檳榔干果的堿脫澀技術(shù)研究與優(yōu)化

代佳慧，康效寧,*，吉建邦，代文婷，王世萍，馬金爽

（1.海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工設(shè)計(jì)研究所，海南 ?？?570100；2.海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院三亞研究院，海南 三亞 572000；3.海口市檳榔加工研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 海口 570100）

檳榔（Areca catechu L.）是棕櫚科植物檳榔樹的果實(shí)，具有“植物口香糖”之稱[1]。目前全世界約有6億人有嚼食食用檳榔的習(xí)慣，檳榔加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景十分可觀[2]。檳榔干果是檳榔的初加工產(chǎn)品，因加工方式不同而分為不同的品類，其中最受消費(fèi)者青睞的有檳榔白果和檳榔黑果[2-4]。檳榔白果采用加熱烘干的干燥方式，使檳榔表皮呈褐綠色，檳榔黑果采用木柴對檳榔進(jìn)行煙熏，故其表面附有大量的煙熏顆粒，色澤黑[3]。白果和黑果作為食用檳榔，在初加工產(chǎn)品中占據(jù)重要地位[5-7]。

單寧又稱鞣酸，是植物體內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一類多元酚類化合物[8]。單寧主要以水溶性鞣酸鹽的形式存在于檳榔中。據(jù)報(bào)道，其在鮮檳榔和檳榔干果中的含量分別為15.47%和7.23%[1]?？扇苄詥螌幙膳c人體口腔蛋白結(jié)合，導(dǎo)致味覺器官產(chǎn)生強(qiáng)烈收斂和干燥的感覺，即“澀感”，是檳榔和其他果實(shí)中形成苦澀味的重要因素[1,9]。果實(shí)脫澀在柿果中研究較為廣泛，在油橄欖、余甘果的脫澀工藝研究上也有所涉及[9-12]。然而，目前對檳榔干果脫澀技術(shù)的研究還未見相關(guān)報(bào)道。孫立靖[13]研究發(fā)現(xiàn)，檳榔的炮制過程會影響檳榔干果中鞣酸的含量，且加工過程中果核的破損也會導(dǎo)致鞣酸溢出至果皮中，加大苦澀味，嚴(yán)重影響食用檳榔的口感和商品價值。雖然在儲藏過程中檳榔干果的澀味也會逐漸消失，但是存在加工周期長、成本高等問題[14]。因此有必要對檳郎加工中脫澀工藝進(jìn)行深入研究。

堿脫澀是利用堿性物質(zhì)如NaOH、Na2CO3等對果實(shí)進(jìn)行浸泡，使可溶性鞣酸轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苄憎匪幔瑥亩_(dá)到脫澀的一類傳統(tǒng)脫澀技術(shù)[15-17]，已發(fā)現(xiàn)在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)用熱堿水清洗檳榔干果有助于其脫澀。因此，本研究采用堿脫澀法，以海南檳榔白果和黑果為原料，以檳榔干果中單寧含量為評價指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)探究浸提溫度、浸提時間、浸提液濃度對檳榔干果脫澀效果的影響，并利用響應(yīng)面法優(yōu)化脫澀條件，為檳榔初加工的脫澀工藝提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

檳榔白果、檳榔黑果：購于海南省萬寧市某檳榔初加工廠，0℃冷庫儲藏。

NaOH、Na2CO3、磷鉬酸、鎢酸鈉、丙酮、磷酸、單寧等均為國產(chǎn)分析純。

F-D試劑：在150 mL蒸餾水中加入鎢酸鈉20 g、磷鉬酸4 g及磷酸10 mL，回流2 h，冷卻至室溫，然后稀釋至200 mL。

單寧標(biāo)準(zhǔn)溶液：精密稱量單寧50.0 mg于50 mL容量瓶中，加蒸餾水溶解并定容至刻度，混勻，用蒸餾水稀釋10倍即得到0.1 mg/mL單寧標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.1.2 儀器與設(shè)備

DS103鹵素水份測定儀，上海?？惦娮觾x器廠；JJ1000電子分析天平，常熟市雙杰測試儀器廠；BL-18B萬能高速粉碎機(jī)，臺州巴菱電器有限公司；DK-S600數(shù)顯恒溫水浴鍋，上海百典儀器設(shè)備有限公司；TU-1810型紫外可見分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；實(shí)驗(yàn)室自制鍘刀。

