不同干燥方式对斑兰叶挥发性成分的影响.pdf

53科研进展ResearchProgress2024.2总第117期陈苏森1,2 吉训志1 张映萍1,3 贺书珍1 宗迎1 秦晓威1 鱼欢1 初众1 张昂1*（1中国热带农业科学院香料饮料研究所/海南省热带香辛饮料作物遗传改良与品质调控重点实验室/农业农村部香辛饮料作物遗传资源利用重点实验室/海南省特色热带作物适宜性加工与品质控制重点实验室 海南万宁 5715332云南农业大学热带作物学院 云南普洱 6650003怒江绿色香料产业研究院 云南怒江 673299）摘 要：斑兰叶是海南培育的新兴特色香料作物之一，目前亟待开发适宜斑兰叶的高品质干燥方法。研究通过利用气相色谱质谱联用法（GC-MS）分析和对比室内晾干、50热风干燥和微波干燥3种方式处理后斑兰叶主要挥发性成分的差异，明确不同干燥方式对斑兰叶主要挥发性成分含量等品质指标的影响。结果表明，不同干燥方式对不同种类挥发性物质的含量影响较大。针对斑兰叶主要挥发性成分，微波干燥有助于斑兰叶主要香气成分2-乙酰-1-吡咯啉和主要活性成分角鲨烯的保留，但叶绿醇含量较其他干燥方式显著降低；常温干燥对叶绿醇的影响较小，却显著加速斑兰叶2-乙酰-1-吡咯啉和角鲨烯散失；热风干燥后叶绿醇和角鲨烯含量均较显著降低。因此，尽管微波干燥可能对斑兰叶色泽影响较大，但依然是最适宜的高品质斑兰叶的干燥加工方式。研究结果为拓宽斑兰叶应用场景及相关产业发展提供理论支撑。关键词：香露兜；微波干燥；热风干燥；2-乙酰-1-吡咯啉；角鲨烯；叶绿醇The Effect of Different Drying Methods on the Volatile Components of Pandanus Amaryllifolius Roxb.Leaves不同干燥方式对斑兰叶挥发性成分的影响CHEN Susen1,2,JI Xunzhi1,ZAHNG Yingping1,3,HE Shuzhen1,ZONG Ying1,QIN Xiaowei1,YU Huan1,CHU Zhong1,ZHANG Ang1*基金项目：海南省重点研发计划（ZDYF2022XDNY151）；万宁市重点科研项目（2022wnkj04）。作者简介：陈苏森（2001），男，本科，研究方向为热带作物栽培。E-mail：*通信作者：张昂（1991），男，博士，助理研究员，研究方向为热带作物栽培。E-mail：angzhang_ 54科研进展ResearchProgressAbstract:Pandanus amaryllifolius Roxb.(Pandan)leaves are one of the emerging characteristic spice plants in Hainan Province,and there is an urgent require to develop the suitable high-quality drying methods for Pandan leaves.To compare the effects of different drying methods on the contents of volatile components and other quality indicators of Pandan leaves,gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)was used to analyze the differences in the main volatile components of Pandan leaves treated with three methods:room temperature drying,50 hot air drying and microwave drying.The results indicated that different drying methods had a significant impact on the contents of different types of volatile substances in Pandan leaves.For the main volatile components of Pandan leaves,microwave drying