热风干燥桑叶的干燥特性、活性成分含量及抗氧化能力研究

尚平，关亚鹏，张丽媛，田亚红

（1.石家庄职业技术学院食品与药品工程系，河北 石家庄 050081；2.华北理工大学生命科学学院，河北 唐山 063000）

桑树（Morus alba L.）为桑科桑属落叶乔木，目前世界现存种类约有10种～14种[1-2]。桑树在我国具有悠久的栽培历史，桑树种植面积较广[3-4]。桑树在我国属于特种经济类树种，用途广泛，经济价值较高，桑叶为蚕的主要饲料，桑果可直接食用或加工成果干、果酱等产品[5]。桑叶除用于饲养蚕之外，还可制成桑茶等加工产品，具有清肺热、去肝火、改善视力等作用，药用价值较高。桑叶营养成分丰富，前人研究结果表明其含有丰富的维生素、矿物质、多糖、蛋白质及生物碱等营养功能成分[6-7]，这些营养成分给予桑叶较高的药用价值。现代医学研究表明桑叶提取物具有较高的降血压、降血脂、降血糖及防止粥样动脉硬化的能力[8]，1-脱氧野尻霉素（1-deoxynojirimycin，DNJ）是桑叶中的主要降血糖功能成分，众多研究表明桑叶中的DNJ能够控制糖尿病患者血糖升高，具有良好的调节血糖功效[9-10]，此外桑叶中还含有丰富的黄酮类化合物，具有较高的抗氧化活性[11]。

干制是采用物理方式将物料中水分脱除，延长物料的贮藏期。通过干制可以提高物料的经济价值[12]。新鲜桑叶的含水量较高，采摘后常温下极易腐烂变质，失去利用价值，传统的晒干、阴干法干燥速率低，且无法满足健康卫生的需求，目前食品干燥已从传统干燥方式转变为现代多元化干燥，例如热风干燥、真空冷冻干燥、中短波红外干燥等[13]。热风干燥是目前应用最为广泛的干燥方式，其干燥成本较低、干燥量大、设备仪器操作难度及成本较低[14]。相关研究表明，热风干燥温度对果蔬营养物质及抗氧化活性影响较大[15]，赵惠玲等[16]采用不同干燥方式干燥桑叶，对比了不同干燥方式下桑叶中主要活性成分的含量变化，结果表明不同干燥处理桑叶活性成分差异较大。目前关于桑叶不同干燥温度下热风干燥过程中营养成分的变化规律研究较少，而工艺参数对干燥桑叶的功能性品质有重要的影响。因此本试验以真空冷冻干燥作为对照干燥方法，探究不同热风干燥温度对桑叶活性成分及抗氧化活性的影响，筛选桑叶干燥的最佳条件，为桑叶热风干燥加工提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大叶桑（初始水分含量为70.3%）：市售；Folin-Ciocalteu 试剂、1-二苯基-2-三硝基苯肼 （1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）（均为分析纯）、Trolox试剂（色谱纯）：美国Sigma公司；甲醇、乙醇、无水碳酸钠（均为分析纯）：天津市博迪化工有限公司；没食子酸、绿原酸、咖啡酸、肉桂酸、阿魏酸、芦丁标准品：上海源叶生物试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

UV-2600型紫外分光光度计：尤尼柯（上海）仪器有限公司；JD400-3型电子分析天平：北京赛多利斯科学仪器有限公司；DHG-9070A电热鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；KQ-700DE型数控超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；CR-400色差计：柯尼卡美能达有限公司；1525型二元高压液相色谱仪：美国Waters公司；SCIENTZ-18N冷冻干燥机：宁波新芝生物科技股份有限公司；RE-52AA型旋转蒸发仪：上海安亭生化仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 桑叶预烫处理

称取500 g桑叶作为一次预处理用量，为防止桑叶干燥过程发生酶促褐变，品质下降，干制前对其进行热水烫漂预处理，将桑叶置于90℃热水中热烫处理3 min，干燥至含水率（≤10%干基）[17]，预烫处理完毕后立即捞出并用滤纸吸干表面水分进行后续干燥加工。

