不同干燥方法對黃精干燥特性和品質的影響

衡銀雪,鄭旭煦,殷鐘意,邊鳳霞,劉丹丹

(重慶工商大學環境與資源學院,重慶 400067)

黃精(PoLygonatumsibiricum)是一種多年生草本植物,具有寬中益氣、滋補強身的養生功效。從古至今,黃精作為藥材,熬制成湯,用以治療各種疾病;或作為食材,烹制成具有特殊療效的藥膳,被廣泛應用于人們的日常生活之中。黃精多糖是黃精中含量最多的活性成分[1],具有抗衰老[2]、抗腫瘤[3]、降血糖和血脂[4]及抗動脈粥樣硬化、治療糖尿病[5]等藥理作用。此外,酚類化合物、皂苷類化合物是黃精含量較多的活性成分。

迄今為止,黃精產地加工主要采用自然曬干方法。受天氣和晾曬條件的影響,該法得到的黃精干燥產品的品質不高,不僅存在易發霉變質和遭受蟲蛀問題,而且還可能存在因晾曬時間過長導致活性成分損失較大的問題。為減少活性成分的損失,需要探究新的黃精干燥方法。但文獻顯示,隨著干燥和炮制時間的延長,黃精中將產生5-羥甲基糠醛(5-HMF)等對人體健康有危害的物質[6],攝入過量5-HMF會對人體的肝臟、腎臟造成不良影響[7]。為此,本文旨在通過比較微波真空干燥法、自然曬干燥法、微波干燥法、真空干燥法、熱風干燥法5種方法對黃精多糖、酚類化合物、皂苷類化合物和5-羥甲基糠醛含量以及多糖活性的影響,為獲得高品質黃精的干燥方法提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

高效液相色譜儀126P/166P 美國貝克曼庫爾特有限公司;UV-1900紫外可見分光光度計 翱藝儀器(上海)有限公司;101-OA電熱恒溫鼓風干燥箱 天津市泰斯特儀器有限公司;WBZ-10PLC微波真空干燥機 貴陽新奇微波工業有限責任公司;INFINITE-200酶制儀 Tecan Austria GmbH;移液器 四川吉爾森儀器有限公司;KQ5200DA超聲波清洗儀 昆山市超聲儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 干燥方法的操作步驟 將鮮黃精洗凈后,切除霉變部分,刀切成厚約0.5 cm左右的片狀,并將鮮黃精片于-4 ℃貯存備用。不同干燥方法的操作步驟如下。

1.2.1.1 微波真空干燥法 將1000 g鮮黃精片均勻鋪放于微波真空干燥機的物料箱內,在溫度為(47±3) ℃、厚度為1 cm、真空度為0.08 MPa、平均微波功率為1.5 kW的條件下干燥55 min,實驗條件由前期預實驗所得。

1.2.1.2 自然曬干法 將500 g鮮黃精片平鋪于100目篩子里,放于陽光強烈照射的天臺上干燥約3～4 d。

1.2.1.3 微波干燥法 將1000 g鮮黃精片均勻平鋪于微波真空干燥儀的物料盤中,不啟動真空,在溫度為(42±3) ℃、微波功率為0.5 kW的條件下干燥165 min,實驗條件由前期預實驗所得。

1.2.1.4 真空干燥法 將300 g鮮黃精片平鋪于真空干燥儀的物料盤內,在溫度為60 ℃、真空度為0.09 MPa的條件下干燥135 min[8]。

1.2.1.5 熱風干燥法 將300 g鮮黃精片均勻鋪在電熱恒溫鼓風干燥箱內,在溫度為75 ℃、在風機頻率為50 Hz·s-1的條件下干燥120 min[9]。

待干燥結束后(樣品含水率低于10%),分別將不同干燥方法所得的黃精干燥產品粉碎,且過180目篩,備用。

1.2.2 黃精干燥曲線的繪制 分別采用微波真空干燥法、自然曬干法、微波干燥法、真空干燥法和熱風干燥法5種方法對同一批次的鮮黃精片進行干燥,每隔一段時間取樣測定黃精片含水率,其含水率測定按照國標法(GB/T 5009.3-2010)[10],以干燥時間為橫坐標,含水率為縱坐標繪制曲線。

1.2.3 黃精多糖含量及其抗氧化活性的測定

1.2.3.1 黃精多糖待測液的制備 參考陶淘的提取方法[11],準確稱取黃精干燥樣品粉末2.00 g,加入20 mL蒸餾水,于錐形瓶中在功率為200 W的條件下超聲40 min;取混合液進行真空抽濾,得澄清溶液,用蒸餾水定容于25 mL容量瓶中;再移取5 mL澄清液于試管中,加入20 mL無水乙醇,振蕩混勻,靜置30 min后放入4000 r·min-1的離心機中離心5 min;取沉淀溶于10 mL水中制成黃精多糖水溶液A。并將沉淀干燥后,取其多糖制成濃度為20 mg·mL-1的黃精多糖溶液B。

