槟榔蒸汽杀青工艺优化及其品质分析

代文婷，康效宁*，王世萍，代佳慧，马金爽，吉建邦

1.海南省农业科学院农产品加工设计研究所（海口 570100）；2.海口市槟榔加工研究重点实验室（海口 570100）；3.海南省热带果蔬冷链研究重点实验室（海口 570100）

槟榔为棕榈科槟榔属常绿乔木，原生长于马来西亚，主要分布于东南亚、亚洲热带地区、欧洲和太平洋部分区域[1-2]。槟榔位居我国四大南药之首，槟榔中的活性成分主要包括生物碱和鞣质，具有杀虫、消积、行气化湿、利湿通便等药用价值[3-5]。据统计，2019年末海南省槟榔种植面积11.52万 hm2，占全国种植面积96%以上，收获面积8.33万 hm2，槟榔鲜果总产量达55～60万 t，比上年增长5.4%[6]。槟榔作为一种嗜好性休闲产品，全世界近7亿的人口在食用，在我国槟榔全产业链年产值高达700～800亿元[7]。槟榔已成海南第一大热带经济作物，是海南乡村振兴的支柱性产业。

槟榔干制是槟榔重要的初加工方式，也是食用槟榔精深加工的上游产业。杀青是槟榔干制的重要工艺环节，槟榔杀青方式主要有沸水浸煮和蒸汽杀青，而蒸汽杀青具有传热快、温度高、工艺时间短、节水和环保等优点[8-10]，目前被广泛用于槟榔初加工中。但关于槟榔蒸汽杀青工艺参数优化及其对槟榔品质的影响研究鲜见报道，试验以鲜槟榔为原料，采用响应面分析法优化槟榔蒸汽杀青工艺参数，探讨蒸汽杀青技术对槟榔品质的影响，以期为槟榔蒸汽杀青技术提升提供科学依据，助力海南槟榔初加工产业提质增效和绿色发展。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

槟榔鲜果，采自海南省万宁市龙衮镇槟榔种植园；没食子酸、福林酚、碳酸钠、无水乙醇等均为分析纯，均购于国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

UV-2700紫外可见分光光度计，日本岛津公司；RE-52旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂；DGG-9140A电热恒温鼓风干燥箱，上海东麓仪器设备有限公司；BXM-30R立式压力蒸汽灭菌锅，上海博迅实业有限公司医疗设备厂；HH-W420数显恒温水浴锅，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；TMSPRO质构仪，美国FTC公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

槟榔鲜果→挑选→杀青→干制→分级→包装→贮运

1.3.2 蒸汽杀青试验方法

挑选大小形态均一、颜色鲜绿、无霉变的槟榔鲜果，经高压蒸汽杀青后，置于热风干燥箱烘干。为确保槟榔干果质量，整果干燥至含水率（20±2）%，用于质构及总酚的测定。

1.3.3 单因素试验

以槟榔干果硬度和总酚质量分数为评价指标，选择3个因素进行单因素试验。以槟榔鲜果为原料，设定原料添加量、杀青时间和蒸汽温度固定值分别为2 kg，15 min及110 ℃，按照表1依次改变其中一个因素的值，分析各个因素的最适范围。

表1 蒸汽杀青单因素水平表

1.3.4 响应面试验设计

在单因素试验基础上，以原料添加量（A）、杀青时间（B）、蒸汽温度（C）为响应因素，以硬度和总酚质量分数为响应值，采用Design-Expert V 8.0.6.1软件设计三因素三水平响应面分析试验，其因素与水平见表2。

表2 响应面试验因素水平表

1.3.5 总酚测定

采用Folin-Ciocalteus法测定总酚含量，参考GB/T 31740.2—2015 《茶制品第2部分：茶多酚》[11]。

1.3.6 质构指标测定

采用质地剖面分析（texture profile analysis，TPA）二次方法，测定槟榔样品的硬度、弹性和咀嚼性，每次试验重复3次。测量前探头下降速度为30 mm/s，测试速度为30 mm/s，下压形变为30%，触发力为1 N，探头为圆盘式挤压探头。

