西紅花干燥工藝對西紅花苷含量的影響

張赟彬，魏蒙月，王思佳，孫麗紅，徐晨曦，湯易

1. 上海中醫(yī)藥大學公共健康學院（上海 201203）；2. 上海中僑職業(yè)技術(shù)學院食品學院（上海 201319）；3. 上海應(yīng)用技術(shù)大學香料香精技術(shù)與工程學院（上海 200234）

西紅花又名番紅花、藏紅花，為鳶尾科植物番紅花（Crocus sativusL.）的干燥柱頭[1]，在上海、浙江、江蘇、河南等地形成規(guī)模種植，主產(chǎn)區(qū)上海崇明的產(chǎn)量約占全國的60%。西紅花是名貴中藥材，具有降血壓、降糖、降脂、抗腫瘤、抗動脈粥樣硬化、治療神經(jīng)退行性疾病等作用[2-3]，市場需求較大。針對西紅花花株的栽培技術(shù)，病蟲害防治技術(shù)，西紅花苷提取工藝等方面已有大量研究，但對西紅花的干燥工藝的相關(guān)研究還未見報道[4-5]。

西紅花的烘干方式在各地區(qū)之間都略有差異，《浙江省中藥炮制規(guī)范》（2015年版）[6]規(guī)定，西紅花需要低溫烘干，是指烘干溫度不能超過60 ℃；實際生產(chǎn)過程中，大規(guī)模種植戶如上海崇明、浙江開化和海寧對西紅花采用的加工方式是隔水蒸干法[7]，該方法類對工人的經(jīng)驗要求高，且人工成本大；其他方法未見報道。試驗以崇明西紅花作為原料，模擬實際生產(chǎn)加工過程，研究較為常用的幾種不同的烘干方法對西紅花失水率和西紅花總苷含量的影響，優(yōu)選更加快速、簡便、低成本的干燥工藝，對促進西紅花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有較好的實用價值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

西紅花樣品（上海食蘊同源農(nóng)產(chǎn)品專業(yè)合作社提供，采收時間為2018年11月）；乙醇（分析純，上海泰坦科技股份有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

YP202N電子天平（上海精密科學儀器有限公司）；可見分光光度計（尤尼柯（上海）儀器有限公司）；冷凍干燥機（上海德洋邦儀器有限公司，DYYB-12）；電熱恒溫鼓風干燥箱（上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠，GZX-9240 MBE）；微波爐（格蘭仕，P70D20TL-D4）；真空干燥箱（上海博迅實業(yè)有限公司，DZF-6050）。

1.3 方法

1.3.1 西紅花不同的烘干方式

A（熱風烘干法）：將西紅花平攤在鐵盤中，放入不同溫度（60 ℃、90 ℃）烘箱中，加熱烘干一定時間后取出，測定樣品中水分和西紅花總苷含量。

B（真空干燥法）：設(shè)定真空干燥箱的真空度為0.1 MPa，將平攤有西紅花樣品的鐵盤放入不同溫度（30 ℃、50 ℃）的真空干燥箱中，干燥不同時間后取出，測定樣品中水分和西紅花總苷含量。

C（微波干燥法）：將西紅花平攤在盆中，放入預先設(shè)定好功率（中火、中高火）的微波爐中，干燥不同時間后取出，測定樣品中水分和西紅花總苷的含量。

D（冷凍干燥法）：將新鮮的西紅花樣品在-20℃冷凍12 h后，平攤在盆中，放入真空冷凍干燥機（-40 ℃，-40 Pa），冷凍干燥12 h后取出，測定樣品中的水分和西紅花總苷含量。

在上述樣品中，用于檢測西紅花總苷含量的樣品編號和烘干參數(shù)見表1。

表1 烘干參數(shù)及其編號

1.3.2 樣品烘干過程中失水率的測定

西紅花絲烘干前后分別稱質(zhì)量，烘干前西紅花樣品稱質(zhì)量m1（g），烘干后將西紅花樣品冷卻到室溫稱質(zhì)量m2（g），按式（1）計算樣品失水率：

1.3.3 烘干樣品的西紅花總苷含量測定

西紅花總苷含量的測定按照《中華人民共和國藥典》（2015版）的要求中西紅花總苷含量的測定方法進行檢測[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱風干燥法對西紅花干燥效果的影響

2.1.1 熱風干燥法對西紅花中水分含量的影響

如圖1所示，烘干溫度60 ℃時，隨著干燥時間延長，西紅花的失水率逐漸增加；烘干溫度90 ℃，時間8 min的西紅花樣品的失水率最高，說明干燥速率最快；繼續(xù)干燥，干燥至15 min時，失水率沒有明顯變化，說明干燥溫度90 ℃，干燥時間8 min時西紅花的脫水率已達到高峰，繼續(xù)烘干，短時間內(nèi)其水分不會有太大變化。

2.1.2 熱風干燥法對西紅花總苷含量的影響

由圖2可得，隨著烘干溫度升高，西紅花總苷含量逐漸增加。在稍低的烘干溫度（60 ℃）時，隨烘干時間延長，干燥速率變化幅度較大，但總苷含量較低；而在較高的烘干溫度（90 ℃）下，西紅花總苷總苷含量高，隨烘干時間延長，含量略有下降；這一結(jié)果和童應(yīng)鵬[9]研究結(jié)果類似。造成這種現(xiàn)象的原因可能是，烘干溫度較低（60 ℃）時，樣品中含有的酶具有一定的生物活性，可能導致西紅花苷的分解或者與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而導致含量減少；烘干溫度90 ℃時，酶由于高溫而失活，使得總苷含量保持較高。試驗結(jié)果表明，烘干參數(shù)為90 ℃、8 min時，西紅花總苷含量最高。

