干燥方式对老山芹功能成分及抗氧化性的影响

迟晓君，王 桢，李苗苗，尹洪臣，岳凤丽,

（1.山东农业工程学院食品科学与工程学院，山东济南 250100；2.鄂伦春自治旗大杨树蒙农农副产品有限公司，内蒙古呼伦贝尔市 021000）

老山芹（Heracleum moellendorffiiHance）学名东北牛防风，又叫土当归、山芹菜等，有特殊香气，生长于中高纬度河岸湿草地、草甸子、山坡林下及山地混杂林缘等阴湿环境，为药食同源的多年生草本植物[1]。老山芹富含氨基酸及膳食纤维，可帮助胃肠蠕动，还富含香豆素类、黄酮类化合物，对降血压血糖等有一定功效[2]，被称为山野菜中的“绿色黄金”；但老山芹含水量高、表面积大、呼吸作用强，采后生理活跃，经常出现叶片失绿变黄、萎焉、老化等现象，无法在常温条件下长期保藏，具有很强的季节性、区域性和易腐烂性，开展老山芹采后加工提质增效技术研究，提高老山芹资源利用率及附加值势在必行。

目前关于老山芹的研究主要有老山芹不同部位物质的含量[1]，老山芹的生长发育规律[2]，不同海拔[3]、不同遮阴处理[4]对老山芹的影响，不同种类老山芹品质[5]，老山芹降血糖成分研究[6]，老山芹的不同溶剂提取物[7]，热风干燥对老山芹的影响[8]等。脱水干制因其既可以降低产品的水分活度，又可有效抑制微生物的生长和酶的活性，当蔬菜中水分含量≤6%时，可抑制酶活性，微生物含量极低[9]。干制品还可利用超微粉碎技术，将物料粉碎至200目以上，既保留了天然植物的属性和功能，又可以提高有效成分在动物体内生物利用率，其微粒子在人体内部的缓释功能，延长了功效性，还可以提高产品附加值[10]。现阶段针对果蔬的干燥方式主要有：热风干燥、微波干燥、真空干燥、冷冻干燥以及它们的组合方式；通过对水芹、章丘鲍芹、甘蓝、铁皮石斛等[11-15]的干燥方法对比发现，不同方法会对其色泽、味道、酶活性、营养物质、功能成分、抗氧化性等产生影响[16-21]。但目前关于不同干燥方式对老山芹功能成分和抗氧化性质影响尚未有研究。

本文采用鄂伦春自治旗大杨树蒙农农副产品有限公司提供的鲜老山芹，经微波干燥、旋转干燥、热风干燥、真空冷冻干燥以及先冻藏再干燥（40 ℃速冻后，-18 ℃冻藏90 d，然后再真空冷冻干燥）的老山芹，粉碎至200目，测定功能成分（黄酮、酚酸、多糖、香豆素等）、和抗氧化性（DPPH·、ABTS+·、·OH、超氧阴离子自由基清除率）指标，确定有利于老山芹功能成分保留的最优干燥方式，旨在为老山芹的综合开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

老山芹 鄂伦春自治旗大杨树蒙农农副产品有限公司；芦丁、绿原酸、欧前胡素、无水葡萄糖标准品（纯度≥99%） 上海源叶公司；ABTS、DPPH 优级纯，合肥巴斯夫生物科技有限公司；亚硝酸钠、三氯化铝、氢氧化钠、十二烷基磺酸钠、铁氰化钾、三氯化铁、浓盐酸、无水乙醇、苯酚、浓硫酸、过硫酸钾、甲醇、硫酸亚铁、水杨酸、过氧化氢、邻苯三酚、Tris-HCl缓冲液等试剂 均为国产市售分析纯。

KH-6HMTN型微波干燥设备 山东科弘微波能有限公司；GZX-9240MBE型电热鼓风干燥箱上海博迅实业有限公司医疗设备厂；LYO-1m2型真空冷冻干燥机 上海东富龙科技股份有限公司；WZJ-6J型振动式药物超微粉碎机 济南倍力粉技术工程有限公司；TU-1810型紫外可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司；KQ-200KDV型高功率数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司；AL104型电子分析天平 梅特勒-托利多仪器有限公司；YL-400BU型超纯水机 成都超纯科技有限公司；旋转干燥机 山东捷胜重工机械有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 采后干燥处理

1.2.1.1 微波干燥 单次干燥老山芹约1500 g，洗净切段，长度约2 cm，置于履带式微波干燥机，厚度约1 cm，设置微波功率7000 W，转速8 m/min，连续干燥，至水分含量为6.0%时停止干燥。