was conducive to retain the key volatile aroma component 2-acetyl-1-pyrroline and the key active substance squalene in Pandan leaves,but accelerated the loss of chlorophyll.However,the contents of chlorophyll and squalene significantly decreased after hot air drying.The research results indicated that although microwave drying might have a significant impact on the color of Pandan leaves,it was still the most suitable drying method for high-quality Pandan leaves.This study was expected to solve the bottleneck of Pandan leaf industry,broaden the application scenarios of Pandan leaves,and provide the theoretical support for the development of related industries.Keywords:Pandanus amaryllifolius Roxb.;microwave drying;hot air drying;2-acetyl-1-pyrroline;squalene;chlorophyll斑兰叶，学名香露兜（PandanusamaryllifoliusRoxb.），在海南当地被称之为“香兰叶”、“斑斓叶”。斑兰叶是露兜树科（Pandanaceae）露兜树属（Pandanus）的多年生草本植物，通常用作香料，因为其四季常绿也可以作为一种观赏植物运用到园艺中，斑兰叶主要在印度尼西亚、马来西亚、越南和菲律宾等东南亚国家分布，也是海南省近年来培育的新兴热带香料作物之一1,2。斑兰叶的鲜叶是其主要利用部分，可直接用于制作特色的糕点、冰淇淋、糖果和茶饮等产品3。因为其叶片中富含的2-乙酰-1-吡咯啉（2AP）等有机挥发化学成分，使其能够散发清新淡雅的“粽香”，深受消费者喜爱，也因此被誉为“东方的香草”1,4。此外，斑兰叶中还含有叶绿醇、角鲨烯和甾醇等活性物质5-7，在促进人体新陈代谢、抗氧化、抗癌等方面具有极大的开发利用价值7-9。一方面，斑兰叶因为其鲜叶不宜长时间贮存，使其在食品工业和其他领域的应用范围长期局限于我国海南和广东等南方热带和亚热带省份3。另一方面，由于斑兰叶相关产品以粗加工为主，价格高昂、产品品质无标准，导致很难通过规模优势来降低生产成本，使得其在市场上的推广和应用受到很大限制10。因此，为了方便贮运与加工使用，通常会将斑兰叶叶片进行干燥11，从而延长斑兰叶保质期，解除其产地限制，推动斑兰叶产业的快速发展。然而，斑兰叶主要品质的决定因素是其叶片中主要挥发性香气成分的含量12，而干燥后的斑兰叶中的天然绿色素（叶绿素）、挥发性香气成分和活性成分等容易受加工环境、加工方式等因素的影响，加工条件不当极易造成斑兰叶粉品质受损13。目前常用的斑兰叶干燥工艺有室内常温晾干、50热风干燥和微波干燥等方式5,13。室内晾干和热风烘干是传统的食品加工保藏方法之一，具有加工成本低、工艺简单和普适性强等优点14-17。微波(1InstituteofSpicesandBeverages,ChineseAcademyofTropicalAgriculturalSciences/KeyLaboratoryofGeneticImprovementandQualityRegulationofTropicalSpiceandBeverageCropsinHainanProvince/KeyLaboratoryofGeneticResourceUtilizationofSpiceandBeverageCrops,MinistryofAgricultureandRuralAffairs/KeyLaboratoryofProcessingSuitabilityandQualityControlofCharacteristicTropicalCropsofHainanProvince,Wanning571533,Hainan;2TropicalCropsCollege,YunnanAgriculturalUniversity,Puer665000,Yunnan;3NujiangGreenSpiceIndustryResearchInstitute,Nujiang673299,Yunnan)55科研进展ResearchProgress2024.2总第117期通过使用电子天平测量，求出鲜重与干重的比值，组内求平均值，每个干燥处理重复3次。