干燥方式對老山芹功能成分及抗氧化性的影響

遲曉君，王 楨，李苗苗，尹洪臣，岳鳳麗,

（1.山東農業工程學院食品科學與工程學院，山東濟南 250100；2.鄂倫春自治旗大楊樹蒙農農副產品有限公司，內蒙古呼倫貝爾市 021000）

老山芹（Heracleum moellendorffiiHance）學名東北牛防風，又叫土當歸、山芹菜等，有特殊香氣，生長于中高緯度河岸濕草地、草甸子、山坡林下及山地混雜林緣等陰濕環境，為藥食同源的多年生草本植物[1]。老山芹富含氨基酸及膳食纖維，可幫助胃腸蠕動，還富含香豆素類、黃酮類化合物，對降血壓血糖等有一定功效[2]，被稱為山野菜中的“綠色黃金”；但老山芹含水量高、表面積大、呼吸作用強，采后生理活躍，經常出現葉片失綠變黃、萎焉、老化等現象，無法在常溫條件下長期保藏，具有很強的季節性、區域性和易腐爛性，開展老山芹采后加工提質增效技術研究，提高老山芹資源利用率及附加值勢在必行。

目前關于老山芹的研究主要有老山芹不同部位物質的含量[1]，老山芹的生長發育規律[2]，不同海拔[3]、不同遮陰處理[4]對老山芹的影響，不同種類老山芹品質[5]，老山芹降血糖成分研究[6]，老山芹的不同溶劑提取物[7]，熱風干燥對老山芹的影響[8]等。脫水干制因其既可以降低產品的水分活度，又可有效抑制微生物的生長和酶的活性，當蔬菜中水分含量≤6%時，可抑制酶活性，微生物含量極低[9]。干制品還可利用超微粉碎技術，將物料粉碎至200目以上，既保留了天然植物的屬性和功能，又可以提高有效成分在動物體內生物利用率，其微粒子在人體內部的緩釋功能，延長了功效性，還可以提高產品附加值[10]。現階段針對果蔬的干燥方式主要有：熱風干燥、微波干燥、真空干燥、冷凍干燥以及它們的組合方式；通過對水芹、章丘鮑芹、甘藍、鐵皮石斛等[11-15]的干燥方法對比發現，不同方法會對其色澤、味道、酶活性、營養物質、功能成分、抗氧化性等產生影響[16-21]。但目前關于不同干燥方式對老山芹功能成分和抗氧化性質影響尚未有研究。

本文采用鄂倫春自治旗大楊樹蒙農農副產品有限公司提供的鮮老山芹，經微波干燥、旋轉干燥、熱風干燥、真空冷凍干燥以及先凍藏再干燥（40 ℃速凍后，-18 ℃凍藏90 d，然后再真空冷凍干燥）的老山芹，粉碎至200目，測定功能成分（黃酮、酚酸、多糖、香豆素等）、和抗氧化性（DPPH·、ABTS+·、·OH、超氧陰離子自由基清除率）指標，確定有利于老山芹功能成分保留的最優干燥方式，旨在為老山芹的綜合開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

老山芹 鄂倫春自治旗大楊樹蒙農農副產品有限公司；蘆丁、綠原酸、歐前胡素、無水葡萄糖標準品（純度≥99%） 上海源葉公司；ABTS、DPPH 優級純，合肥巴斯夫生物科技有限公司；亞硝酸鈉、三氯化鋁、氫氧化鈉、十二烷基磺酸鈉、鐵氰化鉀、三氯化鐵、濃鹽酸、無水乙醇、苯酚、濃硫酸、過硫酸鉀、甲醇、硫酸亞鐵、水楊酸、過氧化氫、鄰苯三酚、Tris-HCl緩沖液等試劑 均為國產市售分析純。

