射频加热处理对辣椒粉辣度的影响研究

胡思卓，徐圆融，廖梅吉，王丹凤，焦顺山

(上海交通大学农业与生物学院 食品科学与工程系，上海 200240)

射频加热处理对辣椒粉辣度的影响研究

胡思卓，徐圆融，廖梅吉，王丹凤，焦顺山*

(上海交通大学农业与生物学院 食品科学与工程系，上海 200240)

采用新型射频加热技术对辣椒粉进行处理，探讨不同射频处理条件对辣椒粉中辣椒素类物质含量和辣度的影响，并进一步研究辣椒粉不同初始水分含量的影响。研究结果表明：射频处理(70～90 ℃，0～5 min)对辣椒粉中辣椒素类物质含量及辣度没有显著性影响(p>0.05)，且不同初始水分活度(0.40，0.54，0.71)对其影响也不明显。该研究结果表明射频处理可以很好地保留辣椒粉的辣度，射频杀菌技术在辣椒粉杀菌方面具有良好的应用前景。

辣椒粉；射频；水分活度；辣椒素；辣度

辣椒粉由于加工及运输过程中的各种问题，极易造成其微生物含量超标[1]。常用的杀菌方法包括化学熏蒸、辐照、高压蒸汽等[2]，但是这些方法都存在一定的弊端。射频是一种新型食品加工技术，具有快速与整体加热的特点[3]。目前，射频技术在食品杀菌领域已被大量研究，尤其是针对低水分食品的杀菌研究，如辣椒粉、奶粉、花生酱、杏仁等[4-7]。另有研究表明：射频杀菌过程中，除温度和时间会对杀菌效果产生影响外，物料的初始水分活度也会影响射频杀菌效果[8]。

辣椒素也叫辣椒碱，是辣椒中含有的一种极其辛辣的香草酰胺类生物碱[9]，提供了90%以上的辣感和热感[10]，其中主要成分为辣椒素和二氢辣椒素，占辣椒素总量的90%以上[11]。辣度是评价辣椒品质的重要指标之一，辣椒素类物质的化学性质通常较为稳定，但不同处理方法对辣椒中辣椒素类物质含量的影响也有所不同[12，13]。目前，关于射频处理对辣椒粉辣度的影响未有研究报道。因此，文章将重点研究射频处理对不同水分活度的辣椒粉中辣椒素类物质含量及其辣度的影响。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料与设备

实验所用辣椒粉为陕西宝鸡德有邻食品有限公司标细辣椒粉。

高效液相色谱仪(Surveyorplus, Thermo Scientific)，色谱柱为XbridgeTMC18(5 μm，4.6 mm×250 mm)。

射频加热设备(GJD-6A-27-JY，河北华氏纪元高频设备有限公司)的最大加热功率为12 kW，频率为27.12 MHz，包括内置热风系统和嵌入式传送带。

射频加热装置的示意图，见图1[14]。

图1 射频加热实验装置示意图

上极板垂直高度可以调节以实现不同的射频加热速率。射频处理过程中辣椒粉的温度变化可通过光纤温度传感器(ThermAgile-RD Optsensor，西安和其光电科技有限公司)进行实时监测。

1.2 实验方法

1.2.1 辣椒粉样品准备

辣椒粉原样水分含量为7.0%(w.b.)，水分活度为0.40。为制备不同水分活度(0.54,0.71)的辣椒粉，将25.00,75.00 g去离子水分别均匀喷洒于400.00 g辣椒粉原样中，喷洒过程中不断用手持搅拌机搅拌样品，搅拌均匀后用保鲜膜密封，在4 ℃冰箱静置24 h以上并不断搅拌，使水分在整个辣椒粉中达到平衡状态。配制的两种水分活度的辣椒粉对应的水分含量分别为12.5%和20.9%。

1.2.2 射频加热处理

为得到较快的加热速率及较好的加热均匀性，根据前期实验研究结果，射频腔体内上下电极板间距设置为9.5 cm。本实验用长方体形状的聚丙烯盒子(16.0×10.5×6.8 cm3，L×W×H)来盛放物料，为减少射频加热不均匀带来的影响[15]，并方便取样检测其辣椒素含量，采用较小的圆柱形聚丙烯塑料容器(6.8 cm Dia.×3.4 cm H)来盛放用来检测的样品，该圆柱形容器放于长方体盒子的几何中心位置。装满辣椒粉的长方体盒子放置于上下极板中间位置进行射频加热。光纤温度传感器小心插入圆柱形容器中心位置检测射频加热过程中其温度变化。根据前期射频杀菌效果研究及Kim等的研究，本实验采用射频处理的温度范围为70～90 ℃，保持时间为0～5 min。射频加热处理后的辣椒粉快速冷却后放于4 ℃冰箱待用。

