射頻加熱處理對辣椒粉辣度的影響研究

胡思卓，徐圓融，廖梅吉，王丹鳳，焦順山

(上海交通大學農業與生物學院 食品科學與工程系，上海 200240)

射頻加熱處理對辣椒粉辣度的影響研究

胡思卓，徐圓融，廖梅吉，王丹鳳，焦順山*

(上海交通大學農業與生物學院 食品科學與工程系，上海 200240)

采用新型射頻加熱技術對辣椒粉進行處理，探討不同射頻處理條件對辣椒粉中辣椒素類物質含量和辣度的影響，并進一步研究辣椒粉不同初始水分含量的影響。研究結果表明：射頻處理(70～90 ℃，0～5 min)對辣椒粉中辣椒素類物質含量及辣度沒有顯著性影響(p>0.05)，且不同初始水分活度(0.40，0.54，0.71)對其影響也不明顯。該研究結果表明射頻處理可以很好地保留辣椒粉的辣度，射頻殺菌技術在辣椒粉殺菌方面具有良好的應用前景。

辣椒粉；射頻；水分活度；辣椒素；辣度

辣椒粉由于加工及運輸過程中的各種問題，極易造成其微生物含量超標[1]。常用的殺菌方法包括化學熏蒸、輻照、高壓蒸汽等[2]，但是這些方法都存在一定的弊端。射頻是一種新型食品加工技術，具有快速與整體加熱的特點[3]。目前，射頻技術在食品殺菌領域已被大量研究，尤其是針對低水分食品的殺菌研究，如辣椒粉、奶粉、花生醬、杏仁等[4-7]。另有研究表明：射頻殺菌過程中，除溫度和時間會對殺菌效果產生影響外，物料的初始水分活度也會影響射頻殺菌效果[8]。

辣椒素也叫辣椒堿，是辣椒中含有的一種極其辛辣的香草酰胺類生物堿[9]，提供了90%以上的辣感和熱感[10]，其中主要成分為辣椒素和二氫辣椒素，占辣椒素總量的90%以上[11]。辣度是評價辣椒品質的重要指標之一，辣椒素類物質的化學性質通常較為穩定，但不同處理方法對辣椒中辣椒素類物質含量的影響也有所不同[12，13]。目前，關于射頻處理對辣椒粉辣度的影響未有研究報道。因此，文章將重點研究射頻處理對不同水分活度的辣椒粉中辣椒素類物質含量及其辣度的影響。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料與設備

實驗所用辣椒粉為陜西寶雞德有鄰食品有限公司標細辣椒粉。

高效液相色譜儀(Surveyorplus, Thermo Scientific)，色譜柱為XbridgeTMC18(5 μm，4.6 mm×250 mm)。

射頻加熱設備(GJD-6A-27-JY，河北華氏紀元高頻設備有限公司)的最大加熱功率為12 kW，頻率為27.12 MHz，包括內置熱風系統和嵌入式傳送帶。

射頻加熱裝置的示意圖，見圖1[14]。

圖1 射頻加熱實驗裝置示意圖

上極板垂直高度可以調節以實現不同的射頻加熱速率。射頻處理過程中辣椒粉的溫度變化可通過光纖溫度傳感器(ThermAgile-RD Optsensor，西安和其光電科技有限公司)進行實時監測。

1.2 實驗方法

1.2.1 辣椒粉樣品準備

辣椒粉原樣水分含量為7.0%(w.b.)，水分活度為0.40。為制備不同水分活度(0.54,0.71)的辣椒粉，將25.00,75.00 g去離子水分別均勻噴灑于400.00 g辣椒粉原樣中，噴灑過程中不斷用手持攪拌機攪拌樣品，攪拌均勻后用保鮮膜密封，在4 ℃冰箱靜置24 h以上并不斷攪拌，使水分在整個辣椒粉中達到平衡狀態。配制的兩種水分活度的辣椒粉對應的水分含量分別為12.5%和20.9%。

1.2.2 射頻加熱處理

為得到較快的加熱速率及較好的加熱均勻性，根據前期實驗研究結果，射頻腔體內上下電極板間距設置為9.5 cm。本實驗用長方體形狀的聚丙烯盒子(16.0×10.5×6.8 cm3，L×W×H)來盛放物料，為減少射頻加熱不均勻帶來的影響[15]，并方便取樣檢測其辣椒素含量，采用較小的圓柱形聚丙烯塑料容器(6.8 cm Dia.×3.4 cm H)來盛放用來檢測的樣品，該圓柱形容器放于長方體盒子的幾何中心位置。裝滿辣椒粉的長方體盒子放置于上下極板中間位置進行射頻加熱。光纖溫度傳感器小心插入圓柱形容器中心位置檢測射頻加熱過程中其溫度變化。根據前期射頻殺菌效果研究及Kim等的研究，本實驗采用射頻處理的溫度范圍為70～90 ℃，保持時間為0～5 min。射頻加熱處理后的辣椒粉快速冷卻后放于4 ℃冰箱待用。

