采后處理方式對五倍子品質(zhì)的影響

張雯雯,李 坤,2*,唐保山,張品德,劉義穩(wěn),張 弘

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院 資源昆蟲研究所；國家林業(yè)和草原局特色森林資源工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650224；2.信陽農(nóng)林學(xué)院 食品學(xué)院，河南 信陽 464000；3.五峰赤誠生物科技股份有限公司，國家林業(yè)和草原局五倍子高效培育與精深加工工程技術(shù)研究中心，湖北 宜昌 443413)

五倍子是五倍子蚜蟲寄生在鹽膚木、青麩楊等漆樹科植物的樹葉或葉柄上形成的蟲癭，根據(jù)五倍子蚜蟲和寄主植物的不同將其分為肚倍、角倍和倍花3個大類[1]。五倍子是傳統(tǒng)的中藥材，肚倍和角倍被中國藥典收錄[2]，其富含鞣質(zhì)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%～70%[3-4]，鞣質(zhì)的存在使得五倍子具有斂肺降火、澀腸止瀉、抗衰老、抗氧化、抑菌及抗病毒等多種臨床功效[5-8]，同時還是重要的工業(yè)原料，以它為原料制備的化工產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、食品、功能材料等領(lǐng)域[9-13]。新鮮倍子含水率在50%以上，若不及時干燥極易腐爛變質(zhì)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。目前五倍子的干燥都是農(nóng)戶就地完成，再由企業(yè)統(tǒng)一收購，進(jìn)行篩選、分級和后續(xù)的加工利用，這就容易造成產(chǎn)品處理方式不一致、品質(zhì)均一性差等問題，這種差異在其他農(nóng)副產(chǎn)品上已經(jīng)得到了驗(yàn)證[14-15]。關(guān)于五倍子的采后處理鮮有報道，因此，本研究選取蒸汽燙漂(SB)和沸水浸燙(BWB)兩種方式先對新鮮五倍子進(jìn)行預(yù)處理，然后比較了不同干燥方式對五倍子干燥速率及品質(zhì)的影響，同時考察了紫外光對自然干燥的五倍子品質(zhì)的影響，以期為五倍子的采后處理提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

新鮮五倍子，由五峰赤誠生物科技有限公司提供。沒食子酸，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；葡萄糖，阿拉丁試劑上海有限公司；單寧酸，中國林科院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所；以上試劑為分析標(biāo)準(zhǔn)品。甲醇、四氫呋喃，均為色譜純，默克生命科學(xué) (上海) 有限公司。無水乙醇、氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸、正己烷、硫酸、氫氧化鉀、乙醚、蒽酮、福林酚，均為市售分析純。

HX204鹵素水分測定儀，梅特勒-托利多(中國)有限公司；福斯Kjeltec 8400全自動凱氏定氮儀，丹麥福斯分析儀器有限公司；Agilent1200型高效液相色譜(HPLC)儀，美國安捷倫科技有限公司；WFH-201型多功能紫外透射儀，浙江杭州奈德科有限公司；Waters1515 凝膠滲透色譜(GPC)儀，美國沃特世有限公司；NH310色差儀，深圳三恩時科技有限公司。

1.2 新鮮五倍子的預(yù)處理

1.2.1蒸汽燙漂(SB) 參照課題組前期相關(guān)研究和預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果[16]操作。稱取一定質(zhì)量的新鮮五倍子原料，放入蒸汽壓力設(shè)置為0.3 MPa的高溫蒸汽處理器中，待蒸汽壓力達(dá)到設(shè)定值后，迅速打開蒸汽出口閥門，將蒸汽通入盛有五倍子原料的處理器中，并用秒表記錄時間，處理40 s后關(guān)閉蒸汽發(fā)生器，打開處理器出口閥門放氣，取出原料后用快速鹵素水分測定儀測定其初始含水率并進(jìn)行下一步干燥實(shí)驗(yàn)。

