加工工藝對鐵皮石斛干花品質影響的研究

葉雄方，陸秋君，周翔，向燾，樊安利，毛碧增

(1.浙江傳化生物技術有限公司，浙江 杭州 311231；2.浙江農藝師學院，浙江 杭州 310021；3.杭州市農業農村事務保障中心，浙江 杭州 310000；4.浙江大學 生物技術研究所，浙江 杭州 310058)

鐵皮石斛(DendrobiumofficinaleKimura et Migo)是一味傳統名貴中藥材，是浙江省的特色藥材之一，為新“浙八味”之一[1]。浙江是全國鐵皮石斛主產地，種植面積、產量和效益均居全國首位。2021年全省種植面積30 hm2，產業規模占全國70%[2]。隨著種植面積的不斷擴大，花產量不斷增加。鐵皮石斛花含有多糖、黃酮、多酚以及花色苷等成分[3]，具有抗氧化、降血糖清除自由基等功效[4]。2019年鐵皮石斛被國家列入“食藥物質”管理目錄，2020年浙江省發布了省地方標準《浙江省食品安全地方標準 干制鐵皮石斛花》(DB33/3011—2020)，為鐵皮石斛花的綜合開發提供了保障。

鐵皮石斛鮮花不易保鮮、貯藏和運輸，長期保存需要烘焙制成干花。自然晾干、高溫干燥、真空干燥等是目前實際加工過程中的常用工藝[5]，但這些方法存在鮮花干燥過程中水汽散發不及時、不充分等缺點，制成的干花普遍存在色澤不夠亮黃、香氣不夠濃郁持久。鐵皮石斛花含有的揮發性成分主要是醛類、烷烴類、酯類、醇類和含氮化合物[6-7]。為有效提高鐵皮石斛干花品質，最大程度保留香氣和色澤，提高干花產品附加值，本研究針對鐵皮石斛鮮花加工過程中的攤鋪厚度、殺青、烘干、提香等影響因素[8]，設計了多因素聯合試驗，對各步驟測得數據采用多因素方差分析，以期篩選出一套各因素最佳組合條件，為鐵皮石斛的干花生產建立出一套最優干花加工工藝。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器與試劑

材料：試驗所用鐵皮石斛鮮花為淳安傳化現代農業科技有限公司有機鐵皮石斛基地現采，基地種植石斛經浙江省食品藥品檢驗研究院鑒定為蘭科石斛屬鐵皮石斛。選取盛花期完全開放的花朵[9]，采摘時去除花柄，同時保持花瓣無損傷，采摘后人工去除雜質。儀器：美國惠普公司(Hewlett Packard)HP-6890/HP5973 GC-MS氣質聯用儀、揮發油提取儀(北京玻璃儀器廠)。烘干設備：型號為HBX-9C、加熱功率4 000 W、溫度可控范圍為 30～150 ℃的福建龍邦牌電熱烘焙機。試劑：正己烷。

1.2 方法

1.2.1 鐵皮石斛花加工工藝

將新鮮采摘的鐵皮石斛鮮花摘除去雜后，均勻攤鋪在烘干機烘盤上，先進行殺青處理[10-11]，然后轉入烘干處理[12]，接著進行提香處理[13-14]，最后冷卻至室溫。

1.2.2 攤鋪厚度對鐵皮石斛干花加工品質影響測試

將去除雜質后的鐵皮石斛鮮花均勻平攤在烘干機托盤，設置 2、2.5、3 cm共3個攤鋪厚度[15]，各厚度設3次重復。攤鋪完成后，設置常規殺青、烘干、提香、冷卻的溫度和時間，即在110 ℃條件下殺青10 min，之后轉入70 ℃條件下烘干150 min，再轉入40 ℃條件下提香15 min，最后自然冷卻至室溫[16]。比較不同攤鋪厚度下，加工出的干花的含水量與揮發性物質含量，選擇含水量低、揮發性物質相對百分含量高的攤鋪厚度為最佳攤鋪厚度。

1.2.3 殺青、烘干和提香條件對干花品質影響測試

在最佳攤鋪厚度條件下，設置殺青(4個處理)、烘干(3個處理)、提香(4個處理)的三因素聯合試驗，共包含48組處理，每個處理重復開展3次。對各條件下干花的含水量與揮發性物質含量進行測定。

