槟榔干果的碱脱涩技术研究与优化

代佳慧，康效宁,*，吉建邦，代文婷，王世萍，马金爽

（1.海南省农业科学院农产品加工设计研究所，海南 海口 570100；2.海南省农业科学院三亚研究院，海南 三亚 572000；3.海口市槟榔加工研究重点实验室，海南 海口 570100）

槟榔（Areca catechu L.）是棕榈科植物槟榔树的果实，具有“植物口香糖”之称[1]。目前全世界约有6亿人有嚼食食用槟榔的习惯，槟榔加工产业发展前景十分可观[2]。槟榔干果是槟榔的初加工产品，因加工方式不同而分为不同的品类，其中最受消费者青睐的有槟榔白果和槟榔黑果[2-4]。槟榔白果采用加热烘干的干燥方式，使槟榔表皮呈褐绿色，槟榔黑果采用木柴对槟榔进行烟熏，故其表面附有大量的烟熏颗粒，色泽黑[3]。白果和黑果作为食用槟榔，在初加工产品中占据重要地位[5-7]。

单宁又称鞣酸，是植物体内结构复杂的一类多元酚类化合物[8]。单宁主要以水溶性鞣酸盐的形式存在于槟榔中。据报道，其在鲜槟榔和槟榔干果中的含量分别为15.47%和7.23%[1]。可溶性单宁可与人体口腔蛋白结合，导致味觉器官产生强烈收敛和干燥的感觉，即“涩感”，是槟榔和其他果实中形成苦涩味的重要因素[1,9]。果实脱涩在柿果中研究较为广泛，在油橄榄、余甘果的脱涩工艺研究上也有所涉及[9-12]。然而，目前对槟榔干果脱涩技术的研究还未见相关报道。孙立靖[13]研究发现，槟榔的炮制过程会影响槟榔干果中鞣酸的含量，且加工过程中果核的破损也会导致鞣酸溢出至果皮中，加大苦涩味，严重影响食用槟榔的口感和商品价值。虽然在储藏过程中槟榔干果的涩味也会逐渐消失，但是存在加工周期长、成本高等问题[14]。因此有必要对槟郎加工中脱涩工艺进行深入研究。

碱脱涩是利用碱性物质如NaOH、Na2CO3等对果实进行浸泡，使可溶性鞣酸转变为不溶性鞣酸，从而达到脱涩的一类传统脱涩技术[15-17]，已发现在实际生产中运用热碱水清洗槟榔干果有助于其脱涩。因此，本研究采用碱脱涩法，以海南槟榔白果和黑果为原料，以槟榔干果中单宁含量为评价指标，通过单因素试验探究浸提温度、浸提时间、浸提液浓度对槟榔干果脱涩效果的影响，并利用响应面法优化脱涩条件，为槟榔初加工的脱涩工艺提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

槟榔白果、槟榔黑果：购于海南省万宁市某槟榔初加工厂，0℃冷库储藏。

NaOH、Na2CO3、磷钼酸、钨酸钠、丙酮、磷酸、单宁等均为国产分析纯。

F-D试剂：在150 mL蒸馏水中加入钨酸钠20 g、磷钼酸4 g及磷酸10 mL，回流2 h，冷却至室温，然后稀释至200 mL。

单宁标准溶液：精密称量单宁50.0 mg于50 mL容量瓶中，加蒸馏水溶解并定容至刻度，混匀，用蒸馏水稀释10倍即得到0.1 mg/mL单宁标准溶液。

1.1.2 仪器与设备

DS103卤素水份测定仪，上海海康电子仪器厂；JJ1000电子分析天平，常熟市双杰测试仪器厂；BL-18B万能高速粉碎机，台州巴菱电器有限公司；DK-S600数显恒温水浴锅，上海百典仪器设备有限公司；TU-1810型紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；实验室自制铡刀。