KH-6HMTN型微波干燥設備 山東科弘微波能有限公司；GZX-9240MBE型電熱鼓風干燥箱上海博迅實業有限公司醫療設備廠；LYO-1m2型真空冷凍干燥機 上海東富龍科技股份有限公司；WZJ-6J型振動式藥物超微粉碎機 濟南倍力粉技術工程有限公司；TU-1810型紫外可見分光光度計北京普析通用儀器有限責任公司；KQ-200KDV型高功率數控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；AL104型電子分析天平 梅特勒-托利多儀器有限公司；YL-400BU型超純水機 成都超純科技有限公司；旋轉干燥機 山東捷勝重工機械有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 采后干燥處理

1.2.1.1 微波干燥 單次干燥老山芹約1500 g，洗凈切段，長度約2 cm，置于履帶式微波干燥機，厚度約1 cm，設置微波功率7000 W，轉速8 m/min，連續干燥，至水分含量為6.0%時停止干燥。

1.2.1.2 旋轉干燥 啟動旋轉干燥機，放入洗凈的老山芹全株，單次約1500 g，通入60 ℃熱空氣，干燥至水分含量6.0%時停止干燥。

1.2.1.3 熱風干燥 單次干燥老山芹約1500 g，洗凈切段，長度約2 cm，平鋪在托盤上，厚度約1.0 cm，置于60 ℃的電熱鼓風干燥箱干燥，風速0.5 m/s，每0.5 h翻動一次，當水分含量為6.0%時停止干燥。

1.2.1.4 真空冷凍干燥 將老山芹洗凈切段后置于真空冷凍干燥機中，真空度0.010 MPa，-50 ℃冷凍干燥至水分含量為6.0%時停止干燥。

1.2.1.5 速凍保藏結合真空冷凍干燥 將老山芹全株置于-40 ℃冷庫（冰箱）快速打冷，凍12 h，轉移至-18 ℃冷庫（冰箱）保藏90 d后真空冷凍干燥，儀器條件及步驟同1.2.1.4。

1.2.2 功能性成分測定

1.2.2.1 黃酮含量測定 稱取已恒重的蘆丁標準品0.0025 g，80%乙醇溶解定容于25 mL容量瓶，配成100 μg/mL 的標準液；取標準液 0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL加入到10 mL比色管，再加入0.4 mL 5% NaN02溶液、0.4 mL 10% AlCl3溶液、4.0 mL 4%NaOH溶液，每步間隔6 min，均需搖勻，加入蒸餾水定容后靜置15 min。測定510 nm波長處OD值，得回歸方程。采用超聲波輔助醇提法[22]，稱取經不同干燥方式得到的老山芹超微粉各0.5000 g于錐形瓶中，乙醇濃度80%，溫度66 ℃，料液比1:20，提取時間30 min，過濾定容于50 mL容量瓶。準確吸取1 mL提取液按標準品方法測定OD值，代入公式（1）計算黃酮含量。

式中：X 表示含量，%；n 表示檢測時稀釋倍數；c表示按回歸方程計算得到的濃度，μg/mL；v表示提取時定容體積，mL；m 表示取樣量，g。

1.2.2.2 酚酸含量測定 稱取已恒重的綠原酸0.0035 g，溶解定容于50 mL容量瓶，配成70 μg/mL的標準液。取標準液 0.3、0.6、1.2、1.8、2.4、3.0 mL 加入到25 mL比色管，加無水乙醇至5 mL，加入2.0 mL 0.3% CH3(CH2)11SO3Na溶液，加入2.0 mL 1:1混合的1% K3Fe(CN)6-1% FeCl3溶液，暗處理5 min，加0.1 mol/L的HCl定容，搖勻暗處理20 min。測定760 nm波長處OD值，得回歸方程。提取方法同黃酮，準確吸取提取液0.2 mL樣液于25 mL比色管，按標準品方法測定OD值，代入公式（1）計算酚酸含量。

1.2.2.3 多糖含量測定 采用苯酚-硫酸比色法[3]，取無水葡萄糖0.0500 g，用水溶解，轉入250 mL容量瓶中，制成200 μg/mL的葡萄糖標準液。取標準液0.1、0.2、0.6、0.8 mL加入 10 mL比色管，蒸餾水定容至1 mL，加1.6 mL 5%苯酚、7.0 mL 98%濃硫酸后充分搖勻，23 ℃室溫下靜置30 min，測定490 nm處OD值。采用超聲波輔助水提法[23]，稱取經不同干燥方式得到的老山芹超微粉0.5000 g，料液比1:40，提取溫度 80 ℃，超聲功率 50 W，提取時間30 min，定容至50 mL容量瓶。吸取提取液0.1 mL，按標準品方法測定，代入公式（1）計算多糖含量。

