彭林，王建胜，梅晓飞，阚建全,2,3，陈厚荣,2,3*

1(西南大学 食品科学学院，重庆，400715) 2(农业部农产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室(重庆)，重庆，400715) 3(食品科学与工程国家级实验教学示范中心(西南大学)，重庆，400715)

花椒是芸香科花椒属(ZanthoxylumL.)植物，原产我国，现遍布全球，约有250种[1]。花椒具有灭虫止痒、温中止痛及祛风除湿等功效[2]。花椒麻味物质具有麻醉、镇痛、降血脂、胃肠道保护等作用[3-8]，同时具有抗癌、抗氧化、除皱等生理活性[9-11]。但青花椒的采收具有季节性且其不耐储藏，而干青花椒对于延长储藏期具有积极影响[12]。因此，花椒干燥在花椒工业中具有重要作用。目前，花椒干燥主要有自然干燥等干燥方式，自然干燥不需投资、费用低廉、不受场地局限，但易受天气情况影响[13-16]。花椒干燥的研究方面有热风干燥、微波干燥、微波真空干燥等，微波干燥具有加热均匀、速度快、效率高且便于工业化推广应用等特点，在花椒工业化干燥生产上有应用价值，且在逐步应用中。在花椒微波干燥研究方面，主要集中在数学模型及微波干燥特性，在品质方面主要是外在品质和叶绿素含量的影响[17-24]，花椒麻味物质含量在微波干燥条件下的影响研究尚未见报道，而花椒的麻味物质含量是干花椒的重要品质指标。因此，对青花椒进行微波干燥试验研究，研究不同微波干燥条件对花椒麻味物质含量的影响，并进行优化实验，这对于提高干花椒品质具有十分重要的意义，同时为花椒微波干燥技术的工业化应用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜“九叶青”青花椒(蒸汽灭酶、真空包装、冷冻保藏)，重庆市江津区；甲醇(分析纯)，成都市科峰化学品有限公司；麻味物质标样，实验室自制。

1.2 仪器与设备

FA2004分析天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；HC-CB20002电子天平，慈溪市华徐衡器实业有限公司；RWB-08S实验用小型微波干燥设备(800W)，南京苏恩瑞实验仪器有限公司；Agilent technologies1260高效液相色谱仪，安捷伦科技有限公司；MJ-BL25B2花椒粉碎机，广东美的生活电器制造有限公司；KQ-600KDE高功率数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；Centrifuge 5810离心机，进口；DL-1万用电炉，北京中兴伟业仪器有限公司；40目标准样筛，江彬筛具厂；100目标准样筛(干燥盘)，江彬筛具厂。

1.3 方法

1.3.1 微波干燥的工艺流程

实验流程：原材料→解冻→去除霉烂、病虫害青花椒→称重→装盘→微波干燥→指标测定

操作要点：取经蒸汽灭酶、真空包装、冷冻后的保鲜青花椒，在常温水中解冻1 h，称重平铺于100目标准样筛(干燥盘)中，将干燥设备设置参数后，置样品于干燥设备中干燥，按规定的微波连续加热时间进行干燥操作，达到微波连续加热时间后拿出称量，记录数据并观察花椒干燥情况，待花椒冷却后再次放入微波干燥设备进行干燥操作。如此反复，直至达到安全含水率11%，停止干燥，然后测定干燥样品麻味物质含量。

1.3.2 麻味物质含量的测定[25]

根据DB50/T 321—2009花椒麻味物质检测方法-高效液相色谱法稍作改动。

花椒麻味物质标准品使用液的制备：准确称取100 mg花椒麻味物质标准品，用甲醇在1 000 mL容量瓶中定容，定容后的溶液成为储备液。分别吸取花椒麻味物质标准品贮备液0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL，用甲醇定容至10 mL，分别配制成5、10、15、20、25 μg/mL 浓度的花椒麻味物质标准品使用液。

