均匀设计法优化大别山天麻干制护色技术的研究

李 豪，谷 燕，赵 沁，吴永军

（1.马鞍山师范高等专科学校理工系，安徽马鞍山243041；2.西华大学生物工程学院，四川成都610039）

天麻原名赤箭（Gastrodia elata），是兰科植物天麻的干燥块茎[1]，为我国名贵的药食同源中药材之一，属多年生寄生植物，寄主为蜜环菌，以蜜环菌的菌丝或菌丝分泌物为营养物进行生长发育[2]。天麻中所含的天麻素及其苷元有较好的镇静和安眠作用，可广泛应用于神经衰弱及血管性头痛、神经痛、梅尼埃综合征、小儿惊风、癫痫、半身不遂，动脉硬化以及流行性脑膜炎和乙型脑炎等传染性疾病引起的脑神经刺激等症状。

天麻干制是天麻成品加工中的一道重要程序，传统的天麻干制是利用太阳光进行自然晾干的方法[3]。该方法极易受到天气的制约，如果在太阳下曝晒，天麻易发生褐变、卷曲并且有断面纹，如果阴干则容易发生霉变，天麻颜色会变黑而且有大量霉斑。为了应对自然晾干过程中天麻颜色的变化，当地农民大多采用硫磺来进行熏制，以使其颜色变白变亮[4]。但在硫磺熏制过程中会有大量硫磺残留在天麻里，导致硫元素超标，影响了天麻的品质，也影响了当地农民的收入。从中国知网检索相关文献资源，至今尚未见天麻干制护色技术的相关报道。本实验通过均匀设计的方法重点对天麻热风干燥过程中的护色剂试进行了研究，分析护色剂成分及添加量对干制后感官品质的影响，并全面研究了整个干燥工艺过程，为天麻干制提供技术指导。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels table

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

天麻 购自大别山天麻种植基地；氯化钠 中盐东兴盐化股份有限公司；黄原胶 河南加力安生物科技公司；山梨酸钾 徐州市鑫祥瑞化工有限公司；维生素C 河南盛之德商贸有限公司；柠檬酸 吴江市伟博化工技术有限公司；EDTA 河北诚信有限责任公司。

FA1004B型电子天平 上海越平科学仪器有限公司；HH4型恒温水浴锅 江苏金坛宏华仪器厂；DHG-9101-3SA型鼓风干燥箱 上海三发科学仪器有限公司；自制鼓风干燥设备。

1.2 实验方法

将新鲜天麻用水洗净，放入90～100℃浓度为8%的氯化钠溶液中浸泡，搅动30s，捞出后将其沥水晾干，再将其放到配制好的护色溶液中，在温度为35℃的水浴中恒温浸泡30min，最后置于鼓风干燥机或自制的干燥设备（见图1）内35℃下0.4m/s的风速烘干，即可得到成品。

图1 自制鼓风干燥箱设计简图Fig.1 Diagram of hot-air drier structure

该自制干燥设备的热风从底部被送入S形迷宫式的干燥箱内，并在其中进行自下而上流动，在行进过程中对天麻进行加热，天麻中的水分在热力和风力双重作用下蒸发气化，使天麻得到干燥。当热空气到达干燥箱最上端排气口时，湿热的空气从出风口排出，带走从物料蒸发出的水蒸气[5]。该设备有两个突出优点，一是对物料的加热是全方位的，热空气前进过程中，既有水平流动也有少量上升运动，使天麻上下表面都能均匀受热，水分蒸发均匀，既保证了干燥效果又节能；二是结构简单，仅需要小型控温热风机等简单材料便可制成，成本低廉，易于制作和控制，而且容积也可以根据实际情况进行调整。该设备易于推广。

1.2.1 护色剂选择 造成天麻在干燥以及保存过程中颜色变化的原因很多，归纳起来可能是两个主要方面的原因。一是在天麻表面发生酶促褐变，本实验在选用黄原胶、维生素C和柠檬酸作为护色剂，黄原胶可以在天麻面形成薄膜，隔绝氧气，使褐变反应可以得到抑制，VC是一种很好的食品级抗氧化剂，在天麻表层形成抗坏血酸隔离层，可以阻止酶促褐变的进行。二是天麻表面容易生长霉菌，通过加入少量的食品级山梨酸钾，与黄原胶、VC等护色剂共同作用在天麻表面形成防腐层，抑制各类微生物对天麻的作用。基于上述考虑，对干制过程中护色剂进行了选择，具体的护色剂种类及加入水平见表1。

1.2.2 确定护色实验方案 根据因素和水平，可以选取均匀设计表U11（116）[6]，根据U11（116）的使用表，将x1、x2、x3、x4、x5分别放在U11（116）表的1、2、3、4、5列，实验方案见表3。

1.3 天麻感官评分标准

天麻感官评分标准见表2。

2 结果与讨论

2.1 干燥工艺操作要点分析

本研究采用在较高浓度食盐溶液中短时间高温热烫的方法，主要目的是灭酶和杀灭天麻表面的部分微生物，进而减少酶促褐变和霉变的发生，同时热烫时间短只有30s，热力作用仅发生在天麻的外表层部分，内部品质不受影响。在护色的同时仅可以保留天麻内部的营养成分不受破坏。

新鲜天麻经护色剂浸泡后在干燥设备中于35℃鼓风烘干，通过预实验知温度对天麻干燥品质影响比较大。当温度高于40℃时，在较短时间内天麻外表面就会发生变色，而此时的天麻中的自由水还不能完全除去。当干燥温度低于30℃时，热力较弱，干燥时间大幅度延长，也容易引起天麻的颜色的变化。实验结果表明当干燥温度为35℃时所得成品的感官品质分值高，同时干燥时间短。