1.4 数据处理

采用Origin 7.5作图，SPSS 20.0软件进行数据统计分析，结果用“平均值±标准差”表示，p＜0.05为显著水平，p＜0.01为极显著水平。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

以槟榔干果硬度作为评价指标，槟榔干果硬度变化越大说明软化效果越好，能更有效减少槟榔纤维对口腔的刺激，具有较高的品质[12]。槟榔果中的总酚类物质有抗氧化、抗血栓、抑菌等生理功能[13-14]。有学者研究发现，与水煮、炖煮等方式相比，汽蒸能最大限度地保留果蔬类总酚、类胡萝卜素、叶绿素、可溶性蛋白等营养物质[15-17]。单因素试验结果见图1。

图1 单因素试验结果

由图1（A）可知：随着槟榔鲜果添加量增加，硬度逐渐升高，总酚质量分数逐渐升高趋于平缓，当原料添加量为1 kg时，槟榔硬度偏低，质地较松软，碎渣感强；当槟榔添加量超过4 kg时，槟榔硬度偏高，质地坚硬，对口腔的刺激程度增强。单因素方差分析显示不同槟榔鲜果原料添加量对硬度和总酚提亮肤色均有显著影响（p＜0.05），综合考虑，原料添加量选择2～4 kg为宜。

由图1（B）可知：随着杀青时间延长，槟榔硬度呈显著下降趋势（p＜0.05），总酚质量分数呈先上升后下降趋势，当杀青时间小于5 min时，由于时间过短，槟榔纤维未充分软化，纤维较粗硬，当杀青时间大于25 min时，杀青时间过长，其对槟榔木质纤维结构破坏程度大，影响产品稳定性，且总酚质量分数显著降低，可能是因为杀青时间越长，多酚类物质结构不稳定易发生氧化分解，故杀青时间选择10～20 min为宜。

由图1（C）可知：随着杀青温度升高，槟榔硬度呈显著下降趋势（p＜0.05），槟榔总酚质量分数呈明显先升高后降低趋势（p＜0.05），总酚质量分数呈不同程度增加的原因可能是槟榔未与水直接接触且热处理钝化了多酚氧化酶活性，另外热作用破坏槟榔细胞结构，在一定程度促进了酚类物质的释放；但杀青温度过高，槟榔软化过度，咀嚼感差且易促使多酚类物质被氧化降解或破坏[18]，继而降低多酚类物质的质量分数，故杀青温度选择100～110 ℃为宜。

2.2 响应面试验结果

2.2.1 回归方程的建立和方差分析

选择原料添加量（A）、杀青时间（B）及蒸汽温度（C）为自变量，槟榔杀青后硬度和总酚质量分数为响应值，利用软件Design-Expert 8.0.6中的Box-Behnken设计试验，结果如表3～表5所示。

表3 响应面试验设计方案及结果

表4 硬度方差分析结果

表5 总酚质量分数方差分析结果

对表3的试验数据进行多元回归拟合，得到回模型方程：

对硬度评价模型进行方差分析，结果见表4。由方差分析结果可以看出，模型极显著（p＜0.01），方差的失拟项不显著（p=0.0542＞0.05），说明回归模型对响应值拟合程度较高，模型选择合理；模型的相关系数R2=0.9933，校正相关系数Radj2=0.9848，表明槟榔硬度实际值与预测值相关性较好，能解释99.33%响应值的变化。由回归方程可知各因素对响应值的影响并不是简单的线性关系，一次项A、B、C、交互项AB、AC、BC以及A2、B2、C2对杀青后的槟榔硬度有极显著影响（p＜0.01）。F值能够反映各因素对响应值的重要性，F值越大，表明对响应值的影响越大[19-20]，故3个因素对杀青后的槟榔硬度影响程度依次为杀青时间＞蒸汽温度＞原料添加量。

