熱風干燥桑葉的干燥特性、活性成分含量及抗氧化能力研究

尚平，關亞鵬，張麗媛，田亞紅

（1.石家莊職業(yè)技術學院食品與藥品工程系，河北 石家莊 050081；2.華北理工大學生命科學學院，河北 唐山 063000）

桑樹（Morus alba L.）為桑科桑屬落葉喬木，目前世界現(xiàn)存種類約有10種～14種[1-2]。桑樹在我國具有悠久的栽培歷史，桑樹種植面積較廣[3-4]。桑樹在我國屬于特種經(jīng)濟類樹種，用途廣泛，經(jīng)濟價值較高，桑葉為蠶的主要飼料，桑果可直接食用或加工成果干、果醬等產(chǎn)品[5]。桑葉除用于飼養(yǎng)蠶之外，還可制成桑茶等加工產(chǎn)品，具有清肺熱、去肝火、改善視力等作用，藥用價值較高。桑葉營養(yǎng)成分豐富，前人研究結果表明其含有豐富的維生素、礦物質(zhì)、多糖、蛋白質(zhì)及生物堿等營養(yǎng)功能成分[6-7]，這些營養(yǎng)成分給予桑葉較高的藥用價值?，F(xiàn)代醫(yī)學研究表明桑葉提取物具有較高的降血壓、降血脂、降血糖及防止粥樣動脈硬化的能力[8]，1-脫氧野尻霉素（1-deoxynojirimycin，DNJ）是桑葉中的主要降血糖功能成分，眾多研究表明桑葉中的DNJ能夠控制糖尿病患者血糖升高，具有良好的調(diào)節(jié)血糖功效[9-10]，此外桑葉中還含有豐富的黃酮類化合物，具有較高的抗氧化活性[11]。

干制是采用物理方式將物料中水分脫除，延長物料的貯藏期。通過干制可以提高物料的經(jīng)濟價值[12]。新鮮桑葉的含水量較高，采摘后常溫下極易腐爛變質(zhì)，失去利用價值，傳統(tǒng)的曬干、陰干法干燥速率低，且無法滿足健康衛(wèi)生的需求，目前食品干燥已從傳統(tǒng)干燥方式轉變?yōu)楝F(xiàn)代多元化干燥，例如熱風干燥、真空冷凍干燥、中短波紅外干燥等[13]。熱風干燥是目前應用最為廣泛的干燥方式，其干燥成本較低、干燥量大、設備儀器操作難度及成本較低[14]。相關研究表明，熱風干燥溫度對果蔬營養(yǎng)物質(zhì)及抗氧化活性影響較大[15]，趙惠玲等[16]采用不同干燥方式干燥桑葉，對比了不同干燥方式下桑葉中主要活性成分的含量變化，結果表明不同干燥處理桑葉活性成分差異較大。目前關于桑葉不同干燥溫度下熱風干燥過程中營養(yǎng)成分的變化規(guī)律研究較少，而工藝參數(shù)對干燥桑葉的功能性品質(zhì)有重要的影響。因此本試驗以真空冷凍干燥作為對照干燥方法，探究不同熱風干燥溫度對桑葉活性成分及抗氧化活性的影響，篩選桑葉干燥的最佳條件，為桑葉熱風干燥加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大葉桑（初始水分含量為70.3%）：市售；Folin-Ciocalteu 試劑、1-二苯基-2-三硝基苯肼 （1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）（均為分析純）、Trolox試劑（色譜純）：美國Sigma公司；甲醇、乙醇、無水碳酸鈉（均為分析純）：天津市博迪化工有限公司；沒食子酸、綠原酸、咖啡酸、肉桂酸、阿魏酸、蘆丁標準品：上海源葉生物試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

UV-2600型紫外分光光度計：尤尼柯（上海）儀器有限公司；JD400-3型電子分析天平：北京賽多利斯科學儀器有限公司；DHG-9070A電熱鼓風干燥箱：上海精宏實驗設備有限公司；KQ-700DE型數(shù)控超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；CR-400色差計：柯尼卡美能達有限公司；1525型二元高壓液相色譜儀：美國Waters公司；SCIENTZ-18N冷凍干燥機：寧波新芝生物科技股份有限公司；RE-52AA型旋轉蒸發(fā)儀：上海安亭生化儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 桑葉預燙處理