1.2 方法

1.2.1 单因素试验设计

本试验以槟榔干果中单宁含量为评价指标，以浸提温度、浸提时间和浸提液浓度为影响因素。取大小均匀的槟榔干果样品5颗（约30 g），设置浸提温度分别为10、30、50、70、90、110℃，固定浸提液浓度为1%，浸提时间1 h，探究不同浸提温度对槟榔干果脱涩效果的影响；设置浸提时间分别为1、2、3、4、5、6 h，固定浸提液浓度为1%，浸提温度30℃，探究不同浸提时间对槟榔干果脱涩效果的影响；浸提液使用Na2CO3∶NaOH=10∶1（V/V），设置浸提液浓度分别为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%，固定浸提时间1 h，浸提温度30℃，探究不同浸提液浓度对槟榔干果脱涩效果的影响。

1.2.2 响应面优化试验设计

为了得到槟榔干果的最佳脱涩工艺，在单因素试验的基础上，使用Design-Expert软件进行响应面优化试验方法设计。以单宁含量（Y）为响应值，槟榔白果及槟榔黑果的影响因素与水平见表1。

表1 响应面试验因素水平设计Table1 Response surface test factor level design

1.2.3 单宁的提取及含量测定

使用蒸馏水将槟榔干果表面冲洗干净，将槟榔干果粉碎，称取10 g槟榔干果粉末样品，放入已备有30 mL蒸馏水的锥形瓶中，密封沸水浴提取单宁1 h，过滤冷却，重复操作3次，将3次的提取液混合，最终得到单宁提取物[13]。

分别精密吸取单宁标准溶液0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、5.0、6.0、7.0 mL，置于50 mL容量瓶中，加入F-D试剂2.50 mL和饱和Na2CO3溶液5.00 mL，使用蒸馏水定容，充分混匀，避光静置30 min，得到系列标准溶液，并在波长650 nm处测定吸光度值。以标准溶液浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标作图，得到单宁标准曲线，如图1所示。

图1 单宁标准曲线Fig.1 Tannin standard curve

将单宁提取物稀释至250 mL，吸取提取物稀释液1 mL于50 mL容量瓶中，与上述步骤一致，测得样品提取液的吸光度值，根据单宁标准曲线计算单宁含量，以单宁含量作为衡量脱涩效果的指标。

单宁含量计算公式如下：

式中：m为槟榔样品质量，g；250为稀释倍数；50为试样测定液定容体积，mL；C为依据单宁标准曲线方程得出的单宁浓度，mg/L。

试验均平行操作3次，试验数据表示为平均值±标准偏差。

1.2.4 数据处理

使用IBM SPSS 20.0软件分析数据的显著差异性，使用Design-Expert软件进行响应面优化设计及数据分析，使用Origin 8.5软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 浸提温度对槟榔干果脱涩效果的影响

槟榔中的单宁为水溶性的缩合单宁[14]。经过SPSS软件对图2中数据进行分析后发现，在浸提时间和浸提液浓度相同的前提下，不同浸提温度对样品中单宁含量影响显著（P＜0.05）。其中，槟榔黑果与槟榔白果中单宁含量变化趋势相同，两种干果中单宁含量均随浸提温度的升高而降低；浸提温度在110℃时的单宁含量虽然显著低于90℃下提取的单宁含量，但是由于在110℃对设备的要求更高，需要使用高压设备，因此二者的适宜浸提温度均选90℃。

图2 浸提温度对槟榔干果单宁含量的影响Fig.2 Effect of extraction temperature on tannin content of dried areca nut

2.1.2 浸提时间对槟榔干果脱涩效果的影响

由图3可知，两种槟榔干果中单宁含量均随着浸提时间的延长而降低，二者的单宁含量在1～4 h均呈现出明显下降，4～6 h下降趋势趋于平缓。经过显著性分析发现，4 h内两种样品的单宁含量下降显著（P＜0.05）。此外，在1～6 h，槟榔黑果单宁含量的下降幅度和下降速度显著高于白果（P＜0.05）。最终确定槟榔白果和槟榔黑果的适宜浸提时间为4 h。

图3 浸提时间对槟榔干果单宁含量的影响Fig.3 Effect of extraction timeon tannin content of dried arecanut

2.1.3 浸提液浓度对槟榔干果脱涩效果的影响

Na2CO3、NaOH脱涩的原理是Na+可与可溶性单宁缩合转化为不溶于水的“糅红”，且碱溶液还可以溶解纤维层中的纤维素、果胶等物质，破坏其中的组织结构，加快单宁的溶出速度，进而达到脱涩的目的[14]。

