楊森，馮靖雯，劉友平，楊昌林，陳鴻平*

1(成都中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，四川 成都，611137)2(四川省食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)院，四川 成都，611731)

竹葉花椒(ZanthoxylumarmatumDC.)為蕓香科花椒屬(ZanthoxylumL.)植物的成熟果實(shí)，主產(chǎn)于四川盆地及其周邊山地和重慶江津一帶[1]。新鮮竹葉花椒含水率通常在50%以上，采摘后如果不及時(shí)進(jìn)行處理，極易褐變長(zhǎng)霉，影響其經(jīng)濟(jì)價(jià)值和品質(zhì)。對(duì)竹葉花椒進(jìn)行干燥處理，能夠有效地降低竹葉花椒中的含水量，延長(zhǎng)其貨架期。

花椒干燥的研究逐年增多，研究者優(yōu)化了花椒的不同干燥工藝，結(jié)果顯示，溫度是影響花椒干燥品質(zhì)的主要因素，最佳干燥溫度集中在45～65 ℃，研究人員還利用經(jīng)典的干燥數(shù)學(xué)模型對(duì)花椒的干燥過程進(jìn)行了進(jìn)一步描述[2-9]。但目前干燥工藝優(yōu)化主要以感官評(píng)價(jià)為指標(biāo)，不同干燥條件下花椒中活性成分及其風(fēng)味成分的變化情況還有待研究，且經(jīng)典數(shù)學(xué)模型中各項(xiàng)參數(shù)意義不明確，極大限制了其使用價(jià)值和實(shí)際意義。

本試驗(yàn)在前人研究基礎(chǔ)上，利用熱風(fēng)干燥對(duì)竹葉花椒進(jìn)行處理，并結(jié)合Weibull函數(shù)對(duì)其干燥特性進(jìn)行深入解析。目前花椒產(chǎn)地主要采用分階段熱風(fēng)干燥的方式對(duì)竹葉花椒進(jìn)行干燥，本文考察了不同干燥溫度下竹葉花椒中黃酮、多酚、酰胺和揮發(fā)性成分的變化情況，旨在為竹葉花椒的干燥技術(shù)的深入研究提供一定的參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品(AF9022006)、沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品(wkq20010905)，成都克洛瑪生物科技有限公司；β-羥基山椒素標(biāo)準(zhǔn)品(AF9100404)，成都艾法生物科技有限公司；Folin-Ciocalteu試劑、甲醇(均為分析級(jí))、正己烷(色譜級(jí))，成都市科隆化學(xué)品有限公司。

新鮮竹葉花椒，四川省巴中市巴山麻王有限公司提供，實(shí)驗(yàn)當(dāng)天運(yùn)送至成都，挑選其中大小均勻、無機(jī)械損傷、無病蟲害的樣品，經(jīng)成都中醫(yī)藥大學(xué)鑒定為竹葉花椒。

1.2 儀器與設(shè)備

7890Aglient GC型氣相色譜儀、5975 MSD型質(zhì)譜儀、質(zhì)譜檢索數(shù)據(jù)庫NIST 14、HP-5MS 5%苯基甲基硅氧烷氣相色譜柱、安捷倫Agilent 8435紫外-分光光度計(jì)，美國(guó)Aglient公司；DHG電熱鼓風(fēng)干燥機(jī)、電子天平，德國(guó)Sartorius公司；CM-5型分光測(cè)色儀，柯尼卡美能達(dá)公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 熱風(fēng)干燥

恒溫?zé)犸L(fēng)干燥：實(shí)驗(yàn)設(shè)置3個(gè)溫度處理，為45、55、65 ℃，每個(gè)溫度重復(fù)處理3批樣品，每批樣品花椒質(zhì)量約200 g，將樣品均勻平鋪于樣品篩中，每隔40 min取出樣品進(jìn)行質(zhì)量測(cè)定，至2次稱量之差<0.05 g時(shí)，認(rèn)為其達(dá)到平衡含水率[10]。

產(chǎn)地加工(分階段熱風(fēng)干燥)：竹葉花椒由四川省巴中市巴山麻王有限公司提供，采用分階段熱風(fēng)干燥的方式對(duì)竹葉花椒進(jìn)行干燥，見表1。初始時(shí)，干燥溫度接近夏季室溫35～37 ℃，帶走竹葉花椒表面大部分水分后，開始升溫至40 ℃以上，干燥至大部分竹葉花椒完全開口后，干燥結(jié)束。目前產(chǎn)地加工干燥溫度設(shè)置常根據(jù)人為經(jīng)驗(yàn)，隨意性較大，且干燥時(shí)間較長(zhǎng)，不同生產(chǎn)企業(yè)干燥后竹葉花椒品質(zhì)差異較大。