1.3.2 桑叶干燥条件

取预烫后桑叶200 g，平铺于干燥箱托盘中，设置热风干燥温度为40、50、60、70℃，利用称重法测定干燥过程桑叶的含水量。

1.3.3 桑叶干燥参数

热风干燥过程中桑叶干基含水率Mt计算公式如下。

式中：Mt为桑叶热风干燥过程t时刻的干基含水率，%；Wt为桑叶热风干燥至t时刻的总质量，kg；G为桑叶干物质量，kg。

MR为热风干燥过程中桑叶的水分变化，其计算公式如下。

式中：MR为桑叶热风干燥过程中水分的变化（无量纲）；Me为桑叶热风干燥达到平衡时的干基含水率，%；M0为桑叶初始干基含水率，%；Mt为桑叶热风干燥过程t时刻的干基含水率，%。

桑叶热风干燥过程中干燥速率Dr计算公式如下。

式中：Dr为桑叶热风干燥速率，g/（g·h）；Mt+Δt为桑叶干燥至t+Δt时刻的干基含水率，%；Δt为热风干燥取样间隔时间，h；Mt为桑叶热风干燥过程t时刻的干基含水率，%。

1.3.4 桑叶色泽参数

对鲜桑叶及干燥后桑叶进行色泽评价，依据CIELAB表色系统对桑叶的L*、a*、b*值进行测定，同时对不同干燥条件干燥后桑叶的色泽差异ΔE进行评价[18]，其中ΔL*、Δa*及Δb*分别为干燥前后亮度值L*、红色值a*及黄色值b*的差值，ΔE计算公式如下。

1.3.5 总酚、总黄酮及单体酚含量测定

1）桑叶中总酚及总黄酮提取：准确称取1 g桑叶样品置于研钵中充分研磨，后加入30 mL 80%乙醇，后将混合物置于70℃温度下水浴2 h，提取液4℃下9 000 r/min离心15 min，提取步骤重复3次，合并离心上清液即为多酚和黄酮粗提取液。

以没食子酸为当量，福林酚法测定桑叶提取物中总酚的含量[19]；以槲皮素为当量，三氯化铝法测定桑叶中总黄酮含量[2]。

2）单体酚含量的测定：利用高效液相色谱法（high performance liquid chromatography，HPLC） 测定桑叶中单体酚类物质的含量[20]，单体酚类物质的提取方法与总酚提取方法一致，液相色谱条件：色谱柱为Waters Symmetry ODS C18（4.6 mm×150 mm，5 μm）色谱柱；柱温30℃；进样量5 μL；紫外检测波长280 nm；流速0.8 mL/min；流动相A为甲醇，流动相B为pH 2.6的磷酸水溶液，梯度洗脱程序：0 min 15%A，15 min～25 min 25%A，65 min 75%A，70 min 15%A梯度为线性变化。

1.3.6 DNJ含量测定

准确称取待测桑叶1 g，加入0.05 mol/L HCl溶液50 mL，混匀后30℃超声水浴10 min，20℃下10 000×g离心5 min。收集上清液，重复提取沉淀。上清液超纯水定容至100 mL，得到样品提取液。取DNJ提取液（或DNJ标准溶液）100 μL，加入0.4 mol/L硼酸钾缓冲液（pH 8.5）100 μL，后加入 200 μL 1mol/L 芴甲氧羰酰氯（溶于乙腈），充分混合后20℃条件下水浴20 min，后加入100 μL 1 mol/L的甘氨酸中和剩余的FMO-Cl终止反应，后加入100 μL 1%的醋酸溶液，过0.22 μm水系滤膜后待测。

利用高效液相色谱法测定桑叶中DNJ含量[21]，色谱柱：CORTECSTM C18（2.1 mm×100 mm，2.7 μm），紫外检测器，检测波长为254 nm，流动相：乙腈∶0.5%乙酸（28∶72，体积比），流速：0.6 mL/min，柱温：28℃，进样量：1 μL。