1.2.3 辣椒素和二氫辣椒素含量測定(HPLC法)

1.2.3.1 標準溶液的配制

分別稱取10 mg辣椒素(純度98%)和二氧辣椒素(純度98%)樣品，放入經甲醇洗滌過的燒杯中，加入少量甲醇溶解，之后將溶液轉入10 mL容量瓶中，用甲醇定容，作為標準貯備液。再分別量取l mL辣椒素和二氫辣椒素標準儲備液，并分別置入10 mL容量瓶中，加甲醇稀釋至刻度，搖勻，作為標準溶液。配成濃度為0.1 mg/mL的辣椒素和二氫辣椒素的標準混合溶液，密封后放于4 ℃冰箱中備用。

1.2.3.2 樣品處理

準確稱取4.0000 g樣品于100 mL燒杯中，加入25 mL甲醇和四氫呋喃(1∶1)混合溶液，用保鮮膜封口后放入超聲波設備中，60 ℃水浴條件下提取30 min。然后過濾、收集提取后的溶液，并將濾渣連同濾紙重新加入25 mL甲醇和四氫呋喃(1∶1)混合溶液，相同條件下超聲提取10 min，收集濾液，再重復一次上述操作。將3次過濾收集的濾液合并，用旋轉蒸發器在70 ℃條件下濃縮至25 mL左右，并轉移至50 mL容量瓶中，用甲醇和四氫呋喃(1∶1)混合溶液定容至50 mL，最后用0.45 μm濾膜過濾，待測。

1.2.3.3 色譜條件

流動相為甲醇∶水為35∶65(V/V)，流速1.0 mL/min，柱溫30 ℃，UV檢測器檢測波長280 nm，進樣量10 μL。

1.2.3.4 辣椒素含量

辣椒素和二氫辣椒素含量通過下式計算：

式中：X為試樣中辣椒素或二氫辣椒素的含量(mg/g)；C為由標準曲線上查到的辣椒素或二氫辣椒素的含量(mg/g)；V為樣品定容體積(mL)；M為樣品質量(g)；A為辣椒素或二氫辣椒素標樣純度。

辣椒素類物質總量(mg/g)=(X1+X2)/90%。

式中：X1和X2分別為試樣中辣椒素或二氫辣椒素的含量(mg/g)；90%為實驗中辣椒素或二氫辣椒素占辣椒中所有辣椒素總量的比例。

1.2.3.5 辣度(SHU)

SHU=(X1+X2)×1.61×104+[(X1+X2)/90%]×10%×9.3×103。

式中∶X1為試樣中辣椒素含量(mg/g)；X2為試樣中二氫辣椒素含量(mg/g)；1.61×104是相當于1 mg辣椒素的辣度，辣椒中辣椒素與二氫辣椒素含量以90%來計算，其余10%的辣椒素類物質辣度以降二氫辣椒素的辣度(SHU=9.3×103)計算。

1.2.4 數據處理

所有辣椒素類物質含量均以辣椒粉干基狀態換算得出，所有處理及檢測均重復3次，數據采用統計分析軟件SPSS 9.0進行統計分析(p=0.05)。

2 結果與討論

2.1 射頻加熱升溫曲線

不同初始水分活度辣椒粉的射頻加熱曲線見圖2。

圖2 不同水分活度辣椒粉的射頻處理升溫曲線

在射頻加熱過程中，其溫度隨加熱時間幾乎呈線性升高趨勢，且射頻加熱速率受物料初始水分活度影響明顯，以升溫到70 ℃為例，水分活度為0.40的辣椒粉原樣需要28 min，而水分活度為0.54，0.71的辣椒粉分別只需要大約4，2 min。本研究所用水分活度為0.40,0.54,0.71的辣椒粉對應水分含量分別為7.0%,12.5%,20.9%。射頻加熱是一種介電加熱方式，而水分子是極性分子，因此，在一定范圍內隨著物料水分含量的增加，物料的介電特性也會發生變化(通常損耗因子會增加)，從而導致加熱速率變快。Jeong等[16]研究比較了射頻處理紅辣椒粉(水分含量為11.2%～18.9%)的升溫速率，發現水分含量在11.2%～16.0%時，射頻加熱速率隨著水分含量的升高而明顯增加；然而，當水分含量大于16.0%時，其升溫速率增加不明顯甚至降低。Zhang等[17]研究了射頻對不同初始水分含量(10%～30%)花生仁的升溫曲線，結果同樣表明在水分含量過高時，加熱速率反而會降低。