表1 分階段熱風(fēng)干燥表Table 1 Staged hot air drying table

1.3.2 干燥參數(shù)計(jì)算[11-12]

(1)干基含水率(moisture,M)、水分比(moisture ration, MR)和干燥速率(drying rate, DR)的計(jì)算分別如公式(1)～公式(3)所示：

(1)

(2)

(3)

式中：Mt、Mt+Δt分別表示竹葉花椒干燥t和t+Δt時(shí)刻時(shí)的干基含水率；M0表示初始含水率；Wt表示其t時(shí)刻的質(zhì)量；Wd為其干基的質(zhì)量。

(2)水分?jǐn)U散速率(Deff)根據(jù)Fick方程來進(jìn)行描述，當(dāng)所有樣品都有相同的初始速率時(shí)，其有效的水分?jǐn)U散系數(shù)計(jì)算如公式(4)所示：

(4)

式中：Deff為有效水分?jǐn)U散系數(shù)，m2/s；t為干燥時(shí)間，min；L為竹葉花椒厚度的半徑，2 mm。

(3)活化能通過阿倫尼烏斯公式(5)計(jì)算物料的活化能。

(5)

式中：R為氣體摩爾常數(shù)[8.314 J/(mol·k)]；Ea為活化能(kJ/mol)；D0為阿倫尼烏斯擴(kuò)散因素(m2/s)；T為絕對(duì)溫度(K)。

(4)Weibull分布函數(shù)過程擬合如公式(6)所示：

(6)

式中：α為尺度參數(shù)，min；β為形狀參數(shù)，t為干燥時(shí)間，min。

通過決定系數(shù)(coefficients of determination，R2)、均方根誤差(root mean square error，RMSE)、卡方值(chi-square value，χ2)對(duì)擬合的結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，如公式(7)～公式(9)所示：

(7)

(8)

(9)

式中：MRexp,i為任意時(shí)刻試驗(yàn)值；MRpre,i為任意時(shí)刻預(yù)測(cè)值；N為觀測(cè)值的個(gè)數(shù)；Z為模型待定系數(shù)的個(gè)數(shù)。

1.3.3 顏色測(cè)定

利用CM-5型分光測(cè)色儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量中使用CIELab表示色度空間[13]。由于竹葉花椒不同個(gè)體表面色澤差異大，為使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，取竹葉花椒粉末(過4號(hào)篩)進(jìn)行測(cè)定，記錄其L*、a*、b*值即可。以鮮花椒為對(duì)照。

1.3.4 總酚、總黃酮、總酰胺含量的測(cè)定

(1)提取液制備：取竹葉花椒粉末(過3號(hào)篩)0.3 g，加甲醇50 mL，稱定重量，超聲提取30 min，稱定并補(bǔ)齊減失重量，過濾，取上清液，用于測(cè)定黃酮、總酚、酰胺類成分的含量。

(2)總酚含量測(cè)定：采用Folin-Ciocalteu法，測(cè)定參考姚佳[14]的方法，略有改動(dòng)；以沒食子酸為標(biāo)準(zhǔn)品繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得Y1=70.636X1+0.035 2，R2=0.999 2(Y1：吸光度，X1：沒食子酸質(zhì)量濃度mg/mL)；總酚含量以沒食子酸計(jì)。

(3)總黃酮含量測(cè)定：根據(jù)郭換等[13]的方法；以蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得Y2=11.917X2-0.015，R2=0.999 9(Y2：吸光度，X2：蘆丁質(zhì)量濃度mg/mL)；總黃酮含量以蘆丁計(jì)。

(4)總酰胺含量測(cè)定：測(cè)定方法參考四川藥品監(jiān)督管理局標(biāo)準(zhǔn)(SCYBZ 2019—001)；以羥基-β-山椒素為標(biāo)準(zhǔn)品繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得Y3=107.74X3-0.008 2，R2=0.999 8(Y3：吸光度，X3：羥基-β-山椒素質(zhì)量濃度mg/mL)；總酰胺以羥基-β-山椒素計(jì)。

1.3.5 揮發(fā)油含量及其成分檢測(cè)

