干燥方式對檳榔理化特性和抗氧化能力的影響

袁源 劉洋洋 龔霄 周偉 李積華

摘 ?要：本研究以檳榔為對象，采用色差、氣質(zhì)、液相、紫外等分析手段，研究不同干燥方法對檳榔外觀形態(tài)、活性成分和抗氧化能力的影響。結(jié)果表明：檳榔的干燥速率與溫度呈正相關(guān)，最快到達干燥終點的是微波干燥;干燥后檳榔外皮亮度增加，綠色度下降，黃色度提高;檳榔干制品的厚度與干燥溫度呈負相關(guān)，低溫的凍干可基本保持檳榔的厚度;干燥過程中檳榔的硬度出現(xiàn)先下降再上升的趨勢，在失水率50%時硬度最低，為后續(xù)粉碎工藝提供理論支持;干燥后檳榔的總黃酮、總酚含量均顯著高于新鮮青果，抗氧化能力均顯著強于新鮮樣品;而檳榔堿含量干燥樣品均顯著低于新鮮樣品，因此可推斷檳榔的抗氧化能力可能與其總黃酮、總酚含量相關(guān)，與檳榔堿無明顯相關(guān)。不同干燥方式對檳榔的影響明顯不同，在生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)實際需求選擇不同的干燥方式或復(fù)合使用。

關(guān)鍵詞：檳榔;干燥;理化特性;抗氧化能力

Abstract： The effects of different drying methods on the appearance， active components and antioxidant capacity of Areca catechu L. were studied by gas chromatography-mass spectrome （GC-MS）， high-performance liquid chromatograph （HPLC） and ultraviolet spectrophotometry （UV）. The drying rate of areca nuts was positively correlated with temperature， and the fastest drying method was microwave drying. After drying， the brightness of areca nut skin increased， the green degree decreased， and the yellow degree increased. The thickness of dried areca nuts was negatively correlated with the drying temperature， and low-temperature freeze-drying could basically maintain the thickness of areca nut. During the drying process， the hardness of areca nuts decreased first and then increased. The hardness was the lowest when water loss rate was 50%， which provided a theoretical support for the subsequent grinding process. The content of total flavonoids and total phenols in the dried areca nut was significantly higher than those in the fresh， and the antioxidant capacity was significantly stronger than that in the fresh. The content of arecoline in the dried samples was significantly lower than that in the fresh， so it could be inferred that the antioxidant capacity of Areca catechu L. may be related to the content of total flavonoids and total phenols， but not with arecoline obviously. The effects of different drying methods on areca nut were obviously different. Therefore， different drying methods or combined use should be selected according to the actual needs in production.

Keywords： Areca catechu L.; drying; physicochemical properties; antioxidant capacity

檳榔（Areca catechu L.），為棕櫚科檳榔屬常綠喬木檳榔的果實[1]。其用途廣泛，主要用于食用，嚼檳榔是吸煙、飲酒和喝咖啡后，世界上最流行的第四種習(xí)慣[2]。檳榔還是重要藥用植物之一，其藥用歷史悠久，始載于三國時期的《藥錄》;歷版《中國藥典》均有收載，被列為“四大南藥”之首[3-4]。據(jù)藥監(jiān)部門統(tǒng)計，我國有220余個藥品或方劑含有檳榔及各藥用部位。此外，還可用于制作保健、營養(yǎng)食（藥）品[5-6]。檳榔在我國主要分布于海南省，其產(chǎn)量約占中國產(chǎn)量的 95%（未含臺灣省）[7]。作為省內(nèi)熱帶作物中僅次于橡膠的第二大經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)，海南省近年來將檳榔加工作為重點發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一。目前檳榔常見于加工成干果，供咀嚼嗜好品食用;但由于海南省地處的炎熱濕潤的熱帶，檳榔果實采后約一周，肉眼可見果皮皺縮至干枯，其中纖維化明顯、褐變嚴(yán)重，甚至組織液滲出，氣味劣變，故檳榔果采后，常需干燥后備用[8]。檳榔的傳統(tǒng)加工工藝為自然曬干或用煙熏干，一般需要一周左右，干燥加工周期長，生產(chǎn)效率低[9]，并且存在食用安全性的問題：曬干所需周期長，對天氣的依賴性大，其間易發(fā)生霉變;而熏干過程會產(chǎn)生大量的有毒有害物質(zhì)，如苯并芘、甲醛、二氧化硫等[10-11]。因此，本研究通過研究不同干燥方式對檳榔的理化性質(zhì)和抗氧化能力的影響，以期為檳榔進一步開發(fā)與利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