1.2 方法

1.2.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)以檳榔干果中單寧含量為評價指標(biāo)，以浸提溫度、浸提時間和浸提液濃度為影響因素。取大小均勻的檳榔干果樣品5顆（約30 g），設(shè)置浸提溫度分別為10、30、50、70、90、110℃，固定浸提液濃度為1%，浸提時間1 h，探究不同浸提溫度對檳榔干果脫澀效果的影響；設(shè)置浸提時間分別為1、2、3、4、5、6 h，固定浸提液濃度為1%，浸提溫度30℃，探究不同浸提時間對檳榔干果脫澀效果的影響；浸提液使用Na2CO3∶NaOH=10∶1（V/V），設(shè)置浸提液濃度分別為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%，固定浸提時間1 h，浸提溫度30℃，探究不同浸提液濃度對檳榔干果脫澀效果的影響。

1.2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了得到檳榔干果的最佳脫澀工藝，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，使用Design-Expert軟件進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)。以單寧含量（Y）為響應(yīng)值，檳榔白果及檳榔黑果的影響因素與水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)Table1 Response surface test factor level design

1.2.3 單寧的提取及含量測定

使用蒸餾水將檳榔干果表面沖洗干凈，將檳榔干果粉碎，稱取10 g檳榔干果粉末樣品，放入已備有30 mL蒸餾水的錐形瓶中，密封沸水浴提取單寧1 h，過濾冷卻，重復(fù)操作3次，將3次的提取液混合，最終得到單寧提取物[13]。

分別精密吸取單寧標(biāo)準(zhǔn)溶液0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、5.0、6.0、7.0 mL，置于50 mL容量瓶中，加入F-D試劑2.50 mL和飽和Na2CO3溶液5.00 mL，使用蒸餾水定容，充分混勻，避光靜置30 min，得到系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，并在波長650 nm處測定吸光度值。以標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo)，吸光度值為縱坐標(biāo)作圖，得到單寧標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示。

圖1 單寧標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Tannin standard curve

將單寧提取物稀釋至250 mL，吸取提取物稀釋液1 mL于50 mL容量瓶中，與上述步驟一致，測得樣品提取液的吸光度值，根據(jù)單寧標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算單寧含量，以單寧含量作為衡量脫澀效果的指標(biāo)。

單寧含量計(jì)算公式如下：

式中：m為檳榔樣品質(zhì)量，g；250為稀釋倍數(shù)；50為試樣測定液定容體積，mL；C為依據(jù)單寧標(biāo)準(zhǔn)曲線方程得出的單寧濃度，mg/L。

試驗(yàn)均平行操作3次，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

使用IBM SPSS 20.0軟件分析數(shù)據(jù)的顯著差異性，使用Design-Expert軟件進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析，使用Origin 8.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 浸提溫度對檳榔干果脫澀效果的影響

檳榔中的單寧為水溶性的縮合單寧[14]。經(jīng)過SPSS軟件對圖2中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，在浸提時間和浸提液濃度相同的前提下，不同浸提溫度對樣品中單寧含量影響顯著（P＜0.05）。其中，檳榔黑果與檳榔白果中單寧含量變化趨勢相同，兩種干果中單寧含量均隨浸提溫度的升高而降低；浸提溫度在110℃時的單寧含量雖然顯著低于90℃下提取的單寧含量，但是由于在110℃對設(shè)備的要求更高，需要使用高壓設(shè)備，因此二者的適宜浸提溫度均選90℃。

圖2 浸提溫度對檳榔干果單寧含量的影響Fig.2 Effect of extraction temperature on tannin content of dried areca nut

2.1.2 浸提時間對檳榔干果脫澀效果的影響

由圖3可知，兩種檳榔干果中單寧含量均隨著浸提時間的延長而降低，二者的單寧含量在1～4 h均呈現(xiàn)出明顯下降，4～6 h下降趨勢趨于平緩。經(jīng)過顯著性分析發(fā)現(xiàn)，4 h內(nèi)兩種樣品的單寧含量下降顯著（P＜0.05）。此外，在1～6 h，檳榔黑果單寧含量的下降幅度和下降速度顯著高于白果（P＜0.05）。最終確定檳榔白果和檳榔黑果的適宜浸提時間為4 h。

圖3 浸提時間對檳榔干果單寧含量的影響Fig.3 Effect of extraction timeon tannin content of dried arecanut

2.1.3 浸提液濃度對檳榔干果脫澀效果的影響

Na2CO3、NaOH脫澀的原理是Na+可與可溶性單寧縮合轉(zhuǎn)化為不溶于水的“糅紅”，且堿溶液還可以溶解纖維層中的纖維素、果膠等物質(zhì)，破壞其中的組織結(jié)構(gòu)，加快單寧的溶出速度，進(jìn)而達(dá)到脫澀的目的[14]。