(1)揮發(fā)油含量的測(cè)定[15]：取花椒粉末樣品，粉碎過2號(hào)篩，混勻，每組取15 g(精確至0.01 g)，平行3次，加水200 mL，振搖混合均勻，浸泡2 h，按《中國(guó)藥典》2020版四部(2204)揮發(fā)油測(cè)定甲法蒸餾得到揮發(fā)油，收集并計(jì)算供試品中揮發(fā)油的含量。

(2)供試品溶液制備：取揮發(fā)油0.5 mL，加正己烷定容至10 mL，混勻后過0.22 μm微孔濾膜，即得。

(3)GC-MS測(cè)定條件：參考盧俊宇等[16]的條件對(duì)揮發(fā)油中揮發(fā)性成分進(jìn)行測(cè)定。

1.3.6 數(shù)據(jù)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫下干燥特性的比較

2.1.1 干燥速率、水分比

不同溫度下竹葉花椒干燥速率變化，如圖1所示。如圖1-a所示，隨著溫度的升高，竹葉花椒的干燥速率也相應(yīng)升高，其中65 ℃的干燥速率變化幅度最大。竹葉花椒干燥過程當(dāng)中主要分為加速期和降速期2個(gè)階段，且以降速期為主；這是由于干燥前期物料中自由水的含量很高，與熱空氣接觸時(shí)，形成了較大的水分梯度，增強(qiáng)了水分遷移能力，干燥速率快速升到最大，而干燥后期物料中自由水減少，水分梯度減小，此外，一部分水為結(jié)合水，流動(dòng)性較差，難以除去，故干燥速率逐漸減慢，轉(zhuǎn)為降速階段[17-18]。

a-干燥速率變化曲線；b-水分比變化曲線圖1 不同干燥溫度下竹葉花椒的干燥速率 及水分比變化曲線(n=3)Fig.1 Variation curve of the drying rate and moisture ratio of Zanthoxylum armatum DC.under different drying temperatures (n=3)

2.1.2 水分有效擴(kuò)散系數(shù)

利用公式(4)、公式(5)對(duì)竹葉花椒水分?jǐn)U散系數(shù)及其活化能進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表2。

由表2可知，竹葉花椒的水分有效擴(kuò)散系數(shù)隨著溫度的升高而增大，進(jìn)一步說明了升高溫度可以增強(qiáng)干燥過程中的傳熱傳質(zhì)，提高干燥效率。通過與文獻(xiàn)比較，竹葉花椒的熱風(fēng)干燥活化能(18.648 kJ/mol)低于真空干燥時(shí)的活化能(24.36 kJ/mol)，說明竹葉花椒易于干燥[3]。

表2 不同溫度下竹葉花椒水分?jǐn)U散系數(shù)Table 2 Water diffusion coefficient of Zanthoxylum armatum DC.at different temperatures

2.1.3 基于Weibull函數(shù)的竹葉花椒熱風(fēng)干燥特性曲線擬合

不同溫度下竹葉花椒Weibull函數(shù)模擬結(jié)果見表3。

表3 竹葉花椒熱風(fēng)干燥Weibull模型擬合結(jié)果Table 3 Weibull model fitting results of hot air drying of Zanthoxylum armatum DC.

表3表明，尺度參數(shù)α隨著溫度升高逐漸降低，說明提高溫度可以有效縮短干燥時(shí)間。不同的干燥溫度下竹葉花椒的形狀參數(shù)β>1，說明竹葉花椒在干燥過程存在短暫的加速階段，與圖1描述一致。表3中，各條件下 Weibull擬合R2>0.998，RMSE在0.000 54～0.002 69，χ2在0.45×10-4～1.59×10-4，由此可見Weibull函數(shù)可以很好地模擬竹葉花椒的熱風(fēng)干燥過程。

2.1.4 Weibull模型的建立

以尺度參數(shù)α和形狀參數(shù)β為因變量，以熱風(fēng)干燥溫度(T)為自變量，利用公式(10)、公式(11)對(duì)Weibull 模型參數(shù)進(jìn)行1次多項(xiàng)式擬合，得Weibull函數(shù)的分布方程為(12)：

未來超聲醫(yī)生的培養(yǎng)，不僅僅要掌握超聲理論知識(shí)，還要掌握超聲新技術(shù)、臨床和其他影像技術(shù)知識(shí)并實(shí)踐[12]。隨著超聲造影、超聲彈性成像等新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，特別是超聲與其它影像技術(shù)的融合，使超聲技術(shù)在前列腺癌的診斷上繼續(xù)發(fā)揮著重要作用。以將超聲新技術(shù)應(yīng)用到前列腺超聲診斷教學(xué)中，形成多方法整合的教學(xué)體系，與常規(guī)超聲檢查教學(xué)相比，可使學(xué)生多方面理解，提高學(xué)習(xí)興趣，最終提高超聲診斷的教學(xué)水平。