1.2.2沸水浸燙(BWB) 根據(jù)五倍子產(chǎn)地農(nóng)戶的經(jīng)驗(yàn)和預(yù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)定料液比為1 ∶10(g ∶mL)，沸水浸燙時間為2 min。將一定量新鮮五倍子投入沸水中，待水重新沸騰開始計時浸燙，達(dá)到處理時間后立即將五倍子撈出，瀝干水分后用快速鹵素水分測定儀測定其初始含水率并進(jìn)行下一步干燥實(shí)驗(yàn)。

新鮮采集的不做任何處理(UT)五倍子，用快速鹵素水分測定儀測定其初始含水率后直接進(jìn)行下一步干燥實(shí)驗(yàn)，作為對照。

1.3 五倍子的干燥

1.3.1烘箱干燥(OD) 分別稱取一定質(zhì)量預(yù)處理后的五倍子平鋪于托盤上，置于100 ℃烘箱中，間隔一定時間將物料從烘箱中取出稱質(zhì)量，記錄物料的質(zhì)量并根據(jù)初始含水率計算物料的含水率變化，至物料質(zhì)量基本保持不變后置于干燥器中晾至室溫，用密實(shí)袋裝好，室溫保存待用。

1.3.2流化床干燥(FBD) 分別稱取一定質(zhì)量預(yù)處理后的五倍子，均勻平鋪于快速干燥器內(nèi)空氣分布盤上，設(shè)置進(jìn)氣溫度為100 ℃，空氣流量為50 m3/h，間隔一定時間將物料從干燥容器內(nèi)取出稱質(zhì)量，記錄物料的質(zhì)量變化并根據(jù)初始含水率計算物料的含水率變化，至物料質(zhì)量基本保持穩(wěn)定后關(guān)閉進(jìn)氣、停止工作，待物料晾至室溫后用密實(shí)袋裝好，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.3自然干燥(ND) 將一定質(zhì)量預(yù)處理后的五倍子平鋪在托盤上，置于陰涼干燥處自然風(fēng)干，氣溫在20～25 ℃，濕度50%左右，間隔一定時間稱量物料的質(zhì)量并根據(jù)初始含水率計算物料的含水率變化，至物料質(zhì)量基本保持不變后用密實(shí)袋裝好，室溫保存待用。

1.3.4紫外光輻照(UVI) 太陽光照射可以加速物料的干燥，但天氣狀況不受人為控制，為了更準(zhǔn)確反映紫外光對干燥過程的影響，采用多功能紫外透射儀輻照處理來模擬日光照射，其中紫外光波長為254 nm,功率為15 W。試驗(yàn)中分別稱取一定質(zhì)量預(yù)處理后的五倍子，均勻平鋪于樣品盤中，置于紫外透射儀下進(jìn)行輻照處理，其余條件同自然干燥處理。

1.4 分析表征

1.4.1干燥速率 參照文獻(xiàn)[17]并進(jìn)行了適當(dāng)修改，擬定干基含水量和失水速率2個指標(biāo)來表征五倍子的干燥速率，干基含水量(CM)和失水速率(RD)的計算公式如下：

(1)

(2)

式中：mt—t時刻的物料質(zhì)量，g；m0—初始物料質(zhì)量，g；mD—對應(yīng)的干物質(zhì)質(zhì)量，g；Δt—從干燥開始到t時刻的時間差，min。

1.4.2色度的測定 首先將經(jīng)過不同干燥方式處理的五倍子用粉碎機(jī)粉碎后過0.25 mm篩，參考文獻(xiàn)[18～19]用色差計測定樣品的明度值(L*)、紅綠軸色品指數(shù)(a*)和黃藍(lán)軸色品指數(shù)(b*)值。以白板作為標(biāo)準(zhǔn)，其中L*表示樣品的明亮度，0(黑色)～100(白色)；a*表示樣品的綠紅值，-60(純綠色)～+60(純紅色)；b*表示樣品的藍(lán)黃值，-60(純藍(lán)色)～+60(純黃色)。測量前將樣品測量面整理平整，每個樣品選取3個測量點(diǎn)，取平均值。

