加工工艺对铁皮石斛干花品质影响的研究

叶雄方，陆秋君，周翔，向焘，樊安利，毛碧增

(1.浙江传化生物技术有限公司，浙江 杭州 311231；2.浙江农艺师学院，浙江 杭州 310021；3.杭州市农业农村事务保障中心，浙江 杭州 310000；4.浙江大学 生物技术研究所，浙江 杭州 310058)

铁皮石斛(DendrobiumofficinaleKimura et Migo)是一味传统名贵中药材，是浙江省的特色药材之一，为新“浙八味”之一[1]。浙江是全国铁皮石斛主产地，种植面积、产量和效益均居全国首位。2021年全省种植面积30 hm2，产业规模占全国70%[2]。随着种植面积的不断扩大，花产量不断增加。铁皮石斛花含有多糖、黄酮、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年铁皮石斛被国家列入“食药物质”管理目录，2020年浙江省发布了省地方标准《浙江省食品安全地方标准 干制铁皮石斛花》(DB33/3011—2020)，为铁皮石斛花的综合开发提供了保障。

铁皮石斛鲜花不易保鲜、贮藏和运输，长期保存需要烘焙制成干花。自然晾干、高温干燥、真空干燥等是目前实际加工过程中的常用工艺[5]，但这些方法存在鲜花干燥过程中水汽散发不及时、不充分等缺点，制成的干花普遍存在色泽不够亮黄、香气不够浓郁持久。铁皮石斛花含有的挥发性成分主要是醛类、烷烃类、酯类、醇类和含氮化合物[6-7]。为有效提高铁皮石斛干花品质，最大程度保留香气和色泽，提高干花产品附加值，本研究针对铁皮石斛鲜花加工过程中的摊铺厚度、杀青、烘干、提香等影响因素[8]，设计了多因素联合试验，对各步骤测得数据采用多因素方差分析，以期筛选出一套各因素最佳组合条件，为铁皮石斛的干花生产建立出一套最优干花加工工艺。

1 材料与方法

1.1 材料、仪器与试剂

材料：试验所用铁皮石斛鲜花为淳安传化现代农业科技有限公司有机铁皮石斛基地现采，基地种植石斛经浙江省食品药品检验研究院鉴定为兰科石斛属铁皮石斛。选取盛花期完全开放的花朵[9]，采摘时去除花柄，同时保持花瓣无损伤，采摘后人工去除杂质。仪器：美国惠普公司(Hewlett Packard)HP-6890/HP5973 GC-MS气质联用仪、挥发油提取仪(北京玻璃仪器厂)。烘干设备：型号为HBX-9C、加热功率4 000 W、温度可控范围为 30～150 ℃的福建龙邦牌电热烘焙机。试剂：正己烷。

1.2 方法

1.2.1 铁皮石斛花加工工艺

将新鲜采摘的铁皮石斛鲜花摘除去杂后，均匀摊铺在烘干机烘盘上，先进行杀青处理[10-11]，然后转入烘干处理[12]，接着进行提香处理[13-14]，最后冷却至室温。

1.2.2 摊铺厚度对铁皮石斛干花加工品质影响测试

将去除杂质后的铁皮石斛鲜花均匀平摊在烘干机托盘，设置 2、2.5、3 cm共3个摊铺厚度[15]，各厚度设3次重复。摊铺完成后，设置常规杀青、烘干、提香、冷却的温度和时间，即在110 ℃条件下杀青10 min，之后转入70 ℃条件下烘干150 min，再转入40 ℃条件下提香15 min，最后自然冷却至室温[16]。比较不同摊铺厚度下，加工出的干花的含水量与挥发性物质含量，选择含水量低、挥发性物质相对百分含量高的摊铺厚度为最佳摊铺厚度。

1.2.3 杀青、烘干和提香条件对干花品质影响测试

在最佳摊铺厚度条件下，设置杀青(4个处理)、烘干(3个处理)、提香(4个处理)的三因素联合试验，共包含48组处理，每个处理重复开展3次。对各条件下干花的含水量与挥发性物质含量进行测定。