1.2.2.4 香豆素含量測定 稱取歐前胡素0.0030 g，90%甲醇定容于100 mL容量瓶，制成30 μg/mL的歐前胡素標準溶液。取標準液1.0、2.0、3.0、5.0、7.0、9.0 mL加入10 mL比色管，90%甲醇定容。測定300 nm處OD值。采用索氏提取法[3]，稱取經不同干燥方式得到的老山芹超微粉0.1500 g，置于索氏提取器中，加入90%甲醇溶液85 mL，回流提取9 h，過濾，定容至100 mL容量瓶。吸取提取液2.5 mL，加90%甲醇定容至10 mL，測定OD值，代入公式（1）計算香豆素含量。

1.2.3 抗氧化性測定

1.2.3.1 ABTS自由基清除能力測定 參照趙玉紅等[7]的方法，稱取0.0960 g ABTS用蒸餾水定容到25 mL，稱取0.0335 g過硫酸鉀用蒸餾水定容到25 mL，將兩種試劑1:1混合，避光12 h后得ABTS儲備液。使用前將ABTS儲備液用磷酸鹽緩沖液稀釋成ABTS工作液，要求在30 ℃、734 nm波長下吸光度為0.70±0.02。吸取樣液（老山芹醇提物，提取方法見黃酮，下同）或甲醇0.15 mL，加入2.85 mL ABTS工作液，充分混合，避光放置10 min后，在734 nm處測定OD值。進行3次平行實驗，代入公式（2）計算清除率。

式中：I表示自由基清除率，%； Ac表示樣液+ABTS吸光值；A0表示甲醇+ABTS吸光值。

1.2.3.2 DPPH自由基清除能力測定 參照Oliveira等[24]的方法，Ai：0.1 mL 樣液+1.4 mL 無水乙醇+1.0 mL 0.1 mmol/L的DPPH乙醇溶液；Aj：較Ai不加DPPH乙醇溶液；A0：較Ai無水乙醇代替樣液；添加結束后，60 min室溫避光反應，測定517 nm處OD值，代入公式（3）計算清除率I。

1.2.3.3 ·OH清除能力測定 采用水楊酸捕獲法[8]，Ai：2.0 mL 樣液+2.0 mL 9 mmol/L FeSO4溶液+2.0 mL 9 mmol/L水楊酸-乙醇溶液+2.0 mL 8.8 mmol/L H2O2；Aj：較 Ai不加 H2O2；A0：較 Ai用蒸餾水替代樣液。加入H2O2后，于37 ℃啟動反應，反應0.5 h。測定510 nm波長處 OD值，代入公式（3）計算清除率。

1.2.3.4 超氧陰離子自由基清除能力測定 采用鄰苯三酚自氧化法[24]，Ai：0.4 mL 樣液+4.5 mL 0.05 mol/L（pH8.2） Tris-HCl緩沖液+1.0 mL 8 mmol/L 的鄰苯三酚溶液；Aj：較 Ai不加鄰苯三酚溶液；A0：較 Ai用蒸餾水替代樣液。加入緩沖液和試樣液后充分混勻，25 ℃水浴恒溫25 min，加入鄰苯三酚溶液，迅速混勻放入紫外分光光度計，由電腦控制，波長為325 mm，每隔30 s檢測一次，取第4 min時的值，代入公式（3）計算清除率。

1.3 數據處理

每個結果重復測定三次，采取平均值±SD表示，采用IBM SPSS Statistics 25軟件處理數據，均值之間的顯著性采用Duncan’s Multiple Range Test，當P＜0.05時認為平均值之間存在統計學上的顯著差異。

