微波与护色剂结合处理对自然干制青花椒色泽的影响

张甫生，陈科伟，郑 炯，阚建全，*

（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）

青花椒（Zanthoxylum schinifolium Sieb.et Zucc）为芸香科花椒属的一种香料和油料植物，因其成熟后果实表皮为青绿色而得名，是我国传统的“八大调味品”之一[1-3]。与红花椒相比，青花椒不仅麻味浓烈，且香味更加浓郁[4-5]，因此备受广大消费者的青睐。青花椒果实中含有多种有效成分，如挥发油、酰胺、生物碱、香豆素、脂肪酸以及黄酮等，其中挥发油和酰胺是其香气和麻味的主要来源[5-7]。同时青花椒也是一种药用经济作物，具有温中止痛、杀虫止痒等功效[8-9]，现已是《中华人民共和国药典》所收载的常用中药材之一[10]。

青花椒从果实形成到成熟采收都是青绿色，色泽是其产品最重要的品质之一[11-12]。由于青花椒的采收具有季节性，绝大部分青花椒采后都是通过自然晾晒加工成干燥产品而得以保存[4，13]；自然干燥是目前青花椒采后的一种主要加工方式，但在这自然晾晒干燥期间，受天气等因素的影响，青花椒极易变色和褪绿，导致最终的干制青花椒发黑发褐，严重影响其品质和市场价格，从而影响了椒农种植青花椒的积极性，也不利于青花椒产业的发展。目前对花椒干燥的研究大多集中在红花椒上，已有较多相关研究报道，如热风干燥与微波干燥等[14-17]；而对青花椒干燥的研究鲜见报道，仅见祝瑞雪等[18]研究长时微波干燥对青花椒感官品质方面的影响，未见有协同处理及结合后期自然阴干等方面的报道。基于此，本文以重庆产的新鲜青花椒为实验材料，在青花椒自然干燥前，进行了微波结合护色液的前处理护色工艺研究，以绿色色泽变化的特征值a值为指标，优化其处理工艺参数，以期解决青花椒在自然干燥过程中色泽变劣的问题。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲜青花椒 九成熟，采摘于重庆北碚区静观镇素心村，采摘后于当天运回实验室，在10℃环境中预冷5h后，选择呈青绿色、无霉烂、无褐变的青花椒作为实验材料；无水乙醇、盐酸、氧氧化钠、抗坏血酸钠、异抗坏血酸钠、柠檬酸钠等 均为分析纯。

FA2004型电子天平 上海恒平科学仪器有限公司；WP700SL17型微波炉 顺德市格兰仕电器实业有限公司；DHG-9245A型干燥箱 上海齐欣科学仪器有限公司；HunterLab UltraScan PRO型测色仪 美国HunterLab公司。

1.2 实验方法

1.2.1 微波处理单因素实验 微波干燥属于辐射干燥，影响其处理效果的因素主要有：微波功率、微波时间及载料量[19]。为了确定微波处理的最佳护色效果，进行了单因素实验。在微波功率（功率为按说明书的换算值）为595W、微波时间为80s的条件下，考查载料量（20、30、40、50、60g）对色泽保持效果的影响；在微波时间为80s、载料量为50g的条件下，考查微波功率（119、203、280、462、595、700W）对色泽保持效果的影响；在微波功率为462W、载料量为50g的条件下，考查微波时间（20、40、60、80、100s）对色泽保持效果的影响。所有样品处理结束后，均在室温下于室内阴干（28℃，相对湿度为45%），同时以不做处理的鲜青花椒作为对照，阴干后测量青花椒颜色变化值△a[1]，以选取最佳因素水平。

1.2.2 微波处理工艺优化 在单因素实验的基础上，选取较佳水平，设计3因素3水平的正交实验，同样以自然阴干后青花椒颜色的变化值△a为指标评价护色效果，通过方差分析确定最优微波处理工艺，因素水平见表1。

表1 微波处理工艺正交实验因素水平表Table1 Factors and levels of orthogonal test in microwave treatment

1.2.3 微波结合护色剂处理工艺 根据前期实验结果，化学护色剂（异抗坏血酸钠、抗坏血酸钠、柠檬酸钠等）对青花椒色泽保持具有很好护色效果。因此本实验考虑在微波处理后辅以上述护色剂处理，以期进一步提高青花椒色泽保持的效果。

在确定护色剂处理参数之前，先进行单一护色液实验，以寻求较佳的处理效果。分别配制浓度0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1.1%的异抗坏血酸钠、抗坏血酸钠和柠檬酸钠的护色液（护色液配制中含30%乙醇并调节pH至6～7，前期实验结果证明这对青花椒后期干燥中色泽保持有利），对采后的鲜青花椒进行喷涂实验，同时以不做处理的鲜青花椒作为对照。所样品处理完后，均在室温下于室内阴干（28℃，相对湿度为45%），阴干后测量青花椒颜色。