稱取500 g桑葉作為一次預處理用量，為防止桑葉干燥過程發(fā)生酶促褐變，品質(zhì)下降，干制前對其進行熱水燙漂預處理，將桑葉置于90℃熱水中熱燙處理3 min，干燥至含水率（≤10%干基）[17]，預燙處理完畢后立即撈出并用濾紙吸干表面水分進行后續(xù)干燥加工。

1.3.2 桑葉干燥條件

取預燙后桑葉200 g，平鋪于干燥箱托盤中，設置熱風干燥溫度為40、50、60、70℃，利用稱重法測定干燥過程桑葉的含水量。

1.3.3 桑葉干燥參數(shù)

熱風干燥過程中桑葉干基含水率Mt計算公式如下。

式中：Mt為桑葉熱風干燥過程t時刻的干基含水率，%；Wt為桑葉熱風干燥至t時刻的總質(zhì)量，kg；G為桑葉干物質(zhì)量，kg。

MR為熱風干燥過程中桑葉的水分變化，其計算公式如下。

式中：MR為桑葉熱風干燥過程中水分的變化（無量綱）；Me為桑葉熱風干燥達到平衡時的干基含水率，%；M0為桑葉初始干基含水率，%；Mt為桑葉熱風干燥過程t時刻的干基含水率，%。

桑葉熱風干燥過程中干燥速率Dr計算公式如下。

式中：Dr為桑葉熱風干燥速率，g/（g·h）；Mt+Δt為桑葉干燥至t+Δt時刻的干基含水率，%；Δt為熱風干燥取樣間隔時間，h；Mt為桑葉熱風干燥過程t時刻的干基含水率，%。

1.3.4 桑葉色澤參數(shù)

對鮮桑葉及干燥后桑葉進行色澤評價，依據(jù)CIELAB表色系統(tǒng)對桑葉的L*、a*、b*值進行測定，同時對不同干燥條件干燥后桑葉的色澤差異ΔE進行評價[18]，其中ΔL*、Δa*及Δb*分別為干燥前后亮度值L*、紅色值a*及黃色值b*的差值，ΔE計算公式如下。

1.3.5 總酚、總黃酮及單體酚含量測定

1）桑葉中總酚及總黃酮提?。簻蚀_稱取1 g桑葉樣品置于研缽中充分研磨，后加入30 mL 80%乙醇，后將混合物置于70℃溫度下水浴2 h，提取液4℃下9 000 r/min離心15 min，提取步驟重復3次，合并離心上清液即為多酚和黃酮粗提取液。

以沒食子酸為當量，福林酚法測定桑葉提取物中總酚的含量[19]；以槲皮素為當量，三氯化鋁法測定桑葉中總黃酮含量[2]。

2）單體酚含量的測定：利用高效液相色譜法（high performance liquid chromatography，HPLC） 測定桑葉中單體酚類物質(zhì)的含量[20]，單體酚類物質(zhì)的提取方法與總酚提取方法一致，液相色譜條件：色譜柱為Waters Symmetry ODS C18（4.6 mm×150 mm，5 μm）色譜柱；柱溫30℃；進樣量5 μL；紫外檢測波長280 nm；流速0.8 mL/min；流動相A為甲醇，流動相B為pH 2.6的磷酸水溶液，梯度洗脫程序：0 min 15%A，15 min～25 min 25%A，65 min 75%A，70 min 15%A梯度為線性變化。

1.3.6 DNJ含量測定

準確稱取待測桑葉1 g，加入0.05 mol/L HCl溶液50 mL，混勻后30℃超聲水浴10 min，20℃下10 000×g離心5 min。收集上清液，重復提取沉淀。上清液超純水定容至100 mL，得到樣品提取液。取DNJ提取液（或DNJ標準溶液）100 μL，加入0.4 mol/L硼酸鉀緩沖液（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℃條件下水浴20 min，后加入100 μL 1 mol/L的甘氨酸中和剩余的FMO-Cl終止反應，后加入100 μL 1%的醋酸溶液，過0.22 μm水系濾膜后待測。