2 結果與分析

2.1 干燥方式對功能性成分的影響

2.1.1 對黃酮含量的影響 黃酮的標準曲線回歸方程為：y=0.0125x+0.0131，R2=0.9999。干燥方式對老山芹功能成分的影響如表1所示。不同干燥方式得到的老山芹黃酮含量具顯著差異性（P＜0.05），依次為微波干燥＞旋轉干燥＞真空冷凍干燥＞速凍保藏結合真空冷凍干燥＞熱風干燥。其中微波干燥含量最高為7.91%，而熱風干燥的老山芹黃酮含量最低為2.46%。微波干燥和旋轉干燥的老山芹黃酮含量要高于真空冷凍干燥，秦丹丹等[19]認為加熱過程中，酚類物質的前體酚醛分子的非酶轉化導致了酚類物質的生成，隔絕氧氣會使酚類物質損失較少，但無加熱過程又不會使酚類物質生成，多酚氧化酶在凍干過程中較為穩定，但回溫過程中活性物質增強又造成酚類物質損失，故真空冷凍干燥的黃酮含量低于微波干燥和旋轉干燥。王國錠等[20]認為美拉德反應會生成類黃酮化合物，微波干燥時美拉德反應程度高。黃酮含量會隨干燥溫度升高而升高[21]，隨干燥時間的延長而降低，故低溫長時熱風干燥的黃酮含量最低。速凍保藏結合真空冷凍干燥會使老山芹中的黃酮類化合物分解，使含量明顯降低。

表1 干燥方式對老山芹功能性成分的影響Table 1 Effect of drying method on functional components of Heracleum moellendorffii Hance

2.1.2 對酚酸含量的影響 酚酸是一類含有酚環的有機酸，可以殺菌。酚酸的標準曲線回歸方程為：y=0.0686x-0.005，R2=0.9996。不同干燥方式得到的老山芹酚酸依次為：微波干燥＞真空冷凍干燥＞旋轉干燥＞熱風干燥＞速凍保藏結合真空冷凍干燥。魏媛媛等[21]認為，酚酸含量隨干燥溫度升高而升高，韓姝葶等[14]認為活性物質會隨干燥時間的延長而降低。故經短時高溫處理的微波干燥老山芹酚酸含量最高，旋轉干燥次之，低溫長時處理的熱風干燥老山芹酚酸含量較低，加熱干制的老山芹酚酸含量與溫度成正相關，與時間成負相關。真空冷凍干燥的老山芹由于其接觸氧氣少，氧化反應少，組織結構保存好，活性物質損失少，酚酸含量僅次于微波干燥。實驗結果也表明，即便速凍保藏結合真空冷凍干燥，長時間仍會使老山芹中的酚酸等功能成分含量減少。

2.1.3 對多糖含量的影響 多糖的標準曲線回歸方程為：y=0.0523x+0.0943，R2=0.9989。多糖在體外具有較強的抗病毒活性，無任何細胞毒作用[25]，不同干燥方式得到的老山芹多糖含量依次為：旋轉干燥＞真空冷凍干燥＞微波干燥＞熱風干燥＞速凍保藏結合真空冷凍干燥。鄭俏然等[18]認為微波處理可能加速了多糖的分解，因此微波干燥含量相對較低，與熱風干燥、速凍保藏結合真空冷凍干燥不具有顯著差異性（P＞0.05）。旋轉干燥過程可能導致分子結構或分子量變小，使得溶解性變大，提取得率升高[26]。胡安陽等[16]也認為，旋轉干燥的粉質蓬松，在相同質量下體積更大，與溶劑之間的接觸更加充分，因此多糖的得率較高。但是，目前關于干燥方式對老山芹多糖含量的相關研究較少，還需進一步研究。速凍保藏結合真空冷凍干燥一段時間后經真空冷凍干燥的老山芹，多糖含量會稍有下降，但與收獲后立即采取熱風干燥和微波干燥的老山芹多糖含量相當，無顯著性差異（P＞0.05）。