1.2.1.2 旋转干燥 启动旋转干燥机，放入洗净的老山芹全株，单次约1500 g，通入60 ℃热空气，干燥至水分含量6.0%时停止干燥。

1.2.1.3 热风干燥 单次干燥老山芹约1500 g，洗净切段，长度约2 cm，平铺在托盘上，厚度约1.0 cm，置于60 ℃的电热鼓风干燥箱干燥，风速0.5 m/s，每0.5 h翻动一次，当水分含量为6.0%时停止干燥。

1.2.1.4 真空冷冻干燥 将老山芹洗净切段后置于真空冷冻干燥机中，真空度0.010 MPa，-50 ℃冷冻干燥至水分含量为6.0%时停止干燥。

1.2.1.5 速冻保藏结合真空冷冻干燥 将老山芹全株置于-40 ℃冷库（冰箱）快速打冷，冻12 h，转移至-18 ℃冷库（冰箱）保藏90 d后真空冷冻干燥，仪器条件及步骤同1.2.1.4。

1.2.2 功能性成分测定

1.2.2.1 黄酮含量测定 称取已恒重的芦丁标准品0.0025 g，80%乙醇溶解定容于25 mL容量瓶，配成100 μg/mL 的标准液；取标准液 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，每步间隔6 min，均需摇匀，加入蒸馏水定容后静置15 min。测定510 nm波长处OD值，得回归方程。采用超声波辅助醇提法[22]，称取经不同干燥方式得到的老山芹超微粉各0.5000 g于锥形瓶中，乙醇浓度80%，温度66 ℃，料液比1:20，提取时间30 min，过滤定容于50 mL容量瓶。准确吸取1 mL提取液按标准品方法测定OD值，代入公式（1）计算黄酮含量。

式中：X 表示含量，%；n 表示检测时稀释倍数；c表示按回归方程计算得到的浓度，μg/mL；v表示提取时定容体积，mL；m 表示取样量，g。

1.2.2.2 酚酸含量测定 称取已恒重的绿原酸0.0035 g，溶解定容于50 mL容量瓶，配成70 μg/mL的标准液。取标准液 0.3、0.6、1.2、1.8、2.4、3.0 mL 加入到25 mL比色管，加无水乙醇至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，暗处理5 min，加0.1 mol/L的HCl定容，摇匀暗处理20 min。测定760 nm波长处OD值，得回归方程。提取方法同黄酮，准确吸取提取液0.2 mL样液于25 mL比色管，按标准品方法测定OD值，代入公式（1）计算酚酸含量。

1.2.2.3 多糖含量测定 采用苯酚-硫酸比色法[3]，取无水葡萄糖0.0500 g，用水溶解，转入250 mL容量瓶中，制成200 μg/mL的葡萄糖标准液。取标准液0.1、0.2、0.6、0.8 mL加入 10 mL比色管，蒸馏水定容至1 mL，加1.6 mL 5%苯酚、7.0 mL 98%浓硫酸后充分摇匀，23 ℃室温下静置30 min，测定490 nm处OD值。采用超声波辅助水提法[23]，称取经不同干燥方式得到的老山芹超微粉0.5000 g，料液比1:40，提取温度 80 ℃，超声功率 50 W，提取时间30 min，定容至50 mL容量瓶。吸取提取液0.1 mL，按标准品方法测定，代入公式（1）计算多糖含量。

1.2.2.4 香豆素含量测定 称取欧前胡素0.0030 g，90%甲醇定容于100 mL容量瓶，制成30 μg/mL的欧前胡素标准溶液。取标准液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。测定300 nm处OD值。采用索氏提取法[3]，称取经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，过滤，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，测定OD值，代入公式（1）计算香豆素含量。

1.2.3 抗氧化性测定

1.2.3.1 ABTS自由基清除能力测定 参照赵玉红等[7]的方法，称取0.0960 g ABTS用蒸馏水定容到25 mL，称取0.0335 g过硫酸钾用蒸馏水定容到25 mL，将两种试剂1:1混合，避光12 h后得ABTS储备液。使用前将ABTS储备液用磷酸盐缓冲液稀释成ABTS工作液，要求在30 ℃、734 nm波长下吸光度为0.70±0.02。吸取样液（老山芹醇提物，提取方法见黄酮，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处测定OD值。进行3次平行实验，代入公式（2）计算清除率。

