檳榔蒸汽殺青工藝優(yōu)化及其品質(zhì)分析

代文婷，康效寧*，王世萍，代佳慧，馬金爽，吉建邦

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（?？?570100）；2.?？谑袡壚萍庸ぱ芯恐攸c(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（海口 570100）；3.海南省熱帶果蔬冷鏈研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（海口 570100）

檳榔為棕櫚科檳榔屬常綠喬木，原生長(zhǎng)于馬來(lái)西亞，主要分布于東南亞、亞洲熱帶地區(qū)、歐洲和太平洋部分區(qū)域[1-2]。檳榔位居我國(guó)四大南藥之首，檳榔中的活性成分主要包括生物堿和鞣質(zhì)，具有殺蟲(chóng)、消積、行氣化濕、利濕通便等藥用價(jià)值[3-5]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年末海南省檳榔種植面積11.52萬(wàn) hm2，占全國(guó)種植面積96%以上，收獲面積8.33萬(wàn) hm2，檳榔鮮果總產(chǎn)量達(dá)55～60萬(wàn) t，比上年增長(zhǎng)5.4%[6]。檳榔作為一種嗜好性休閑產(chǎn)品，全世界近7億的人口在食用，在我國(guó)檳榔全產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值高達(dá)700～800億元[7]。檳榔已成海南第一大熱帶經(jīng)濟(jì)作物，是海南鄉(xiāng)村振興的支柱性產(chǎn)業(yè)。

檳榔干制是檳榔重要的初加工方式，也是食用檳榔精深加工的上游產(chǎn)業(yè)。殺青是檳榔干制的重要工藝環(huán)節(jié)，檳榔殺青方式主要有沸水浸煮和蒸汽殺青，而蒸汽殺青具有傳熱快、溫度高、工藝時(shí)間短、節(jié)水和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[8-10]，目前被廣泛用于檳榔初加工中。但關(guān)于檳榔蒸汽殺青工藝參數(shù)優(yōu)化及其對(duì)檳榔品質(zhì)的影響研究鮮見(jiàn)報(bào)道，試驗(yàn)以鮮檳榔為原料，采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化檳榔蒸汽殺青工藝參數(shù)，探討蒸汽殺青技術(shù)對(duì)檳榔品質(zhì)的影響，以期為檳榔蒸汽殺青技術(shù)提升提供科學(xué)依據(jù)，助力海南檳榔初加工產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效和綠色發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

檳榔鮮果，采自海南省萬(wàn)寧市龍袞鎮(zhèn)檳榔種植園；沒(méi)食子酸、福林酚、碳酸鈉、無(wú)水乙醇等均為分析純，均購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-2700紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，日本島津公司；RE-52旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠；DGG-9140A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海東麓儀器設(shè)備有限公司；BXM-30R立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；HH-W420數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；TMSPRO質(zhì)構(gòu)儀，美國(guó)FTC公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

檳榔鮮果→挑選→殺青→干制→分級(jí)→包裝→貯運(yùn)

1.3.2 蒸汽殺青試驗(yàn)方法

挑選大小形態(tài)均一、顏色鮮綠、無(wú)霉變的檳榔鮮果，經(jīng)高壓蒸汽殺青后，置于熱風(fēng)干燥箱烘干。為確保檳榔干果質(zhì)量，整果干燥至含水率（20±2）%，用于質(zhì)構(gòu)及總酚的測(cè)定。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

以檳榔干果硬度和總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇3個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)。以檳榔鮮果為原料，設(shè)定原料添加量、殺青時(shí)間和蒸汽溫度固定值分別為2 kg，15 min及110 ℃，按照表1依次改變其中一個(gè)因素的值，分析各個(gè)因素的最適范圍。

表1 蒸汽殺青單因素水平表

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以原料添加量（A）、殺青時(shí)間（B）、蒸汽溫度（C）為響應(yīng)因素，以硬度和總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)為響應(yīng)值，采用Design-Expert V 8.0.6.1軟件設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面分析試驗(yàn)，其因素與水平見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表

1.3.5 總酚測(cè)定

采用Folin-Ciocalteus法測(cè)定總酚含量，參考GB/T 31740.2—2015 《茶制品第2部分：茶多酚》[11]。

1.3.6 質(zhì)構(gòu)指標(biāo)測(cè)定

采用質(zhì)地剖面分析（texture profile analysis，TPA）二次方法，測(cè)定檳榔樣品的硬度、彈性和咀嚼性，每次試驗(yàn)重復(fù)3次。測(cè)量前探頭下降速度為30 mm/s，測(cè)試速度為30 mm/s，下壓形變?yōu)?0%，觸發(fā)力為1 N，探頭為圓盤(pán)式擠壓探頭。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 7.5作圖，SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，p＜0.05為顯著水平，p＜0.01為極顯著水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

