王月月 段 續(xù)，2 任廣躍, 2 周四晴

(1. 河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽 471023； 2. 糧食儲(chǔ)藏安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 洛陽 471023)

洋蔥在中國種植廣泛，因其保健功能，受到消費(fèi)者的喜愛，被廣為食用[1-2]。但洋蔥采收后在貯藏過程中易腐爛，抽芽，不利于深加工，因此洋蔥大多被用于烹調(diào)食用。長期堅(jiān)持食用洋蔥能起到抗癌、預(yù)防心血管疾病等作用[3]，但洋蔥的刺激性導(dǎo)致很多消費(fèi)者難以接受，不能堅(jiān)持食用，因此很難發(fā)揮預(yù)期的功效。將洋蔥進(jìn)行深加工，通過有效成分的富集能更大程度地發(fā)揮其保健功效。除黃酮外，洋蔥中還含有洋蔥精油。洋蔥精油主要成分為含硫化合物，能抗血小板凝聚[4]9-12[5]，還具有降血糖[6]等功效。

傳統(tǒng)精油提取大多以鮮洋蔥為原料，但新鮮洋蔥不耐儲(chǔ)藏，且在提取過程中樣品處理量較大，操作不便[7-10]。洋蔥采摘后，通常經(jīng)自然干燥后再進(jìn)行儲(chǔ)藏或深加工。自然干燥受天氣影響較大，干燥耗時(shí)長。為便于提取精油，將洋蔥采用合適的方法進(jìn)行干燥很有必要。劉曉紅等[11]研究了熱風(fēng)干燥、微波及微波真空干燥對洋蔥中Vc含量等的影響，樊建等[12]研究了洋蔥的真空干燥工藝。洋蔥干燥的研究僅限于干燥工藝及干燥后的品質(zhì)，很少有關(guān)于干燥過程及干燥方法對于洋蔥精油提取率影響的報(bào)道，此外，微波冷凍干燥法在洋蔥干燥中的應(yīng)用也很少，Soleiman等[13]研究了微波冷凍干燥洋蔥片，研究結(jié)果表明，微波冷凍干燥是一種快速、簡單、高效、經(jīng)濟(jì)的新型干燥技術(shù)，可用于許多食品的干燥，但并未對微波冷凍干燥洋蔥的干燥過程及品質(zhì)進(jìn)行深入研究。

試驗(yàn)擬比較不同干燥方法對洋蔥精油提取率及抗氧化活性的影響，以確定一種適合洋蔥精油提取的干燥方法，旨在為洋蔥干燥提供理論依據(jù)并為洋蔥精油提取提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮洋蔥：市售，將洋蔥去皮，除去污垢，用蔬菜刀將洋蔥切成適當(dāng)大小的塊(20 mm×20 mm×2 mm)，再進(jìn)行干燥處理。洋蔥的初始含水量為90%(濕基)。

二氯甲烷：分析純，鄭州盛碩商貿(mào)有限公司；

L-半胱氨酸：生化試劑，上海鼓臣生物技術(shù)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：RE-52AA型，上海亞榮生化儀器廠；

分析天平：FA系列，上海方瑞儀器有限公司；

熱風(fēng)干燥機(jī)：SHT型，三雄機(jī)械制造有限公司；

真空冷凍干燥機(jī)：LGJ-10D型，北京科學(xué)儀器有限公司；

微波冷凍干燥機(jī)：實(shí)驗(yàn)室自制[14]，見圖1。

1. 真空泵 2. 微波發(fā)生器 3. 控制系統(tǒng) 4. 光纖溫度傳感器 5. 微波諧振腔 6. 干燥倉及物料盤 7. 制冷裝置 8. 冷阱

圖1 微波冷凍干燥機(jī)

Figure 1 Microwave freeze dryer

1.3 干燥過程試驗(yàn)