1.4.3沒食子酸和單寧酸含量測定

1.4.3.1標(biāo)準(zhǔn)品及樣品溶液的制備 精密稱取沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品0.5 g定容至100 mL，逐級稀釋為1.25、1.00、0.75、0.50和0.25 g/L的標(biāo)準(zhǔn)品溶液；精密稱取1.0 g單寧酸標(biāo)準(zhǔn)品，用純水定容至100 mL，配制10.0 g/L的單寧酸標(biāo)準(zhǔn)品母液，逐級稀釋配制成8.0、6.0、4.0和2.0 g/L的單寧酸標(biāo)準(zhǔn)品溶液。

稱取一定量粉碎過0.425 mm篩的五倍子樣品，參照標(biāo)準(zhǔn)方法LY/T 1083—2008《栲膠原料分析試驗(yàn)方法》中總抽出物的方法制備樣品溶液，定容后作為樣品測試溶液進(jìn)行下一步含量檢測。

1.4.3.2沒食子酸含量 結(jié)合日本食品添加劑標(biāo)準(zhǔn)[20]及相關(guān)文獻(xiàn)[21]測定沒食子酸含量，采用液相色譜法(外標(biāo)法)進(jìn)行測定。色譜條件為：色譜柱Zorbax 5 SB-C18(250 mm×4.6 mm，5 μm)；流動相0.1% 磷酸水溶液(A)+0.1%磷酸甲醇溶液(B)，以V(A) ∶V(B)=80 ∶20為初始流動相，色譜柱平衡10 min 后，開始梯度洗脫。梯度洗脫程序?yàn)?～30 min內(nèi)流動相比例變?yōu)閂(A) ∶V(B)=0 ∶100，流速1.8 mL/min；檢測波長280 nm，進(jìn)樣體積10 μL，柱溫25 ℃。記錄標(biāo)準(zhǔn)品溶液的峰面積，繪制沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線，采用外標(biāo)法計算樣品中沒食子酸的含量。標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：y=2 489.2x-93.03，R2=0.999 3，沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品的液相色譜圖及標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示。

圖1 沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品HPLC譜圖(a)及標(biāo)準(zhǔn)曲線(b)Fig.1 HPLC chromatograms(a) and standard curve(b) of standard gallic acid(GA)

1.4.3.3單寧酸含量 單寧酸的檢測結(jié)合日本食品添加劑標(biāo)準(zhǔn)[20]及相關(guān)文獻(xiàn)[22]，采用液相色譜法(外標(biāo)法)進(jìn)行測定，色譜條件同1.4.3.2節(jié)。記錄8～20 min時間段內(nèi)出現(xiàn)的所有峰面積，作為單寧酸的峰，繪制單寧酸標(biāo)準(zhǔn)曲線，采用外標(biāo)法計算樣品中單寧酸的含量。標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：y=19 872.38x-7 961.54，R2=0.998 7，單寧酸標(biāo)準(zhǔn)品的液相色譜圖及標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖2所示。

圖2 單寧酸標(biāo)準(zhǔn)品HPLC譜圖(a)及標(biāo)準(zhǔn)曲線(b)Fig.2 HPLC chromatograms(a) and standard curve(b) of standard tannic acid(TA)

1.4.4GPC分析 單寧酸相對分子質(zhì)量分布采用GPC法，以色譜級四氫呋喃為溶劑和流動相進(jìn)行測試，測試條件為柱溫35 ℃，流速0.3 mL/min。

1.4.5其他理化指標(biāo)的測定 水分測定參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1083—2008《栲膠原料分析試驗(yàn)方法》；蛋白質(zhì)參照國標(biāo)GB 5009.5—2016《食品中蛋白質(zhì)的測定》中的凱氏定氮法測定；粗脂肪的測定參照國標(biāo)GB 5009.6—2016《食品中脂肪的測定》；粗纖維的測定參照國標(biāo)GB/T 5009.10—2003《植物類食品中粗纖維的測定》；總糖含量采用蒽酮法[23]測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)均平行進(jìn)行3次，結(jié)果以3次的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，并采用SPSS統(tǒng)計軟件(SPSS Statistics 17.0)對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)和Duncan多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同預(yù)處理方式對五倍子產(chǎn)品的影響