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

1.2.3.2 DPPH自由基清除能力测定 参照Oliveira等[24]的方法，Ai：0.1 mL 样液+1.4 mL 无水乙醇+1.0 mL 0.1 mmol/L的DPPH乙醇溶液；Aj：较Ai不加DPPH乙醇溶液；A0：较Ai无水乙醇代替样液；添加结束后，60 min室温避光反应，测定517 nm处OD值，代入公式（3）计算清除率I。

1.2.3.3 ·OH清除能力测定 采用水杨酸捕获法[8]，Ai：2.0 mL 样液+2.0 mL 9 mmol/L FeSO4溶液+2.0 mL 9 mmol/L水杨酸-乙醇溶液+2.0 mL 8.8 mmol/L H2O2；Aj：较 Ai不加 H2O2；A0：较 Ai用蒸馏水替代样液。加入H2O2后，于37 ℃启动反应，反应0.5 h。测定510 nm波长处 OD值，代入公式（3）计算清除率。

1.2.3.4 超氧阴离子自由基清除能力测定 采用邻苯三酚自氧化法[24]，Ai：0.4 mL 样液+4.5 mL 0.05 mol/L（pH8.2） Tris-HCl缓冲液+1.0 mL 8 mmol/L 的邻苯三酚溶液；Aj：较 Ai不加邻苯三酚溶液；A0：较 Ai用蒸馏水替代样液。加入缓冲液和试样液后充分混匀，25 ℃水浴恒温25 min，加入邻苯三酚溶液，迅速混匀放入紫外分光光度计，由电脑控制，波长为325 mm，每隔30 s检测一次，取第4 min时的值，代入公式（3）计算清除率。

1.3 数据处理

每个结果重复测定三次，采取平均值±SD表示，采用IBM SPSS Statistics 25软件处理数据，均值之间的显著性采用Duncan’s Multiple Range Test，当P＜0.05时认为平均值之间存在统计学上的显著差异。

2 结果与分析

2.1 干燥方式对功能性成分的影响

2.1.1 对黄酮含量的影响 黄酮的标准曲线回归方程为：y=0.0125x+0.0131，R2=0.9999。干燥方式对老山芹功能成分的影响如表1所示。不同干燥方式得到的老山芹黄酮含量具显著差异性（P＜0.05），依次为微波干燥＞旋转干燥＞真空冷冻干燥＞速冻保藏结合真空冷冻干燥＞热风干燥。其中微波干燥含量最高为7.91%，而热风干燥的老山芹黄酮含量最低为2.46%。微波干燥和旋转干燥的老山芹黄酮含量要高于真空冷冻干燥，秦丹丹等[19]认为加热过程中，酚类物质的前体酚醛分子的非酶转化导致了酚类物质的生成，隔绝氧气会使酚类物质损失较少，但无加热过程又不会使酚类物质生成，多酚氧化酶在冻干过程中较为稳定，但回温过程中活性物质增强又造成酚类物质损失，故真空冷冻干燥的黄酮含量低于微波干燥和旋转干燥。王国锭等[20]认为美拉德反应会生成类黄酮化合物，微波干燥时美拉德反应程度高。黄酮含量会随干燥温度升高而升高[21]，随干燥时间的延长而降低，故低温长时热风干燥的黄酮含量最低。速冻保藏结合真空冷冻干燥会使老山芹中的黄酮类化合物分解，使含量明显降低。

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

2.1.2 对酚酸含量的影响 酚酸是一类含有酚环的有机酸，可以杀菌。酚酸的标准曲线回归方程为：y=0.0686x-0.005，R2=0.9996。不同干燥方式得到的老山芹酚酸依次为：微波干燥＞真空冷冻干燥＞旋转干燥＞热风干燥＞速冻保藏结合真空冷冻干燥。魏媛媛等[21]认为，酚酸含量随干燥温度升高而升高，韩姝葶等[14]认为活性物质会随干燥时间的延长而降低。故经短时高温处理的微波干燥老山芹酚酸含量最高，旋转干燥次之，低温长时处理的热风干燥老山芹酚酸含量较低，加热干制的老山芹酚酸含量与温度成正相关，与时间成负相关。真空冷冻干燥的老山芹由于其接触氧气少，氧化反应少，组织结构保存好，活性物质损失少，酚酸含量仅次于微波干燥。实验结果也表明，即便速冻保藏结合真空冷冻干燥，长时间仍会使老山芹中的酚酸等功能成分含量减少。