利用高效液相色譜法測定桑葉中DNJ含量[21]，色譜柱：CORTECSTM C18（2.1 mm×100 mm，2.7 μm），紫外檢測器，檢測波長為254 nm，流動相：乙腈∶0.5%乙酸（28∶72，體積比），流速：0.6 mL/min，柱溫：28℃，進樣量：1 μL。

1.3.7 抗氧化能力測定

取5 g桑葉，研磨后用20 mL 80%甲醇溶液超聲提取30 min，5 000 r/min離心20 min收集上清液，重復提取3次，合并上清液液并用80%甲醇定容至100 mL，用于抗氧化能力測定。

桑葉的抗氧化能力的測定以DPPH自由基的清除能力及鐵離子還原能力（ferric ion reducing antioxidant power，F(xiàn)RAP）為指標，DPPH自由基清除能力以及鐵離子還原能力測定使用Trolox作為標準對照品，結果均以mg/g DW表示[22]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

每組試驗重復3次，利用SPSS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，測定結果以均值±標準偏差表示，指標間的相關性采用皮爾遜法。

2 結果與分析

2.1 桑葉干燥過程的干燥曲線

不同干燥溫度熱風干燥桑葉的干燥時間與水分比的關系如圖1所示。

圖1 不同干燥溫度下桑葉的干燥曲線Fig.1 Drying curve under drying temperatures

由圖1可知，隨著溫度的升高，桑葉干燥至終點的時間明顯縮短，40、50、60、70℃下桑葉干燥至干制終點的時間分別為 204、163、133、102 min。桑葉在熱風干燥初期水分含量迅速下降，主要原因為桑葉中大量的自由水迅速由內(nèi)部擴散至表皮，水分被熱風帶走，而后期觀察到水分變化速度變慢，主要因為自由水逐步散失，結合水含量較低且不易擴散，水分含量越來越接近平衡含水量，水分擴散速度明顯降低。

桑葉不同溫度干基含水率與熱風干燥速率的關系如圖2所示。

圖2 不同干燥溫度下的干燥速率曲線Fig.2 Drying rate curves at different drying temperatures

由圖2可知，在干制過程中，隨著桑葉干基含水率的不斷升高，桑葉干燥速率隨之升高，并且隨著干燥溫度的升高相同干基含水率的桑葉其干燥速率顯著提高。

2.2 干制桑葉色澤參數(shù)

干制品的顏色是影響消費者購買欲望的重要因素[23]，不同干燥溫度下桑葉干制品的色澤參數(shù)如表1所示。

表1 不同干燥溫度干制桑葉色澤參數(shù)Table 1 Color parameters of dried mulberry leaves at different drying temperatures

由表1可知，新鮮桑葉具有最高的亮度值（L*）及黃色值（b*），最低的紅色值（a*），干制能夠降低桑葉亮度值及黃色值，提高其紅色值，不同干燥溫度干制桑葉亮度值范圍為 8.5～20.5；紅色值范圍為-7.2～-2.1；黃色值范圍為6.3～16.3。亮度值與黃色值的不斷降低，紅色值提高的主要原因一方面是高溫造成酶促褐變生成了褐色物質(zhì)，另一方面是桑葉中葉綠素不斷降解[24]。隨著干燥溫度的升高桑葉色差值（ΔE）具有顯著性差異（P＜0.05），40℃干燥條件下色差值最?。?7.2），70℃干燥條件下色差值最大（33.6），這表明低溫干燥桑葉色差值更接近新鮮桑葉。

2.3 干燥過程總酚、總黃酮含量的變化

酚類物質(zhì)廣泛存在于水果蔬菜中[25]，由于其潛在的自由基清除能力與抗氧化活性，對于人體健康具有至關重要的作用[26]，桑葉不同溫度熱風干燥過程中總酚與總黃酮含量的變化如圖3所示。