1.3.2气相色谱质谱分析参考郭培培13的方法，制定斑兰叶挥发性成分测定方法如下。提取方式：分别称取1.0g干燥后的斑兰叶，置于50mL离心管，加入6mL100%乙醇，每种干制样品3次重复，在50、400W、40kHz下超声波萃取60min，经0.22m有机相针式滤器（尼龙）过滤，获得提取液，上机检测。GC-MS分析条件色谱条件：色谱柱为DB-WAX（30m0.25mm0.25m）弹性石英毛细管柱，载气为高纯氦气（99.99%），载气流量1mLmin-1，不分流进样，进样口温度250，接口温度250，柱初始温度50，保持2min，以5min-1升温至100，再以6/min升温至240，保持10min。质谱条件：离子源为EI；电压70eV；离子源温度230；四极杆温度150，进样口温度为250，扫描质量范围30450amu。定性分析：结合质谱和保留指数（RI）对斑兰叶挥发性成分进行定性，其中质谱分析结果在NIST2017谱库进行检索。定量分析：精密吸取角鲨烯标准品和甲醇（色谱醇），分别按照50gmL-1、100gmL-1、150gmL-1、300gmL-1、500gmL-1的溶液浓度梯度进行配置，按照样品的色谱条件，标准品梯度浓度由低到高的顺序依次进样，每个浓度进样3次，以各组分梯度浓度为横坐标，3次测定峰面积的平均值为纵坐标，得到各组分的定量线性关系。利用峰面积按照线性方程计算角鲨烯含量，再根据角鲨烯含量对2AP、叶绿醇等其他挥发性物质进行半定量，计算公式如下：其中：Xi为待测物质含量；Cs为样品中2AP含量；As为2AP的峰面积；Ai为待测物的峰面积。1.4数据分析采用Excel软件进行数据统计，结果以平均值标准差表示。统计分析使用SASV8软件，在进行数据分析之前，对各类数据进行正态分布检验（单干燥是一种通过微波从多个角度穿透物料，加速物料内部水分子的热运动并快速转化为蒸汽的干燥方式18。与传统干燥方式相比，微波干燥具有干燥速度快、干燥均匀、节能环保、安全无害、香气损失少、容易形成多孔性结构、干燥产品复水性好等特点，而且由于干燥时间短，微波干燥能最大限度地保持物料的生物活性和物料原有的色泽和营养成分18。因此，明确在不同干燥方式下斑兰叶主要挥发性成分的变化如何，从而筛选出适宜斑兰叶的干燥加工方式，明确斑兰叶关键香气成分含量等品质指标在不同干燥方式处理下的差异，能够为筛选斑兰叶高品质干燥加工方式和实际生产实践提供理论参考。1 材料与方法1.1试验材料斑兰叶采自中国热带农业科学院香料饮料研究所（兴隆热带植物园）种质资源圃。随机选择28株植株上自顶端至基部第35叶位的新鲜叶片（品种、生长周期、生长环境相同，无人类活动、灾害影响），样品在采摘后立即带回实验室处理，用蒸馏水清洗叶面杂质后，沥干水分后置于自封袋内备用。1.2仪器设备95%乙醇溶液、石英砂、碳酸钙（西陇科学股份有限公司）；AR2140型千分之一电子天平梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；GZX9140MBE型数显鼓风干燥箱（上海博迅实业有限公司医疗设备厂）；QW-12HM4型隧道式微波干燥杀菌机（广州科威微波能有限公司）。1.3 试验方法1.3.1斑兰叶的干燥处理将斑兰叶随机分成3组，单层平铺于托盘中，分别进行不同的干燥处理：晾干，置于室内阴凉处，在室温下自然晾干，直至水分含量低于5.0%；热风干燥，于鼓风干燥箱内进行，干燥箱的温度为50，干燥5h以上，直至水分含量低于5.0%；微波干燥，将斑兰叶单层均匀的平铺在传送带上，以12kW的微波功率、2450MHz50Hz的微波频率，连续重复干燥，每次15min，直至水分含量低于5.0%。水分含量的测定XiCsAiAs56科研进展ResearchProgress个样本K-S检验），检验数据均符合正态分布。