杀青工艺处理，处理1：105 ℃、12 min；处理2：108 ℃、11 min；处理3：110 ℃、10 min；处理4：112 ℃、9 min。

烘干工艺处理：处理1：65 ℃持续190 min；处理2：70 ℃持续150 min；处理3：75 ℃持续100 min。

提香工艺处理：处理1：35 ℃下提香18 min；处理2：40 ℃下提香15 min；处理3：45 ℃下提香12 min；处理4：50 ℃下提香8 min。

1.2.4 主要生化成分测定

采用GB 5009.3—2016公布的方法，测定铁皮石斛干花水分含量，采用有机溶剂-水蒸气蒸馏法提取干花的挥发油，利用气相色谱-质谱联用系统对挥发性化学组分进行定量检测[17]。根据罗青文[18]对铁皮石斛花功能活性成分的研究，主要分析挥发性成分中相对含量较高的壬醛、正二十五烷、α-柏木醇等物质含量。本研究以这些物质的含量作为直接指标，筛选杀青、烘干、提香等处理因素的最优组合。

1.3 数据分析

采用R软件和Statgraphics(STN，St Louis，MO，USA)软件对上述采集得到的数据进行分析，R软件版本号为3.5.2(2018-12-20)。

2 结果与分析

2.1 摊铺厚度对干花品质的影响

铁皮石斛鲜花设置了3个摊铺厚度(2、2.5、3 cm)，按110 ℃条件下杀青10 min，之后转入70 ℃条件下烘干150 min，之后转入40 ℃条件下提香15 min，最后自然冷却至室温，干花含水量(%)、挥发性物质相对含量(%)结果见表1。单因素方差分析表明，摊铺厚度对干花含水量(Pr值为0.042 7)和干花总挥发性物质相对含量均有显著差异(Pr值为0.017 3)，结果见表2。

表1 不同摊铺厚度对铁皮石斛干花加工的影响结果 单位：%

表2 不同摊铺厚度对铁皮石斛干花加工的差异检验

进一步对不同摊铺厚度下干花的含水量和挥发性物质含量开展均值的多重比较，任意两组摊铺厚度之间的均值都体现出了显著差异，鲜花摊铺厚度为2.5 cm时，干花的含水量最低、挥发性物质含量最高，达到了烘干和留香的目的，为此鲜花摊铺的最佳厚度为 2.5 cm。

2.2 杀青、烘干、提香条件的优化组合测试

在鲜花摊铺厚度为2.5 cm条件下，对杀青、烘干和提香开展多因素联合试验，共设计了48个组合，各组合的干花含水量、壬醛、正二十五烷、α-柏木醇等含量见表3。

结果表明，杀青的4个处理，对含水量的影响存在显著差异。4个处理虽然温度设置逐渐升高，而高温持续时间逐渐缩短，但高温对含水量起决定作用。对于3类挥发性物质，杀青高温持续时间较短，4组条件之间并未体现出显著差异，进一步说明短时高温的处理，对3类挥发性物质含量留存的影响不显著，不易影响香气程度。

对香气成分起主要决定性作用的是烘干过程，统计学检验揭示含水量、壬醛、正二十五烷、α-柏木醇含量在3组烘干条件间都表现出显著差异。关于烘干条件，65 ℃持续190 min对含水量和挥发性物质含量起最佳效果。3组烘干条件之间，温度逐级增加，维持时间逐级递减，但相对低温与相对较长的维持时间对目标成分的保留起到最佳效果，表明 65～75 ℃的低温区段最利于挥发性物质的稳定保留。

关于提香条件，仅壬醛含量与正二十五烷含量在不同提香条件间呈现显著差异，其中提香处理4对两类物质保留最多，对含水量与α-柏木醇含量影响作用不显著。提香温度设置在35～50 ℃，相对杀青(>105 ℃)与烘干条件(>65 ℃)的温度区间，提香设置的相对低温对壬醛与正二十五烷仍起到了重要作用。表3显示的提香处理3即45 ℃ 12 min达到了最优提香效果，提香温度过高不利于挥发性物质留存。

多因子分析结果见表4，结果表明，杀青条件对含水量、壬醛、正二十五烷、α-柏木醇含量的影响差异极显著，而烘干条件对正二十五烷含量的影响差异不显著；提香条件对含水量、壬醛、正二十五烷、α-柏木醇含量有显著影响。由结果可知，杀青步骤主要影响干花的含水量，但杀青时间较短，要达到干花干燥标准，还需要较长时间的烘干维持。含水量随着杀青、烘干、提香等工艺流程的进展而不断降低，而3类挥发性物质含量随着各工序的深入而增加。结果表明，烘干、提香这两个步骤对杀青环节能起到巩固的效果，对干花加工工艺具有不可或缺的作用。

