干燥方式对槟榔理化特性和抗氧化能力的影响

袁源 刘洋洋 龚霄 周伟 李积华

摘  要：本研究以槟榔为对象，采用色差、气质、液相、紫外等分析手段，研究不同干燥方法对槟榔外观形态、活性成分和抗氧化能力的影响。结果表明：槟榔的干燥速率与温度呈正相关，最快到达干燥终点的是微波干燥;干燥后槟榔外皮亮度增加，绿色度下降，黄色度提高;槟榔干制品的厚度与干燥温度呈负相关，低温的冻干可基本保持槟榔的厚度;干燥过程中槟榔的硬度出现先下降再上升的趋势，在失水率50%时硬度最低，为后续粉碎工艺提供理论支持;干燥后槟榔的总黄酮、总酚含量均显著高于新鲜青果，抗氧化能力均显著强于新鲜样品;而槟榔碱含量干燥样品均显著低于新鲜样品，因此可推断槟榔的抗氧化能力可能与其总黄酮、总酚含量相关，与槟榔碱无明显相关。不同干燥方式对槟榔的影响明显不同，在生产中应根据实际需求选择不同的干燥方式或复合使用。

关键词：槟榔;干燥;理化特性;抗氧化能力

Abstract： The effects of different drying methods on the appearance， active components and antioxidant capacity of Areca catechu L. were studied by gas chromatography-mass spectrome （GC-MS）， high-performance liquid chromatograph （HPLC） and ultraviolet spectrophotometry （UV）. The drying rate of areca nuts was positively correlated with temperature， and the fastest drying method was microwave drying. After drying， the brightness of areca nut skin increased， the green degree decreased， and the yellow degree increased. The thickness of dried areca nuts was negatively correlated with the drying temperature， and low-temperature freeze-drying could basically maintain the thickness of areca nut. During the drying process， the hardness of areca nuts decreased first and then increased. The hardness was the lowest when water loss rate was 50%， which provided a theoretical support for the subsequent grinding process. The content of total flavonoids and total phenols in the dried areca nut was significantly higher than those in the fresh， and the antioxidant capacity was significantly stronger than that in the fresh. The content of arecoline in the dried samples was significantly lower than that in the fresh， so it could be inferred that the antioxidant capacity of Areca catechu L. may be related to the content of total flavonoids and total phenols， but not with arecoline obviously. The effects of different drying methods on areca nut were obviously different. Therefore， different drying methods or combined use should be selected according to the actual needs in production.

Keywords： Areca catechu L.; drying; physicochemical properties; antioxidant capacity

檳榔（Areca catechu L.），为棕榈科槟榔属常绿乔木槟榔的果实[1]。其用途广泛，主要用于食用，嚼槟榔是吸烟、饮酒和喝咖啡后，世界上最流行的第四种习惯[2]。槟榔还是重要药用植物之一，其药用历史悠久，始载于三国时期的《药录》;历版《中国药典》均有收载，被列为“四大南药”之首[3-4]。据药监部门统计，我国有220余个药品或方剂含有槟榔及各药用部位。此外，还可用于制作保健、营养食（药）品[5-6]。槟榔在我国主要分布于海南省，其产量约占中国产量的 95%（未含台湾省）[7]。作为省内热带作物中仅次于橡胶的第二大经济产业，海南省近年来将槟榔加工作为重点发展的产业之一。目前槟榔常见于加工成干果，供咀嚼嗜好品食用;但由于海南省地处的炎热湿润的热带，槟榔果实采后约一周，肉眼可见果皮皱缩至干枯，其中纤维化明显、褐变严重，甚至组织液渗出，气味劣变，故槟榔果采后，常需干燥后备用[8]。槟榔的传统加工工艺为自然晒干或用烟熏干，一般需要一周左右，干燥加工周期长，生产效率低[9]，并且存在食用安全性的问题：晒干所需周期长，对天气的依赖性大，其间易发生霉变;而熏干过程会产生大量的有毒有害物质，如苯并芘、甲醛、二氧化硫等[10-11]。因此，本研究通过研究不同干燥方式对槟榔的理化性质和抗氧化能力的影响，以期为槟榔进一步开发与利用提供科学依据。