浸提液濃度對兩種檳榔干果中單寧含量影響如圖4所示。經(jīng)過顯著性分析發(fā)現(xiàn)，隨著浸提液濃度的增加，檳榔白果和黑果中單寧含量均呈現(xiàn)先降低后升高再降低的趨勢。但是檳榔白果中單寧含量在浸提液濃度為1.0%時較低，之后有一定程度的升高，在浸提液濃度為3.0%時單寧含量最低；檳榔黑果也呈現(xiàn)出先降低再升高再降低的趨勢?？紤]到浸提液濃度高時堿性過強(qiáng)，對檳榔纖維有一定的破壞作用。因此，選擇浸提液濃度為1.5%。

圖4 浸提液濃度對檳榔干果單寧含量的影響Fig.4 Effect of extract concentration on tannin content of dried arecanut

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)與驗(yàn)證試驗(yàn)

2.2.1 檳榔白果脫澀條件響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以浸提溫度（A）、浸提時間（B）和浸提液濃度（C）為自變量，以單寧含量（Y）為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)，得到白果響應(yīng)面分析結(jié)果如表2所示，回歸方程為：

表2 檳榔白果脫澀條件響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)及結(jié)果Table2 Response surface optimization design and results of deastringency conditions for white areca nut

為進(jìn)一步確定各因素對檳榔白果單寧含量的影響程度，檢驗(yàn)該模型的有效性，對回歸方程進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表3所示。模型P＜0.000 1，說明該回歸模型極顯著，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；失擬項(xiàng)P=0.063＞0.05，失擬項(xiàng)不顯著。R2=0.982 8，表明該模型試驗(yàn)誤差小，擬合度好，可利用該模型來分析和預(yù)測檳榔白果中的單寧含量。從表3中回歸系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)可知，回歸模型中的A、B、C、A2對響應(yīng)值影響極顯著（P＜0.01），AB對響應(yīng)值影響顯著（P＜0.05），BC、AC、B2和C2對響應(yīng)值影響不顯著。F值越大，說明該因素對響應(yīng)值的影響效果越大。因此，各因素對檳榔中單寧含量的影響程度強(qiáng)弱順序?yàn)椋篊（浸提液濃度）＞B（浸提時間）＞A（浸提溫度）。

表3 檳榔白果脫澀條件響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果方差分析表Table 3 Analysis of variance of response surface test results of white areca nut deastringency condition

使用Design-Expert 8.0.6設(shè)計(jì)軟件對三個因素的交互作用進(jìn)行分析，得到響應(yīng)面3D曲線圖和等高線圖。根據(jù)響應(yīng)面試驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理及分析，響應(yīng)面圖形可以直觀地反映出一個固定因素在中心值的條件下，其他兩個因素對單寧含量的影響，3D響應(yīng)面圖的彎曲度越大，說明這兩個因素間的作用越顯著。

圖5所示為浸提溫度與浸提時間的交互作用對檳榔白果干果中單寧含量的影響。從圖中可以看出，當(dāng)浸提時間不變時，單寧含量隨著浸提溫度的升高而降低；當(dāng)浸提溫度不變時，單寧含量隨著浸提時間的增加而減少。綜合響應(yīng)面圖可以看出，浸提時間下降幅度大于浸提溫度下降幅度。因此，浸提時間對單寧含量影響較大。

圖5 浸提溫度與浸提時間的交互作用對檳榔白果脫澀效果影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.5 Responsesurface and contour plots of the influence of interaction between extraction temperature and extraction time on deastringency effect of white areca nut

圖6所示為浸提溫度與浸提液濃度的交互作用對檳榔白果干果中單寧含量的影響。從圖中可以看出，當(dāng)浸提液濃度一定時，單寧含量隨著浸提溫度的升高而減少；當(dāng)浸提溫度一定時，單寧含量隨著浸提液濃度的降低而減少。浸提溫度與浸提液濃度對白果中單寧含量的影響相當(dāng)。

圖6 浸提溫度和浸提液濃度的交互作用對檳榔檳榔白果脫澀效果影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.6 Response surface and contour plots of the influence of interaction between extraction temperature and extract concentration on deastringency effect of white areca nut

圖7所示為浸提時間與浸提液濃度的交互作用對檳榔白果干果中單寧含量的影響。從圖中可以看出，當(dāng)浸提液濃度一定時，單寧含量隨著浸提時間的增加而減少；當(dāng)浸提時間一定時，單寧含量隨著浸提液濃度降低而減少。浸提時間下降幅度小于浸提液濃度下降幅度。因此，浸提液濃度對單寧含量影響較大。