圖1 熱風干燥的溫度和時間對失水率的影響

圖2 熱風干燥的溫度和時間對西紅花總苷含量的影響

2.2 真空干燥法對西紅花干燥效果的影響

2.2.1 真空干燥法對西紅花中水分含量的影響

如圖3 所示，在真空干燥前提下，烘干溫度30 ℃時，隨著干燥時間延長，西紅花的失水率逐漸增加；干燥溫度50 ℃時，失水率增加明顯，說明升高溫度可顯著增加干燥速率；保持50 ℃的烘干溫度不變，延長烘干時間，失水率達到70.0%，說明此時基本烘干。

圖3 真空干燥的溫度和時間對失水率的影響

2.2.2 真空干燥法對西紅花總苷含量的影響

在真空干燥條件下，總苷含量顯著低于熱風干燥時總苷含量，主要原因一方面是由于有些樣品沒有完全烘干，另一方面也可能與樣品在低溫下酶活性較高，導致西紅花苷分解和發(fā)生生化反應(yīng)有關(guān)，尤其是B4的水分達到70%，但西紅花苷含量仍不及熱風干燥的一半。后續(xù)需要進一步采用更長的處理時間或者更高的處理溫度開展采用真空干燥法試驗，便于得出最佳參數(shù)。

圖4 真空干燥的溫度和時間對西紅花總苷含量的影響

2.3 微波干燥法對西紅花干燥效果的影響

2.3.1 微波干燥法對西紅花中水分含量的影響

由圖5可知，采用微波中火5 min時，樣品失水率達72.11%，說明微波烘干的干燥速率較快，延長干燥時間，失水率增加；增大功率改為中高火時，烘干4 min，樣品的失水率達到最大值，此時樣品達到干燥狀態(tài)，繼續(xù)烘干，失水率沒有顯著變化。

圖5 微波烘干的溫度和時間對失水率的影響

2.3.2 微波干燥法對西紅花總苷含量的影響

如圖6所示，選用中火進行烘干時，西紅花總苷含量隨著烘干時間延長而逐漸增加，烘干功率為中高火時，西紅花總苷含量降低，說明烘干功率對西紅花總苷類成分有顯著性影響。在微波功率為中火時，西紅花苷類化合物含量升高的原因可能為[9]：微波烘干法與熱風干燥、真空干燥法相比，烘干時間顯著性減少，減少西紅花苷類化合物因長時間加熱而降解；微波有可能使西紅花中的降解酶迅速失活，減少西紅花苷類化合物因為酶解而降低。但是更大功率的微波功率處理，西紅花苷類化合物略有降低，推測原因可能與微波對西紅花苷類結(jié)構(gòu)的影響，或與其他成分可能發(fā)生反應(yīng)有關(guān)。

圖6 微波烘干的溫度和時間對西紅花總苷含量的影響

2.4 冷凍干燥法對西紅花干燥效果的影響

冷凍干燥法制備的西紅花樣品，色澤保持最好，形態(tài)也是最佳，通過測量，其失水率達到80%，西紅花苷含量為18.72%。但考慮其設(shè)備昂貴、所需干燥時間長，生產(chǎn)成本偏高，該方法并不適用于西紅花生產(chǎn)實際使用。

2.5 不同干燥方法的比較

由于西紅花開花時間短，需要一開花馬上采收其雌蕊，并進行加工，導致試驗在參數(shù)設(shè)置及具體處理工藝方面仍需進一步完善。

不同參數(shù)下西紅花花絲失水率如圖1、圖3和圖5所示，在相同參數(shù)下，烘干時間越長，溫度越高，西紅花失水率越高。通過對比，冷凍干燥較為費時且設(shè)備要求高，不利于普通工廠生產(chǎn)；真空干燥失水率稍低，其烘干參數(shù)的設(shè)置還需進一步研究；微波干燥加工時間短，失水最快；綜合干燥時間及失水率，3種烘干方法的水分含量丟失速率為：微波干燥＞熱風干燥＞真空干燥。

烘干樣品的西紅花總苷含量與烘干過程中的設(shè)備、溫度、時間緊密相關(guān)。熱風干燥時，90 ℃烘干優(yōu)于60 ℃，綜合能源消耗考慮及時間和人力成本考慮，最佳的烘干參數(shù)為90 ℃，8 min；微波干燥時，4組樣品的失水率皆高于72%，但其西紅花總苷含量有顯著不同，考慮不同西紅花植株含量不同的因素，綜合之下，采用微波干燥西紅花時，建議的適宜條件為微波中火，6 min。對比在不同烘干參數(shù)下得到的西紅花樣品，失水率在熱風干燥90 ℃，8 min時最高；西紅花總苷含量在微波中火6 min時最高。綜合能源消耗考慮以及時間和人力成本考慮，最佳的烘干參數(shù)應(yīng)該為熱風干燥90 ℃，8 min，此時的失水率趨于平衡且西紅花總苷含量較高。

3 結(jié)論

通過對不同烘干工藝條件下的失水率和西紅花總苷含量的測定，結(jié)果表明，真空干燥由于處理溫度低，樣品可能未完全干燥，導致西紅花總苷含量最低，需進一步研究探討；冷凍干燥因干燥時間較長，且成本高昂，不適于推廣；微波干燥法具有操作規(guī)范簡單、成本低、烘干時間短、西紅花總苷破壞小、人力成本低等優(yōu)點，但微波爐的大小決定了每次烘干量的多少，尤其是每次處理量低；熱風干燥法，處理量大，人力成本低，雖烘干時間略長于微波干燥法，但失水率最高，干燥速度快，且成品中西紅花總苷含量最高，因此，是烘干西紅花樣品最適宜的方法。