1  材料与方法

1.1  材料

1.1.1  材料与试剂   市售槟榔青果（同批，成熟度均匀，表面呈基本一致的绿色），经中国热带农业科学院农产品加工研究所龚霄副研究员鉴定确认为棕榈科植物槟榔（Areca catechu L.）。

芦丁标准品，生工生物工程股份有限公司;没食子酸标准品、槟榔碱标准品，上海源叶生物科技有限公司;α-蒎烯标准品、2，2-连氨-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二氨盐（ABTS）、Fe3+-三吡啶三哑嗪（TPTZ）、二丁基羟基苯酚（BHT）、福林酚，美国Sigma公司;1，1-二苯基-2-苦基苯肼（DPPH），梯希爱（上海）化成工业发展有限公司;无水甲醇、氢氧化钠、亚硝酸钠、乙酸、硫酸亚铁（分析纯），西陇科学股份有限公司;氯化铝、无水碳酸钠、无水乙酸钠、无水硫酸钠、氨水（分析纯），广东光华科技股份有限公司;过硫酸钾（分析纯），天津市福晨化学试剂厂;溴甲酚绿（分析纯），西安天茂化工有限公司;硫酸（分析纯），廉江市爱廉化试剂有限公司;氯仿（分析纯），浙江巨通化工物流有限公司;乙醚（分析纯），上海晟俊实业投资有限公司。

1.1.2  仪器与设备   UV-1780型紫外可见分光光度计、LC-20A高效液相色谱仪、QP2010-Plus气相色谱-质谱联用仪，日本岛津公司;Alpha1- 4LDplus冷冻干燥机，德国Christ公司;101-1A数显电热鼓风干燥箱，上海沪南科学仪器联营厂;Galanz微波炉，格兰仕公司;CT3-50k质构仪，美国Brook frield公司;Color I 5D测色仪，美国Xrite公司;MRS 120-3水分分析仪，德国KERN公司;十万分之一电子天平，德国赛多利斯公司。

1.2  方法

1.2.1  前处理  将3000 g新鲜槟榔净选，切分为1/4，除去槟榔仁，均分为6份。其中1份为不做任何处理的新鲜对照品。其余5份按表1处理如下，以水分含量低于8%为干燥终点。

1.2.2  外观形态  （1）水分。干燥过程各节点记录槟榔重量（g），水分快速测定仪测出最终含水量（%），平行测定3次，取平均值。

各干燥过程节点规定如下（其他方法相同）：

风干：每天取样，直至达到干燥平衡。

曬干：在太阳直射时，每2 h取样。无太阳晒时不取样，直至达到干燥平衡。

烘干：每4 h取样，直至达到干燥平衡。

微波：每3 min取样，直至达到干燥平衡。

冻干：每天取样，直至达到干燥平衡。

（2）色泽。在干燥过程中的每个节点取样，通过测色仪测定槟榔外皮中部的色泽变化。L*值代表亮度，a*值代表红绿色度，在正值时表示红色程度，在负值时表示绿色程度;b*值代表黄蓝色度，在正值时表示黄色程度，在负值时表示蓝色程度，平行测定6次，取平均值。

（3）厚度。通过游标卡尺在干燥过程各节点测量槟榔皮厚度，平行测30次，取平均值。

（4）硬度。通过质构仪测定槟榔皮在干燥过程中的硬度变化，用断裂性所用的力（N）表示该节点的硬度，平行测定3次。

1.2.3  样品液制备   准确称取8 g各样品（已粉碎），按料液比1∶10加入无水甲醇，75 ℃水浴回流2次，每次1 h，合并收集续滤液即得样品溶液。

1.2.4  活性成分检测  活性成分含量均以干基计。（1）总黄酮。参照周文菊等[12]报道方法，对上述样品液测定总黄酮含量，绘制芦丁标准品含量（X，μg）与吸光度（Y）的曲线：Y=0.0008X+ 0.0147，R2=0.9984。分别吸取1.0 mL样品液加入10 mL容量瓶中，在波长510 nm处测定吸光度，根据标准曲线计算各样品总黄酮含量，此时样品中总黄酮含量以芦丁的当量表示，每个样品平行3次。