圖7 浸提時間與浸提液濃度的交互作用對檳榔白果脫澀效果影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.7 Response surface and contour plots of the influence of interaction between extraction time and extract concentration on deastringency effect of white areca nut

2.2.2 檳榔黑果脫澀條件響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以檳榔白果脫澀試驗(yàn)相同的自變量，設(shè)計(jì)檳榔黑果三因素三水平試驗(yàn)，得到檳榔黑果響應(yīng)面分析結(jié)果如表2所示，回歸方程為：

為進(jìn)一步確定各因素對檳榔黑果單寧含量的影響程度，檢驗(yàn)該模型的有效性，對回歸方程進(jìn)行方差分析，分析結(jié)果如表5所示。模型P＜0.000 1，說明該回歸模型極顯著，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；失擬項(xiàng)P=0.102 5＞0.05，失擬項(xiàng)不顯著。R2=0.982 1，表明該模型試驗(yàn)誤差小，擬合度好，可利用該模型來分析和預(yù)測檳榔黑果中單寧含量。從表5中回歸系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)可知，回歸模型中的A、B、C、A2、B2、C2對響應(yīng)值影響極顯著（P＜0.01），BC對響應(yīng)值影響顯著（P＜0.05），AB和AC對響應(yīng)值影響不顯著。F值越大，說明該因素對響應(yīng)值的影響效果越大。因此，各因素對檳榔核中單寧含量影響程度強(qiáng)弱順序?yàn)椋篈（浸提溫度）＞B（浸提時間）＞C（浸提液濃度）。

圖8所示為浸提溫度與浸提時間的交互作用對檳榔黑果干果中單寧含量的影響。從圖中可以看出，當(dāng)浸提時間不變時，單寧含量隨著浸提溫度的升高而降低；當(dāng)浸提溫度不變時，單寧含量隨著浸提時間的增加而減少。綜合響應(yīng)面圖可以看出，浸提時間下降幅度與浸提溫度下降幅度相當(dāng)。因此，浸提時間與浸提溫度對黑果中單寧含量的影響相當(dāng)。

圖9所示為浸浸提溫度與提液濃度交互作用對檳榔黑果干果中單寧含量的影響。從圖中可以看出，當(dāng)浸提液濃度一定時，單寧含量隨著浸提溫度的升高而減少；當(dāng)浸提溫度一定時，單寧含量隨著浸提液濃度的升高呈先升高后降低的趨勢。浸提溫度變化趨勢較浸提液變化趨勢更陡峭，說明浸提溫度對檳榔黑果中單寧含量的影響比浸提液濃度大。

圖10所示為浸提時間與浸提液濃度的交互作用對檳榔黑果干果中單寧含量的影響。從圖中可以看出，當(dāng)浸提液濃度一定時，單寧含量隨著浸提時間的延長而減少。浸提時間變化趨勢較浸提液變化趨勢更陡峭，說明浸提時間對檳榔黑果中單寧含量的影響比浸提液濃度大。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)響應(yīng)面Box-Behnken法優(yōu)化得到檳榔白果的最佳脫澀工藝參數(shù)為：浸提溫度90℃，浸提時間5 h，浸提液濃度1%；檳榔黑果最佳脫澀工藝參數(shù)為：浸提溫度90℃，浸提時間5 h，浸提液濃度1.37%。上述條件下得到檳榔白果和檳榔黑果中單寧含量理論值分別為4.40 mg/g和3.42 mg/g。根據(jù)該反應(yīng)條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得到的檳榔白果和檳榔黑果中的單寧含量分別為4.45 mg/g和3.37 mg/g，二者的相對誤差分別為1.14%和1.46%，說明兩者誤差吻合度較好。

3 結(jié)論

檳榔干果脫澀技術(shù)對保證檳榔品質(zhì)、減少加工周期和生產(chǎn)成本具有重要作用。本文通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法優(yōu)化了堿液浸提法在檳榔干果脫澀中的工藝參數(shù)。結(jié)果表明，檳榔白果干果的最佳堿液法脫澀條件為：浸提溫度90℃，浸提時間5 h，浸提液濃度1%；檳榔黑果干果的最佳堿液法脫澀條件為：浸提溫度90℃，浸提時間5 h，浸提液濃度1.37%。優(yōu)化后的熱堿液浸提法可使檳榔干果脫澀效果得到提升，為檳榔加工中脫澀工藝提供了一定的理論依據(jù)。