单因素方差分析（Oneway-ANOVA）用于对比斑兰叶主要挥发性成分种类和含量以及关键香气成分的差异，使用邓肯检验进行多重比较，用于比较各个指标在不同干燥方式间是否存在显著差异（P0.05，图1A），但是其挥发性物质含量在不同干燥图1 不同干燥方式对斑兰叶挥发性物质种类（A）和含量（B）的影响挥发性物质种类/种挥发性物质含量/(mg/g)吡咯啉微波干燥微波干燥热风干燥干燥方式 干燥方式热风干燥室内晾干室内晾干醇类酚类呋喃类呋喃酮醛类酸类烃类酮类酯类4030302020101000AB57科研进展ResearchProgress2024.2总第117期方式处理后存在较大差异（图2），并且热风干燥和微波干燥后的斑兰叶挥发性物质含量相比室内晾干分别显著降低11.14%和40.37%（P0.05，图1B）。上述结果表明，尽管不同干燥方式对斑兰叶挥发性物质种类的影响较小，却显著改变挥发性物质含量。对于不同的挥发性物质，微波干燥处理后的斑兰叶吡咯啉含量显著高于室内晾干191.23%（P0.05）；热风干燥和微波干燥处理后的醇类和酸类物质含量分别显著低于室内晾干13.90%和61.45%（P0.05），以及24.18%和49.77%（P0.05）；微波干燥处理后的酚类和醛类物质含量分别显著高于室内晾干处理202.84%和418.53%（P0.05），而呋喃酮类和酯类物质却显著低于室内晾干处理41.20%和63.06%（P0.05）；热风干燥和微波干燥处理后的醇类物质含量分别显著高于室内晾干105.39%和115.19%（P0.05）；热风干燥和微波干燥处理对烃类和酮类物质的影响与室内晾干处理保持一致（图1B）。上述结果表明不同干燥方式对斑兰叶不同挥发性物质含量的影响存在显著差异。2.2不同干燥方式对斑兰叶主要挥发性物质含量的影响单因素方差分析结果显示，微波干燥处理后的2-乙酰-1-吡咯啉含量分别显著高于室内晾干和热风干燥处理191.23%和158.66%（P0.05，图3A）；热风干燥和微波干燥处理后的叶绿醇含量分别显著低于室内晾干18.51%和37.14%，同时微波干燥处理后的叶绿醇含量显著低于热风干燥22.86%（P0.05，图3B）；微波干燥处理后的角鲨烯含量显著高于室内晾干25.82%，然而热风干燥处理后图2 不同干燥方式下斑兰叶中挥发性成分的PCA分析室内晾干热风干燥微波干燥PC1(7.66%)-1.0-1.01.0PC11.0吡咯啉醇类酚类呋喃类呋喃酮醛类酸类烃类酮类酯类58科研进展ResearchProgressbba(A)a bcbca(B)(C)图3 不同干燥方式对斑兰叶主要挥发性成分的影响2-乙酰-1-吡咯啉含量/(mg/g)叶绿醇含量/(mg/g)角鲨烯含量/(mg/g)干燥方式0.000.800.401.202.001.602.400.600.300.000.901.201.500.000.010.020.03微波干燥热风干燥室内晾干ABCbbaabbcac的角鲨烯含量却显著低于室内晾干21.74%（P0.05，图3C）。上述结果表明相比于室内晾干，微波干燥有助于斑兰叶关键挥发性香气成分2AP和关键活性物质角鲨烯的保留，却加速叶绿醇的散失，导致微波干燥的斑兰叶叶片品质较好，但色泽不够优质。热风干燥相比于室内晾干叶绿醇和角鲨烯含量均显著降低，不适用于高品质斑兰叶的干燥处理。3 讨论与结论3.1斑兰叶干燥方法的产业需求以往食品干燥方法研究主要集中于通过讨论自然晒干、真空冷冻干燥、热风干燥等方式对农产品品质指标的影响，用以探究适合的工业生产方式19，例如通过以热风干燥、真空微波干燥、真空冷冻干燥处理下山桐子的品质变化来总结3种方法在实际生产中的应用范围20。更进一步的研究认为，农产品干燥技术以及干燥装备的研发需结合农产品自身特性，以干燥方式机理为基础完善农产品品质的评价体系以及改进现有的干燥模型，从而形成农产品的高品质干燥方法21。斑兰叶作为海南培育的新兴热带特色香料作物之一，亟待开发适宜斑兰叶高品质干燥方法，用于延长斑兰叶保质期、拓展斑兰叶产业应用场景、提高斑兰叶产品附加值，59科研进展ResearchProgress2024.2总第117期从促进斑兰叶产业发展。目前晾干、晒干、冻干、烘干、微波干燥及真空干燥等方法常被作为食品干燥加工的主要方式15。受限于斑兰叶本身特性、干燥时长与经济成本，常用于斑兰叶的干燥方式主要有室内晾干、热风烘干、微波干燥、冷冻干燥等4种13。