在上述单一护色液实验结果的基础上，分别配制浓度0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%的异抗坏血酸钠、抗坏血酸钠和柠檬酸钠的护色液对微波处理的青花椒进行喷涂护色实验，并以只用微波处理后的样品作对照。所有样品处理完后，均在室温下于室内阴干（28℃，相对湿度为45%），阴干后测量青花椒颜色。

1.2.4 色泽变化值（△a）的测定 青花椒色泽变化值（△a）的测定采用色差仪检测[20-21]，选用镜面反射模式。每次测量颜色均随机选择20颗青花椒样品，依次测量一次，已经测量过的青花椒样品不能再次测量。青花椒经色差仪测定，色泽的表示参数有L值、a值和b值，本实验选定最能反映青花椒绿色变化的a值（“+”表示偏红，“-”表示偏绿）为色泽评价指标，实验结果表示为△a，即处理组与对照组之间a值的差值（也即△a=a处理-a对照）。干制青花椒△a值为负，表示实验组干制青花椒比对照组干制青花椒颜色更绿；△a值为正，表示实验组干制青花椒不如对照组干制青花椒颜色绿，△a值越低表示护色效果越好。

1.2.5 数据分析方法 实验数据处理和分析在Origin 7.5中进行，实验均重复三次，所有结果均以标准偏差形式给出。

2 结果与讨论

2.1 微波处理的护色效果

2.1.1 载料量对护色效果的影响 从图1中可以看出，在微波时间为80s，微波功率为595W条件下，微波处理的载料量为50g时，和对照干制青花椒相比，干制青花椒△a值最低为-3.60。实验结果显示，若微波处理的载料量太小（用于微波的青花椒太少），同样在595W下微波处理80s，容易使得最终干制青花椒质地变脆，颜色发黄，且香气损失严重；若微波处理的青花椒太多，在同样的处理条件下，微波热效应不能有效地抑制青花椒变色。宜选用载料量50g来进行微波处理。

图1 载料量对干制青花椒颜色的影响Fig.1 Effectof sampleweighton the color of dry green prickleyashes

2.1.2 微波功率对护色效果的影响 从图2中可以看出，在微波时间为80s，载料量为50g条件下，微波处理功率为462W时，和对照干制青花椒相比，干制青花椒△a值最低为-4.08。如果微波处理的功率太小，不仅达不到抑制褐变或者酶促反应的效果，而且还会因青花椒的细胞结构被破坏，加剧青花椒变色；功率太高又会影响干制青花椒质地。宜选用462W的微波功率来进行微波处理。

图2 微波功率对干制青花椒颜色的影响Fig.2 Effect ofmicrowave power on the color of dry green prickleyashes

2.1.3 微波时间对护色效果的影响 从图3中可以看出，在微波功率为462W，投入青花椒载料量为50g条件下，微波处理时间为60s时，和对照干制青花椒相比，干制青花椒△a值最低为-4.30。若微波处理的时间太短，同样也达不到抑制褐变或者酶促反应的效果，且也会破坏青花椒的细胞结构，加剧青花椒变色；时间太长也会使得青花椒质地变得很脆，且香气成分损失严重。宜选用60s的微波时间来进行微波处理。

图3 微波时间对干制青花椒颜色的影响Fig.3 Effectofmicrowave treating time on the color of dry green prickleyashes

2.1.4 微波处理正交优化实验结果 选用微波时间、微波功率和青花椒载料量三个因素进行正交实验，实验结果见表2和表3。

由表2及表3可以看出，三因素中，影响青花椒干燥变色的因素按大小排序为：A＞B＞C，即：载料量＞微波功率＞微波时间。通过方差分析表可以看出，A、B、C三因素对青花椒干燥变色影响均显著，其中A因素极显著，各因素F值大小比较为FA＞FB＞FC，方差分析的主次顺序与极差分析的结果一致。

表2 微波处理正交实验结果与分析Table2 Results and analysis of orthogonal test in microwave treatment

表3 微波处理正交实验方差分析表Table3 Variance analysis of orthogonal test in microwave treatment

综上，微波处理的最佳工艺为A2B2C2，即载料量为50g，微波功率为462W，微波时间为60s，在此情况下所得到的干制青花椒△a值为-4.30，为所有单一微波处理样品中的最优值，此干制青花椒的a值净值为-2.83。