將洋蔥片干燥至最終含水量為6%(濕基)。干洋蔥片用粉碎機(jī)粉碎，粒度為0.45～0.90 mm。

1.3.1 熱風(fēng)干燥 根據(jù)文獻(xiàn)[15]修改如下：采用可調(diào)節(jié)溫度的熱風(fēng)干燥機(jī)干燥樣品(500 g)，設(shè)備功率1.2 kW。將預(yù)處理的物料均勻地鋪在托盤干燥器網(wǎng)上。熱空氣流垂直穿過干燥網(wǎng)，風(fēng)速1.5 m/s，相對濕度20%，熱空氣溫度控制為45 ℃。

1.3.2 真空冷凍干燥 采用真空冷凍干燥機(jī)干燥樣品(500 g)，設(shè)備功率970 W。將樣品裝入物料盤，-20 ℃預(yù)凍至少8 h，然后將冷凍材料和托盤放進(jìn)干燥室。加熱架、冷阱溫度分別設(shè)為45，-50 ℃，干燥室壓力50 Pa。

1.3.3 微波冷凍干燥 采用微波冷凍干燥設(shè)備干燥樣品(500 g)，設(shè)備功率1 kW。將樣品在-20 ℃預(yù)凍至少8 h，微波冷凍干燥機(jī)設(shè)置壓力50 Pa，冷阱溫度-50 ℃，功率150 W。

1.4 洋蔥精油提取工藝

(1) 提取工藝：

洋蔥粉→加適量蒸餾水→溫浸[16]→減壓蒸餾→收集餾出液→溶劑萃取→回收溶劑→洋蔥精油

(2) 操作要點(diǎn)：

溫浸即使原料在不同溫度條件下酶解。為避免精油主要成分硫代亞磺酸酯(thiosulfinate, TS)被破壞，先滅酶處理，然后置于不同溫度的水浴鍋中避光酶解，加入大蒜 (添加量5%)作為蒜氨酸酶源。洋蔥粉采用不同干燥方法制備，溶劑為CH2Cl2。

1.5 洋蔥精油提取工藝優(yōu)化

1.5.1 單因素試驗(yàn) 試驗(yàn)過程中，分別取100 g新鮮洋蔥采用不同干燥方法進(jìn)行干燥，用不同干燥方法得到的洋蔥粉進(jìn)行洋蔥精油提取。

(1) 根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)置溫浸時(shí)間50 min，蒸餾時(shí)間3 h，考察溫浸溫度(30，35，40，45，50 ℃)對精油提取率的影響。

(2) 根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)置蒸餾時(shí)間3 h，溫浸溫度40 ℃，考察溫浸時(shí)間(30，40，50，60，70 min)對精油提取率的影響。

(3) 根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)置溫浸溫度40 ℃，溫浸時(shí)間50 min，考察蒸餾時(shí)間(1，2，3，4，5 h)對精油提取率的影響。

1.5.2 正交試驗(yàn) 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取干燥方法、溫浸時(shí)間和溫浸溫度進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)，以精油提取率為指標(biāo)進(jìn)行工藝優(yōu)化。

1.6 樣品分析

1.6.1 水分含量的測定 根據(jù)文獻(xiàn)[17]。

1.6.2 有效水分?jǐn)U散系數(shù) 試驗(yàn)過程中將洋蔥切成小塊(20 mm×20 mm×2 mm)，由于洋蔥塊的長度和寬度遠(yuǎn)大于其厚度，因此水分?jǐn)U散主要沿著厚度方向進(jìn)行。水分的擴(kuò)散特性是一維平面擴(kuò)散[18]，根據(jù)文獻(xiàn)[19]，水分比可由按式(1)計(jì)算。

(1)

式中：

MR——水分比；

D——有效水分?jǐn)U散系數(shù)，m2/s；

Lz——厚度的1/2，mm；

t——干燥時(shí)間，min。

由式(1)可知，lnMR與t呈線性相關(guān)，通過斜率可求得有效水分?jǐn)U散系數(shù)(D)。數(shù)據(jù)采用Origin 8.5進(jìn)行擬合[20]。