1.1.1 ?材料與試劑 ??市售檳榔青果（同批，成熟度均勻，表面呈基本一致的綠色），經(jīng)中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所龔霄副研究員鑒定確認為棕櫚科植物檳榔（Areca catechu L.）。

蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品，生工生物工程股份有限公司;沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品、檳榔堿標(biāo)準(zhǔn)品，上海源葉生物科技有限公司;α-蒎烯標(biāo)準(zhǔn)品、2，2-連氨-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二氨鹽（ABTS）、Fe3+-三吡啶三啞嗪（TPTZ）、二丁基羥基苯酚（BHT）、福林酚，美國Sigma公司;1，1-二苯基-2-苦基苯肼（DPPH），梯希愛（上海）化成工業(yè)發(fā)展有限公司;無水甲醇、氫氧化鈉、亞硝酸鈉、乙酸、硫酸亞鐵（分析純），西隴科學(xué)股份有限公司;氯化鋁、無水碳酸鈉、無水乙酸鈉、無水硫酸鈉、氨水（分析純），廣東光華科技股份有限公司;過硫酸鉀（分析純），天津市福晨化學(xué)試劑廠;溴甲酚綠（分析純），西安天茂化工有限公司;硫酸（分析純），廉江市愛廉化試劑有限公司;氯仿（分析純），浙江巨通化工物流有限公司;乙醚（分析純），上海晟俊實業(yè)投資有限公司。

1.1.2 ?儀器與設(shè)備 ??UV-1780型紫外可見分光光度計、LC-20A高效液相色譜儀、QP2010-Plus氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，日本島津公司;Alpha1- 4LDplus冷凍干燥機，德國Christ公司;101-1A數(shù)顯電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海滬南科學(xué)儀器聯(lián)營廠;Galanz微波爐，格蘭仕公司;CT3-50k質(zhì)構(gòu)儀，美國Brook frield公司;Color I 5D測色儀，美國Xrite公司;MRS 120-3水分分析儀，德國KERN公司;十萬分之一電子天平，德國賽多利斯公司。

1.2 ?方法

1.2.1 ?前處理 ?將3000?g新鮮檳榔凈選，切分為1/4，除去檳榔仁，均分為6份。其中1份為不做任何處理的新鮮對照品。其余5份按表1處理如下，以水分含量低于8%為干燥終點。

1.2.2 ?外觀形態(tài) ?（1）水分。干燥過程各節(jié)點記錄檳榔重量（g），水分快速測定儀測出最終含水量（%），平行測定3次，取平均值。

各干燥過程節(jié)點規(guī)定如下（其他方法相同）：

風(fēng)干：每天取樣，直至達到干燥平衡。

曬干：在太陽直射時，每2?h取樣。無太陽曬時不取樣，直至達到干燥平衡。

烘干：每4?h取樣，直至達到干燥平衡。

微波：每3?min取樣，直至達到干燥平衡。

凍干：每天取樣，直至達到干燥平衡。

（2）色澤。在干燥過程中的每個節(jié)點取樣，通過測色儀測定檳榔外皮中部的色澤變化。L*值代表亮度，a*值代表紅綠色度，在正值時表示紅色程度，在負值時表示綠色程度;b*值代表黃藍色度，在正值時表示黃色程度，在負值時表示藍色程度，平行測定6次，取平均值。

（3）厚度。通過游標(biāo)卡尺在干燥過程各節(jié)點測量檳榔皮厚度，平行測30次，取平均值。

（4）硬度。通過質(zhì)構(gòu)儀測定檳榔皮在干燥過程中的硬度變化，用斷裂性所用的力（N）表示該節(jié)點的硬度，平行測定3次。

1.2.3 ?樣品液制備 ??準(zhǔn)確稱取8?g各樣品（已粉碎），按料液比1∶10加入無水甲醇，75?℃水浴回流2次，每次1?h，合并收集續(xù)濾液即得樣品溶液。

1.2.4 ?活性成分檢測 ?活性成分含量均以干基計。（1）總黃酮。參照周文菊等[12]報道方法，對上述樣品液測定總黃酮含量，繪制蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品含量（X，μg）與吸光度（Y）的曲線：Y=0.0008X+ 0.0147，R2=0.9984。分別吸取1.0?mL樣品液加入10?mL容量瓶中，在波長510?nm處測定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算各樣品總黃酮含量，此時樣品中總黃酮含量以蘆丁的當(dāng)量表示，每個樣品平行3次。