浸提液浓度对两种槟榔干果中单宁含量影响如图4所示。经过显著性分析发现，随着浸提液浓度的增加，槟榔白果和黑果中单宁含量均呈现先降低后升高再降低的趋势。但是槟榔白果中单宁含量在浸提液浓度为1.0%时较低，之后有一定程度的升高，在浸提液浓度为3.0%时单宁含量最低；槟榔黑果也呈现出先降低再升高再降低的趋势。考虑到浸提液浓度高时碱性过强，对槟榔纤维有一定的破坏作用。因此，选择浸提液浓度为1.5%。

图4 浸提液浓度对槟榔干果单宁含量的影响Fig.4 Effect of extract concentration on tannin content of dried arecanut

2.2 响应面优化试验与验证试验

2.2.1 槟榔白果脱涩条件响应面优化试验结果

根据单因素试验结果，以浸提温度（A）、浸提时间（B）和浸提液浓度（C）为自变量，以单宁含量（Y）为响应值，设计三因素三水平响应面试验，得到白果响应面分析结果如表2所示，回归方程为：

表2 槟榔白果脱涩条件响应面优化设计及结果Table2 Response surface optimization design and results of deastringency conditions for white areca nut

为进一步确定各因素对槟榔白果单宁含量的影响程度，检验该模型的有效性，对回归方程进行方差分析，结果如表3所示。模型P＜0.000 1，说明该回归模型极显著，具有统计学意义；失拟项P=0.063＞0.05，失拟项不显著。R2=0.982 8，表明该模型试验误差小，拟合度好，可利用该模型来分析和预测槟榔白果中的单宁含量。从表3中回归系数的显著性检验可知，回归模型中的A、B、C、A2对响应值影响极显著（P＜0.01），AB对响应值影响显著（P＜0.05），BC、AC、B2和C2对响应值影响不显著。F值越大，说明该因素对响应值的影响效果越大。因此，各因素对槟榔中单宁含量的影响程度强弱顺序为：C（浸提液浓度）＞B（浸提时间）＞A（浸提温度）。

表3 槟榔白果脱涩条件响应面试验结果方差分析表Table 3 Analysis of variance of response surface test results of white areca nut deastringency condition

使用Design-Expert 8.0.6设计软件对三个因素的交互作用进行分析，得到响应面3D曲线图和等高线图。根据响应面试验的设计原理及分析，响应面图形可以直观地反映出一个固定因素在中心值的条件下，其他两个因素对单宁含量的影响，3D响应面图的弯曲度越大，说明这两个因素间的作用越显著。

图5所示为浸提温度与浸提时间的交互作用对槟榔白果干果中单宁含量的影响。从图中可以看出，当浸提时间不变时，单宁含量随着浸提温度的升高而降低；当浸提温度不变时，单宁含量随着浸提时间的增加而减少。综合响应面图可以看出，浸提时间下降幅度大于浸提温度下降幅度。因此，浸提时间对单宁含量影响较大。

图5 浸提温度与浸提时间的交互作用对槟榔白果脱涩效果影响的响应面图和等高线图Fig.5 Responsesurface and contour plots of the influence of interaction between extraction temperature and extraction time on deastringency effect of white areca nut

图6所示为浸提温度与浸提液浓度的交互作用对槟榔白果干果中单宁含量的影响。从图中可以看出，当浸提液浓度一定时，单宁含量随着浸提温度的升高而减少；当浸提温度一定时，单宁含量随着浸提液浓度的降低而减少。浸提温度与浸提液浓度对白果中单宁含量的影响相当。

图6 浸提温度和浸提液浓度的交互作用对槟榔槟榔白果脱涩效果影响的响应面图和等高线图Fig.6 Response surface and contour plots of the influence of interaction between extraction temperature and extract concentration on deastringency effect of white areca nut

