西红花干燥工艺对西红花苷含量的影响

张赟彬，魏蒙月，王思佳，孙丽红，徐晨曦，汤易

1. 上海中医药大学公共健康学院（上海 201203）；2. 上海中侨职业技术学院食品学院（上海 201319）；3. 上海应用技术大学香料香精技术与工程学院（上海 200234）

西红花又名番红花、藏红花，为鸢尾科植物番红花（Crocus sativusL.）的干燥柱头[1]，在上海、浙江、江苏、河南等地形成规模种植，主产区上海崇明的产量约占全国的60%。西红花是名贵中药材，具有降血压、降糖、降脂、抗肿瘤、抗动脉粥样硬化、治疗神经退行性疾病等作用[2-3]，市场需求较大。针对西红花花株的栽培技术，病虫害防治技术，西红花苷提取工艺等方面已有大量研究，但对西红花的干燥工艺的相关研究还未见报道[4-5]。

西红花的烘干方式在各地区之间都略有差异，《浙江省中药炮制规范》（2015年版）[6]规定，西红花需要低温烘干，是指烘干温度不能超过60 ℃；实际生产过程中，大规模种植户如上海崇明、浙江开化和海宁对西红花采用的加工方式是隔水蒸干法[7]，该方法类对工人的经验要求高，且人工成本大；其他方法未见报道。试验以崇明西红花作为原料，模拟实际生产加工过程，研究较为常用的几种不同的烘干方法对西红花失水率和西红花总苷含量的影响，优选更加快速、简便、低成本的干燥工艺，对促进西红花产业的发展有较好的实用价值。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

西红花样品（上海食蕴同源农产品专业合作社提供，采收时间为2018年11月）；乙醇（分析纯，上海泰坦科技股份有限公司）。

1.2 仪器与设备

YP202N电子天平（上海精密科学仪器有限公司）；可见分光光度计（尤尼柯（上海）仪器有限公司）；冷冻干燥机（上海德洋邦仪器有限公司，DYYB-12）；电热恒温鼓风干燥箱（上海博讯实业有限公司医疗设备厂，GZX-9240 MBE）；微波炉（格兰仕，P70D20TL-D4）；真空干燥箱（上海博迅实业有限公司，DZF-6050）。

1.3 方法

1.3.1 西红花不同的烘干方式

A（热风烘干法）：将西红花平摊在铁盘中，放入不同温度（60 ℃、90 ℃）烘箱中，加热烘干一定时间后取出，测定样品中水分和西红花总苷含量。

B（真空干燥法）：设定真空干燥箱的真空度为0.1 MPa，将平摊有西红花样品的铁盘放入不同温度（30 ℃、50 ℃）的真空干燥箱中，干燥不同时间后取出，测定样品中水分和西红花总苷含量。

C（微波干燥法）：将西红花平摊在盆中，放入预先设定好功率（中火、中高火）的微波炉中，干燥不同时间后取出，测定样品中水分和西红花总苷的含量。

D（冷冻干燥法）：将新鲜的西红花样品在-20℃冷冻12 h后，平摊在盆中，放入真空冷冻干燥机（-40 ℃，-40 Pa），冷冻干燥12 h后取出，测定样品中的水分和西红花总苷含量。

在上述样品中，用于检测西红花总苷含量的样品编号和烘干参数见表1。

表1 烘干参数及其编号

1.3.2 样品烘干过程中失水率的测定

西红花丝烘干前后分别称质量，烘干前西红花样品称质量m1（g），烘干后将西红花样品冷却到室温称质量m2（g），按式（1）计算样品失水率：

1.3.3 烘干样品的西红花总苷含量测定

西红花总苷含量的测定按照《中华人民共和国药典》（2015版）的要求中西红花总苷含量的测定方法进行检测[8]。

2 结果与分析

2.1 热风干燥法对西红花干燥效果的影响

2.1.1 热风干燥法对西红花中水分含量的影响

如图1所示，烘干温度60 ℃时，随着干燥时间延长，西红花的失水率逐渐增加；烘干温度90 ℃，时间8 min的西红花样品的失水率最高，说明干燥速率最快；继续干燥，干燥至15 min时，失水率没有明显变化，说明干燥温度90 ℃，干燥时间8 min时西红花的脱水率已达到高峰，继续烘干，短时间内其水分不会有太大变化。

2.1.2 热风干燥法对西红花总苷含量的影响

由图2可得，随着烘干温度升高，西红花总苷含量逐渐增加。在稍低的烘干温度（60 ℃）时，随烘干时间延长，干燥速率变化幅度较大，但总苷含量较低；而在较高的烘干温度（90 ℃）下，西红花总苷总苷含量高，随烘干时间延长，含量略有下降；这一结果和童应鹏[9]研究结果类似。造成这种现象的原因可能是，烘干温度较低（60 ℃）时，样品中含有的酶具有一定的生物活性，可能导致西红花苷的分解或者与其他物质发生反应而导致含量减少；烘干温度90 ℃时，酶由于高温而失活，使得总苷含量保持较高。试验结果表明，烘干参数为90 ℃、8 min时，西红花总苷含量最高。