1.2.3 辣椒素和二氢辣椒素含量测定(HPLC法)

1.2.3.1 标准溶液的配制

分别称取10 mg辣椒素(纯度98%)和二氧辣椒素(纯度98%)样品，放入经甲醇洗涤过的烧杯中，加入少量甲醇溶解，之后将溶液转入10 mL容量瓶中，用甲醇定容，作为标准贮备液。再分别量取l mL辣椒素和二氢辣椒素标准储备液，并分别置入10 mL容量瓶中，加甲醇稀释至刻度，摇匀，作为标准溶液。配成浓度为0.1 mg/mL的辣椒素和二氢辣椒素的标准混合溶液，密封后放于4 ℃冰箱中备用。

1.2.3.2 样品处理

准确称取4.0000 g样品于100 mL烧杯中，加入25 mL甲醇和四氢呋喃(1∶1)混合溶液，用保鲜膜封口后放入超声波设备中，60 ℃水浴条件下提取30 min。然后过滤、收集提取后的溶液，并将滤渣连同滤纸重新加入25 mL甲醇和四氢呋喃(1∶1)混合溶液，相同条件下超声提取10 min，收集滤液，再重复一次上述操作。将3次过滤收集的滤液合并，用旋转蒸发器在70 ℃条件下浓缩至25 mL左右，并转移至50 mL容量瓶中，用甲醇和四氢呋喃(1∶1)混合溶液定容至50 mL，最后用0.45 μm滤膜过滤，待测。

1.2.3.3 色谱条件

流动相为甲醇∶水为35∶65(V/V)，流速1.0 mL/min，柱温30 ℃，UV检测器检测波长280 nm，进样量10 μL。

1.2.3.4 辣椒素含量

辣椒素和二氢辣椒素含量通过下式计算：

式中：X为试样中辣椒素或二氢辣椒素的含量(mg/g)；C为由标准曲线上查到的辣椒素或二氢辣椒素的含量(mg/g)；V为样品定容体积(mL)；M为样品质量(g)；A为辣椒素或二氢辣椒素标样纯度。

辣椒素类物质总量(mg/g)=(X1+X2)/90%。

式中：X1和X2分别为试样中辣椒素或二氢辣椒素的含量(mg/g)；90%为实验中辣椒素或二氢辣椒素占辣椒中所有辣椒素总量的比例。

1.2.3.5 辣度(SHU)

SHU=(X1+X2)×1.61×104+[(X1+X2)/90%]×10%×9.3×103。

式中∶X1为试样中辣椒素含量(mg/g)；X2为试样中二氢辣椒素含量(mg/g)；1.61×104是相当于1 mg辣椒素的辣度，辣椒中辣椒素与二氢辣椒素含量以90%来计算，其余10%的辣椒素类物质辣度以降二氢辣椒素的辣度(SHU=9.3×103)计算。

1.2.4 数据处理

所有辣椒素类物质含量均以辣椒粉干基状态换算得出，所有处理及检测均重复3次，数据采用统计分析软件SPSS 9.0进行统计分析(p=0.05)。

2 结果与讨论

2.1 射频加热升温曲线

不同初始水分活度辣椒粉的射频加热曲线见图2。

图2 不同水分活度辣椒粉的射频处理升温曲线

在射频加热过程中，其温度随加热时间几乎呈线性升高趋势，且射频加热速率受物料初始水分活度影响明显，以升温到70 ℃为例，水分活度为0.40的辣椒粉原样需要28 min，而水分活度为0.54，0.71的辣椒粉分别只需要大约4，2 min。本研究所用水分活度为0.40,0.54,0.71的辣椒粉对应水分含量分别为7.0%,12.5%,20.9%。射频加热是一种介电加热方式，而水分子是极性分子，因此，在一定范围内随着物料水分含量的增加，物料的介电特性也会发生变化(通常损耗因子会增加)，从而导致加热速率变快。Jeong等[16]研究比较了射频处理红辣椒粉(水分含量为11.2%～18.9%)的升温速率，发现水分含量在11.2%～16.0%时，射频加热速率随着水分含量的升高而明显增加；然而，当水分含量大于16.0%时，其升温速率增加不明显甚至降低。Zhang等[17]研究了射频对不同初始水分含量(10%～30%)花生仁的升温曲线，结果同样表明在水分含量过高时，加热速率反而会降低。

2.2 射频处理对辣椒粉原样中辣椒素类物质含量的影响

辣椒粉原样(aw=0.40)在射频加热到70,80,90 ℃条件下分别保留0,1,5 min，与未处理辣椒粉样品相比，辣椒素、二氢辣椒素以及辣椒素类物质总量出现一定程度的减少，但并无显著性降低(p>0.05)，见图3。说明辣椒素类物质的性质较为稳定，对射频加热处理不太敏感。