圖3 不同干燥溫度下桑葉總酚及總黃酮含量隨干燥時間的變化規(guī)律Fig.3 Changes in the content of total phenols and total flavonoids of mulberry leaves with drying time at different drying temperatures

由圖3可知，在4種干燥溫度下總酚含量在熱風干燥初期皆存在明顯的上升趨勢后迅速下降，干燥初期總酚含量上升的主要原因是熱風溫度短時間內(nèi)提高了相關酶的活性，促進了結合態(tài)酚類物質(zhì)的轉化，總酚含量隨著干燥時間迅速下降的原因為酚類物質(zhì)不斷接觸氧氣被氧化[27]。隨著熱風干燥溫度的提升桑葉干燥至終點，總酚含量呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，60℃熱風干燥條件下總酚含量最高（27.6 mg/g DW），達到了鮮桑葉的84.9%，其次是50℃干燥條件下（23.8 mg/g DW），70℃干燥條件下桑葉總酚含量最低為19.6 mg/g DW，僅為鮮桑葉的60.3%。70℃干燥條件下總酚含量最低的原因可能是過高的干燥溫度雖減少了干燥時間，但最大限度地激活了多酚氧化酶的活性，使酚類物質(zhì)降解速率提高。

黃酮類化合物是果蔬植物中分布最為廣泛的一類酚類化合物，具有抗氧化、抗炎、治療哮喘、預防心血管疾病等作用[28]，在干燥初期，除70℃外，其余3個溫度下總黃酮含量存在略微上升趨勢，隨后迅速下降。隨著熱風干燥溫度的提升桑葉干燥至終點，總黃酮含量呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，60℃熱風干燥條件下總黃酮含量最高（18.9 mg/g DW），達到了鮮桑葉總黃酮的68.5%，70℃干燥條件下桑葉總黃酮含量最低為15.4 mg/g DW，僅為鮮桑葉總黃酮的55.8%。

2.4 桑葉中DNJ含量測定

DNJ是一種天然存在的一種多羥基具有亞胺基團的生物堿，由于其結構類似葡萄糖，目前被認為是控制血糖水平的最有效的葡萄糖苷酶抑制劑[29-30]，桑葉中富含DNJ，因此桑葉具有較好地控制血糖功能。有研究表明鮮桑葉中DNJ含量為4mg/100g～268mg/100g[31]，本研究所得鮮桑葉的DNJ含量為2.3 mg/g DW。不同熱風干燥溫度下桑葉中DNJ含量隨干燥時間的變化規(guī)律如圖4所示。

圖4 不同干燥溫度下DNJ含量隨干燥時間的變化規(guī)律Fig.4 Change of DNJ content with drying time at different drying temperatures

由圖4可知，桑葉經(jīng)不同熱風干燥溫度干燥后其DNJ含量有所上升，隨著干燥溫度的升高DNJ含量呈現(xiàn)上升趨勢，70℃干燥條件下干制品DNJ含量最高為3.4 mg/g DW，60℃與50℃干燥條件下干制品DNJ含量皆為2.8 mg/g DW，40℃干制條件下干制品DNJ含量為2.4 mg/g DW，因此提高干燥溫度有利于提高桑葉DNJ含量，主要原因可能為溫度促進了酶促反應，其增加機制還需進一步研究。

2.5 桑葉單體酚類物質(zhì)含量

桑葉中含有豐富的酚酸類及類黃酮類物質(zhì)，這些物質(zhì)具有抗氧化、降血糖、降血壓及預防粥樣動脈硬化等作用[24]，不同干燥溫度下桑葉的酚類物質(zhì)含量變化如表2所示。

表2 不同干燥溫度下桑葉單體酚類物質(zhì)的含量Table 2 Phenols content of mulberry leaves at different drying temperatures mg/100 g DW