1.2.3.2 黃精多糖溶液A中黃精多糖含量的測定 參考張靜的測定方法[12],以葡萄糖標準品繪制標準曲線,測得葡萄糖濃度X和吸光度值Y在濃度范圍為0～32 mg·mL-1內存在良好線性關系,其線性回歸方程式為Y=5.7224X+0.1689,相關系數R2=0.9991。按黃精多糖溶液A∶6%苯酚∶硫酸=1∶1∶5的比例添加試劑,加熱10 min后冷卻至室溫,用蒸餾水稀釋10倍,于490 nm下測定吸光度,計算多糖含量。

1.2.3.3 FRAP值的測定 取黃精多糖溶液B,按照試劑盒說明書方法測定,以FeSO4·7H2O為標準品繪制標準曲線,測得FeSO4·7H2O濃度X和吸光度值Y之間的線性回歸方程式為Y=0.1046X+0.0594,相關系數R2=0.9996。樣品溶液實驗所得結果以FeSO4標準濃度(mmol/L)表示。

1.2.3.4 對超氧陰離子自由基清除能力的測定 取黃精多糖溶液B,按照試劑盒說明書方法測定,以抑制率衡量抗氧化能力大小。

式中:A1為空白溶液的吸光度;A2為樣品上溶液的吸光度。

1.2.4 總酚含量的測定 準確稱取不同干燥方法黃精干燥樣品粉末1.00 g,加入20 mL體積分數為70%乙醇溶液,超聲提取30 min后;再經 4000 r·min-1離心8 min,取上清液定容于25 mL容量瓶,作為樣品待測液C。

參考焦劼[13]的測定方法,以沒食子酸為標準品繪制標準曲線,測得沒食子酸濃度X和吸光度值Y在濃度為10～60 μg·mL-1范圍內存在良好線性關系,線性回歸方程式為Y=0.0019X-0.0045,相關系數R2=0.9994。測定時,準確移取樣品待測液C的0.1 mL,加入3 mL水和10%福林酚溶液200 μL,靜置10 min,加7.5%碳酸鈉溶液500 μL,搖勻,避光靜置1.5 h,在765 nm處測定吸光度,且重復實驗3次。

1.2.5 總皂苷含量的測定 準確稱取黃精干燥樣品粉末1.00 g,加入20 mL體積分數70%乙醇溶液,60 ℃下超聲提取3 h后,經4000 r·min-1離心8 min,取上清液定容于25 mL容量瓶,作為樣品待測液D。

參照喻祖文[14]的測定方法對樣品待測液D進行測定,且重復實驗3次。以人參皂苷Rb1標準品繪制標準曲線,測得人參皂苷Rb1濃度X和吸光度值Y在濃度范圍為16～83 μg·mL-1內存在良好線性關系,其線性回歸方程式為Y=17.88X-0.112,相關系數R2=0.9984。

1.2.6 5-HMF含量的測定 參考楊云[15]的測定方法對樣品待測液C進行測定,且重復實驗3次。以5-HMF標準品繪制標準曲線,測得5-HMF濃度X和吸光度值Y在濃度為1～6 μg·mL-1范圍內存在良好線性關系,線性回歸方程式為Y=44.031X-0.6907,相關系數R2=0.9998;加標回收率為96.64%。

色譜條件:CoLumn:AQ-C18色譜柱(5 um,4.6 mm×250 mm);流動相:甲醇-水(13∶87),流速:1.0 mL/min,檢測波長:280 nm,柱溫:30 ℃,進樣量:5 μL。

1.3 數據處理

每個樣品設3個平行,采用Origin 8.5和SPSS Statistics軟件進行數據處理。測定結果以平均值±標準方差表示。

2 結果與分析

2.1 不同干燥方法對黃精干燥曲線的影響

由圖1可以看出,要使物料含水率達到10%以下,微波真空干燥法的干燥速率最大、干燥時間最短,其次是真空干燥法和熱風干燥法,微波干燥法耗時較長。因自然曬干法要使黃精含水率<10%,需耗時3～4 d,所以不同干燥方法的干燥時間由小到大排序為:微波真空干燥法<熱風干燥法<真空干燥法<微波干燥法<自然曬干法。

圖1 不同干燥方法的干燥特性曲線Fig.1 Drying characteristic curves of different drying methods注:自然曬干法需耗時3～4 d,無法在同一坐標系中繪制。

2.2 不同干燥方法對黃精多糖含量及其抗氧化活性的影響

2.2.1 不同干燥方法對黃精多糖含量的影響 由圖2可知,不同干燥方法制得的黃精干燥產品的黃精多糖含量從小到大的順序為:熱風干燥法<自然曬干法<微波干燥法<真空干燥法<微波真空干燥法。經計算,微波真空干燥法的黃精多糖含量最多,達(63.59±1.25) mg·g-1;熱風干燥法的黃精多糖含量最少,為(34.30±0.54) mg·g-1。

圖2 不同干燥方法對黃精多糖含量的影響Fig.2 Effect of different drying methods on the content of polysaccharides注：1：微波真空干燥法；2：自然曬干法；3：微波干燥法；4：真空干燥法；5：熱風干燥法;圖3、圖4同。