2.2 微波结合护色剂处理的护色效果

在前期预实验基础上，选择抗坏血酸钠、异抗坏血酸钠及柠檬酸钠三种常用护色剂与微波结合处理，来探究其护色效果。在进行协同结合处理之前，先进行单一护色剂护色效果的比较研究。

2.2.1 单一护色剂的护色效果 不同浓度单一护色剂对青花椒干燥护色效果见图4。从图4中可以看出，在青花椒干燥护色过程中，异抗坏血酸钠的添加量不宜过高，添加量为0.1%～0.5%时，护色效果明显；当添加量为0.3%时，护色效果最好，△a值为-2.14。对于抗坏血酸钠的护色效果，从图4中也可知，随着抗坏血酸钠的添加量不同，干制青花椒颜色也不同。其护色效果与异抗坏血酸钠相似，当抗坏血酸钠的添加量为0.1%～0.5%时，其护色效果也较为明显；添加量为0.3%时，护色效果也最好，△a值为-2.76。而对于柠檬酸钠的护色效果，从图4中可以看出，其与抗坏血酸钠和异抗坏血酸钠稍显不同，随添加浓度的增加，△a值呈现出先下降后上升的趋势。当柠檬酸钠添加量为0.1%～0.50%时，△a逐渐下降，护色效果越发明显，在0.50%时，△a值最低，达-2.95，此时干制的青花椒最绿；此后，随着柠檬酸钠浓度的继续增加，△a值逐渐趋向于0，无护色效果，甚至有负效应（当浓度最高时，青花椒色泽比对照还差）。同时，从最终△a值的变化，也可以得出三种护色剂的护色效果，即柠檬酸钠＞抗坏血酸钠＞异抗坏血酸钠。

图4 护色剂处理对干制青花椒色泽的影响Fig.4 Effects of antibrowning reagenton the color of dry green prickleyashes

2.2.2 微波结合护色剂处理的护色效果 以微处理后的青花椒为对照，比较微波处理后再用上述三种护色剂处理的护色效果，其结果见图5。从图5中可以看出，当用微波处理后继续用异抗坏血酸钠与抗坏血酸钠进行护色时，较低的浓度护色液处理减弱微波处理的效果，随着浓度的提高，护色增效作用明显。与微波处理对照组相比，当异抗坏血酸钠与抗坏血酸钠的浓度分别增至0.4%与0.5%时，增效作用最大，且异抗坏血酸钠护色效果要优于抗坏血酸钠，此时△a值分别为-2.31与-1.65。而后随着浓度继续增加，增效作用减弱甚至减效。而对于微波处理后再用柠檬酸钠溶液进行处理后的效果，从图中可知，所有青花椒的△a值均为正值，表明微波后用柠檬酸钠处理不但没有提高护色效果，而且还降低微波处理的效果，这与单因素护色实验中采用低浓度的柠檬酸钠处理新鲜青花椒所得的效果截然相反，具体原因，还有待进一步探究。

图5 微波结合护色剂处理对干制青花椒色泽的影响Fig.5 Effectofmicrowave combined antibrowning reagent treatmenton the color of dry green prickleyashes

综上，青花椒经过微波处理后再辅以异抗坏血酸钠和抗坏血酸钠护色液处理，具有明显的护色增效作用，而柠檬酸钠处理未有增效作用。其中增效作用以异抗坏血酸钠处理最为显著，当异抗坏血酸钠的添加量为0.4%时，与单一微波处理的对照相比，△a值为-2.31，若与未经任何处理的对照相比，此干制青花椒a值净值已达到-5.26，可以达到满意绿色保持效果。

此外，在后期实验过程中，还进行了微波处理后的抗坏血酸钠和异抗坏血酸钠复配护色实验，得出最优组合的△a值为-2.36，最终干制青花椒a值净值达到-5.31，与单一异抗坏血酸钠处理色泽变化不大，复配护色效果不明显；从减少添加剂种类方面考虑，最终选择异抗坏血酸钠作为微波处理后的护色剂。

3 结论

微波结合护色剂处理对干制青花椒的护色效果明显。经单因素与正交实验得出，微波处理的最佳条件为：青花椒载料量为50g，微波功率为462W，微波时间为60s；同时在上述微波处理最佳工艺基础上，再辅以用含有0.4%异抗坏血酸钠的30%乙醇溶液进行喷涂处理，室温（28℃，相对湿度为45%）下阴干后，所得干制青花椒的a值净值为-5.26，与未经任何处理的自然阴干对照样品相比，青花椒色泽青绿，护色效果显著。因此，微波结合护色剂处理能够有效地解决青花椒在自然干燥过程中色泽变劣的问题，保证了干制青花椒产品品质。

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