2.1.4 對香豆素含量的影響 香豆素的標準曲線回歸方程為：y=0.034x+0.0089，R2=0.9997。不同干燥方式得到的老山芹香豆素含量依次為微波干燥＞旋轉干燥＞真空冷凍干燥＞速凍保藏結合真空冷凍干燥＞熱風干燥。香豆素類化合物是一種生理、藥理及生物活性較強的天然產物[3]。香豆素衍生物的配合物是被制備用于增強生物活性的物質，特別是抗癌和抗菌活性[27]。微波干燥含量最高，為4.97%；旋轉干燥和真空冷凍干燥次之，為3.80%左右，二者差異不顯著（P＞0.05）；熱風干燥的老山芹香豆素含量最低，為1.95%。速凍保藏結合真空冷凍干燥后真空冷凍干燥的老山芹香豆素含量有所降低，但與收獲后立即采取熱風干燥的老山芹香豆素含量相當，無顯著性差異（P＞0.05）。李曉等[28]研究顯示，在正、負離子模式下可鑒定出多種香豆素類化合物，其主要裂解途徑是母核側鏈上的 H2O、CH3、OCH3、CO、CO2、COOH 以及其他功能基團的斷裂與丟失。香豆素類化合物中成分合成所需環境條件不同，在干制過程中的損失情況也不同，與干燥的原理、強度、溫度、時間等均有關系，不同干燥方式對香豆素結構的影響有待進一步研究。

通常認為，真空冷凍干燥可以較好的保留天然物料中的功能成分，它既有真空干燥隔絕氧氣、降低氧化還原反應的優點，又有冷凍干燥不加熱、無機械損失的優點。但實驗結果表明真空冷凍干燥老山芹的功能成分指標相較于微波干燥、旋轉干燥并無明顯優勢，加之其干燥成本高、時間長、耗能大，因此針對老山芹真空冷凍干燥不具備大規模推廣使用的優勢。速凍保藏結合真空冷凍干燥雖會使活性物質含量明顯降低，但其功能成分含量仍可以與剛收獲的經熱風干燥的老山芹保持相當水平，其中多糖、香豆素均無明顯差異，故速凍保藏結合真空冷凍干燥可作為老山芹大批量收獲后無法及時干制處理時的較好選擇。微波干燥在功能成分各項指標中均能表現出一定優勢，可以作為老山芹干燥的較好選擇之一。

2.2 干燥方式對抗氧化性的影響

2.2.1 對ABTS自由基清除能力的影響 干燥方式對老山芹抗氧化性的影響如表2所示。不同干燥方式得到的老山芹超細粉ABTS自由基清除能力均較高，差異性并不十分明顯，微波干燥、旋轉干燥、真空冷凍干燥不具顯著性差異（P＜0.05），熱風干燥、速凍保藏結合真空冷凍干燥不具顯著性差異（P＜0.05）。老山芹醇提物的多酚、黃酮含量明顯優于其它溶劑，多糖提取率也較高，三萜類以及富含酚羥基結構的物質均對抗氧化性產生影響[7,29～30]。可能是由于熱風干燥和速凍保藏結合真空冷凍干燥后真空冷凍干燥的老山芹的某種物質結構改變使得ABTS自由基清除能力略高于其它三者，其結構問題有待進一步研究。因此，應對老山芹的醇提物進行進一步純化分析，得出具體是何種物質使得ABTS自由基清除率升高。熱風干燥和速凍保藏結合真空冷凍干燥可能有部分本實驗未檢測的成分生成，從而使得ABTS自由基清除能力微弱變強。但由本實驗也可知，老山芹的醇提物對ABTS自由基清除能力強，具有很好的抗氧化性。

2.2.2 對DPPH自由基清除能力的影響 不同干燥方式得到的老山芹粉DPPH自由基清除能力除熱風干燥較低外，其余干燥方式清除率均在80%以上，差異性并不顯著（P＞0.05）。DPPH自由基清除率與活性物質含量基本吻合，但抗氧化性的高低并非幾種物質造成的，而是一系列作用的結果。熱風干燥時間長使得黃酮、酚酸、香豆素等活性物質含量均較低，因此清除率最低，為64.43%；速凍保藏結合真空冷凍干燥后真空冷凍干燥的老山芹的黃酮、多糖略高于熱風干燥，清除率為80.77%，有可能因為全過程沒有加熱，未破壞其它相關活性物質結構而使得清除率較高；旋轉干燥的清除率最高，為86.40%。