（2）總酚。參照Giri等[13]報道方法，對上述樣品液測定總酚含量，繪制沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品含量（X，μg）與吸光度（Y）的曲線：Y=0.0056X+ 0.0291，R2=0.9991。分別準(zhǔn)確吸取1.0?mL樣品液加入25?mL容量瓶中，在波長750?nm處測定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算各樣品總酚的含量，此時樣品中總酚含量以沒食子酸的當(dāng)量表示，每個樣品平行3次。

（3）檳榔堿。參考朱曉瑜等[14]報道和《中華人民共和國藥典》2015年版[15]方法制備標(biāo)準(zhǔn)品和樣品，分別進行高效液相色譜法（HPLC）檢測，平行進樣3次。檢測條件：色譜柱：ZORBAX Eclipse Plus C18（150 mm ×2.1?mm，1.8?μm）;流動相：乙腈-磷酸溶液（2→1000，濃氨試液調(diào)節(jié)pH=3.8）（55∶45）;檢測波長215?nm;流速1mL/min，柱溫40?℃，進樣量為10?μL。繪制檳榔堿標(biāo)準(zhǔn)品含量（X，mg/mL）與峰面積（Y）的曲線：Y=6.6821×104X– 3.144×104，R2=0.9993。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算各樣品中檳榔堿的含量。

（4）揮發(fā)性成分。參照Yuan等[16]報道方法進行樣品制備，加入100?μL內(nèi)標(biāo)溶液（α-蒎烯900?μg/mL）。

檢測條件：固相微萃?。悍謩e稱取各樣品1.0?g放入進樣瓶，將進樣瓶放置在90?℃溫度控制攪拌器中以250 r/min轉(zhuǎn)速動態(tài)平衡10 min;再在上述條件下將萃取頭插入進樣瓶動態(tài)萃取20 min;然后GC-MS進樣，解吸溫度250?℃，解吸時間5?min，平行進樣3次。

GC-MS條件：色譜柱：HP-5ms毛細管色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）;升溫程序：70?℃保持2 min，以10?℃/min升至130?℃，保持2?min，再以15?℃/min升至280?℃，保持2?min;進樣口溫度280?℃;載氣（He）流速1?mL/min;壓力57.4 kPa;不分流進樣。電子轟擊（EI）離子源;離子源溫度230?℃;接口溫度280?℃;溶劑延遲3?min;數(shù)據(jù)采集方式Scan;質(zhì)量掃描范圍m/z 35～550;檢測器增益電壓1.34 kV。采用內(nèi)標(biāo)法計算主要揮發(fā)性物質(zhì)的相對含量。

1.2.5 ?抗氧化能力 ?（1）DPPH法。參照張丹等[17]報道的方法，制備樣品和DPPH自由基清除實驗，每份樣品平行3次。按照公式計算清除率：

清除率=[1–（A樣品–A對照）/A空白]×100%

式中：A樣品為樣品對DPPH作用后的吸光值，A對照為樣品本身不加DPPH的吸光值，A空白為DPPH本身在測定波長的吸光值，陽性對照為BHT。

（2）ABTS法。根據(jù)張丹等[17]報道，進行樣品制備和ABTS自由基清除實驗，每份樣品平行3次。按照公式計算清除率：

清除率=[1–（B樣品–B對照）/B空白]×100%

式中：B樣品為樣品對ABTS作用后的吸光值，B對照為樣品本身不加ABTS的吸光值，B空白為ABTS本身在測定波長的吸光值，陽性對照BHT。

（3）FRAP法：配置0.3 mol/L pH 3.6的醋酸緩沖液200?mL，10?mmol/L TPTZ溶液25?mL，20?mmol/L FeCl3溶液50?mL，上述溶液以10∶1∶1比例混合成工作液現(xiàn)配現(xiàn)用。稱取27.8?mg FeSO4，溶解并定容到1?mL，此時濃度即為100?mmol/L。取適量100?mmol/L FeSO4溶液稀釋至0.15、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5?mmol/L。各樣品100?μL加入工作液2.4 mL，37?℃水浴10?min后，593 nm處測定吸光度。繪制FeSO4濃度（X，mmol/L）與吸光度（Y）的曲線：Y=0.4334X+0.1188，R2=0.9916，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算各樣品的FRAP值，陽性對照BHT。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

采用分析軟件IBM SPSS Statistics 21進行單因素方差分析（ANOVA）和鄧肯多重比較法（Duncans multiple range test）進行檢驗，結(jié)果以相對含量（平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤）表示。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?干燥方式對檳榔外觀形態(tài)的影響