1.3.7 抗氧化能力测定

取5 g桑叶，研磨后用20 mL 80%甲醇溶液超声提取30 min，5 000 r/min离心20 min收集上清液，重复提取3次，合并上清液液并用80%甲醇定容至100 mL，用于抗氧化能力测定。

桑叶的抗氧化能力的测定以DPPH自由基的清除能力及铁离子还原能力（ferric ion reducing antioxidant power，FRAP）为指标，DPPH自由基清除能力以及铁离子还原能力测定使用Trolox作为标准对照品，结果均以mg/g DW表示[22]。

1.4 数据分析

每组试验重复3次，利用SPSS 19.0软件进行数据分析，测定结果以均值±标准偏差表示，指标间的相关性采用皮尔逊法。

2 结果与分析

2.1 桑叶干燥过程的干燥曲线

不同干燥温度热风干燥桑叶的干燥时间与水分比的关系如图1所示。

图1 不同干燥温度下桑叶的干燥曲线Fig.1 Drying curve under drying temperatures

由图1可知，随着温度的升高，桑叶干燥至终点的时间明显缩短，40、50、60、70℃下桑叶干燥至干制终点的时间分别为 204、163、133、102 min。桑叶在热风干燥初期水分含量迅速下降，主要原因为桑叶中大量的自由水迅速由内部扩散至表皮，水分被热风带走，而后期观察到水分变化速度变慢，主要因为自由水逐步散失，结合水含量较低且不易扩散，水分含量越来越接近平衡含水量，水分扩散速度明显降低。

桑叶不同温度干基含水率与热风干燥速率的关系如图2所示。

图2 不同干燥温度下的干燥速率曲线Fig.2 Drying rate curves at different drying temperatures

由图2可知，在干制过程中，随着桑叶干基含水率的不断升高，桑叶干燥速率随之升高，并且随着干燥温度的升高相同干基含水率的桑叶其干燥速率显著提高。

2.2 干制桑叶色泽参数

干制品的颜色是影响消费者购买欲望的重要因素[23]，不同干燥温度下桑叶干制品的色泽参数如表1所示。

表1 不同干燥温度干制桑叶色泽参数Table 1 Color parameters of dried mulberry leaves at different drying temperatures

由表1可知，新鲜桑叶具有最高的亮度值（L*）及黄色值（b*），最低的红色值（a*），干制能够降低桑叶亮度值及黄色值，提高其红色值，不同干燥温度干制桑叶亮度值范围为 8.5～20.5；红色值范围为-7.2～-2.1；黄色值范围为6.3～16.3。亮度值与黄色值的不断降低，红色值提高的主要原因一方面是高温造成酶促褐变生成了褐色物质，另一方面是桑叶中叶绿素不断降解[24]。随着干燥温度的升高桑叶色差值（ΔE）具有显著性差异（P＜0.05），40℃干燥条件下色差值最小（17.2），70℃干燥条件下色差值最大（33.6），这表明低温干燥桑叶色差值更接近新鲜桑叶。

2.3 干燥过程总酚、总黄酮含量的变化

酚类物质广泛存在于水果蔬菜中[25]，由于其潜在的自由基清除能力与抗氧化活性，对于人体健康具有至关重要的作用[26]，桑叶不同温度热风干燥过程中总酚与总黄酮含量的变化如图3所示。

图3 不同干燥温度下桑叶总酚及总黄酮含量随干燥时间的变化规律Fig.3 Changes in the content of total phenols and total flavonoids of mulberry leaves with drying time at different drying temperatures