2.2 射頻處理對辣椒粉原樣中辣椒素類物質含量的影響

辣椒粉原樣(aw=0.40)在射頻加熱到70,80,90 ℃條件下分別保留0,1,5 min，與未處理辣椒粉樣品相比，辣椒素、二氫辣椒素以及辣椒素類物質總量出現一定程度的減少，但并無顯著性降低(p>0.05)，見圖3。說明辣椒素類物質的性質較為穩定，對射頻加熱處理不太敏感。

圖3 射頻處理對辣椒粉原樣(aw=0.40)

張英蕾等研究了不同滅菌方法(加熱、微波和臭氧)對辣椒粉中辣椒素類物質穩定性的影響，結果表明在加熱滅菌過程中，溫度(120～140 ℃)對辣椒素類物質穩定性影響顯著，而加熱時間對其影響不顯著；王燕等分析了烤制加工過程中辣椒素類物質的穩定性，結果表明烤制加熱溫度(80～180 ℃)和時間(2～16 min)對辣椒素類物質影響均顯著(p<0.01)，但是辣椒素類物質的含量在溫度超過130 ℃之后開始出現明顯的降低，且隨后在160～180 ℃出現大幅度降低。可見，辣椒素類物質的化學性質較為穩定，只有長時間高溫處理才會造成其含量顯著降低。

2.3 射頻處理對不同水分活度辣椒粉中辣椒素類物質及辣度的影響

表1 射頻加熱處理對不同水分活度的辣椒粉中辣椒素類物質及辣度的影響Table 1 Effects of radio frequency heating treatment on capsaicin concentration and pungency degree of red chili powder with different initial water activities

續 表

注：同一行相同的小寫字母表示均值沒有顯著性差異(p>0.05)。

由表1可知，射頻處理后不同水分活度的辣椒粉中辣椒素和二氫辣椒素含量均有所減少，隨著水分活度的增加，相同射頻條件處理后辣椒素類物質含量有所增加，但并沒有顯著性增加，該結果表明物料不同初始水分活度對其沒有顯著性影響。射頻加熱處理對不同水分活度辣椒粉辣度的影響與對辣椒素類物質總量的影響基本一致，見表2。

表2 射頻處理對不同水分活度辣椒粉辣度的影響Table 2 Effects of radio frequency treatment on pungency degree of red chili powder with different initial water activities

注：同一行相同的小寫字母表示均值沒有顯著性差異(p>0.05)。

本研究所選取的辣椒粉原樣辣度(SHU)系數為83509，射頻處理后的各個水分活度的辣椒粉辣度系數范圍為84305～73788，參照王燕等[18]對辣椒素分析方法及辣度分級的研究，可確定該辣椒粉辣度與品種為Santake和Thai的辣椒同屬于50000～100000(SHU)級別。根據我們前期對射頻殺菌效能的研究，射頻處理(90 ℃，5 min)可以殺滅絕大部分的致病菌(沙門氏菌和蠟樣芽孢桿菌)及其芽孢，且高水分活度更有利于殺滅致病微生物。而本研究結果表明射頻處理(70～90 ℃，0～5 min)對辣椒粉辣椒素類物質及辣度沒有顯著影響，且不同初始水分活度對其影響也不顯著，因此，射頻殺菌技術在辣椒粉及其他粉狀調味品殺菌方面具有很大的優勢及應用潛力。

3 結論

本文重點研究射頻處理對不同初始水分活度辣椒粉中辣椒素類物質含量及辣度的影響，結果表明射頻處理(70～90 ℃，0～5 min)不會對辣椒粉中辣椒素、二氫辣椒素和辣椒素類物質含量造成顯著性影響，且不同初始水分活度對其影響也不顯著。辣椒素類物質化學性質相對穩定，對射頻處理不太敏感。本研究結果表明：射頻殺菌處理不會對辣椒粉辣度產生顯著影響，該研究對于建立辣椒粉射頻殺菌模型具有一定的指導意義。

[1]張曉玲.干辣椒微生物區系及保藏方法的研究[D].重慶:西南大學,2008.

[2]連風.脫脂奶粉中沙門氏菌的存活規律及射頻殺菌效果的研究[D].無錫:江南大學,2015.

[3]Jiao S,Zhu D,Deng Y,et al.Effects of hot air-assisted radio frequency heating on quality and shelf-life of roasted peanuts[J].Food and Bioprocess Technology,2016,9(2):308-319.