2.1.1 ?失水率 ?不同干燥方式對檳榔皮層的水分遷徙變化影響見圖1。由圖可知，檳榔皮層在干燥初期水分減少較快，后期水分減少較慢，直至趨于穩(wěn)定。這是由于檳榔皮層是多孔性物料，其間有許多毛細管，所以在干燥初期的失水率較高，除去的是毛細管內(nèi)的非結(jié)合水分;而在干燥后期，除去的是壁內(nèi)的結(jié)合水分，這部分水分散失較慢，所以干燥速率低[18]。通過比較得知，微波干燥水分散失較快，最快到達干燥終點，其次是烘干和曬干這類溫度提升的干燥方式，風(fēng)干和凍干由于溫度較低，水分脫除耗時較長。

2.1.2 ?色澤變化 ?隨著水分遷徙，干燥方式對檳榔外皮色澤的影響如圖2所示。L*值代表亮度，干燥與鮮檳榔相比均有不同程度的增加，表示亮度越來越高;其中微波干燥出現(xiàn)了先升高后下降的趨勢，對比圖1可知，亮度在失水率約50%時開始下降。

a*值代表紅綠色度， 在負值時表示綠色程度，在正值時表示紅色程度。隨著干燥程度增加，檳榔表面的綠色度下降，向紅色度（正向）提升;冷凍干燥的綠色度下降最小，凍干的干燥方式能較好地保護檳榔表面的綠色;微波干燥的綠色度下降明顯，且紅色度逐漸增加，根據(jù)文獻[19]報道，微波干燥過程劇烈致局部溫度急劇升高，檳榔表面褐變反應(yīng)劇烈，呈紅色物質(zhì)增多。

b*值代表黃藍色度，在正值時表示黃色程度，干燥過程除風(fēng)干外較鮮檳榔均有不同程度的降低，表示黃色程度提高。

2.1.3 ?厚度變化 ?檳榔皮層厚度隨著失水率的增加而逐漸變薄，如圖3。冷凍干燥下降幅度最小，厚度保持較好;微波在干燥過程中出現(xiàn)厚度小幅度增加再下降的現(xiàn)象，可能由于在微波干燥過程中，存在加熱不均勻現(xiàn)象，導(dǎo)致物料局部過熱影響水分遷徙[20]。從圖3可見，溫度越高的干燥方式，厚度下降的程度越大。

2.1.4 ?硬度變化 ?檳榔皮層硬度隨著水分遷徙均呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢，如圖4。其中，風(fēng)干、凍干這類常溫或低溫的干燥方式達到干燥終點后，檳榔皮層硬度均低于鮮品;曬干、烘干這類溫度提升的干燥方式達到干燥終點后，檳榔皮層斷裂所需的力遠大于新鮮檳榔，其原因可能是干燥過程水分散失較快，檳榔皮層纖維結(jié)構(gòu)聚集致硬化程度增大，從而使斷裂性所需壓力增大[21];微波這類高溫的干燥方式達到干燥終點后，檳榔皮層硬度接近鮮品，其原因可能由于微波干燥沒有破壞纖維類似蜂窩狀的結(jié)構(gòu)，因此斷裂所需壓力并沒有增加[22]。

2.2 ?干燥方式對檳榔皮層活性成分的影響

2.2.1 ?總黃酮、總酚和檳榔堿的含量 ?各干燥方式對檳榔皮中總黃酮、總酚、檳榔堿含量的影響如表2所示。從結(jié)果可見，新鮮檳榔皮提取物中的總黃酮與總酚含量顯著低于檳榔干制品，而其中檳榔堿含量顯著高于干品。

各干燥方式中，凍干的總黃酮含量（11.95± 0.265）?mg/g，微波的總黃酮含量（11.57±0.110）?mg/g，二者間差異不顯著，但均顯著高于其他干燥方式。

微波的總酚含量（1.66±0.026）mg/g顯著高于其他干燥方式，這可能與微波干燥過程中檳榔劇烈的褐變反應(yīng)相關(guān)。

過長的干燥時間，如風(fēng)干;以及過高的干燥溫度，如微波，都影響檳榔堿的保留。50?℃烘干的干燥方式所保存的檳榔堿含量顯著高于其他干制方式。

2.2.2 ?揮發(fā)性成分含量 ?經(jīng)質(zhì)譜譜庫檢索和保留指數(shù)計算，得到檳榔主要揮發(fā)性成分，見表3。檳榔經(jīng)不同干燥方式至水分含量低于10%后，揮發(fā)性成分相對含量差別顯著。從表3可見，揮發(fā)性成分的總含量烘干>凍干>曬干>微波>風(fēng)干，受到干燥溫度與時間的共同影響。

