解率較高；兩種真空微波-真空組合干燥海帶的多糖黏度較低，而且較高的微波功率密度（4 W·g-1）組合干燥海帶的多糖黏度顯著低于較低的微波功率密度（2 W·g-1）組合干燥海帶的多糖黏度（P＜0.05），說明微波干燥會導(dǎo)致海帶多糖的降解，而且微波功率密度越高其降解作用越強(qiáng)。

2.4 干燥方法對海帶多糖體外抗氧化活性的影響

圖3 干燥方法對海帶多糖黏度的影響Fig.3 Effect of drying method on viscosity of polysaccharides in dried L. japonica

不同干燥方法對海帶多糖清除羥自由基和超氧陰離子自由基活性的影響分別見圖4和圖5。其清除率由大到小的順序均為：2 W·g-1真空微波-真空組合干燥、4 W·g-1真空微波-真空組合干燥、真空干燥、熱風(fēng)干燥、自然日曬。該結(jié)果表明，干燥方法對海帶多糖的體外抗氧化活性有顯著的影響（P＜0.05）；自然日曬會導(dǎo)致海帶多糖的體外抗氧化活性大幅降低；相對于熱風(fēng)干燥，真空干燥可減緩海帶多糖體外抗氧化活性的損失；真空微波-真空組合干燥海帶多糖的體外抗氧化活性較高，而且較高的微波功率密度（4 W·g-1）干燥的海帶多糖體外抗氧化活性較低（P＜0.05），說明較高的微波功率密度會造成海帶多糖體外抗氧化活性的損失。

圖4 干燥方法對海帶多糖清除羥自由基（·OH）能力的影響Fig.4 Effect of drying methods on hydroxyl radical scavenging activity of polysaccharide in dried L. japonica

圖5 干燥方法對海帶多糖清除超氧陰離子自由基（O2-·）能力的影響Fig.5 Effect of drying methods on superoxide anion radical scavenging activity of polysaccharide in dried L.japonica

3 討論與結(jié)論

多糖是生物體內(nèi)普遍存在的一類生物大分子，具有特殊的生物活性；干燥過程會導(dǎo)致多糖的損失，而且干燥溫度越高、時間越長，損失率越高[16]。自然日曬海帶的多糖得率、SO42-含量、黏度和體外抗氧化活性低于熱風(fēng)干燥和真空干燥樣品，應(yīng)該是由于受陽光中紫外線及環(huán)境中微生物等因素的影響而導(dǎo)致海帶多糖發(fā)生降解所致。相對于熱風(fēng)干燥，真空干燥可保持海帶較低的品溫，從而減少多糖的損失；段夢穎等[17]研究也發(fā)現(xiàn)真空干燥的聚合草多糖得率、SO42-含量、黏度均高于熱風(fēng)干燥樣品。真空微波-真空組合干燥海帶的多糖得率、SO42-含量和抗氧化活性較高，而黏度較低，這可能是由于微波干燥時間短，多糖損失少，但微波對多糖具有降解作用所致[18]。對于兩種不同微波功率密度的真空微波-真空組合干燥，增大微波功率密度雖然可以提高海帶多糖的得率，但也會降低多糖的SO42-含量、黏度和體外抗氧化活性，這是由于較高的微波功率密度對海帶細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞作用較強(qiáng)，有利于胞內(nèi)多糖的溶出[19]，從而提高其得率，但也會導(dǎo)致海帶多糖因過度降解而損失。

從海帶中提取的粗多糖主要包括褐藻膠、褐藻糖膠和褐藻淀粉，其中褐藻糖膠是一種硫酸多糖，也是海帶多糖中主要的生物活性成分[20]，因此硫酸根含量是考察海帶多糖生物活性的重要指標(biāo)之一[21]。此外，多糖的生物活性與其分子量及其分布有關(guān)[22]，而黏度可以粗略地反映出多糖的組分及分子量情況。多糖分子量大則黏度高，而黏度過高不利于多糖在體內(nèi)的擴(kuò)散和吸收，會降低其生物活性，因此對多糖進(jìn)行適度降解，有利于提高其生物活性[23]。

真空微波-真空組合干燥技術(shù)可以有效減少干燥過程海帶多糖的損失，但微波會導(dǎo)致海帶多糖的降解，而且微波功率密度越高，其降解作用越強(qiáng)。因此，只有適宜微波功率密度的真空微波－真空組合干燥才是生產(chǎn)高品質(zhì)海帶干制品的有效途徑。