殺青工藝處理，處理1：105 ℃、12 min；處理2：108 ℃、11 min；處理3：110 ℃、10 min；處理4：112 ℃、9 min。

烘干工藝處理：處理1：65 ℃持續190 min；處理2：70 ℃持續150 min；處理3：75 ℃持續100 min。

提香工藝處理：處理1：35 ℃下提香18 min；處理2：40 ℃下提香15 min；處理3：45 ℃下提香12 min；處理4：50 ℃下提香8 min。

1.2.4 主要生化成分測定

采用GB 5009.3—2016公布的方法，測定鐵皮石斛干花水分含量，采用有機溶劑-水蒸氣蒸餾法提取干花的揮發油，利用氣相色譜-質譜聯用系統對揮發性化學組分進行定量檢測[17]。根據羅青文[18]對鐵皮石斛花功能活性成分的研究，主要分析揮發性成分中相對含量較高的壬醛、正二十五烷、α-柏木醇等物質含量。本研究以這些物質的含量作為直接指標，篩選殺青、烘干、提香等處理因素的最優組合。

1.3 數據分析

采用R軟件和Statgraphics(STN，St Louis，MO，USA)軟件對上述采集得到的數據進行分析，R軟件版本號為3.5.2(2018-12-20)。

2 結果與分析

2.1 攤鋪厚度對干花品質的影響

鐵皮石斛鮮花設置了3個攤鋪厚度(2、2.5、3 cm)，按110 ℃條件下殺青10 min，之后轉入70 ℃條件下烘干150 min，之后轉入40 ℃條件下提香15 min，最后自然冷卻至室溫，干花含水量(%)、揮發性物質相對含量(%)結果見表1。單因素方差分析表明，攤鋪厚度對干花含水量(Pr值為0.042 7)和干花總揮發性物質相對含量均有顯著差異(Pr值為0.017 3)，結果見表2。

表1 不同攤鋪厚度對鐵皮石斛干花加工的影響結果 單位：%

表2 不同攤鋪厚度對鐵皮石斛干花加工的差異檢驗

進一步對不同攤鋪厚度下干花的含水量和揮發性物質含量開展均值的多重比較，任意兩組攤鋪厚度之間的均值都體現出了顯著差異，鮮花攤鋪厚度為2.5 cm時，干花的含水量最低、揮發性物質含量最高，達到了烘干和留香的目的，為此鮮花攤鋪的最佳厚度為 2.5 cm。

2.2 殺青、烘干、提香條件的優化組合測試

在鮮花攤鋪厚度為2.5 cm條件下，對殺青、烘干和提香開展多因素聯合試驗，共設計了48個組合，各組合的干花含水量、壬醛、正二十五烷、α-柏木醇等含量見表3。

結果表明，殺青的4個處理，對含水量的影響存在顯著差異。4個處理雖然溫度設置逐漸升高，而高溫持續時間逐漸縮短，但高溫對含水量起決定作用。對于3類揮發性物質，殺青高溫持續時間較短，4組條件之間并未體現出顯著差異，進一步說明短時高溫的處理，對3類揮發性物質含量留存的影響不顯著，不易影響香氣程度。

對香氣成分起主要決定性作用的是烘干過程，統計學檢驗揭示含水量、壬醛、正二十五烷、α-柏木醇含量在3組烘干條件間都表現出顯著差異。關于烘干條件，65 ℃持續190 min對含水量和揮發性物質含量起最佳效果。3組烘干條件之間，溫度逐級增加，維持時間逐級遞減，但相對低溫與相對較長的維持時間對目標成分的保留起到最佳效果，表明 65～75 ℃的低溫區段最利于揮發性物質的穩定保留。

關于提香條件，僅壬醛含量與正二十五烷含量在不同提香條件間呈現顯著差異，其中提香處理4對兩類物質保留最多，對含水量與α-柏木醇含量影響作用不顯著。提香溫度設置在35～50 ℃，相對殺青(>105 ℃)與烘干條件(>65 ℃)的溫度區間，提香設置的相對低溫對壬醛與正二十五烷仍起到了重要作用。表3顯示的提香處理3即45 ℃ 12 min達到了最優提香效果，提香溫度過高不利于揮發性物質留存。

多因子分析結果見表4，結果表明，殺青條件對含水量、壬醛、正二十五烷、α-柏木醇含量的影響差異極顯著，而烘干條件對正二十五烷含量的影響差異不顯著；提香條件對含水量、壬醛、正二十五烷、α-柏木醇含量有顯著影響。由結果可知，殺青步驟主要影響干花的含水量，但殺青時間較短，要達到干花干燥標準，還需要較長時間的烘干維持。含水量隨著殺青、烘干、提香等工藝流程的進展而不斷降低，而3類揮發性物質含量隨著各工序的深入而增加。結果表明，烘干、提香這兩個步驟對殺青環節能起到鞏固的效果，對干花加工工藝具有不可或缺的作用。