α=a0+a1lnT

(10)

β=b0+b1lnT

(11)

(12)

2.1.5 Weibull模型驗(yàn)證

利用45 ℃對(duì)Weibull模型進(jìn)行驗(yàn)證，擬合R2為0.998，RMSE為0.002，χ2為1.28×10-5，說明實(shí)驗(yàn)值和預(yù)測(cè)值的一致性較好(圖2)，因此 Weibull函數(shù)可以較好地反應(yīng)竹葉花椒熱風(fēng)干燥過程水分變化情況。

圖2 Weibull模型驗(yàn)證Fig.2 Weibull model verificatio

2.2 色度測(cè)量

顏色是評(píng)價(jià)竹葉花椒品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，其中顏色鮮艷且翠綠的干花椒質(zhì)量較好。試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，竹葉花椒褐變程度逐漸加重，整體呈棕褐色，影響了竹葉花椒的色澤品質(zhì)。本文利用CIELab系統(tǒng)，對(duì)干燥后竹葉花椒的色澤進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表4。L*值代表亮度；a*代表紅綠色度(-a顏色偏綠，+a顏色偏紅)；b*代表黃藍(lán)色度(+b顏色偏黃，-b時(shí)顏色偏藍(lán))[19]。

由表4可知，干燥后竹葉花椒亮度值L*明顯增大，說明干燥后竹葉花椒色澤更加明亮，隨著溫度的升高竹葉花椒亮度逐漸減小，在45 ℃下進(jìn)行干燥竹葉花椒明亮度最高；紅綠值(a*)是評(píng)價(jià)竹葉花椒干燥后是否仍為綠色的重要指標(biāo)，干燥后所有組別a*值均增大，45 ℃組竹葉花椒a*值仍為負(fù)數(shù)(-0.18±0.01)，說明干燥結(jié)束后，只有45 ℃組竹葉花椒仍呈綠色；對(duì)比b*值，產(chǎn)地加工組花椒顏色偏藍(lán)，45 ℃組顏色偏黃。綜合分析在45 ℃下對(duì)竹葉花椒進(jìn)行干燥，可以使竹葉花椒保持較好的色澤。

表4 不同溫度下竹葉花椒色度L*值、a*值、b*值的比較Table 4 Comparison of L* value、b* value and a* value of Zanthoxylum armatum DC.at different temperatures

2.3 總黃酮、總酚、總酰胺、揮發(fā)油含量比較

竹葉花椒不同溫度下總黃酮、總酚、總酰胺、揮發(fā)油含量的比較見表5。

表5 不同溫度竹葉花椒黃酮、多酚、酰胺、 揮發(fā)油含量(n=3)Table 5 Zanthoxylum armatum DC.flavone, polyphenol, amide, volatile oil content at different temperatures(n=3)

由表5可知不同干燥溫度下所得竹葉花椒干制品中黃酮、總酚、總酰胺、揮發(fā)油的含量差異顯著(P<0.05)。45 ℃下黃酮、總酚、總酰胺、揮發(fā)油的含量最高。與45 ℃相比，55、65 ℃的黃酮含量各降低23.80%、34.97%；多酚含量各降低24.12%、37.00%；總酰胺含量各降低6.63%、11.26%；揮發(fā)油含量各降低17.05%、25.39%。綜上可知，溫度對(duì)竹葉花椒中黃酮、多酚、酰胺、揮發(fā)油的含量有顯著影響，這可能由于是高溫促使竹葉花椒發(fā)生了酶促褐變，引起了黃酮和多酚類物質(zhì)分解或聚合，導(dǎo)致竹葉花椒中黃酮和多酚類物質(zhì)減少[20]。相比于45 ℃組,產(chǎn)地加工品多酚、酰胺、揮發(fā)油的含量均顯著降低，這可能是由于產(chǎn)地加工方法干燥時(shí)間較長(zhǎng)，從而導(dǎo)致竹葉花椒中多酚、酰胺、揮發(fā)油發(fā)生降解。

2.4 不同溫度花椒揮發(fā)性風(fēng)味成分的比較

按2.5中GC-MS方法對(duì)不同條件下的竹葉花椒干制品中的揮發(fā)性成分進(jìn)行檢測(cè)，通過查閱文獻(xiàn)及檢索比對(duì)NIST 14.0標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖譜庫，對(duì)匹配度>80%的化合物進(jìn)行分析，共鑒定出34個(gè)成分，相對(duì)含量見表6。