不同預(yù)處理方式對五倍子品質(zhì)有一定的影響，結(jié)果可見表1。受熱后五倍子均呈現(xiàn)黃色半透明狀，顏色測量值也符合這個結(jié)果，預(yù)處理后五倍子明亮度值L*提高，a*和b*也都有所增加，從色度檢測結(jié)果看，沸水浸燙(BWB)和蒸汽燙漂(SB)的顏色測量值也有顯著性差異，BWB預(yù)處理所得五倍子L*值和b*值比SB預(yù)處理的要高，也就是BWB預(yù)處理所得五倍子明亮度更高、顏色更黃，但這種差異無法通過肉眼識別，推測還是與水蒸氣受熱過程中某些組分的氧化分解或變性有關(guān)，有待后續(xù)進(jìn)一步驗(yàn)證。

從表1還可以看出，BWB和SB預(yù)處理后五倍子的含水率有所降低，尤其是SB預(yù)處理后含水率顯著降低，這對后續(xù)的干燥有利。此外，BWB和SB預(yù)處理后五倍子中的單寧酸含量均低于未處理組，對于BWB預(yù)處理來說，單寧酸含量降低較易理解，雖然沸水浸燙時間不長，但五倍子中的單寧酸主要為水解類單寧，易溶于水，在沸水燙漂過程中五倍子會輕度裂開，部分單寧酸溶解于熱水中導(dǎo)致單寧酸含量降低。SB預(yù)處理是以高溫水蒸氣作為加熱介質(zhì)對樣品進(jìn)行燙漂，與熱水燙漂相比，作用時間更短，對細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)破壞更小，理論上可減少水溶性成分的損失[24-25]，但是蒸汽燙漂后五倍子中單寧酸含量更低，推斷是由于水蒸氣熱量高，漂燙的時候可以在很短的時間內(nèi)釋放大量的熱量，導(dǎo)致部分單寧酸分解為沒食子酸[26]，這與文獻(xiàn)[26]的研究結(jié)論也是一致的。

表1 不同預(yù)處理方式對五倍子品質(zhì)的影響1)Table 1 Effects of different pretreatments on the quality of gallnut

2.2 不同處理方式對五倍子干燥過程的影響

將經(jīng)過BWB和SB預(yù)處理后的五倍子，分別進(jìn)行了不同干燥方式的對比，即烘箱干燥(OD)和流化床干燥(FBD)，同時對比了有無紫外光輻照，即紫外光干燥(UVI)和自然干燥(ND)對五倍子干燥速率的影響，幾種干燥方式的干燥曲線如圖3所示。

a.OD;b.FBD;c.ND;d.UVI圖3 不同預(yù)處理方式五倍子干燥曲線和失水速率曲線Fig.3 Drying and dehydration rate curves of gallnut obtained by different pretreatments

從整體的干燥過程來看，4種干燥方式下，OD和FBD所需干燥時間明顯低于ND，當(dāng)樣品干基含水率基本穩(wěn)定時，F(xiàn)BD大約需要120 min，OD大約需要400 min，而ND則需要200 h以上，耗時約為FBD的100倍。此外，經(jīng)過BWB和SB預(yù)處理后的五倍子含水率達(dá)到平衡所需時間都小于UT組。從圖3還可以看出，UVI可以縮短干燥所需時間，同樣的干燥標(biāo)準(zhǔn)UVI大約需要15 h，而且同ND相比，UVI可快速達(dá)到平衡狀態(tài)，在干燥40 h后，3種預(yù)處理方式的樣品干基含水率都降為了最低值。