（2）总酚。参照Giri等[13]报道方法，对上述样品液测定总酚含量，绘制没食子酸标准品含量（X，μg）与吸光度（Y）的曲线：Y=0.0056X+ 0.0291，R2=0.9991。分别准确吸取1.0 mL样品液加入25 mL容量瓶中，在波长750 nm处测定吸光度，根据标准曲线计算各样品总酚的含量，此时样品中总酚含量以没食子酸的当量表示，每个样品平行3次。

（3）槟榔碱。参考朱晓瑜等[14]报道和《中华人民共和国药典》2015年版[15]方法制备标准品和样品，分别进行高效液相色谱法（HPLC）检测，平行进样3次。检测条件：色谱柱：ZORBAX Eclipse Plus C18（150 mm ×2.1 mm，1.8 μm）;流动相：乙腈-磷酸溶液（2→1000，浓氨试液调节pH=3.8）（55∶45）;检测波长215 nm;流速1mL/min，柱温40 ℃，进样量为10 μL。绘制槟榔碱标准品含量（X，mg/mL）与峰面积（Y）的曲线：Y=6.6821×104X– 3.144×104，R2=0.9993。根据标准曲线计算各样品中槟榔碱的含量。

（4）挥发性成分。参照Yuan等[16]报道方法进行样品制备，加入100 μL内标溶液（α-蒎烯900 μg/mL）。

检测条件：固相微萃取：分别称取各样品1.0 g放入进样瓶，将进样瓶放置在90 ℃温度控制搅拌器中以250 r/min转速动态平衡10 min;再在上述条件下将萃取头插入进样瓶动态萃取20 min;然后GC-MS进样，解吸温度250 ℃，解吸时间5 min，平行进样3次。

GC-MS条件：色谱柱：HP-5ms毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）;升温程序：70 ℃保持2 min，以10 ℃/min升至130 ℃，保持2 min，再以15 ℃/min升至280 ℃，保持2 min;进样口温度280 ℃;载气（He）流速1 mL/min;压力57.4 kPa;不分流进样。电子轰击（EI）离子源;离子源温度230 ℃;接口温度280 ℃;溶剂延迟3 min;数据采集方式Scan;质量扫描范围m/z 35～550;检测器增益电压1.34 kV。采用内标法计算主要挥发性物质的相对含量。

1.2.5  抗氧化能力  （1）DPPH法。参照张丹等[17]报道的方法，制备样品和DPPH自由基清除实验，每份样品平行3次。按照公式计算清除率：

清除率=[1–（A样品–A对照）/A空白]×100%

式中：A样品为样品对DPPH作用后的吸光值，A对照为样品本身不加DPPH的吸光值，A空白为DPPH本身在测定波长的吸光值，阳性对照为BHT。

（2）ABTS法。根据张丹等[17]报道，进行样品制备和ABTS自由基清除实验，每份样品平行3次。按照公式计算清除率：

清除率=[1–（B样品–B对照）/B空白]×100%

式中：B样品为样品对ABTS作用后的吸光值，B对照为样品本身不加ABTS的吸光值，B空白为ABTS本身在测定波长的吸光值，阳性对照BHT。

（3）FRAP法：配置0.3 mol/L pH 3.6的醋酸缓冲液200 mL，10 mmol/L TPTZ溶液25 mL，20 mmol/L FeCl3溶液50 mL，上述溶液以10∶1∶1比例混合成工作液现配现用。称取27.8 mg FeSO4，溶解并定容到1 mL，此时浓度即为100 mmol/L。取适量100 mmol/L FeSO4溶液稀释至0.15、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5 mmol/L。各样品100 μL加入工作液2.4 mL，37 ℃水浴10 min后，593 nm处测定吸光度。绘制FeSO4浓度（X，mmol/L）与吸光度（Y）的曲线：Y=0.4334X+0.1188，R2=0.9916，根据标准曲线计算各样品的FRAP值，阳性对照BHT。

1.3  数据处理

采用分析软件IBM SPSS Statistics 21进行单因素方差分析（ANOVA）和邓肯多重比较法（Duncans multiple range test）进行检验，结果以相对含量（平均值±标准误）表示。