2.1.3 对多糖含量的影响 多糖的标准曲线回归方程为：y=0.0523x+0.0943，R2=0.9989。多糖在体外具有较强的抗病毒活性，无任何细胞毒作用[25]，不同干燥方式得到的老山芹多糖含量依次为：旋转干燥＞真空冷冻干燥＞微波干燥＞热风干燥＞速冻保藏结合真空冷冻干燥。郑俏然等[18]认为微波处理可能加速了多糖的分解，因此微波干燥含量相对较低，与热风干燥、速冻保藏结合真空冷冻干燥不具有显著差异性（P＞0.05）。旋转干燥过程可能导致分子结构或分子量变小，使得溶解性变大，提取得率升高[26]。胡安阳等[16]也认为，旋转干燥的粉质蓬松，在相同质量下体积更大，与溶剂之间的接触更加充分，因此多糖的得率较高。但是，目前关于干燥方式对老山芹多糖含量的相关研究较少，还需进一步研究。速冻保藏结合真空冷冻干燥一段时间后经真空冷冻干燥的老山芹，多糖含量会稍有下降，但与收获后立即采取热风干燥和微波干燥的老山芹多糖含量相当，无显著性差异（P＞0.05）。

2.1.4 对香豆素含量的影响 香豆素的标准曲线回归方程为：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为微波干燥＞旋转干燥＞真空冷冻干燥＞速冻保藏结合真空冷冻干燥＞热风干燥。香豆素类化合物是一种生理、药理及生物活性较强的天然产物[3]。香豆素衍生物的配合物是被制备用于增强生物活性的物质，特别是抗癌和抗菌活性[27]。微波干燥含量最高，为4.97%；旋转干燥和真空冷冻干燥次之，为3.80%左右，二者差异不显著（P＞0.05）；热风干燥的老山芹香豆素含量最低，为1.95%。速冻保藏结合真空冷冻干燥后真空冷冻干燥的老山芹香豆素含量有所降低，但与收获后立即采取热风干燥的老山芹香豆素含量相当，无显著性差异（P＞0.05）。李晓等[28]研究显示，在正、负离子模式下可鉴定出多种香豆素类化合物，其主要裂解途径是母核侧链上的 H2O、CH3、OCH3、CO、CO2、COOH 以及其他功能基团的断裂与丢失。香豆素类化合物中成分合成所需环境条件不同，在干制过程中的损失情况也不同，与干燥的原理、强度、温度、时间等均有关系，不同干燥方式对香豆素结构的影响有待进一步研究。

通常认为，真空冷冻干燥可以较好的保留天然物料中的功能成分，它既有真空干燥隔绝氧气、降低氧化还原反应的优点，又有冷冻干燥不加热、无机械损失的优点。但实验结果表明真空冷冻干燥老山芹的功能成分指标相较于微波干燥、旋转干燥并无明显优势，加之其干燥成本高、时间长、耗能大，因此针对老山芹真空冷冻干燥不具备大规模推广使用的优势。速冻保藏结合真空冷冻干燥虽会使活性物质含量明显降低，但其功能成分含量仍可以与刚收获的经热风干燥的老山芹保持相当水平，其中多糖、香豆素均无明显差异，故速冻保藏结合真空冷冻干燥可作为老山芹大批量收获后无法及时干制处理时的较好选择。微波干燥在功能成分各项指标中均能表现出一定优势，可以作为老山芹干燥的较好选择之一。

2.2 干燥方式对抗氧化性的影响

2.2.1 对ABTS自由基清除能力的影响 干燥方式对老山芹抗氧化性的影响如表2所示。不同干燥方式得到的老山芹超细粉ABTS自由基清除能力均较高，差异性并不十分明显，微波干燥、旋转干燥、真空冷冻干燥不具显著性差异（P＜0.05），热风干燥、速冻保藏结合真空冷冻干燥不具显著性差异（P＜0.05）。老山芹醇提物的多酚、黄酮含量明显优于其它溶剂，多糖提取率也较高，三萜类以及富含酚羟基结构的物质均对抗氧化性产生影响[7,29～30]。可能是由于热风干燥和速冻保藏结合真空冷冻干燥后真空冷冻干燥的老山芹的某种物质结构改变使得ABTS自由基清除能力略高于其它三者，其结构问题有待进一步研究。因此，应对老山芹的醇提物进行进一步纯化分析，得出具体是何种物质使得ABTS自由基清除率升高。热风干燥和速冻保藏结合真空冷冻干燥可能有部分本实验未检测的成分生成，从而使得ABTS自由基清除能力微弱变强。但由本实验也可知，老山芹的醇提物对ABTS自由基清除能力强，具有很好的抗氧化性。