用粉碎机将干燥后的花椒样品粉碎，通过40目标准样筛筛分，将通过40目筛的花椒粉样品储存于食品级自封袋，并置于干燥器中备用。

称取1.000 0 g粉碎过筛的花椒粉样品于100 mL离心管中，向其中加入50 mL分析纯甲醇，混匀后在离心管口覆保鲜膜，50 ℃、300 W条件下超声提取40 min后进行配平，在转速4 000 r/min条件下离心10 min后，取上清液于100 mL容量瓶中。剩余沉淀中加入30 mL分析纯甲醇进行复提。复提条件：在50 ℃、300 W条件下超声提取20 min后放入离心机以4 000 r/min的转速离心10 min。复提后取上清液于该容量瓶中，用分析纯甲醇进行定容、摇匀，并用0.45 μm孔径滤膜过滤。滤液待测。

色谱参考条件：色谱柱，DIKMA Platisil(铂金) ODS (250 mm×4.6 mm)；流动相，水-甲醇；进样量，20μL；流速，0.8 mL/min；检测波长，254 nm。

表1 液相色谱梯度洗脱条件Table 1 Liquid chromatography gradient elution conditions

取待测液注入高效液相色谱仪，在上述条件下测定待测液的响应值，即峰面积。通过峰面积在标准曲线上查得待测液中麻味物质的浓度。标准曲线如图1所示，可得出标准曲线方程为y=26.392x-13.009，R2=0.999 9。麻味物质标准品色谱图如图2所示；样品麻味物质典型色谱图如图3所示。

图1 麻味物质标准曲线Fig.1 The standard curve of the content of alkylamides

图2 麻味物质标准品色谱图Fig.2 The standard chromatogram of the content of alkylamides

图3 样品麻味物质典型色谱图Fig.3 The typical chromatogram for sample of the content of alkylamides

1.3.3 麻味物质含量计算

麻味物质含量按下式计算。

(1)

式中：x，待测液中花椒麻味物质的含量，mg/g；c，在工作曲线上查出或回归方程求出的花椒麻味物质的含量，mg/mL；m，样品的质量，g；V，待测液的定容体积，mL。

1.3.4 微波干燥单因素试验

称取一定量青花椒进行微波干燥，分别研究不同微波功率(210、280、350、420、490 W)、不同铺放量(100、150、200、250、300 g)、不同微波时间(微波时间即微波连续加热时间，取40、50、60、70、80 s)对花椒麻味物质含量的影响。

1.3.5 微波干燥响应面试验

根据Box-Benhnken的中心组合实验设计原理，在单因素试验的基础上，设计3因素3水平试验；以微波功率、铺放量、微波时间为自变量，麻味物质含量为响应值，对青花椒的微波干燥条件进行优化。

1.4 数据统计与分析

利用Origin软件(Version 8.6)对单因素试验做折线图，进行趋势分析，利用Design-Expert软件(Version 8.06)对响应面试验进行线性回归和方差分析(p<0.05)。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 微波功率对微波干燥花椒麻味物质含量影响

在微波时间50 s、铺放量150 g的条件下，研究不同微波功率(210、280、350、420、490 W)对麻味物质含量的影响。

由图4可知，在一定范围内，花椒微波干燥麻味物质含量随微波功率的升高先升高再降低，在微波功率为350 W时，麻味物质含量最高，这可能是因为随着微波功率的升高，干燥总时间缩短，干燥中麻味物质的损耗减少，当微波功率上升到一定程度后，干燥设备内温度较高，对花椒麻味物质有一定的破坏作用，故而导致最终测得的麻味物质含量较小。

图4 微波功率对麻味物质含量的影响Fig.4 The effect of microwave power on the content of alkylamides

2.1.2 铺放量对微波干燥花椒麻味物质含量的影响

在微波时间50 s、微波功率350 W的条件下，研究不同铺放量(100、150、200、250、300 g)对麻味物质含量的影响。

由图5可知，在铺放量较低时，麻味物质含量随铺放量增大而增加，而在铺放量较高时，随铺放量的增加，麻味物质含量减少。在200 g的铺放量时，麻味物质含量较高。这可能是因为铺放量较低时，随着铺放量的增加，虽然干燥时间有所增长，但差别不大；单位物料吸收微波功率减少，温度降低，对麻味物质的损害较小。随着铺放量的增加，干燥时间加长明显，微波持续作用总时间较长，增加了麻味物质在干燥过程中的损耗。

图5 铺放量对麻味物质含量的影响Fig.5 The effect of spreading quantity on the content of alkylamides