2  结果与分析

2.1  干燥方式对槟榔外观形态的影响

2.1.1  失水率  不同干燥方式对槟榔皮层的水分迁徙变化影响见图1。由图可知，槟榔皮层在干燥初期水分减少较快，后期水分减少较慢，直至趋于稳定。这是由于槟榔皮层是多孔性物料，其间有许多毛细管，所以在干燥初期的失水率较高，除去的是毛细管内的非结合水分;而在干燥后期，除去的是壁内的结合水分，这部分水分散失较慢，所以干燥速率低[18]。通过比较得知，微波干燥水分散失较快，最快到达干燥终点，其次是烘干和晒干这类温度提升的干燥方式，风干和冻干由于温度较低，水分脱除耗时较长。

2.1.2  色泽变化  随着水分迁徙，干燥方式对槟榔外皮色泽的影响如图2所示。L*值代表亮度，干燥与鲜槟榔相比均有不同程度的增加，表示亮度越来越高;其中微波干燥出现了先升高后下降的趋势，对比图1可知，亮度在失水率约50%时开始下降。

a*值代表红绿色度， 在负值时表示绿色程度，在正值时表示红色程度。随着干燥程度增加，槟榔表面的绿色度下降，向红色度（正向）提升;冷冻干燥的绿色度下降最小，冻干的干燥方式能较好地保护槟榔表面的绿色;微波干燥的绿色度下降明显，且红色度逐渐增加，根据文献[19]报道，微波干燥过程剧烈致局部温度急剧升高，槟榔表面褐变反应剧烈，呈红色物质增多。

b*值代表黄蓝色度，在正值时表示黄色程度，干燥过程除风干外较鲜槟榔均有不同程度的降低，表示黄色程度提高。

2.1.3  厚度變化  槟榔皮层厚度随着失水率的增加而逐渐变薄，如图3。冷冻干燥下降幅度最小，厚度保持较好;微波在干燥过程中出现厚度小幅度增加再下降的现象，可能由于在微波干燥过程中，存在加热不均匀现象，导致物料局部过热影响水分迁徙[20]。从图3可见，温度越高的干燥方式，厚度下降的程度越大。

2.1.4  硬度变化  槟榔皮层硬度随着水分迁徙均呈现先下降再上升的趋势，如图4。其中，风干、冻干这类常温或低温的干燥方式达到干燥终点后，槟榔皮层硬度均低于鲜品;晒干、烘干这类温度提升的干燥方式达到干燥终点后，槟榔皮层断裂所需的力远大于新鲜槟榔，其原因可能是干燥过程水分散失较快，槟榔皮层纤维结构聚集致硬化程度增大，从而使断裂性所需压力增大[21];微波这类高温的干燥方式达到干燥终点后，槟榔皮层硬度接近鲜品，其原因可能由于微波干燥没有破坏纤维类似蜂窝状的结构，因此断裂所需压力并没有增加[22]。

2.2  干燥方式对槟榔皮层活性成分的影响

2.2.1  总黄酮、总酚和槟榔碱的含量  各干燥方式对槟榔皮中总黄酮、总酚、槟榔碱含量的影响如表2所示。从结果可见，新鲜槟榔皮提取物中的总黄酮与总酚含量显著低于槟榔干制品，而其中槟榔碱含量显著高于干品。

各干燥方式中，冻干的总黄酮含量（11.95± 0.265） mg/g，微波的总黄酮含量（11.57±0.110） mg/g，二者间差异不显著，但均显著高于其他干燥方式。

微波的总酚含量（1.66±0.026）mg/g显著高于其他干燥方式，这可能与微波干燥过程中槟榔剧烈的褐变反应相关。

过长的干燥时间，如风干;以及过高的干燥温度，如微波，都影响槟榔碱的保留。50 ℃烘干的干燥方式所保存的槟榔碱含量显著高于其他干制方式。

2.2.2  挥发性成分含量  经质谱谱库检索和保留指数计算，得到槟榔主要挥发性成分，见表3。槟榔经不同干燥方式至水分含量低于10%后，挥发性成分相對含量差别显著。从表3可见，挥发性成分的总含量烘干>冻干>晒干>微波>风干，受到干燥温度与时间的共同影响。