由图3可知，在4种干燥温度下总酚含量在热风干燥初期皆存在明显的上升趋势后迅速下降，干燥初期总酚含量上升的主要原因是热风温度短时间内提高了相关酶的活性，促进了结合态酚类物质的转化，总酚含量随着干燥时间迅速下降的原因为酚类物质不断接触氧气被氧化[27]。随着热风干燥温度的提升桑叶干燥至终点，总酚含量呈现先上升后下降趋势，60℃热风干燥条件下总酚含量最高（27.6 mg/g DW），达到了鲜桑叶的84.9%，其次是50℃干燥条件下（23.8 mg/g DW），70℃干燥条件下桑叶总酚含量最低为19.6 mg/g DW，仅为鲜桑叶的60.3%。70℃干燥条件下总酚含量最低的原因可能是过高的干燥温度虽减少了干燥时间，但最大限度地激活了多酚氧化酶的活性，使酚类物质降解速率提高。

黄酮类化合物是果蔬植物中分布最为广泛的一类酚类化合物，具有抗氧化、抗炎、治疗哮喘、预防心血管疾病等作用[28]，在干燥初期，除70℃外，其余3个温度下总黄酮含量存在略微上升趋势，随后迅速下降。随着热风干燥温度的提升桑叶干燥至终点，总黄酮含量呈现先上升后下降趋势，60℃热风干燥条件下总黄酮含量最高（18.9 mg/g DW），达到了鲜桑叶总黄酮的68.5%，70℃干燥条件下桑叶总黄酮含量最低为15.4 mg/g DW，仅为鲜桑叶总黄酮的55.8%。

2.4 桑叶中DNJ含量测定

DNJ是一种天然存在的一种多羟基具有亚胺基团的生物碱，由于其结构类似葡萄糖，目前被认为是控制血糖水平的最有效的葡萄糖苷酶抑制剂[29-30]，桑叶中富含DNJ，因此桑叶具有较好地控制血糖功能。有研究表明鲜桑叶中DNJ含量为4mg/100g～268mg/100g[31]，本研究所得鲜桑叶的DNJ含量为2.3 mg/g DW。不同热风干燥温度下桑叶中DNJ含量随干燥时间的变化规律如图4所示。

图4 不同干燥温度下DNJ含量随干燥时间的变化规律Fig.4 Change of DNJ content with drying time at different drying temperatures

由图4可知，桑叶经不同热风干燥温度干燥后其DNJ含量有所上升，随着干燥温度的升高DNJ含量呈现上升趋势，70℃干燥条件下干制品DNJ含量最高为3.4 mg/g DW，60℃与50℃干燥条件下干制品DNJ含量皆为2.8 mg/g DW，40℃干制条件下干制品DNJ含量为2.4 mg/g DW，因此提高干燥温度有利于提高桑叶DNJ含量，主要原因可能为温度促进了酶促反应，其增加机制还需进一步研究。

2.5 桑叶单体酚类物质含量

桑叶中含有丰富的酚酸类及类黄酮类物质，这些物质具有抗氧化、降血糖、降血压及预防粥样动脉硬化等作用[24]，不同干燥温度下桑叶的酚类物质含量变化如表2所示。

表2 不同干燥温度下桑叶单体酚类物质的含量Table 2 Phenols content of mulberry leaves at different drying temperatures mg/100 g DW

由表2可知，桑叶中共检测出8种酚类物质，其中鲜叶中绿原酸、阿魏酸含量较高分别为（230.7±6.7）、（556.7±7.6）mg/100 g DW，这与 WANYO 等[24]研究桑叶中主要酚类物质结果一致。这两种酚类物质经不同干燥温度干制后其含量皆明显降低，主要原因可能为酚类物质在高温下部分氧化分解所致。随着干燥温度的升高，两种酚类物质含量均呈现先升高后降低的趋势，60℃干燥条件两种主要酚类物质保留量最高，绿原酸含量为203.3 mg/100 g DW，阿魏酸含量为500.2 mg/100 g DW，绿原酸含量达到了鲜叶含量的88.1%，阿魏酸含量达到了鲜叶含量的89.9%，产生这一现象的主要原因可能是60℃干燥条件下相关酶类活性较强，从而促进了其它酚类物质的转化。除绿原酸、阿魏酸外，桑叶中丁香酸、咖啡酸、香草酸及原儿茶素含量也较高，70℃干燥条件香草酸含量达到了18.2 mg/100 g DW，为鲜叶的1.42倍，咖啡酸含量达到了16.9 mg/100 g DW，为鲜叶的1.37倍，出现这一现象的主要原因可能一方面为温度激活了相关酶的活性，促进了酚类物质的转化，另一方面为不同酚类物质具有不同的结构对在热加工过程中对温度的敏感性不同[24]。此外在鲜叶中还检测到了较低含量的没食子酸，随着干燥温度的升高没食子酸逐渐降解。