图3 射频处理对辣椒粉原样(aw=0.40)

张英蕾等研究了不同灭菌方法(加热、微波和臭氧)对辣椒粉中辣椒素类物质稳定性的影响，结果表明在加热灭菌过程中，温度(120～140 ℃)对辣椒素类物质稳定性影响显著，而加热时间对其影响不显著；王燕等分析了烤制加工过程中辣椒素类物质的稳定性，结果表明烤制加热温度(80～180 ℃)和时间(2～16 min)对辣椒素类物质影响均显著(p<0.01)，但是辣椒素类物质的含量在温度超过130 ℃之后开始出现明显的降低，且随后在160～180 ℃出现大幅度降低。可见，辣椒素类物质的化学性质较为稳定，只有长时间高温处理才会造成其含量显著降低。

2.3 射频处理对不同水分活度辣椒粉中辣椒素类物质及辣度的影响

表1 射频加热处理对不同水分活度的辣椒粉中辣椒素类物质及辣度的影响Table 1 Effects of radio frequency heating treatment on capsaicin concentration and pungency degree of red chili powder with different initial water activities

续 表

注：同一行相同的小写字母表示均值没有显著性差异(p>0.05)。

由表1可知，射频处理后不同水分活度的辣椒粉中辣椒素和二氢辣椒素含量均有所减少，随着水分活度的增加，相同射频条件处理后辣椒素类物质含量有所增加，但并没有显著性增加，该结果表明物料不同初始水分活度对其没有显著性影响。射频加热处理对不同水分活度辣椒粉辣度的影响与对辣椒素类物质总量的影响基本一致，见表2。

表2 射频处理对不同水分活度辣椒粉辣度的影响Table 2 Effects of radio frequency treatment on pungency degree of red chili powder with different initial water activities

注：同一行相同的小写字母表示均值没有显著性差异(p>0.05)。

本研究所选取的辣椒粉原样辣度(SHU)系数为83509，射频处理后的各个水分活度的辣椒粉辣度系数范围为84305～73788，参照王燕等[18]对辣椒素分析方法及辣度分级的研究，可确定该辣椒粉辣度与品种为Santake和Thai的辣椒同属于50000～100000(SHU)级别。根据我们前期对射频杀菌效能的研究，射频处理(90 ℃，5 min)可以杀灭绝大部分的致病菌(沙门氏菌和蜡样芽孢杆菌)及其芽孢，且高水分活度更有利于杀灭致病微生物。而本研究结果表明射频处理(70～90 ℃，0～5 min)对辣椒粉辣椒素类物质及辣度没有显著影响，且不同初始水分活度对其影响也不显著，因此，射频杀菌技术在辣椒粉及其他粉状调味品杀菌方面具有很大的优势及应用潜力。

3 结论

本文重点研究射频处理对不同初始水分活度辣椒粉中辣椒素类物质含量及辣度的影响，结果表明射频处理(70～90 ℃，0～5 min)不会对辣椒粉中辣椒素、二氢辣椒素和辣椒素类物质含量造成显著性影响，且不同初始水分活度对其影响也不显著。辣椒素类物质化学性质相对稳定，对射频处理不太敏感。本研究结果表明：射频杀菌处理不会对辣椒粉辣度产生显著影响，该研究对于建立辣椒粉射频杀菌模型具有一定的指导意义。

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Research on Effects of Radio Frequency Heating Treatment on Pungency Degree of Red Chili Powder

HU Si-zhuo, XU Yuan-rong, LIAO Mei-ji, WANG Dan-feng, JIAO Shun-shan*

(Department of Food Science and Engineering,School of Agriculture and Biology,Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240,China)

Investigate the effects of radio frequency heating treatment on capsaicin concentration and pungency degree of red chili powder, and further explore the influence of different initial water content of red chili powder. The results show that radio frequency treatment(70～90 ℃,0～5 min) has no significant (p>0.05) influence on capsaicin concentration and pungency degree of red chili powder, and different initial water content (0.40,0.54,0.71) of red chili powder also has no significant influence.It indicates that radio frequency treatment can retain the pungency degree of red chili powder well, and radio frequency pasteurization technology has great application potential to control pathogens in red chili powder.

red chili powder;radio frequency;water activity;capsaicin;pungency degree

2017-02-15 *通讯作者

国家自然科学基金青年项目(31401538)；教育部第48批留学回国人员科研启动基金项目；上海交通大学青年教师科研启动基金项目

胡思卓(1992-)，女，湖北孝感人，硕士，主要从事新型食品加工及贮藏技术方面的研究； 焦顺山(1983-)，男，河南新乡人，副教授，博士，主要从事新型食品加工及贮藏技术方面的研究。

TS264.2

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.07.001

1000-9973(2017)07-0001-05