以檳榔干果硬度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，檳榔干果硬度變化越大說(shuō)明軟化效果越好，能更有效減少檳榔纖維對(duì)口腔的刺激，具有較高的品質(zhì)[12]。檳榔果中的總酚類物質(zhì)有抗氧化、抗血栓、抑菌等生理功能[13-14]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，與水煮、燉煮等方式相比，汽蒸能最大限度地保留果蔬類總酚、類胡蘿卜素、葉綠素、可溶性蛋白等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[15-17]。單因素試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

由圖1（A）可知：隨著檳榔鮮果添加量增加，硬度逐漸升高，總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸升高趨于平緩，當(dāng)原料添加量為1 kg時(shí)，檳榔硬度偏低，質(zhì)地較松軟，碎渣感強(qiáng)；當(dāng)檳榔添加量超過(guò)4 kg時(shí)，檳榔硬度偏高，質(zhì)地堅(jiān)硬，對(duì)口腔的刺激程度增強(qiáng)。單因素方差分析顯示不同檳榔鮮果原料添加量對(duì)硬度和總酚提亮膚色均有顯著影響（p＜0.05），綜合考慮，原料添加量選擇2～4 kg為宜。

由圖1（B）可知：隨著殺青時(shí)間延長(zhǎng)，檳榔硬度呈顯著下降趨勢(shì)（p＜0.05），總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈先上升后下降趨勢(shì)，當(dāng)殺青時(shí)間小于5 min時(shí)，由于時(shí)間過(guò)短，檳榔纖維未充分軟化，纖維較粗硬，當(dāng)殺青時(shí)間大于25 min時(shí)，殺青時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，其對(duì)檳榔木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)破壞程度大，影響產(chǎn)品穩(wěn)定性，且總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低，可能是因?yàn)闅⑶鄷r(shí)間越長(zhǎng)，多酚類物質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定易發(fā)生氧化分解，故殺青時(shí)間選擇10～20 min為宜。

由圖1（C）可知：隨著殺青溫度升高，檳榔硬度呈顯著下降趨勢(shì)（p＜0.05），檳榔總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈明顯先升高后降低趨勢(shì)（p＜0.05），總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈不同程度增加的原因可能是檳榔未與水直接接觸且熱處理鈍化了多酚氧化酶活性，另外熱作用破壞檳榔細(xì)胞結(jié)構(gòu)，在一定程度促進(jìn)了酚類物質(zhì)的釋放；但殺青溫度過(guò)高，檳榔軟化過(guò)度，咀嚼感差且易促使多酚類物質(zhì)被氧化降解或破壞[18]，繼而降低多酚類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，故殺青溫度選擇100～110 ℃為宜。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 回歸方程的建立和方差分析

選擇原料添加量（A）、殺青時(shí)間（B）及蒸汽溫度（C）為自變量，檳榔殺青后硬度和總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)為響應(yīng)值，利用軟件Design-Expert 8.0.6中的Box-Behnken設(shè)計(jì)試驗(yàn)，結(jié)果如表3～表5所示。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

表4 硬度方差分析結(jié)果

表5 總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)方差分析結(jié)果

對(duì)表3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到回模型方程：

對(duì)硬度評(píng)價(jià)模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表4。由方差分析結(jié)果可以看出，模型極顯著（p＜0.01），方差的失擬項(xiàng)不顯著（p=0.0542＞0.05），說(shuō)明回歸模型對(duì)響應(yīng)值擬合程度較高，模型選擇合理；模型的相關(guān)系數(shù)R2=0.9933，校正相關(guān)系數(shù)Radj2=0.9848，表明檳榔硬度實(shí)際值與預(yù)測(cè)值相關(guān)性較好，能解釋99.33%響應(yīng)值的變化。由回歸方程可知各因素對(duì)響應(yīng)值的影響并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，一次項(xiàng)A、B、C、交互項(xiàng)AB、AC、BC以及A2、B2、C2對(duì)殺青后的檳榔硬度有極顯著影響（p＜0.01）。F值能夠反映各因素對(duì)響應(yīng)值的重要性，F(xiàn)值越大，表明對(duì)響應(yīng)值的影響越大[19-20]，故3個(gè)因素對(duì)殺青后的檳榔硬度影響程度依次為殺青時(shí)間＞蒸汽溫度＞原料添加量。

對(duì)總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表5。由方差分析結(jié)果可以看出，模型極顯著（p＜0.01），方差的失擬項(xiàng)不顯著（p=0.1679＞0.05），說(shuō)明回歸模型對(duì)響應(yīng)值擬合程度較高，模型選擇合理；模型的相關(guān)系數(shù)R2=0.9898，校正相關(guān)系數(shù)Radj2=0.9768，表明殺青后檳榔總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)際值與預(yù)測(cè)值相關(guān)性較好，能解釋98.98%響應(yīng)值的變化。由回歸方程可知各因素對(duì)響應(yīng)值的影響并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，一次項(xiàng)A與交互項(xiàng)AB、BC、AC對(duì)殺青后的檳榔總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響不顯著（p＞0.05），一次項(xiàng)B、C與二次項(xiàng)A2、B2、C2對(duì)殺青后的檳榔總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)有極顯著影響（p＜0.01）。3個(gè)因素對(duì)殺青后的檳榔總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響程度依次為蒸汽溫度＞殺青時(shí)間＞原料添加量。