表4 杀青、烘干、提香等作用于干花含水量与各类挥发性物质含量的差异检验结果

通过综合分析，铁皮石斛干花最佳的工艺流程为：鲜花去除杂质后，在烘盘均匀摊铺，厚度2.5 cm，杀青选择112 ℃，持续9 min，烘干选择65 ℃，持续190 min，提香采用45 ℃，12 min，之后冷却至室温后密封遮光保存。根据此工艺加工的干花色泽鲜明、黄绿、润泽，保存时间持久，香气浓郁持久(图1中A)。

A为工艺流程为鲜花摊铺2.5 cm，杀青112 ℃，9 min，烘干65 ℃，190 min，提香45 ℃，12 min；B为工艺流程为鲜花摊铺2.5 cm，杀青105 ℃，12 min，烘干75 ℃，100 min，提香45 ℃，12 min。图1 不同工艺对铁皮石斛干花色泽的影响

3 讨论

铁皮石斛作为一种名贵的中药材，其花朵因具有舒缓精神紧张，保持头脑清醒，解除精神抑郁，润肤养颜等特殊的保健功效而备受关注[19-20]，因而其干花加工工艺成为铁皮石斛生产加工领域内的一项重要命题。针对铁皮石斛叶和花的功能活性成分问题，罗青文[18]推测壬醛是与铁皮石斛花香有直接相关性的主要物质，该成分赋有强烈而愉快的芳香性气味[20]。霍昕等[17]通过气相色谱-质谱联用系统测定了其中的挥发性物质，揭示出铁皮石斛花的挥发性物质中壬醛、正二十五烷、α-柏木醇相对含量较高。因而本研究确定以壬醛、正二十五烷、α-柏木醇这3类物质留存量作为铁皮石斛干花制备工艺的检测标准，同时考虑相对含水量，共同探讨干花制备的条件优化问题。

摊铺厚度作为首个工艺因子，与后续对烘干机的温度设置无关，因而本研究首先对摊铺厚度展开筛选。单因素方差分析揭示出2.5 cm的摊铺厚度可使干花保留最低含水量，同时对干花总挥发性物质也会产生显著差异。该因素的率先筛选为开展后续多因素联合试验减少了试验工作量，为工艺条件的优化提供了便利。

为科学合理提高铁皮石斛干花制作工艺与干花质量，加工过程中要求最大程度地去除水分，还要求杀青、烘干、提香的温度设置要最有利于挥发性芳香物质的留存量。针对杀青条件，本试验设计的杀青条件梯度具有“低温”搭配“长时”、“高温”搭配“短时”的特点，该搭配具有充分平衡温度高低与时间长短的特点，充分考虑了杀青步骤对干花品质的决定性影响。对于烘干因素的设置，3组条件之间也体现出了类似的平衡特点。但该步骤用时基数与杀青过程相比延长许多，表明烘干条件对干花品质的定位起着重要作用，这也与本试验揭示出的“烘干条件对含水量与3类挥发性物质均有显著差异”的结果相呼应。提香作为干花制作的最后一步，对杀青与烘干起到了补偿性的巩固作用。通过多因素联合试验与多因素方差剖析的数据分析，本研究筛选了一套最优加工体系：杀青条件为112 ℃下杀青9 min；烘干条件为65 ℃下烘干190 min；提香条件为45 ℃下提香12 min，该组合加工工艺加工出来的铁皮石斛干花含水量最少、挥发油留存量最高、干花色泽保存持久、香气浓郁持久，配合低温遮光条件更有利于铁皮石斛干花的长期保存[21]。

陈燕兰等[22]认为，不同产地生产的铁皮石斛品质差异很大；文大成等[23]进一步揭示不同产地种植生产的花茶品质有较大差异；刘凯月等[24]认为，不同栽培方式获得的铁皮石斛花茶品质存在差异，本试验所用鲜花为淳安传化现代农业科技有限公司千岛湖铁皮石斛基地采用国标有机种植方式生产，其挥发性物质含量与其他产地和栽培模式生产的鲜花可能存在较大差异，因而本研究对铁皮石斛干花制作工艺体系的优化，对有机铁皮石斛干花的规模化生产加工具有长远的生产指导意义。铁皮石斛花中除了含有挥发性成分外，还含有多糖、黄酮、多酚、花色苷等多种物质[25]，还富含多种微量元素[26]。对于铁皮石斛干花产品，不同人群对其内含物的关注有所不同，如关注多糖含量或香味。因此，后续对不同栽培方式的铁皮石斛，或针对不同物质含量的加工工艺仍值得广大生产人员的进一步关注。