結(jié)合圖3的干燥曲線和表2中最終樣品的含水率數(shù)據(jù)看出，ND不僅干燥速度緩慢，最終干燥產(chǎn)品的含水率仍在10%以上；OD和FBD在失水速率和最終產(chǎn)品含水率上較一致，干燥產(chǎn)品含水率在5.2%～8.3%之間，加熱處理不僅降低了最終產(chǎn)品的含水率，也極大縮短了這2種干燥方式的干燥時間。與ND相比，UVI的干基含水率在前半段急劇降低，而且最終產(chǎn)品的含水率約為3.2%，明顯低于其他幾種干燥方式，應(yīng)該是紫外輻照引起了五倍子結(jié)構(gòu)的變化，使其中的結(jié)合水或者其他形式較難直接揮發(fā)的水分逸出，導(dǎo)致含水率的降低；由于實(shí)驗(yàn)室紫外輻照是不間斷的，折算成每天8 h太陽光照射，干燥達(dá)到平衡大概需要3～5 d，從干燥速度和產(chǎn)品含水率上來看均優(yōu)于ND。

2.3 不同處理方式對五倍子品質(zhì)的影響

2.3.1色度 不同干燥方式對五倍子產(chǎn)品的色度有較大的影響，具體見表2。

表2 不同處理方式五倍子產(chǎn)品含水率及色度比較Table 2 Comparison of different treatments on the moisture content and surface color of gallnut products

總體來看趨勢還是很明顯，其L*、a*和b*值基本都達(dá)到顯著性差異，OD和UVI所對應(yīng)樣品的亮度值L*低于FBD和ND，而a*值高于另外2種干燥方式，尤其是SB-UVI對應(yīng)的干燥五倍子，L*值是所有產(chǎn)品中最低的，而a*值是最大的，也就是說長時間受熱的OD和UVI所得五倍子顏色更暗更偏紅，但這2種干燥方式所得五倍子含水率更低，有助于后期物料的儲存。結(jié)合表1數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：BWB預(yù)處理所得五倍子L*值和b*值比SB預(yù)處理的要高，經(jīng)過后期干燥后這種趨勢不明顯了，但除FBD外UT組的L*整體高于另外兩種處理方式，且組間差異顯著，應(yīng)該是在后期受熱干燥過程中發(fā)生了化學(xué)變化導(dǎo)致這種結(jié)果的產(chǎn)生。

2.3.2單寧酸含量及相對分子質(zhì)量分布 單寧酸是五倍子中的主要成分，也是重要的功效成分，為了探究不同處理方式對五倍子品質(zhì)的影響，對干燥產(chǎn)品中的單寧酸進(jìn)行了重點(diǎn)分析，包括單寧酸的含量和單寧酸的相對分子質(zhì)量分布，同時還檢測了干燥五倍子中沒食子酸的含量，圖4以沸水預(yù)處理后不同干燥方式所得五倍子樣品的液相色譜圖為例，直觀呈現(xiàn)出了幾種干燥方式所得樣品中沒食子酸和單寧酸含量的差異性，具體含量檢測結(jié)果如表3所示。

圖4 不同干燥方式五倍子樣品液相色譜圖Fig.4 HPLC chromatograms of gallnut products obtained by different drying methods

表3 不同處理方式五倍子產(chǎn)品中單寧酸比較Table 3 Comparison of different treatments on the tannic acid contents of gallnut products