表6 竹葉花椒不同溫度揮發(fā)性成分GC-MS分析Table 6 GC-MS analysis of volatile components of Zanthoxylum armatum DC.at different temperatures

由表6可知，從45、55、65 ℃分階段熱風(fēng)干燥加工品中分別鑒定出30、21、21、24種揮發(fā)性成分，其中共有成分17種，相對(duì)含量達(dá)96.56%～97.8%，其中芳樟醇(48.69%～60.21%)、D-檸檬烯(17.43%～22.84%)、檜烯(8.4%～13.99%)、β-月桂烯(2.55%～3.22%)、大牛兒烯-D(1.7%～2.28%)為其中的主要成分，這與文獻(xiàn)報(bào)道一致[16,21]。

單萜烯、醇類化合物是竹葉花椒揮發(fā)油的主要成分，隨著溫度的升高竹葉花椒揮發(fā)油中的單萜烯類成分的相對(duì)含量逐漸降低，由39.26%下降至30.17%，其中代表性化合物檜烯下降趨勢(shì)較大,由13.52%降至8.4%；醇類化合物相對(duì)含量逐漸增加,由55.49%上升至62.66%，其中芳樟醇由55.49%增加至62.66%。這可能是由于溫度的升高使部分低沸點(diǎn)單萜烯類成分揮發(fā)引起揮發(fā)性成分種類減少，從而導(dǎo)致萜烯類成分相對(duì)含量減少，而醇類成分的相對(duì)含量增加。

3 結(jié)論與討論

本研究對(duì)竹葉花椒熱風(fēng)干燥特性進(jìn)行了深入解析，結(jié)果表明，竹葉花椒的熱風(fēng)干燥過程為典型的降速干燥過程，隨著溫度的升高，竹葉花椒的干燥時(shí)間明顯縮短。Weibull函數(shù)可以很好地描述竹葉花椒在不同干燥溫度下水分的變化情況。竹葉花椒干燥尺度參數(shù)ɑ隨著溫度升高而降低，表明溫度對(duì)干燥速率影響極大，形狀參數(shù)β>1，說明竹葉花椒干燥前期有明顯的延滯階段。竹葉花椒的水分?jǐn)U散系數(shù)(Deff)隨著溫度的升高逐漸增大，且竹葉花椒的熱風(fēng)干燥活化能(18.65 kJ/mol)較低，表明其易于干燥。

本研究發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)竹葉花椒色澤品質(zhì)及黃酮、多酚、酰胺、揮發(fā)油的含量有顯著的影響，隨著溫度的升高竹葉花椒各類成分均呈下降的趨勢(shì)。對(duì)竹葉花椒揮發(fā)性成分進(jìn)行解析發(fā)現(xiàn)，不同溫度下竹葉花椒揮發(fā)油中主要成分相似，但相對(duì)含量差異較大；隨著溫度升高起萜烯類成分如：檜烯、D-檸檬烯等成分的相對(duì)含量減少，醇類成分如：芳樟醇的相對(duì)含量增加。綜合分析，在45 ℃下對(duì)竹葉花椒進(jìn)行干燥時(shí)黃酮(65.62±2.53) mg/g、酰胺(126.51±1.45) mg/g、揮發(fā)油(14.02±0.06) mL/100g、總酚(94.34±3.74) mg/g的含量均達(dá)到最高水平，且此溫度下竹葉花椒中揮發(fā)性成分最多，表明在45 ℃下干燥有利于竹葉花椒中活性成分和風(fēng)味成分的保留。

目前產(chǎn)地主要采用分階段熱風(fēng)干燥的方式對(duì)竹葉花椒進(jìn)行干燥，相比于產(chǎn)地加工品，本研究發(fā)現(xiàn)在45 ℃下對(duì)竹葉花椒進(jìn)行恒溫?zé)犸L(fēng)干燥，可以縮短近40%的干燥時(shí)間，黃酮、多酚、酰胺、揮發(fā)油類成分的含量均高于產(chǎn)地加工的產(chǎn)品，且其色澤更優(yōu)，因此在產(chǎn)地加工時(shí)干燥溫度宜控制在45 ℃左右。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在45 ℃下干燥竹葉花椒褪綠同樣比較嚴(yán)重，后期將對(duì)竹葉花椒的干燥前處理技術(shù)進(jìn)行研究，以期優(yōu)化竹葉花椒的干燥工藝。