对总酚质量分数评价模型进行方差分析，结果见表5。由方差分析结果可以看出，模型极显著（p＜0.01），方差的失拟项不显著（p=0.1679＞0.05），说明回归模型对响应值拟合程度较高，模型选择合理；模型的相关系数R2=0.9898，校正相关系数Radj2=0.9768，表明杀青后槟榔总酚质量分数实际值与预测值相关性较好，能解释98.98%响应值的变化。由回归方程可知各因素对响应值的影响并不是简单的线性关系，一次项A与交互项AB、BC、AC对杀青后的槟榔总酚质量分数影响不显著（p＞0.05），一次项B、C与二次项A2、B2、C2对杀青后的槟榔总酚质量分数有极显著影响（p＜0.01）。3个因素对杀青后的槟榔总酚质量分数影响程度依次为蒸汽温度＞杀青时间＞原料添加量。

综上说明，回归方程可以很好地描述各因素与响应值之间的真实关系，试验结果与模型拟合程度高，试验误差小，预测值与实测值的相关性较好，可用该模型来分析和预测槟榔蒸汽杀青的最佳工艺条件。

2.2.2 验证试验

运用 Design-Expert V 8.0.6.1软件对数据进行分析优化，得到蒸汽杀青的理论最佳工艺条件：原料添加量2.88 kg、杀青时间20.50 min、蒸汽温度105.29℃。在此工艺下，槟榔杀青后硬度为63.59 N，总酚质量分数为8.23%。为进一步验证模型的准确性和可行性，选取原料添加量3 kg、杀青时间20 min、蒸汽温度105 ℃，经3次验证试验，蒸汽杀青后槟榔硬度为（66.49±1.15）N，总酚质量分数为（8.16±0.06）%，与理论值基本相符，因此响应面法优化槟榔蒸汽杀青工艺条件是可行的，具有实用价值。

2.3 最优组合质构测定

经响应面优化试验后，取最优工艺条件下杀青后的槟榔测其质构，其质构结果如表6所示。结果表明，杀青前后槟榔的硬度和咀嚼性具有显著性差异（p＜0.05），而蒸汽杀青前后槟榔弹性差异不显著（p＞0.05）。总体看来，蒸汽杀青后的槟榔质地均匀，软化程度适中，整体形态较好。

表6 最优组合质构测定

2.4 扫描电镜分析

由图2扫描电镜结果可知，图2（a）和图2（b）杀青前槟榔鲜果表面较光滑、纤维内部构成较密、孔隙少，图2（c）和图2（d）蒸汽杀青后槟榔表面褶皱、槟榔木质纤维结构孔径变大，结构变松弛。由此看出，经过蒸汽杀青处理，槟榔果的微观结构发生改变。

图2 扫描电镜图

3 结论

杀青工艺是槟榔品质形成的关键工序，蒸汽杀青工艺中槟榔添加量、杀青时间与杀青温度是决定杀青质量的重要因素。试验采用响应面法优化槟榔蒸汽杀青工艺条件合理可行，其最佳工艺为原料添加量3 kg、杀青时间20 min、蒸汽温度105 ℃。在此条件下，槟榔硬度为（66.49±1.15）N，总酚质量分数为（8.16±0.06）%，与模型预测值基本相符。槟榔质构和扫描电镜分析表明蒸汽杀青技术打破了槟榔细胞结构，槟榔物理性质及木质纤维结构在杀青过程中发生明显变化，该处理极大地改善了槟榔的加工特性，为槟榔杀青技术提升和食用槟榔深加工开发利用提供了理论依据和优质原料。长期嚼食槟榔会损害口腔硬组织和软组织，槟榔纤维过硬也会影响产品的口感，如何将杀青技术与槟榔纤维软化技术有机结合提升槟榔产品品质还有待深入研究。微波杀青技术是利用高频微波的震荡作用，激发植物组织内部水分子高速运动而迅速产热的杀青技术，具有升温快、加热均匀、穿透强、操作方便等特点，有研究发现微波杀青技术在物料色泽保持以及生物碱、多酚类物质等活性成分保留方面有良好表现[21-22]，怎样单独或与蒸汽杀青等技术耦合应用于槟榔杀青工艺中也值得科研人员探究。