表4 殺青、烘干、提香等作用于干花含水量與各類揮發性物質含量的差異檢驗結果

通過綜合分析，鐵皮石斛干花最佳的工藝流程為：鮮花去除雜質后，在烘盤均勻攤鋪，厚度2.5 cm，殺青選擇112 ℃，持續9 min，烘干選擇65 ℃，持續190 min，提香采用45 ℃，12 min，之后冷卻至室溫后密封遮光保存。根據此工藝加工的干花色澤鮮明、黃綠、潤澤，保存時間持久，香氣濃郁持久(圖1中A)。

A為工藝流程為鮮花攤鋪2.5 cm，殺青112 ℃，9 min，烘干65 ℃，190 min，提香45 ℃，12 min；B為工藝流程為鮮花攤鋪2.5 cm，殺青105 ℃，12 min，烘干75 ℃，100 min，提香45 ℃，12 min。圖1 不同工藝對鐵皮石斛干花色澤的影響

3 討論

鐵皮石斛作為一種名貴的中藥材，其花朵因具有舒緩精神緊張，保持頭腦清醒，解除精神抑郁，潤膚養顏等特殊的保健功效而備受關注[19-20]，因而其干花加工工藝成為鐵皮石斛生產加工領域內的一項重要命題。針對鐵皮石斛葉和花的功能活性成分問題，羅青文[18]推測壬醛是與鐵皮石斛花香有直接相關性的主要物質，該成分賦有強烈而愉快的芳香性氣味[20]。霍昕等[17]通過氣相色譜-質譜聯用系統測定了其中的揮發性物質，揭示出鐵皮石斛花的揮發性物質中壬醛、正二十五烷、α-柏木醇相對含量較高。因而本研究確定以壬醛、正二十五烷、α-柏木醇這3類物質留存量作為鐵皮石斛干花制備工藝的檢測標準，同時考慮相對含水量，共同探討干花制備的條件優化問題。

攤鋪厚度作為首個工藝因子，與后續對烘干機的溫度設置無關，因而本研究首先對攤鋪厚度展開篩選。單因素方差分析揭示出2.5 cm的攤鋪厚度可使干花保留最低含水量，同時對干花總揮發性物質也會產生顯著差異。該因素的率先篩選為開展后續多因素聯合試驗減少了試驗工作量，為工藝條件的優化提供了便利。

為科學合理提高鐵皮石斛干花制作工藝與干花質量，加工過程中要求最大程度地去除水分，還要求殺青、烘干、提香的溫度設置要最有利于揮發性芳香物質的留存量。針對殺青條件，本試驗設計的殺青條件梯度具有“低溫”搭配“長時”、“高溫”搭配“短時”的特點，該搭配具有充分平衡溫度高低與時間長短的特點，充分考慮了殺青步驟對干花品質的決定性影響。對于烘干因素的設置，3組條件之間也體現出了類似的平衡特點。但該步驟用時基數與殺青過程相比延長許多，表明烘干條件對干花品質的定位起著重要作用，這也與本試驗揭示出的“烘干條件對含水量與3類揮發性物質均有顯著差異”的結果相呼應。提香作為干花制作的最后一步，對殺青與烘干起到了補償性的鞏固作用。通過多因素聯合試驗與多因素方差剖析的數據分析，本研究篩選了一套最優加工體系：殺青條件為112 ℃下殺青9 min；烘干條件為65 ℃下烘干190 min；提香條件為45 ℃下提香12 min，該組合加工工藝加工出來的鐵皮石斛干花含水量最少、揮發油留存量最高、干花色澤保存持久、香氣濃郁持久，配合低溫遮光條件更有利于鐵皮石斛干花的長期保存[21]。

陳燕蘭等[22]認為，不同產地生產的鐵皮石斛品質差異很大；文大成等[23]進一步揭示不同產地種植生產的花茶品質有較大差異；劉凱月等[24]認為，不同栽培方式獲得的鐵皮石斛花茶品質存在差異，本試驗所用鮮花為淳安傳化現代農業科技有限公司千島湖鐵皮石斛基地采用國標有機種植方式生產，其揮發性物質含量與其他產地和栽培模式生產的鮮花可能存在較大差異，因而本研究對鐵皮石斛干花制作工藝體系的優化，對有機鐵皮石斛干花的規模化生產加工具有長遠的生產指導意義。鐵皮石斛花中除了含有揮發性成分外，還含有多糖、黃酮、多酚、花色苷等多種物質[25]，還富含多種微量元素[26]。對于鐵皮石斛干花產品，不同人群對其內含物的關注有所不同，如關注多糖含量或香味。因此，后續對不同栽培方式的鐵皮石斛，或針對不同物質含量的加工工藝仍值得廣大生產人員的進一步關注。