图7所示为浸提时间与浸提液浓度的交互作用对槟榔白果干果中单宁含量的影响。从图中可以看出，当浸提液浓度一定时，单宁含量随着浸提时间的增加而减少；当浸提时间一定时，单宁含量随着浸提液浓度降低而减少。浸提时间下降幅度小于浸提液浓度下降幅度。因此，浸提液浓度对单宁含量影响较大。

图7 浸提时间与浸提液浓度的交互作用对槟榔白果脱涩效果影响的响应面图和等高线图Fig.7 Response surface and contour plots of the influence of interaction between extraction time and extract concentration on deastringency effect of white areca nut

2.2.2 槟榔黑果脱涩条件响应面优化试验结果

根据单因素试验结果，以槟榔白果脱涩试验相同的自变量，设计槟榔黑果三因素三水平试验，得到槟榔黑果响应面分析结果如表2所示，回归方程为：

为进一步确定各因素对槟榔黑果单宁含量的影响程度，检验该模型的有效性，对回归方程进行方差分析，分析结果如表5所示。模型P＜0.000 1，说明该回归模型极显著，具有统计学意义；失拟项P=0.102 5＞0.05，失拟项不显著。R2=0.982 1，表明该模型试验误差小，拟合度好，可利用该模型来分析和预测槟榔黑果中单宁含量。从表5中回归系数的显著性检验可知，回归模型中的A、B、C、A2、B2、C2对响应值影响极显著（P＜0.01），BC对响应值影响显著（P＜0.05），AB和AC对响应值影响不显著。F值越大，说明该因素对响应值的影响效果越大。因此，各因素对槟榔核中单宁含量影响程度强弱顺序为：A（浸提温度）＞B（浸提时间）＞C（浸提液浓度）。

图8所示为浸提温度与浸提时间的交互作用对槟榔黑果干果中单宁含量的影响。从图中可以看出，当浸提时间不变时，单宁含量随着浸提温度的升高而降低；当浸提温度不变时，单宁含量随着浸提时间的增加而减少。综合响应面图可以看出，浸提时间下降幅度与浸提温度下降幅度相当。因此，浸提时间与浸提温度对黑果中单宁含量的影响相当。

图9所示为浸浸提温度与提液浓度交互作用对槟榔黑果干果中单宁含量的影响。从图中可以看出，当浸提液浓度一定时，单宁含量随着浸提温度的升高而减少；当浸提温度一定时，单宁含量随着浸提液浓度的升高呈先升高后降低的趋势。浸提温度变化趋势较浸提液变化趋势更陡峭，说明浸提温度对槟榔黑果中单宁含量的影响比浸提液浓度大。

图10所示为浸提时间与浸提液浓度的交互作用对槟榔黑果干果中单宁含量的影响。从图中可以看出，当浸提液浓度一定时，单宁含量随着浸提时间的延长而减少。浸提时间变化趋势较浸提液变化趋势更陡峭，说明浸提时间对槟榔黑果中单宁含量的影响比浸提液浓度大。

2.3 验证试验

根据响应面Box-Behnken法优化得到槟榔白果的最佳脱涩工艺参数为：浸提温度90℃，浸提时间5 h，浸提液浓度1%；槟榔黑果最佳脱涩工艺参数为：浸提温度90℃，浸提时间5 h，浸提液浓度1.37%。上述条件下得到槟榔白果和槟榔黑果中单宁含量理论值分别为4.40 mg/g和3.42 mg/g。根据该反应条件进行验证试验，得到的槟榔白果和槟榔黑果中的单宁含量分别为4.45 mg/g和3.37 mg/g，二者的相对误差分别为1.14%和1.46%，说明两者误差吻合度较好。

3 结论

槟榔干果脱涩技术对保证槟榔品质、减少加工周期和生产成本具有重要作用。本文通过单因素试验和响应面法优化了碱液浸提法在槟榔干果脱涩中的工艺参数。结果表明，槟榔白果干果的最佳碱液法脱涩条件为：浸提温度90℃，浸提时间5 h，浸提液浓度1%；槟榔黑果干果的最佳碱液法脱涩条件为：浸提温度90℃，浸提时间5 h，浸提液浓度1.37%。优化后的热碱液浸提法可使槟榔干果脱涩效果得到提升，为槟榔加工中脱涩工艺提供了一定的理论依据。