2.1.3 微波时间对微波干燥花椒麻味物质含量的影响

在铺放量150 g、微波功率350 W的条件下，研究不同微波时间(40、50、60、70、80 s)对麻味物质含量的影响。

由图6可知，在一定范围内，麻味物质含量随微波时间的增加先升高再降低。这可能是因为在微波时间较低时，随着微波时间的增加，干燥总时间减少，减少了麻味物质在干燥过程的损耗。当微波时间上升到一定程度时，干燥温度峰值升高，对麻味物质造成了破坏，导致麻味物质含量减少。

图6 微波时间对麻味物质含量的影响Fig.6 The effect of microwave time on the content of alkylamides

2.2 响应面试验结果与分析

根据单因素试验结果，综合考虑各因素对花椒麻味物质含量的影响，选取各因素的水平见表2。利用Design-Expert分析软件，采用Box-Behnken设计试验，以微波功率、铺放量、微波时间为自变量，以麻味物质含量为响应值对微波干燥青花椒的工艺进行优化.试验结果见表3。

表2 响应面试验因素水平表Table 2 Response surface test factor level table

表3 响应面试验方案及结果Table 3 Response surface test plan and results

2.2.1 麻味物质含量的回归方程及方差分析

软件分析结果得到二次多项式回归方程为:

麻味物质含量=24.26+0.60A+0.47B-0.56C+0.66AB-1.83AC-0.57BC-3.58A2-4.36B2-4.65C2。

表4 麻味物质含量回归方程模型分析Table 4 Analysis of the regression equation model of alkylamides

2.2.2 响应面结果分析

由图7-A可知，在一定范围内，当铺放量一定时，麻味物质含量随微波功率的增加先增加后减小；当微波功率一定时，麻味物质含量随铺放量的增加先升高后减小。曲面较为陡峭，说明微波功率和铺放量对微波干燥后青花椒的麻味物质含量影响较大。由图7-B可知，等高线为椭圆形，说明微波功率与铺放量的交互作用显著，与表4结果一致。

图7 微波功率及铺放量对麻味物质的影响Fig.7 The influence of microwave power and spreading quantity on the content of alkylamides

由图8-A可知，在一定范围内，当微波时间一定时，麻味物质含量随微波功率的升高先升高再降低；当微波功率一定时，麻味物质含量随微波时间的升高先升高再降低。曲面较为陡峭，说明微波功率和微波时间对微波干燥后青花椒的麻味物质含量影响较大。由图8-B可知，等高线为椭圆形，说明微波功率与微波时间的交互作用显著，与表4结果一致。

图8 微波功率及微波时间对麻味物质含量的影响Fig.8 The influence of microwave power and microwave time on the content of alkylamides

由图9-A可知，在一定范围内，当微波时间一定时，麻味物质含量随铺放量的升高先升高再降低；当铺放量一定时，麻味物质含量随微波时间的升高先升高再降低。曲面较为陡峭，说明铺放量和微波时间对微波干燥后青花椒的麻味物质含量影响较大。由图9-B可知，等高线为椭圆形，说明铺放量与微波时间的交互作用显著，与表4结果一致。

图9 铺放量及微波时间对麻味物质含量的影响Fig.9 The influence of spreading quantity and microwave time on the content of alkylamides

2.3 微波干燥青花椒工艺的指标优化及验证

用Design-Expert.V8.0.6软件，通过设定麻味物质含量取最大值，对微波干燥青花椒工艺进行优化，得到在微波功率357.78 W、铺放量203.38 g、微波时间49.14 s的条件下，有麻味物质含量24.328 7 mg/g。

为进一步验证回归方程的准确性和有效性，根据最佳工艺条件设置设备参数，进行验证实验(微波功率355 W、铺放量203.38 g、微波时间49 s)，得到麻味物质含量24.040 9 mg/g，与预测值相近，验证结果与优化结果的误差为1.18%，可见回归模型能很好地预测干制青花椒麻味物质含量，优化结果可靠。

3 结论

采用单因素试验分析了微波干燥条件对各指标的影响情况，并确定了各指标的适宜范围。在此基础上，利用Design-Expert.V 8.0.6软件对花椒微波干燥的优化工艺进行指标优化；得到指标的优化条件为微波功率357.78 W、铺放量203.38 g、微波时间49.14 s，在此条件下，麻味物质含量24.328 7 mg/g。