由于目前冷冻干燥和真空干燥对设备要求较高，需要前期投入大量生产线建设成本22，较其他几种干燥方式的普适性受限18，并且更加复杂的联合干燥方法也将在未来的研究中继续探究。3.2斑兰叶挥发性成分含量对多种干燥方式的响应前期研究表明，干燥方式的差异可能会影响作物产品中挥发性成分的含量、种类和比例，从而影响其品质23。本研究中微波干燥有助于吡咯啉类、醛类、呋喃类和酚类物质的保留，却可能加速酸类、醇类、酯类和呋喃酮类物质的散失（图2）。尽管微波干燥显著降低了斑兰叶挥发性物质的含量，但并未改变其物质种类，因此，微波干燥方式可能会对斑兰叶潜在风味和活性功能产生一定的不良影响，该影响应进一步探究。此外，本研究中仅对3种干燥方式后的挥发性成分含量进行了横向对比，并未将其与鲜叶中挥发性成分物质进行对比，明确不同干燥方式对斑兰叶鲜叶的具体影响数值，值得在未来的研究中继续探究。3.3适宜斑兰叶高品质干燥方法的筛选在以往的研究中发现香稻的主要香气特征来自于2AP这一物质，其香气的浓度与2AP的浓度也呈现正相关24。前期研究发现2AP具有增强细胞活性，促进新陈代谢，提高免疫力等作用25。而室温下的角鲨烯是一种无色或微黄色有香味的油状液体，角鲨烯的发现最开始是在鲨鱼的肝脏中，但为了保护濒危物种安全，探索其他天然的角鲨烯来源尤为重要26，后续研究发现在自然界中角鲨烯也存在于一些植物原料和油脂中，例如橄榄、苋菜籽等27,28，并且角鲨烯被证明具有强抗氧化性，是天然抗氧化剂之一29，同时在以往研究中也发现提取的方式对角鲨烯含量也具有显著影响30。一般来说，传统的干燥方法，如自然晾干和阴干，干燥速度较慢，相较于现代干燥方法，如热风干燥、真空干燥和微波干燥等，可能会更好地保留作物的挥发性成分14,31，本研究中微波干燥相比于热风干燥和室内晾干的方式有助于2-乙酰-1-吡咯啉类和角鲨烯等物质的保留（图1B），因此微波干燥可能是3种斑兰叶干燥方式中最适宜斑兰叶高品质干燥加工的方式。相反，热风干燥加速了叶绿醇和角鲨烯的损失，因此并不适宜用于斑兰叶的干燥加工。此外，叶绿醇含量是反映斑兰叶叶绿素含量和叶片色泽品质的重要指标32。干燥温度、干燥时间会一定程度地影响叶片样品中的叶绿素含量，通常温度过高或者干燥时间过长都会导致样品中叶绿素被分解、破坏16。而经过微波干燥工艺处理得到的斑兰叶相比其他干燥方式，保留斑兰叶中原有的叶绿素较少，仍需进一步优化加工工艺。参考文献1 黄艳丽,陈思平,郭培培,等.7种不同提取方式对香露兜挥 发性成分的影响J.天然产物研究与开发,2020,32(9):1582-1591.2 鱼欢,钟壹鸣,吉训志,等.槟榔间作香露兜对香露兜光合特 性和香气成分的影响J.热带作物学报,2022,43(4):779-787.3 宗迎,吉训志,秦晓威,等.斑兰叶在海南种植的发展前景J.中国热带农业,2019(6):15-19.4 WakteKV,NadafAB,ThenganeRJ,etal.Pandanus amaryllifoliusRoxb.cultivatedasaspiceincoastalregions ofIndiaJ.Geneticresourcesandcropevolution,2009,56:735-740.5 陈小凯,史庆龙,张湘东,等.香露兜叶超临界CO2萃取工艺 研究及成分分析J.中药材,2022,45(5):1207-1211.6 赖宣丞,黄涵,刘业谊.香露兜营养价值和加工技术研究进 展J.食品工业,2022,43(9):342-346.7 NguyenNHK,AnNTD,AnhPK,etal.Microwave-assistedextractionofchlorophyllandpolyphenolwith antioxidantactivityfromPandanusamaryllifoliusRoxb.inVietnamC/IOPConferenceSeries:MaterialsScience andEngineering.Bristol:IOPPublishing,2021:012039.8 NingrumA,MinhNN,SchreinerM.Carotenoidsand norisoprenoidsascarotenoiddegradationproductsinpandan leaves(PandanusamaryllifoliusRoxb.)J.International