从表3可见，酯类物质是槟榔的主要挥发性成分。周大鹏等[23]报道槟榔青果皮中的主要成分是醛类;与本研究结果有所差别，引起差别的主要原因可能与选取的材料产地、成熟度或者干燥方式等相关;胡延喜等[24]报道槟榔果皮挥发油中主要成分是酯类和有机酸类化合物，与本次实验结果吻合，但由于提取方式与干燥方式的不同，挥发性化合物种类与含量仍存在较大差异。

张海德等[25]报道槟榔中含量较高的有机酸为肉豆蔻酸、棕榈酸等，从表3可见不同干燥方式后有机酸类物质各组之间差异显著，以风干组显著高于其他组。

生物碱类物质目前被认为是槟榔主要生理活性成分，以槟榔碱为主[26]。何晓燕[27]报道加热对槟榔碱含量影响较大，加热时间越长，槟榔碱下降越多。本研究中，耗时较短的微波干燥所测得的槟榔碱（5）相对含量显著高于其他干燥方式;耗时次短的烘干所测得的槟榔碱含量也显著高于除微波干燥的其他干燥方式;冻干与烘干两种干燥方式耗时近似，以干燥温度更低的冻干所得的槟榔碱含量更高;风干因耗时过长，槟榔碱下降显著低于其他方式。

2.3  干燥方式对槟榔抗氧化能力的影响

由表4可见，干燥前后的槟榔均具有一定的清除DPPH自由基、ABTS自由基以及还原Fe3+的能力。由表中可见，新鲜槟榔的抗氧化能力显著低于干制品，微波干燥的各项抗氧化能力除逊色于抗氧化剂BHT，均显著高于其他干制品，这可能与微波干燥后总黄酮和总酚含量较高原因相关[28]。

3  讨论

本研究中，槟榔的干燥速率与干燥温度在呈正相关，最快到达干燥终点的是温度较高的微波干燥，其次是烘干和晒干这类干燥方式，风干和冻干的水分脱除耗时长。干燥给槟榔外观形态带来外皮亮度增加，绿色度下降，黄色程度提高等变化。在研究中发现，温度越高的干燥方式所得的槟榔越薄，这可能是由于快速水分脱除会引起槟榔皮纤维这种多孔结构的坍塌，而冻干因冰晶升华能更好地保存多孔结构，厚度保持较好[29]。干燥还给槟榔硬度带来先下降再上升的变化，各式干燥大约在失水率50%时硬度最低，因此需要对槟榔进行粉碎时，可选择失水率50%时候开展相关工艺。槟榔中的活性物质含量与其抗氧化能力紧密相关，本研究中，干燥后槟榔的总黄酮、总酚含量均显著高于新鲜青果，抗氧化能力均显著强于新鲜样品;而槟榔碱含量干燥样品均显著低于新鲜样品，因此可推断槟榔的抗氧化能力可能与总黄酮、总酚含量相关。

槟榔是一种热带经济作物，而干制的问题一直是其加工领域的研究重点[30]。本研究中，不同干燥方式耗时耗能不同，微波干燥方式能较多的得到黄酮、多酚，抗氧化能力较高，且槟榔碱得率显著高于其他干燥方式，耗时短但耗能高，挥发性物质少，是一个优势与短板同样明显的干燥方式;烘干挥发性物质保存量较高，其余各项指标较均衡，在实际使用中同样拥有优势。

综上所述，若无需考虑成本能耗，目标是其中黄酮多酚槟榔碱等活性物质，可考虑采用快速的微波干燥方式，同时如需要获得较多的挥发性物质，可考虑采取耗时长的冷冻干燥方式;若考虑规模化扩大生产，各项指标较均衡的热风烘干方式较适用;若考虑节约成本和环保因素，可考虑采用太阳晒干，并辅以相应的太阳能烘房提高干燥效率等，实际中还可根据不同需求与目标选取合适的干制与干制组合方式。

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责任编辑：崔丽虹