表2 天麻感官评分标准Table 2 Gastrodia sensory evaluation criteria

在干燥过程中采用鼓风的方式更有利用水分的蒸发，风速也是影响干燥过程的一个不或缺少的因素。实验结果表明，高风速能够加快干燥进程，缩短干燥时间，但天麻因受热不均，极易卷曲，影响了天麻的外观状态，同时浪费的能耗较多。温度过低干燥时间长，也不利于干燥过程，结合预实验结果，综合考虑确定在35℃条件下干燥的风速0.4m/s。

2.2 护色溶液配方均匀设计的结果与回归方程

根据因素和水平，可以选取均匀设计表U11（116）进行实验设计，在实验中只有11个处理，每个处理取5个中等大小的天麻，按照工艺进行护色处理，干燥后进行评定，分值越大说明护色效果越好。结果如表3所示。运用Excel软件对实验数据进行多元线性回归分析[7]，得到评定分值（y）与黄原胶（x1）、山梨酸钾（x2）、VC（x3）、柠檬酸（x4）和EDTA（x5）的较优回归方程为：y=55.72-6.35x1+11.33x2+0.68x3+8.87x4-12.29x5-2.58x2x4。该方程相关系数R=0.98，调整决定系数Radj=0.92，同时表4方差分析表中相关数据方差F=19.59和p值=0.01表明，所建立的回归方程具有统计学意义，该数据模型可以较好的模拟干燥护色效果的实际情况。

表3 均匀设计实验方案和结果Table 3 Uniform design arrangement and experimental results

表4 方差分析Table 4 The analysis of variance of experimental results

2.3 因素及其交互作用的影响分析

根据各因素p值（表5）的大小可以看出各因素包括交互作用对护色效果的影响都比较显著，对结果的主次效应排序为：x3＞x5=x1＞x2＞x4＞x2x4，即VC对护色效果影响最大，EDTA、黄原胶影响次之，接下来影响顺序依次为山梨酸钾和柠檬酸，山梨酸钾与柠檬酸的交互作用较小。从各因素t分布数据看（表5），VC、山梨酸钾和柠檬酸对结果的影响成正相关，而EDTA、黄原胶、山梨酸钾与柠檬酸的交互作用对结果的影响成负相关，而且交互作用的影响最小。

表5 回归系数分析Table 5 The analysis of regression coefficient

2.4 最佳护色参数的确定和验证实验

考虑到五种护色剂对干制天麻的感官品质影响既有正相关又有负相关，结合实际情况进行综合考虑，可以对成正相关的因素取较大值，对成负相关影响的因素取较小值。其中EDTA对结果的影响成负相关而且影响还非常显著，所以它的量可以确定为0，即可以不用添加。同时考虑到黄原胶有较好的粘附性可以使其他护色因子能够较好的附着在天麻面表面，对最终护色效果有一定的促进作用，结合实验数据黄原胶的量可以取0.4g/100mL。由于所得的回归方程中没有平方项，不能用计算偏导数的方法获得最大值，可以结合实验结果从最优方案中选取最佳工艺条件。本实验中第2号处理为最优方案，所以可以确定黄原胶0.4g/100mL、山梨酸钾1.2g/100mL、VC20mg/100mL、柠檬酸3.6g/100mL。在此最优条件下，5次实验平均结果为97.4%，接近于满分。

在以上条件下制备的干燥成品天麻，在无任何包装的情况自然存放一年，没有出现变色发霉等现象，说明该护色方法行之有效。本实验中使用了国家批准的食品添加剂山梨酸钾，经检测其在天麻中的残留值约为8.2mg/kg，远远低于其在食品中的允许添加限量[8]。另外，在使用前用水清洗可以完全除去山梨酸钾，这是因为山梨酸钾仅残留在天麻的表面，并且含量极低不会对天麻品质造成影响。

3 结论

对大别山天麻常规干制过程中出现的变色及霉变情况进行了系统的研究，并把重点放在了护色试剂的优化上，利用均匀设计的方法通过线性回归，建立了护色试剂成分的数学模型，该模型可以较好的反映实际情况。对该回归模型的分析可知，VC对护色效果影响最大，并经综合分析得到大别山天麻干燥过程中最佳护色溶液为：黄原胶0.4g/100mL、山梨酸钾1.2g/100mL、VC20mg/100mL、柠檬酸3.6g/100mL。该天麻护色干制方法简便易行，能够提高大别山天麻的品质，解决种植户的实际问题，该技术值得推广。

[1]马宏秀，张治祥.天麻的鉴定与药理研究[J].陕西中医，2011，32（11）：1543-1544.

[2]邹宁，吴电云，柏新富，等.天麻细胞工程技术及其原理研究[J].安徽农业科学，2009，37（11）：4980-4982.

[3]张宏杰，周建军，李新生.天麻研究进展[J].氨基酸和生物资源，2003，25（1）：17-20.

[4]李德勋，肖顺经.天麻的传统加工工艺调查和质量考察[J].现代中药研究与实践，2004，18（4）：12-14.

[5]Pangarhane D R，Sawhney R L.Review of research and development work on solar dryers for grape drying[J].Energy Conversion and Management，2002，43（1）：45-61.

[6]方开泰.均匀设计与均匀设计表[M].北京：科学出版社，1994.

[7]李云雁，胡传荣.实验设计与数据处理[M].北京：科学出版社，2008.

[8]中华人民共和国卫生部中国国家标准化管理委员会.GB2760-2011.食品添加剂使用标准[S].北京：中国标准出版社，2011.