綜上說(shuō)明，回歸方程可以很好地描述各因素與響應(yīng)值之間的真實(shí)關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果與模型擬合程度高，試驗(yàn)誤差小，預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的相關(guān)性較好，可用該模型來(lái)分析和預(yù)測(cè)檳榔蒸汽殺青的最佳工藝條件。

2.2.2 驗(yàn)證試驗(yàn)

運(yùn)用 Design-Expert V 8.0.6.1軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析優(yōu)化，得到蒸汽殺青的理論最佳工藝條件：原料添加量2.88 kg、殺青時(shí)間20.50 min、蒸汽溫度105.29℃。在此工藝下，檳榔殺青后硬度為63.59 N，總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.23%。為進(jìn)一步驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和可行性，選取原料添加量3 kg、殺青時(shí)間20 min、蒸汽溫度105 ℃，經(jīng)3次驗(yàn)證試驗(yàn)，蒸汽殺青后檳榔硬度為（66.49±1.15）N，總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（8.16±0.06）%，與理論值基本相符，因此響應(yīng)面法優(yōu)化檳榔蒸汽殺青工藝條件是可行的，具有實(shí)用價(jià)值。

2.3 最優(yōu)組合質(zhì)構(gòu)測(cè)定

經(jīng)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)后，取最優(yōu)工藝條件下殺青后的檳榔測(cè)其質(zhì)構(gòu)，其質(zhì)構(gòu)結(jié)果如表6所示。結(jié)果表明，殺青前后檳榔的硬度和咀嚼性具有顯著性差異（p＜0.05），而蒸汽殺青前后檳榔彈性差異不顯著（p＞0.05）。總體看來(lái)，蒸汽殺青后的檳榔質(zhì)地均勻，軟化程度適中，整體形態(tài)較好。

表6 最優(yōu)組合質(zhì)構(gòu)測(cè)定

2.4 掃描電鏡分析

由圖2掃描電鏡結(jié)果可知，圖2（a）和圖2（b）殺青前檳榔鮮果表面較光滑、纖維內(nèi)部構(gòu)成較密、孔隙少，圖2（c）和圖2（d）蒸汽殺青后檳榔表面褶皺、檳榔木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)孔徑變大，結(jié)構(gòu)變松弛。由此看出，經(jīng)過(guò)蒸汽殺青處理，檳榔果的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

圖2 掃描電鏡圖

3 結(jié)論

殺青工藝是檳榔品質(zhì)形成的關(guān)鍵工序，蒸汽殺青工藝中檳榔添加量、殺青時(shí)間與殺青溫度是決定殺青質(zhì)量的重要因素。試驗(yàn)采用響應(yīng)面法優(yōu)化檳榔蒸汽殺青工藝條件合理可行，其最佳工藝為原料添加量3 kg、殺青時(shí)間20 min、蒸汽溫度105 ℃。在此條件下，檳榔硬度為（66.49±1.15）N，總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（8.16±0.06）%，與模型預(yù)測(cè)值基本相符。檳榔質(zhì)構(gòu)和掃描電鏡分析表明蒸汽殺青技術(shù)打破了檳榔細(xì)胞結(jié)構(gòu)，檳榔物理性質(zhì)及木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)在殺青過(guò)程中發(fā)生明顯變化，該處理極大地改善了檳榔的加工特性，為檳榔殺青技術(shù)提升和食用檳榔深加工開(kāi)發(fā)利用提供了理論依據(jù)和優(yōu)質(zhì)原料。長(zhǎng)期嚼食檳榔會(huì)損害口腔硬組織和軟組織，檳榔纖維過(guò)硬也會(huì)影響產(chǎn)品的口感，如何將殺青技術(shù)與檳榔纖維軟化技術(shù)有機(jī)結(jié)合提升檳榔產(chǎn)品品質(zhì)還有待深入研究。微波殺青技術(shù)是利用高頻微波的震蕩作用，激發(fā)植物組織內(nèi)部水分子高速運(yùn)動(dòng)而迅速產(chǎn)熱的殺青技術(shù)，具有升溫快、加熱均勻、穿透強(qiáng)、操作方便等特點(diǎn)，有研究發(fā)現(xiàn)微波殺青技術(shù)在物料色澤保持以及生物堿、多酚類物質(zhì)等活性成分保留方面有良好表現(xiàn)[21-22]，怎樣單獨(dú)或與蒸汽殺青等技術(shù)耦合應(yīng)用于檳榔殺青工藝中也值得科研人員探究。