從表3可見，酯類物質(zhì)是檳榔的主要揮發(fā)性成分。周大鵬等[23]報道檳榔青果皮中的主要成分是醛類;與本研究結(jié)果有所差別，引起差別的主要原因可能與選取的材料產(chǎn)地、成熟度或者干燥方式等相關(guān);胡延喜等[24]報道檳榔果皮揮發(fā)油中主要成分是酯類和有機酸類化合物，與本次實驗結(jié)果吻合，但由于提取方式與干燥方式的不同，揮發(fā)性化合物種類與含量仍存在較大差異。

張海德等[25]報道檳榔中含量較高的有機酸為肉豆蔻酸、棕櫚酸等，從表3可見不同干燥方式后有機酸類物質(zhì)各組之間差異顯著，以風(fēng)干組顯著高于其他組。

生物堿類物質(zhì)目前被認為是檳榔主要生理活性成分，以檳榔堿為主[26]。何曉燕[27]報道加熱對檳榔堿含量影響較大，加熱時間越長，檳榔堿下降越多。本研究中，耗時較短的微波干燥所測得的檳榔堿（5）相對含量顯著高于其他干燥方式;耗時次短的烘干所測得的檳榔堿含量也顯著高于除微波干燥的其他干燥方式;凍干與烘干兩種干燥方式耗時近似，以干燥溫度更低的凍干所得的檳榔堿含量更高;風(fēng)干因耗時過長，檳榔堿下降顯著低于其他方式。

2.3 ?干燥方式對檳榔抗氧化能力的影響

由表4可見，干燥前后的檳榔均具有一定的清除DPPH自由基、ABTS自由基以及還原Fe3+的能力。由表中可見，新鮮檳榔的抗氧化能力顯著低于干制品，微波干燥的各項抗氧化能力除遜色于抗氧化劑BHT，均顯著高于其他干制品，這可能與微波干燥后總黃酮和總酚含量較高原因相關(guān)[28]。

3 ?討論

本研究中，檳榔的干燥速率與干燥溫度在呈正相關(guān)，最快到達干燥終點的是溫度較高的微波干燥，其次是烘干和曬干這類干燥方式，風(fēng)干和凍干的水分脫除耗時長。干燥給檳榔外觀形態(tài)帶來外皮亮度增加，綠色度下降，黃色程度提高等變化。在研究中發(fā)現(xiàn)，溫度越高的干燥方式所得的檳榔越薄，這可能是由于快速水分脫除會引起檳榔皮纖維這種多孔結(jié)構(gòu)的坍塌，而凍干因冰晶升華能更好地保存多孔結(jié)構(gòu)，厚度保持較好[29]。干燥還給檳榔硬度帶來先下降再上升的變化，各式干燥大約在失水率50%時硬度最低，因此需要對檳榔進行粉碎時，可選擇失水率50%時候開展相關(guān)工藝。檳榔中的活性物質(zhì)含量與其抗氧化能力緊密相關(guān)，本研究中，干燥后檳榔的總黃酮、總酚含量均顯著高于新鮮青果，抗氧化能力均顯著強于新鮮樣品;而檳榔堿含量干燥樣品均顯著低于新鮮樣品，因此可推斷檳榔的抗氧化能力可能與總黃酮、總酚含量相關(guān)。

檳榔是一種熱帶經(jīng)濟作物，而干制的問題一直是其加工領(lǐng)域的研究重點[30]。本研究中，不同干燥方式耗時耗能不同，微波干燥方式能較多的得到黃酮、多酚，抗氧化能力較高，且檳榔堿得率顯著高于其他干燥方式，耗時短但耗能高，揮發(fā)性物質(zhì)少，是一個優(yōu)勢與短板同樣明顯的干燥方式;烘干揮發(fā)性物質(zhì)保存量較高，其余各項指標(biāo)較均衡，在實際使用中同樣擁有優(yōu)勢。

綜上所述，若無需考慮成本能耗，目標(biāo)是其中黃酮多酚檳榔堿等活性物質(zhì)，可考慮采用快速的微波干燥方式，同時如需要獲得較多的揮發(fā)性物質(zhì)，可考慮采取耗時長的冷凍干燥方式;若考慮規(guī)?；瘮U大生產(chǎn)，各項指標(biāo)較均衡的熱風(fēng)烘干方式較適用;若考慮節(jié)約成本和環(huán)保因素，可考慮采用太陽曬干，并輔以相應(yīng)的太陽能烘房提高干燥效率等，實際中還可根據(jù)不同需求與目標(biāo)選取合適的干制與干制組合方式。

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責(zé)任編輯：崔麗虹