JournalofFoodProperties,2015,18(9):1905-1914.60科研进展ResearchProgress9 GhasemzadehA,JaafarHZ.Profilingofphenolic compoundsandtheirantioxidantandanticanceractivitiesin pandan(PandanusamaryllifoliusRoxb.)extractsfrom differentlocationsofMalaysiaJ.BMCcomplementaryand alternativemedicine,2013,13:1-9.10 鱼欢,张昂,马永忠,等.香露兜粉的毒理学评价J.现代食 品科技,2021,37(9):263-270.11 张丹,贺书珍,张映萍,等.响应面法优化香露兜叶片护色处 理工艺J.中国热带农业,2023(2):39-48.12 ZhangA,LuZ,YuH,etal.EffectsofHeveabrasiliensis intercroppingonthevolatilesofPandanusamaryllifolius leavesJ.Foods,2023,12(4):888.13 郭培培.热带特色香料香露兜资源评价与产品工艺研发D.雅安:四川农业大学,2020.14 田津津,刘玉焱,毕新伟,等.热风干燥温度和风速对玉米种 子品质的影响J.食品研究与开发,2023,44(18):33-44.15 王雨晨,张敏敏,赵恒强,等.不同干燥方式对丹参挥发性 成分的影响J.安徽农业科学,2023,51(22):188-192.16 赵愉涵,袁丽雪,王敏,等.不同干燥方式对芹菜叶品质的影 响J.食品与发酵工业,2022,48(8):205-211.17 潘阳,曹川.不同干燥方式对鲜食甜玉米粒品质的影响J.安徽师范大学学报(自然科学版),2023,46(6):550-554.18 庞凌云,詹丽娟,李家寅,等.干燥方式对铁棍山药片挥发 性风味成分的影响J.中国食品学报,2024,24(1):301-314.19 谷风林,董智哲,潘思轶,等.香草兰豆荚不同干燥方法的比 较研究J.热带农业科学,2014,34(6):66-70.20 尚祖飞,徐甜甜,邹康,等.山桐子鲜果干燥方式对山桐子油 品质的影响J.中国油脂,2024,49(1):11-15.21 许才花,佟童,韩长生,等.农作物种子微波干燥技术与装备 的应用研究J.农机使用与维修,2023(6):41-43.22 许乐贝,张见,刘元法.真空冷冻干燥制备花青素微胶囊及 稳定性研究J.食品工业,2023,44(12):36-40.23 潘阳,曹川.不同干燥方式对鲜食甜玉米粒品质的影响J.安徽师范大学学报(自然科学版),2023,46(6):550-554.24 姚祥滨,罗昊文,韦剑娇,等.不同增香施肥处理对香稻产 量、品质和香气风味挥发物的影响J.中国稻米,2023,29(5):66-70.25 郝朝运.神奇的东方香草斑兰叶J.生命世界,2020(8):50-51.26 SpanovaM,DaumG.Squalenebiochemistry,molecular biology,processbiotechnology,andapplicationsJ.European journaloflipidscienceandtechnology,2011,113(11):1299-1320.27 张继光,吴万富,杨学芳,等.云南9种特种木本油脂脂肪酸 组成和角鲨烯含量比较研究J.中国粮油学报,2021,36(11):94-101.28 徐雄,周训会,陈芳,等.植物油角鲨烯含量及其影响因素J.食品安全质量检测学报,2022,13(13):4328-4334.29 王冬平.代谢工程改造解脂耶氏酵母提高角鲨烯产量的 研究D.长沙:湖南农业大学,2020.30 李跃凡,王媛媛,马改琴,等.角鲨烯来源、提取及功能特性 研究进展J.河南工业大学学报(自然科学版),2022,43 (6):19-29.31 吴钊龙,李欣慧,蒙莉,等.3种微波干燥模式下板栗片的干 燥特性J.食品研究与开发,2023,44(17):53-60.32 吕仁龙,胡海超,张兴波,等.不同刈割高度王草中叶绿素和 叶绿醇含量在青贮前后的变动J.动物营养学报,2019,31 (9):4208-4217.