2.2.3 對羥基自由基清除能力的影響 不同干燥方式得到的老山芹超微粉的羥基自由基清除能力依次為：微波干燥＞真空冷凍干燥＞速凍保藏結合真空冷凍干燥＞旋轉干燥＞熱風干燥，與黃酮、酚酸、香豆素含量正相關，微波干燥的老山芹清除率最高為86.11%，熱風干燥的老山芹清除率最低，為69.94%，微波加熱有利于細胞溶解和細胞內容物凝集[17]，使得老山芹中活性物質溶出較多，羥基自由基清除能力高。

2.2.4 對超氧陰離子自由基清除能力的影響 超氧陰離子是人體內產生的一種活性氧自由基，能引發體內脂質過氧化，加快肌體衰老。不同干燥方式得到的老山芹粉的超氧陰離子自由基清除能力依次為：微波干燥＞真空冷凍干燥＞旋轉干燥＞速凍保藏結合真空冷凍干燥＞熱風干燥，該結果與黃酮、酚酸、香豆素含量成正相關關系。老山芹對超氧陰離子具有清除能力，微波干燥的清除率最高，為34.19%，真空冷凍干燥、旋轉干燥次之，速凍保藏結合真空冷凍干燥、熱風干燥較差，具顯著性差異（P＜0.05）。

抗氧化性實驗底物為高濃度醇提物，通過比照抗氧化性圖和功能成分含量圖可知，二者成正相關的關系，即干燥方式影響功能成分含量進而影響抗氧化性。Kassim 等[31]、Roussaki等[32]、Niu 等[33]的研究均顯示從不同物料中提取或者合成的香豆素類化合物的抗氧化性均強于其陽性對照。從表1可以看出，微波干燥的黃酮、酚酸和香豆素均最優，分別為7.91%、22.19%、4.97%，其含量較旋轉干燥、熱風干燥、真空冷凍干燥及速凍保藏結合真空冷凍干燥后真空冷凍干燥的老山芹有顯著性優勢（P＜0.05）。從表2可以看出，·OH清除率和超氧陰離子自由基清除率也最優，DPPH自由基清除率雖非最優，但與最優干燥方式無顯著性差異（P＞0.05）。熱風干燥除ABTS自由基清除率外，其他自由基清除率均最差，與功能成分含量對應。整體情況分析基本呈現出微波干燥最優，真空冷凍干燥、旋轉干燥次之，熱風干燥較差，速凍保藏結合真空冷凍干燥可作為大批量收獲無法及時處理的備選方案。

表2 干燥方式對老山芹抗氧化性的影響Table 2 Effect of drying methods on oxidation resistance of Heracleum moellendorffii Hance

3 結論

微波干燥老山芹的黃酮、酚酸和香豆素的含量均最高，·OH、超氧陰離子清除率也最優，多糖含量略低于旋轉干燥、真空冷凍干燥，但微波干燥具備量大、速度快的優勢，是批量干燥較好的選擇；旋轉干燥的老山芹多糖含量最高，DPPH自由基清除也最高，若工廠前期已具備此干燥設備，考慮建設成本可繼續使用；熱風干燥老山芹的功能成分損失均較為嚴重，抗氧化性也相對最差，不推薦；真空冷凍干燥的老山芹在功能成分含量和抗氧化性上均無明顯優勢，加之其干燥成本高、時間長、耗能大，目前尚不建議規模化使用；速凍保藏結合真空冷凍干燥后真空冷凍干燥雖會使功能成分含量和抗氧化性明顯降低，但仍可與剛收獲的經熱風干燥的老山芹保持相當水平，故速凍保藏結合真空冷凍干燥可作為老山芹大批量收獲后無法及時處理時的較好選擇。綜上所述，微波干燥的老山芹品質相對最好，旋轉干燥和真空冷凍干燥次之，但當需要提取某一功能成分時可以采取對應最優的干燥方式；速凍保藏結合真空冷凍干燥可作為有效的應急手段，但保藏時間不建議過長。