1.6.3 洋蔥精油的測定 洋蔥的生理功效歸主要因于其中的硫代亞磺酸酯(TS)，且TS為洋蔥精油的主要生理活性成分，占洋蔥精油總量的71.3%[21]，因此以其含量代表洋蔥精油的含量。根據(jù)文獻(xiàn)[22]，按式(2)計(jì)算TS相對含量。

(2)

式中：

E——TS相對含量，%；

A1——樣品吸光度；

A2——空白液吸光度；

B——L-半胱氨酸稀釋倍數(shù)；

M——樣品質(zhì)量，g；

162.62——TS分子質(zhì)量；

14 150——顯色物質(zhì)的摩爾消光系數(shù)；

2——一分子TS消耗兩分子L-半胱氨酸。

1.6.4 抗氧化性的測定 根據(jù)文獻(xiàn)[23]。自由基清除率按式(3)計(jì)算：

(3)

式中：

S——自由基清除率，%；

As——樣品組的吸光度；

Ac——空白組的吸光度。

1.6.5 統(tǒng)計(jì)分析 采用Origin Pro 8.5分析數(shù)據(jù)，使用DPS 7.05評估數(shù)據(jù)的顯著性差異(P<0.05)。每組試驗(yàn)平行3次，取平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 干燥過程試驗(yàn)結(jié)果分析

由圖2(a)可知，熱風(fēng)干燥(AD)、微波冷凍干燥(MFD)和冷凍干燥(FD)的干燥時(shí)間分別為325，425，700 min。與FD相比，AD的干燥時(shí)間減少了53.57%，MFD比FD的干燥時(shí)間縮短了39.29%。通過對比干燥曲線可知，AD為最高效的干燥方法。根據(jù)Ong等[24]研究報(bào)道，由于熱處理能增大細(xì)胞間隙、加速細(xì)胞膜破裂、使細(xì)胞壁多糖基質(zhì)的內(nèi)聚性降低，因此加熱能降低水通量的阻力，從而提高干燥速率。

由圖2(b)可知，洋蔥干燥過程中有效水分?jǐn)U散系數(shù)范圍為2.84×10-9～3.73×10-9m2/s，符合10-9數(shù)量級(jí)。通常來說，干燥食品的有效水分?jǐn)U散系數(shù)范圍為10-12～10-8m2/s[25-26]。AD過程中有效水分?jǐn)U散系數(shù)較大，可能是AD過程中溫度較高，縮短了干燥所需時(shí)間，由式(1)可知，有效水分?jǐn)U散系數(shù)與時(shí)間呈線性關(guān)系，AD時(shí)間較短，有效水分?jǐn)U散系數(shù)較大。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

由圖3(a)可知，隨著溫浸時(shí)間繼續(xù)增加，洋蔥精油提取率逐漸增大，當(dāng)溫浸時(shí)間為50 min時(shí)，3種干燥洋蔥粉精油提取率均達(dá)到最高，其中MFD洋蔥粉精油提取率最高(1.63%)，比AD洋蔥粉提高了33.61%，比FD洋蔥粉提高了15.60%。有研究[27]發(fā)現(xiàn)，與蒸餾法從新鮮洋蔥中提取精油相比，采用干燥洋蔥粉能明顯提高洋蔥精油的提取率。對比溫浸時(shí)間對3種干燥洋蔥粉精油提取率的影響可知，采用MFD制備的洋蔥粉為最高效的干燥方法。

圖2 不同干燥方法洋蔥的干燥特性

由圖3(b)可知，洋蔥精油提取率隨溫度升高呈升高趨勢，當(dāng)溫度為40 ℃ 時(shí)，3種干燥洋蔥粉精油提取率均較高，其中MFD洋蔥粉精油提取率最高，為1.65%，與AD和FD洋蔥粉對比均顯著升高。當(dāng)溫度升高至50 ℃時(shí)，3種洋蔥粉精油提取率基本相同，其原因是溫度過高，洋蔥成分受到破壞，精油的釋放達(dá)到平衡，受其他因素影響較小[4]25-29。

