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)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工設計研究所（海口 570100）；2.海口市檳榔加工研究重點實驗室（海口 570100）；3.海南省熱帶果蔬冷鏈研究重點實驗室（海口 570100）

檳榔為棕櫚科檳榔屬常綠喬木，原生長于馬來西亞，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、消積、行氣化濕、利濕通便等藥用價值[3-5]。據(jù)統(tǒng)計，2019年末海南省檳榔種植面積11.52萬 hm2，占全國種植面積96%以上，收獲面積8.33萬 hm2，檳榔鮮果總產(chǎn)量達55～60萬 t，比上年增長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，在我國檳榔全產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值高達700～800億元[7]。檳榔已成海南第一大熱帶經(jīng)濟作物，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、工藝時間短、節(jié)水和環(huán)保等優(yōu)點[8-10]，目前被廣泛用于檳榔初加工中。但關于檳榔蒸汽殺青工藝參數(shù)優(yōu)化及其對檳榔品質(zhì)的影響研究鮮見報道，試驗以鮮檳榔為原料，采用響應面分析法優(yōu)化檳榔蒸汽殺青工藝參數(shù)，探討蒸汽殺青技術對檳榔品質(zhì)的影響，以期為檳榔蒸汽殺青技術提升提供科學依據(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，采自海南省萬寧市龍袞鎮(zhèn)檳榔種植園；沒食子酸、福林酚、碳酸鈉、無水乙醇等均為分析純，均購于國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

UV-2700紫外可見分光光度計，日本島津公司；RE-52旋轉蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠；DGG-9140A電熱恒溫鼓風干燥箱，上海東麓儀器設備有限公司；BXM-30R立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠；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)構儀，美國FTC公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

檳榔鮮果→挑選→殺青→干制→分級→包裝→貯運

1.3.2 蒸汽殺青試驗方法

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

1.3.3 單因素試驗

以檳榔干果硬度和總酚質(zhì)量分數(shù)為評價指標，選擇3個因素進行單因素試驗。以檳榔鮮果為原料，設定原料添加量、殺青時間和蒸汽溫度固定值分別為2 kg，15 min及110 ℃，按照表1依次改變其中一個因素的值，分析各個因素的最適范圍。

表1 蒸汽殺青單因素水平表

1.3.4 響應面試驗設計

在單因素試驗基礎上，以原料添加量（A）、殺青時間（B）、蒸汽溫度（C）為響應因素，以硬度和總酚質(zhì)量分數(shù)為響應值，采用Design-Expert V 8.0.6.1軟件設計三因素三水平響應面分析試驗，其因素與水平見表2。

表2 響應面試驗因素水平表

1.3.5 總酚測定

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

1.3.6 質(zhì)構指標測定

采用質(zhì)地剖面分析（texture profile analysis，TPA）二次方法，測定檳榔樣品的硬度、彈性和咀嚼性，每次試驗重復3次。測量前探頭下降速度為30 mm/s，測試速度為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軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，結果用“平均值±標準差”表示，p＜0.05為顯著水平，p＜0.01為極顯著水平。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

以檳榔干果硬度作為評價指標，檳榔干果硬度變化越大說明軟化效果越好，能更有效減少檳榔纖維對口腔的刺激，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、可溶性蛋白等營養(yǎng)物質(zhì)[15-17]。單因素試驗結果見圖1。

圖1 單因素試驗結果

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)量分數(shù)逐漸升高趨于平緩，當原料添加量為1 kg時，檳榔硬度偏低，質(zhì)地較松軟，碎渣感強；當檳榔添加量超過4 kg時，檳榔硬度偏高，質(zhì)地堅硬，對口腔的刺激程度增強。單因素方差分析顯示不同檳榔鮮果原料添加量對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：隨著殺青時間延長，檳榔硬度呈顯著下降趨勢（p＜0.05），總酚質(zhì)量分數(shù)呈先上升后下降趨勢，當殺青時間小于5 min時，由于時間過短，檳榔纖維未充分軟化，纖維較粗硬，當殺青時間大于25 min時，殺青時間過長，其對檳榔木質(zhì)纖維結構破壞程度大，影響產(chǎn)品穩(wěn)定性，且總酚質(zhì)量分數(shù)顯著降低，可能是因為殺青時間越長，多酚類物質(zhì)結構不穩(wěn)定易發(fā)生氧化分解，故殺青時間選擇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（p＜0.05），檳榔總酚質(zhì)量分數(shù)呈明顯先升高后降低趨勢（p＜0.05），總酚質(zhì)量分數(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胞結構，在一定程度促進了酚類物質(zhì)的釋放；但殺青溫度過高，檳榔軟化過度，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)量分數(shù)，故殺青溫度選擇100～110 ℃為宜。

2.2 響應面試驗結果

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)量分數(shù)為響應值，利用軟件Design-Expert 8.0.6中的Box-Behnken設計試驗，結果如表3～表5所示。