图1 热风干燥的温度和时间对失水率的影响

图2 热风干燥的温度和时间对西红花总苷含量的影响

2.2 真空干燥法对西红花干燥效果的影响

2.2.1 真空干燥法对西红花中水分含量的影响

如图3 所示，在真空干燥前提下，烘干温度30 ℃时，随着干燥时间延长，西红花的失水率逐渐增加；干燥温度50 ℃时，失水率增加明显，说明升高温度可显著增加干燥速率；保持50 ℃的烘干温度不变，延长烘干时间，失水率达到70.0%，说明此时基本烘干。

图3 真空干燥的温度和时间对失水率的影响

2.2.2 真空干燥法对西红花总苷含量的影响

在真空干燥条件下，总苷含量显著低于热风干燥时总苷含量，主要原因一方面是由于有些样品没有完全烘干，另一方面也可能与样品在低温下酶活性较高，导致西红花苷分解和发生生化反应有关，尤其是B4的水分达到70%，但西红花苷含量仍不及热风干燥的一半。后续需要进一步采用更长的处理时间或者更高的处理温度开展采用真空干燥法试验，便于得出最佳参数。

图4 真空干燥的温度和时间对西红花总苷含量的影响

2.3 微波干燥法对西红花干燥效果的影响

2.3.1 微波干燥法对西红花中水分含量的影响

由图5可知，采用微波中火5 min时，样品失水率达72.11%，说明微波烘干的干燥速率较快，延长干燥时间，失水率增加；增大功率改为中高火时，烘干4 min，样品的失水率达到最大值，此时样品达到干燥状态，继续烘干，失水率没有显著变化。

图5 微波烘干的温度和时间对失水率的影响

2.3.2 微波干燥法对西红花总苷含量的影响

如图6所示，选用中火进行烘干时，西红花总苷含量随着烘干时间延长而逐渐增加，烘干功率为中高火时，西红花总苷含量降低，说明烘干功率对西红花总苷类成分有显著性影响。在微波功率为中火时，西红花苷类化合物含量升高的原因可能为[9]：微波烘干法与热风干燥、真空干燥法相比，烘干时间显著性减少，减少西红花苷类化合物因长时间加热而降解；微波有可能使西红花中的降解酶迅速失活，减少西红花苷类化合物因为酶解而降低。但是更大功率的微波功率处理，西红花苷类化合物略有降低，推测原因可能与微波对西红花苷类结构的影响，或与其他成分可能发生反应有关。

图6 微波烘干的温度和时间对西红花总苷含量的影响

2.4 冷冻干燥法对西红花干燥效果的影响

冷冻干燥法制备的西红花样品，色泽保持最好，形态也是最佳，通过测量，其失水率达到80%，西红花苷含量为18.72%。但考虑其设备昂贵、所需干燥时间长，生产成本偏高，该方法并不适用于西红花生产实际使用。

2.5 不同干燥方法的比较

由于西红花开花时间短，需要一开花马上采收其雌蕊，并进行加工，导致试验在参数设置及具体处理工艺方面仍需进一步完善。

不同参数下西红花花丝失水率如图1、图3和图5所示，在相同参数下，烘干时间越长，温度越高，西红花失水率越高。通过对比，冷冻干燥较为费时且设备要求高，不利于普通工厂生产；真空干燥失水率稍低，其烘干参数的设置还需进一步研究；微波干燥加工时间短，失水最快；综合干燥时间及失水率，3种烘干方法的水分含量丢失速率为：微波干燥＞热风干燥＞真空干燥。

烘干样品的西红花总苷含量与烘干过程中的设备、温度、时间紧密相关。热风干燥时，90 ℃烘干优于60 ℃，综合能源消耗考虑及时间和人力成本考虑，最佳的烘干参数为90 ℃，8 min；微波干燥时，4组样品的失水率皆高于72%，但其西红花总苷含量有显著不同，考虑不同西红花植株含量不同的因素，综合之下，采用微波干燥西红花时，建议的适宜条件为微波中火，6 min。对比在不同烘干参数下得到的西红花样品，失水率在热风干燥90 ℃，8 min时最高；西红花总苷含量在微波中火6 min时最高。综合能源消耗考虑以及时间和人力成本考虑，最佳的烘干参数应该为热风干燥90 ℃，8 min，此时的失水率趋于平衡且西红花总苷含量较高。

3 结论

通过对不同烘干工艺条件下的失水率和西红花总苷含量的测定，结果表明，真空干燥由于处理温度低，样品可能未完全干燥，导致西红花总苷含量最低，需进一步研究探讨；冷冻干燥因干燥时间较长，且成本高昂，不适于推广；微波干燥法具有操作规范简单、成本低、烘干时间短、西红花总苷破坏小、人力成本低等优点，但微波炉的大小决定了每次烘干量的多少，尤其是每次处理量低；热风干燥法，处理量大，人力成本低，虽烘干时间略长于微波干燥法，但失水率最高，干燥速度快，且成品中西红花总苷含量最高，因此，是烘干西红花样品最适宜的方法。