由圖3(c)可知，洋蔥精油提取率隨蒸餾時(shí)間增加而逐漸提高，并在3 h時(shí)，3種干燥洋蔥粉精油提取率均達(dá)最高，其中采用MFD洋蔥粉提取的洋蔥精油提取率最高，為1.61%。繼續(xù)增加蒸餾時(shí)間，洋蔥精油提取率變化緩慢且逐漸降低。這表明采用水蒸餾法進(jìn)行精油提取時(shí)，并非蒸餾時(shí)間越長越好，由于精油提取率已達(dá)最佳值，時(shí)間過長反而會(huì)導(dǎo)致已得到的精油有所損失，不利于精油的收集。

圖3 不同干燥方法對蒸餾法提取洋蔥精油的影響

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以干燥方法、溫浸溫度、溫浸時(shí)間為考察因素，以精油提取率為評價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行正交試驗(yàn)工藝優(yōu)化。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果見表1、2。

根據(jù)極差分析結(jié)果可知，影響洋蔥精油提取率的主次順序?yàn)椋篈(干燥方法)>B(溫浸溫度)>C(溫浸時(shí)間)。由表3可知，因素A影響極顯著，因素B、C影響顯著。因此，可得出干燥方法對洋蔥精油提取率影響相對較大，最佳制備條件為A1B2C2，即微波冷凍干燥、溫浸溫度40 ℃、溫浸時(shí)間50 min。此條件下洋蔥精油提取率為4.57%，為最佳工藝水平。

表1正交試驗(yàn)因素與水平表

Table1codedlevelsofindependentvariablesusedfororthogonalarraydesign

水平A干燥方法B溫浸溫度/℃C溫浸時(shí)間/min1微波冷凍干燥35402冷凍干燥40503熱風(fēng)干燥4560

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

表3 試驗(yàn)結(jié)果方差分析?

? *顯著(P<0.05)；**極顯著( P<0.01)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)最優(yōu)工藝條件得到的洋蔥精油提取率最高達(dá)4.57%。李麗梅等[28]以新鮮洋蔥為原料，采用傳統(tǒng)提取方法得到的洋蔥精油提取率為3.996%，肖靜等[29]以新鮮洋蔥為原料，采用溶劑浸提和固相萃取法得到的洋蔥精油提取率為2.12%。經(jīng)比較可知，采用微波冷凍干燥后的洋蔥粉進(jìn)行精油提取效果比新鮮洋蔥要好，且經(jīng)試驗(yàn)得到了最佳洋蔥精油提取工藝條件。

2.4 洋蔥精油DPPH自由基清除能力

由圖4可知，洋蔥精油和Vc的DPPH自由基清除率隨著洋蔥精油濃度增加呈增加趨勢，3種洋蔥粉提取得到的洋蔥精油和VC的IC50分別為1.03，0.85，0.77，0.20 mg/mL，說明洋蔥精油具有較強(qiáng)的DPPH自由基清除能力。

圖4 洋蔥精油抗氧化活性

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明，采用微波冷凍干燥(MFD)洋蔥粉提取洋蔥精油，提取率高、提取時(shí)間短。通過試驗(yàn)確定了洋蔥精油提取的最優(yōu)工藝條件為微波冷凍干燥洋蔥粉、溫浸溫度40 ℃、溫浸時(shí)間50 min，此條件下洋蔥精油提取率最高，為4.57%。 通過DPPH自由基清除試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，洋蔥精油的自由基清除率隨樣品濃度增大呈上升趨勢，說明洋蔥精油對DPPH自由基有良好的清除效果。試驗(yàn)研究了洋蔥干燥方法及其對洋蔥精油提取的影響，但僅停留在洋蔥干燥品質(zhì)的影響上。雖然進(jìn)行了抗氧化活性的研究，發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)干燥洋蔥粉提取的精油自由基清除能力較強(qiáng)，但是關(guān)于抗氧化活性也僅研究了DPPH自由基清除能力，不夠深入，洋蔥精油抗氧化活性還有待深入探究。