2.6 桑叶抗氧化能力测定

食品的抗氧化能力取决于不同抗氧化成分的作用机理，因此应该利用多种评估方式评价食品的抗氧化能力[32]，其中DPPH自由基清除能力与铁离子还原能力被广泛应用于食品的抗氧化能力评价[33]，不同干燥温度下桑叶的DPPH自由基清除能力与铁离子还原能力如图5所示。

图5 不同干燥温度下桑叶抗氧化能力Fig.5 Antioxidant capacity of mulberry leaves at different drying temperatures

由图5可知，鲜叶显示出最高的抗氧化活性，DPPH自由基清除能力为20.6 mg/g DW，铁离子还原能力为110.2 mg/g DW。桑叶经干燥后DPPH自由基清除能力和铁离子还原能力均显著降低。随着干燥温度的升高，桑叶的抗氧化能力显示出先升高后降低趋势，60℃桑叶抗氧化能力最强，DPPH自由基清除能力为17.6 mg/g DW，铁离子还原能力为82.5 mg/g DW。这与桑叶中总酚含量变化趋势类似，相关文献表明酚类物质含量与抗氧化能力显著正相关[34]，60℃干燥条件下桑叶抗氧化能力最强的原因可能是此温度下桑叶总酚及总黄酮保留量最高。

3 结论

以新鲜桑叶为材料，热烫处理后将其置于不同温度下（40、50、60、70℃）进行热风干燥，探究不同干燥温度桑叶的干燥特性、色泽及干燥过程总酚、总黄酮、1-脱氧野尻霉素含量的变化，并对干燥后桑叶单体酚类物质含量，抗氧化活性进行评价。结果表明，随着热风干燥温度的升高，桑叶干燥至干制终点的时间显著缩短，40、50、60、70 ℃下桑叶干燥至干制终点的时间分别为 204、163、133、102 min；随着温度的升高桑叶褐变程度提高，较低的干燥温度有助于保持桑叶的色泽；桑叶中总酚及总黄酮含量随着干燥过程的持续呈现先上升后下降趋势，且60℃下桑叶的总酚及总黄酮含量最高（总酚含量为27.6 mg/g DW，总黄酮含量为18.9 mg/g DW），桑叶经不同温度热风干燥后其1-脱氧野尻霉素含量呈现上升趋势，70℃干燥条件含量最高为3.4 mg/g DW。

不同干燥温度下桑叶共检测出8种单体酚类物质，其中绿原酸、阿魏酸含量较高为主要的酚类物质，且经干燥后两种主要酚类物质含量有所下降，60℃干燥条件两种主要酚类物质保留量最高（绿原酸含量为203.3mg/100 g DW，阿魏酸含量为500.2 mg/100 g DW）；鲜桑叶及其干制品皆显示出较高的抗氧化能力，鲜桑叶显示出最高的抗氧化活性（DPPH自由基清除能力为20.6 mg/g DW，铁离子还原能力为110.2 mg/g DW），60℃干燥温度下干制桑叶抗氧化能力最强（DPPH自由基清除能力为17.6 mg/g DW，铁离子还原能力为82.5 mg/g DW）。60℃干燥温度条件下桑叶干制时间较短，干制品总酚、总黄酮含量较高，抗氧化能力较强，可作为较佳的桑叶干制条件，因70℃干燥条件下桑叶干制品1-脱氧野尻霉素含量最高，因此70℃可作为生产辅助糖尿病病人控制血糖的桑茶较佳干燥条件，以此研究为指导，可为桑叶的生产加工提供理论依据。