2.2.2 不同干燥方法對黃精多糖的FRAP值影響 由圖3可知,不同干燥方法制得的黃精干燥產品的FRAP值大小順序為:微波真空干燥法>自然曬干法>真空干燥法>微波干燥法>熱風干燥法。

圖3 不同干燥方法對黃精多糖FRAP值的影響Fig.3 Effect of different drying methods on the FRAP values of polysaccharides

2.2.3 不同干燥方法的對黃精多糖的超氧陰離子自由基清除能力的影響 由圖4可知,不同干燥方法所得的黃精干燥產品的多糖清除超氧陰離子自由基能力的順序為:微波真空干燥法>自然曬干燥法>真空干燥法>微波干法燥>熱風干燥法,與FRAP值排序相同,其抑制率分別為(30.01%±1.3%)、(25.14%±0.5%)、(19.18%±1.2%)、(13.83%±0.7%)、(11.71%±1.1%)。綜合圖3～圖4的結果可知,微波真空干燥法所得黃精干燥產品中的黃精多糖抗氧化活性最強,熱風干燥法所得黃精干燥產品中的黃精多糖抗氧化活性最弱。

圖4 不同干燥方法對黃精多糖清除超氧陰離子自由基能力的影響Fig.4 Effect of different drying methods on the capability of polysaccharide to scavenge superoxide anion free radical

綜合圖2～圖4可知,自然曬干法因晾曬時間長,紫外照射和微生物代謝使黃精多糖含量受到較大損失,但對多糖抗氧化活性影響較小;熱風干燥法因干燥溫度最高,干燥時間較長,造成黃精多糖大量損失,抗氧化活性大幅降低。真空干燥法的溫度較熱風干燥法低,有效地減小了多糖的損失,提高多糖的抗氧化活性。微波干燥法的微波具有穿透性,能使介質內外同時加熱,傳熱速度快,干燥溫度最低,所以該法得到的黃精多糖含量較高,但長時間微波輻射可能導致多糖分子內的極性鍵極化,進而降低多糖的抗氧化活性。微波真空干燥法的干燥速率最大、干燥時間最短,較高的真空度既加速水分的蒸發又在一定程度上避免了活性成分的氧化,所以黃精多糖含量損失最小,多糖抗氧化活性最高。

2.3 不同干燥方法對黃精總酚、總皂苷和5-羥甲基糠醛含量的影響

由表1可知,熱風干燥法所得的黃精干燥產品中總酚含量最低,微波真空干燥法最高,是熱風干燥法樣品的3.14倍。總皂苷含量從小到大的順序為:自然干燥法<熱風干燥法<真空干燥法<微波真空干燥法<微波干燥法,這是因為皂苷含量易受溫度的影響,除自然曬干法外,其含量降低順序與加熱溫度升高順序密切相關。5-HMF的含量從小到大的順序為:自然干燥法<真空干燥法<微波真空干燥法<熱風干燥法<微波干燥法,其中,微波真空干燥法所得黃精干燥產品中的5-HMF含量較少。

表1 不同黃精干燥樣品中總酚、總皂苷和5-羥甲基糠醛的含量Table 1 content of total phenolics,total saponins and 5-hydroxymethylfurfural in different dried semen

自然曬干法因晾曬時間長,使多酚和皂苷受到較大損失,但較低的溫度條件使黃精中5-HMF生成量最少。熱風干燥法因干燥溫度最高,造成酚類和皂苷類物質受損較大,較高的溫度還加速了5-HMF的生成。真空干燥法的溫度較熱風干燥法的溫度低,對皂苷類化合物含量、5-HMF生成量的影響較小,真空環境還避免了酚類物質的氧化,減小酚類物質的損失。微波干燥法因溫度最低,皂苷類化合物受損最小;但該法干燥時間較長,使黃精切片長時間與空氣接觸而造成酚類物質氧化,長時間受熱也增大了5-HMF的生成量。微波真空干燥法集成了真空干燥法和微波干燥法的優點,較高的真空度既加速水分的蒸發又在一定程度上避免了活性成分的氧化,所以酚類物質和皂苷類化合物損失近乎最小,5-HMF的生成量較少。

3 結論

五種干燥方法因其干燥原理不同,干燥環境不同,對黃精干燥曲線影響也不同,所用干燥時間由小到大排序為:微波真空干燥法<75 ℃熱風干燥法<60 ℃真空干燥法<微波干燥法<自然曬干法;而且不同干燥方法對黃精中多糖、總酚、總皂苷、5-HMF含量的影響也不同,相比而言,微波真空干燥法更能有效保留黃精中的多糖、酚類化合物、皂苷類化合物等活性成分,5-HMF生成量較少,其干燥品中黃精多糖含量達(63.59±1.25) mg·g-1,該多糖對超氧陰離子自由基的抑制率達(30.01%±1.3%)。提示微波真空干燥法更適于得到高品質的黃精干燥產品。

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