從表3可見，同一種預(yù)處理方式下，ND和UVI所得樣品中單寧酸含量更高，而ND和FBD所得產(chǎn)品中沒食子酸含量更低，可以初步推斷加熱處理會影響五倍子中的單寧酸和沒食子酸含量，隨著受熱時間的延長和加熱溫度的提高，整體呈現(xiàn)單寧酸含量降低而沒食子酸含量增加的趨勢。UT-ND方式所得產(chǎn)品中單寧酸的Mn和Mw是最大的；每種預(yù)處理方式下，ND所得產(chǎn)品的Mn和Mw都最高，而沒食子酸含量又顯著低于其他幾種干燥方式，說明ND對單寧酸的分子結(jié)構(gòu)影響最小。OD和UVI所得產(chǎn)品的Mn和Mw降幅較大，應(yīng)該是干燥過程中單寧酸分解，沒食子酸含量的增加也符合這個結(jié)論，但這2種干燥方式仍有明顯的區(qū)別，OD所得產(chǎn)品單寧酸含量降低明顯，而UVI所得產(chǎn)品單寧酸含量與ND差異不顯著，應(yīng)該是2種干燥過程中單寧酸的分解過程不同。此外，同樣是OD和FBD干燥，SB預(yù)處理后的干燥產(chǎn)品中單寧酸含量整體高于UT組，且都達(dá)到了顯著性差異，可能是因?yàn)樵谡羝A(yù)處理過程中降低了漆酶的活性，從而影響其對單寧酸的酶解[26]，而且FBD所得產(chǎn)品單寧酸含量有所降低，而沒食子酸含量的增加卻不及OD組，也從另一個方面印證了2.1節(jié)的推論，即同樣是受熱分解，分解過程仍有區(qū)別，這有待后續(xù)進(jìn)一步研究。

2.3.3營養(yǎng)成分 對不同處理方式所得五倍子產(chǎn)品中總糖、粗脂肪、粗纖維和粗蛋白的含量進(jìn)行了對比，結(jié)果見表4。

表4 不同處理方式五倍子產(chǎn)品營養(yǎng)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較1)Table 4 Comparison of different treatments on the nutrients of gallnut products

從表4可以看出，幾種營養(yǎng)成分含量的差異性相對較小，尤其是粗纖維和粗蛋白，12個樣品之間基本無顯著性差異。總糖和粗脂肪含量有顯著性差異，但也有一定規(guī)律可循，經(jīng)過預(yù)處理和受熱干燥的產(chǎn)品總糖含量整體高于未處理樣品，其中UT-OD和UT-ND的總糖含量較低，這個結(jié)果應(yīng)該與單寧酸的受熱分解有一定關(guān)系，五倍子單寧酸是相對分子質(zhì)量在500～3 000之間、由不同相對分子質(zhì)量的葡萄糖棓酸酯組成的混合物，其完全水解后產(chǎn)生D-葡萄糖和棓酸[27]，如前面結(jié)果所示，受熱導(dǎo)致單寧酸水解，也就造成了總糖含量的變化。粗脂肪含量的變化也是可以理解的，通過加熱可以破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使油脂更易聚集和浸出，這與油料榨油前需要炒制的道理是一致的。

3 結(jié) 論

3.1沸水浸燙(BWB)和蒸汽燙漂(SB)預(yù)處理后五倍子含水率和單寧酸含量均有所降低，尤其是SB預(yù)處理后，含水率降為47.68%，單寧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)降為50.04%；預(yù)處理后五倍子的L*、a*和b*也都有所增加，BWB預(yù)處理所得五倍子L*值達(dá)到59.93，樣品明亮度更高、顏色更黃。

3.2對比4種干燥方式，烘箱干燥(OD)和流化床干燥(FBD)所需干燥時間明顯低于自然干燥(ND)，紫外光輻照(UVI)40 h所得產(chǎn)品的含水率(3.24%)明顯低于其他幾種干燥方式，但達(dá)到干燥平衡耗時也較長。

3.3加熱處理會使五倍子干燥產(chǎn)品中單寧酸的含量降低而沒食子酸的含量增加，ND處理的五倍子單寧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50.12%～56.84%之間，沒食子酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.29%～0.46%之間，而OD處理后五倍子中單寧酸僅為32.48%～42.43%，沒食子酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)2.97%～4.39%；干燥過程中單寧酸發(fā)生了分解，導(dǎo)致相對分子質(zhì)量降低。

3.4綜合各方因素考慮，新鮮倍子采后處理若由農(nóng)戶個體完成，以沸水浸燙+自然干燥(BWB+ND)作業(yè)方式為佳，而工業(yè)化倍子采后處理因需注重干燥效率，則以蒸汽燙漂(SB)預(yù)處理輔之以流化床干燥(FBD)方式為宜。