2.2.2 对DPPH自由基清除能力的影响 不同干燥方式得到的老山芹粉DPPH自由基清除能力除热风干燥较低外，其余干燥方式清除率均在80%以上，差异性并不显著（P＞0.05）。DPPH自由基清除率与活性物质含量基本吻合，但抗氧化性的高低并非几种物质造成的，而是一系列作用的结果。热风干燥时间长使得黄酮、酚酸、香豆素等活性物质含量均较低，因此清除率最低，为64.43%；速冻保藏结合真空冷冻干燥后真空冷冻干燥的老山芹的黄酮、多糖略高于热风干燥，清除率为80.77%，有可能因为全过程没有加热，未破坏其它相关活性物质结构而使得清除率较高；旋转干燥的清除率最高，为86.40%。

2.2.3 对羟基自由基清除能力的影响 不同干燥方式得到的老山芹超微粉的羟基自由基清除能力依次为：微波干燥＞真空冷冻干燥＞速冻保藏结合真空冷冻干燥＞旋转干燥＞热风干燥，与黄酮、酚酸、香豆素含量正相关，微波干燥的老山芹清除率最高为86.11%，热风干燥的老山芹清除率最低，为69.94%，微波加热有利于细胞溶解和细胞内容物凝集[17]，使得老山芹中活性物质溶出较多，羟基自由基清除能力高。

2.2.4 对超氧阴离子自由基清除能力的影响 超氧阴离子是人体内产生的一种活性氧自由基，能引发体内脂质过氧化，加快肌体衰老。不同干燥方式得到的老山芹粉的超氧阴离子自由基清除能力依次为：微波干燥＞真空冷冻干燥＞旋转干燥＞速冻保藏结合真空冷冻干燥＞热风干燥，该结果与黄酮、酚酸、香豆素含量成正相关关系。老山芹对超氧阴离子具有清除能力，微波干燥的清除率最高，为34.19%，真空冷冻干燥、旋转干燥次之，速冻保藏结合真空冷冻干燥、热风干燥较差，具显著性差异（P＜0.05）。

抗氧化性实验底物为高浓度醇提物，通过比照抗氧化性图和功能成分含量图可知，二者成正相关的关系，即干燥方式影响功能成分含量进而影响抗氧化性。Kassim 等[31]、Roussaki等[32]、Niu 等[33]的研究均显示从不同物料中提取或者合成的香豆素类化合物的抗氧化性均强于其阳性对照。从表1可以看出，微波干燥的黄酮、酚酸和香豆素均最优，分别为7.91%、22.19%、4.97%，其含量较旋转干燥、热风干燥、真空冷冻干燥及速冻保藏结合真空冷冻干燥后真空冷冻干燥的老山芹有显著性优势（P＜0.05）。从表2可以看出，·OH清除率和超氧阴离子自由基清除率也最优，DPPH自由基清除率虽非最优，但与最优干燥方式无显著性差异（P＞0.05）。热风干燥除ABTS自由基清除率外，其他自由基清除率均最差，与功能成分含量对应。整体情况分析基本呈现出微波干燥最优，真空冷冻干燥、旋转干燥次之，热风干燥较差，速冻保藏结合真空冷冻干燥可作为大批量收获无法及时处理的备选方案。

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

3 结论

微波干燥老山芹的黄酮、酚酸和香豆素的含量均最高，·OH、超氧阴离子清除率也最优，多糖含量略低于旋转干燥、真空冷冻干燥，但微波干燥具备量大、速度快的优势，是批量干燥较好的选择；旋转干燥的老山芹多糖含量最高，DPPH自由基清除也最高，若工厂前期已具备此干燥设备，考虑建设成本可继续使用；热风干燥老山芹的功能成分损失均较为严重，抗氧化性也相对最差，不推荐；真空冷冻干燥的老山芹在功能成分含量和抗氧化性上均无明显优势，加之其干燥成本高、时间长、耗能大，目前尚不建议规模化使用；速冻保藏结合真空冷冻干燥后真空冷冻干燥虽会使功能成分含量和抗氧化性明显降低，但仍可与刚收获的经热风干燥的老山芹保持相当水平，故速冻保藏结合真空冷冻干燥可作为老山芹大批量收获后无法及时处理时的较好选择。综上所述，微波干燥的老山芹品质相对最好，旋转干燥和真空冷冻干燥次之，但当需要提取某一功能成分时可以采取对应最优的干燥方式；速冻保藏结合真空冷冻干燥可作为有效的应急手段，但保藏时间不建议过长。