表3 響應面試驗設計方案及結果

表4 硬度方差分析結果

表5 總酚質(zhì)量分數(shù)方差分析結果

對表3的試驗數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，得到回模型方程：

對硬度評價模型進行方差分析，結果見表4。由方差分析結果可以看出，模型極顯著（p＜0.01），方差的失擬項不顯著（p=0.0542＞0.05），說明回歸模型對響應值擬合程度較高，模型選擇合理；模型的相關系數(shù)R2=0.9933，校正相關系數(shù)Radj2=0.9848，表明檳榔硬度實際值與預測值相關性較好，能解釋99.33%響應值的變化。由回歸方程可知各因素對響應值的影響并不是簡單的線性關系，一次項A、B、C、交互項AB、AC、BC以及A2、B2、C2對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響應值的重要性，F(xiàn)值越大，表明對響應值的影響越大[19-20]，故3個因素對殺青后的檳榔硬度影響程度依次為殺青時間＞蒸汽溫度＞原料添加量。

對總酚質(zhì)量分數(shù)評價模型進行方差分析，結果見表5。由方差分析結果可以看出，模型極顯著（p＜0.01），方差的失擬項不顯著（p=0.1679＞0.05），說明回歸模型對響應值擬合程度較高，模型選擇合理；模型的相關系數(shù)R2=0.9898，校正相關系數(shù)Radj2=0.9768，表明殺青后檳榔總酚質(zhì)量分數(shù)實際值與預測值相關性較好，能解釋98.98%響應值的變化。由回歸方程可知各因素對響應值的影響并不是簡單的線性關系，一次項A與交互項AB、BC、AC對殺青后的檳榔總酚質(zhì)量分數(shù)影響不顯著（p＞0.05），一次項B、C與二次項A2、B2、C2對殺青后的檳榔總酚質(zhì)量分數(shù)有極顯著影響（p＜0.01）。3個因素對殺青后的檳榔總酚質(zhì)量分數(shù)影響程度依次為蒸汽溫度＞殺青時間＞原料添加量。

綜上說明，回歸方程可以很好地描述各因素與響應值之間的真實關系，試驗結果與模型擬合程度高，試驗誤差小，預測值與實測值的相關性較好，可用該模型來分析和預測檳榔蒸汽殺青的最佳工藝條件。

2.2.2 驗證試驗

運用 Design-Expert V 8.0.6.1軟件對數(shù)據(jù)進行分析優(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)量分數(shù)為8.23%。為進一步驗證模型的準確性和可行性，選取原料添加量3 kg、殺青時間20 min、蒸汽溫度105 ℃，經(jīng)3次驗證試驗，蒸汽殺青后檳榔硬度為（66.49±1.15）N，總酚質(zhì)量分數(shù)為（8.16±0.06）%，與理論值基本相符，因此響應面法優(yōu)化檳榔蒸汽殺青工藝條件是可行的，具有實用價值。

2.3 最優(yōu)組合質(zhì)構測定

經(jīng)響應面優(yōu)化試驗后，取最優(yōu)工藝條件下殺青后的檳榔測其質(zhì)構，其質(zhì)構結果如表6所示。結果表明，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，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)構測定

2.4 掃描電鏡分析

由圖2掃描電鏡結果可知，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)纖維結構孔徑變大，結構變松弛。由此看出，經(jīng)過蒸汽殺青處理，檳榔果的微觀結構發(fā)生改變。

圖2 掃描電鏡圖

3 結論

殺青工藝是檳榔品質(zhì)形成的關鍵工序，蒸汽殺青工藝中檳榔添加量、殺青時間與殺青溫度是決定殺青質(zhì)量的重要因素。試驗采用響應面法優(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)量分數(shù)為（8.16±0.06）%，與模型預測值基本相符。檳榔質(zhì)構和掃描電鏡分析表明蒸汽殺青技術打破了檳榔細胞結構，檳榔物理性質(zhì)及木質(zhì)纖維結構在殺青過程中發(fā)生明顯變化，該處理極大地改善了檳榔的加工特性，為檳榔殺青技術提升和食用檳榔深加工開發(fā)利用提供了理論依據(jù)和優(yōu)質(zhì)原料。長期嚼食檳榔會損害口腔硬組織和軟組織，檳榔纖維過硬也會影響產(chǎn)品的口感，如何將殺青技術與檳榔纖維軟化技術有機結合提升檳榔產(chǎn)品品質(zhì)還有待深入研究。微波殺青技術是利用高頻微波的震蕩作用，激發(fā)植物組織內(nèi)部水分子高速運動而迅速產(chǎn)熱的殺青技術，具有升溫快、加熱均勻、穿透強、操作方便等特點，有研究發(fā)現(xiàn)微波殺青技術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]，怎樣單獨或與蒸汽殺青等技術耦合應用于檳榔殺青工藝中也值得科研人員探究。