[4]Kim S Y,Sagong H G,Choi S H,et al.Radio-frequency heating to inactivateSalmonella,TyphimuriumandEscherichiacoliO157:H7 on black and red pepper spice[J].International Journal of Food Microbiology,2012,153(1-2):171-175.

[5]Michael M,Phebus P K,Thippareddi H,et al.Validation of radio-frequency dielectric heating system for destruction ofCronobactersakazakiiandSalmonellaspecies in nonfat dry milk[J].Journal of Dairy Science,2014,97(12):7316-7324.

[6]Ha J W,Kim S Y,Ryu S R,et al.Inactivation ofSalmonellaenterica serovarTyphimuriumandEscherichiacoliO157:H7 in peanut butter cracker sandwiches by radio-frequency heating[J].Food Microbiology,2013,34(1):145-150.

[7]Gao M,Tang J,Villa-Rojas,et al.Pasteurization process development for controllingSalmonellain in-shell almonds using radio frequency energy[J].Journal of Food Engineering,2011,104(2):299-306.

[8]Nelson S O,Lu C Y,Beuchat L R,et al.Radio-frequency heating of alfalfa seed for reducing human pathogens[J].Transactions of the Asae,2002,45(6):1937-1942.

[9]鄧祥元,高坤,吳松,等.辣椒素提取工藝的初步研究[J].中國調味品,2011,36(1):74-78.

[10]王燕,夏延斌,熊科,等.高效液相色譜法-紫外檢測器測定辣椒制品中辣椒素的含量[J].食品科學,2006,27(9):193-196.

[11]周麗,連運河,程遠欣,等.HPLC法檢測辣椒不同部位中辣椒堿和二氫辣椒堿的含量[J].中國食品添加劑,2011(2):231-234.

[12]張英蕾,戰妍,李家磊,等.不同滅菌方法對辣椒粉中辣椒素類物質穩定性影響的研究[J].中國調味品,2012,37(8):50-55.

[13]王燕,夏延斌,王健,等.辣椒素類物質在烤制加工和儲藏中的穩定性[J].農業工程學報,2009,25(3):272-276.

[14]Wang S,Tiwari G,Jiao S,et al.Developing postharvest disinfestation treatments for legumes using radio frequency energy[J].Biosystems Engineering,2010,105(3):341-349.

[15]Jiao S,Deng Y,Zhong Y,et al.Investigation of radio frequency heating uniformity of wheat kernels by using the developed computer simulation model[J].Food Research International,2015,71:41-49.

[16]Jeong S G,Kang D H.Influence of moisture content on inactivation ofEscherichiacoliO157:H7 andSalmonellaenterica serovarTyphimuriumin powdered red and black pepper spices by radio-frequency heating[J].International Journal of Food Microbiology,2014,176(1640):15-22.

[17]Zhang S,Zhou L,Ling B,et al.Dielectric properties of peanut kernels associated with microwave and radio frequency drying[J].Biosystems Engineering,2016,145:108-117.

[18]王燕,夏延斌,羅鳳蓮,等.辣椒素的分析方法及辣度分級[J].食品工業科技,2006(2):208-210.

Research on Effects of Radio Frequency Heating Treatment on Pungency Degree of Red Chili Powder

HU Si-zhuo, XU Yuan-rong, LIAO Mei-ji, WANG Dan-feng, JIAO Shun-shan*

(Department of Food Science and Engineering,School of Agriculture and Biology,Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240,China)

Investigate the effects of radio frequency heating treatment on capsaicin concentration and pungency degree of red chili powder, and further explore the influence of different initial water content of red chili powder. The results show that radio frequency treatment(70～90 ℃,0～5 min) has no significant (p>0.05) influence on capsaicin concentration and pungency degree of red chili powder, and different initial water content (0.40,0.54,0.71) of red chili powder also has no significant influence.It indicates that radio frequency treatment can retain the pungency degree of red chili powder well, and radio frequency pasteurization technology has great application potential to control pathogens in red chili powder.

red chili powder;radio frequency;water activity;capsaicin;pungency degree

2017-02-15 *通訊作者

國家自然科學基金青年項目(31401538)；教育部第48批留學回國人員科研啟動基金項目；上海交通大學青年教師科研啟動基金項目

胡思卓(1992-)，女，湖北孝感人，碩士，主要從事新型食品加工及貯藏技術方面的研究； 焦順山(1983-)，男，河南新鄉人，副教授，博士，主要從事新型食品加工及貯藏技術方面的研究。

TS264.2

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.07.001

1000-9973(2017)07-0001-05