由表2可知，桑葉中共檢測出8種酚類物質(zhì)，其中鮮葉中綠原酸、阿魏酸含量較高分別為（230.7±6.7）、（556.7±7.6）mg/100 g DW，這與 WANYO 等[24]研究桑葉中主要酚類物質(zhì)結果一致。這兩種酚類物質(zhì)經(jīng)不同干燥溫度干制后其含量皆明顯降低，主要原因可能為酚類物質(zhì)在高溫下部分氧化分解所致。隨著干燥溫度的升高，兩種酚類物質(zhì)含量均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，60℃干燥條件兩種主要酚類物質(zhì)保留量最高，綠原酸含量為203.3 mg/100 g DW，阿魏酸含量為500.2 mg/100 g DW，綠原酸含量達到了鮮葉含量的88.1%，阿魏酸含量達到了鮮葉含量的89.9%，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因可能是60℃干燥條件下相關酶類活性較強，從而促進了其它酚類物質(zhì)的轉化。除綠原酸、阿魏酸外，桑葉中丁香酸、咖啡酸、香草酸及原兒茶素含量也較高，70℃干燥條件香草酸含量達到了18.2 mg/100 g DW，為鮮葉的1.42倍，咖啡酸含量達到了16.9 mg/100 g DW，為鮮葉的1.37倍，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因可能一方面為溫度激活了相關酶的活性，促進了酚類物質(zhì)的轉化，另一方面為不同酚類物質(zhì)具有不同的結構對在熱加工過程中對溫度的敏感性不同[24]。此外在鮮葉中還檢測到了較低含量的沒食子酸，隨著干燥溫度的升高沒食子酸逐漸降解。

2.6 桑葉抗氧化能力測定

食品的抗氧化能力取決于不同抗氧化成分的作用機理，因此應該利用多種評估方式評價食品的抗氧化能力[32]，其中DPPH自由基清除能力與鐵離子還原能力被廣泛應用于食品的抗氧化能力評價[33]，不同干燥溫度下桑葉的DPPH自由基清除能力與鐵離子還原能力如圖5所示。

圖5 不同干燥溫度下桑葉抗氧化能力Fig.5 Antioxidant capacity of mulberry leaves at different drying temperatures

由圖5可知，鮮葉顯示出最高的抗氧化活性，DPPH自由基清除能力為20.6 mg/g DW，鐵離子還原能力為110.2 mg/g DW。桑葉經(jīng)干燥后DPPH自由基清除能力和鐵離子還原能力均顯著降低。隨著干燥溫度的升高，桑葉的抗氧化能力顯示出先升高后降低趨勢，60℃桑葉抗氧化能力最強，DPPH自由基清除能力為17.6 mg/g DW，鐵離子還原能力為82.5 mg/g DW。這與桑葉中總酚含量變化趨勢類似，相關文獻表明酚類物質(zhì)含量與抗氧化能力顯著正相關[34]，60℃干燥條件下桑葉抗氧化能力最強的原因可能是此溫度下桑葉總酚及總黃酮保留量最高。

3 結論

以新鮮桑葉為材料，熱燙處理后將其置于不同溫度下（40、50、60、70℃）進行熱風干燥，探究不同干燥溫度桑葉的干燥特性、色澤及干燥過程總酚、總黃酮、1-脫氧野尻霉素含量的變化，并對干燥后桑葉單體酚類物質(zhì)含量，抗氧化活性進行評價。結果表明，隨著熱風干燥溫度的升高，桑葉干燥至干制終點的時間顯著縮短，40、50、60、70 ℃下桑葉干燥至干制終點的時間分別為 204、163、133、102 min；隨著溫度的升高桑葉褐變程度提高，較低的干燥溫度有助于保持桑葉的色澤；桑葉中總酚及總黃酮含量隨著干燥過程的持續(xù)呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，且60℃下桑葉的總酚及總黃酮含量最高（總酚含量為27.6 mg/g DW，總黃酮含量為18.9 mg/g DW），桑葉經(jīng)不同溫度熱風干燥后其1-脫氧野尻霉素含量呈現(xiàn)上升趨勢，70℃干燥條件含量最高為3.4 mg/g DW。

不同干燥溫度下桑葉共檢測出8種單體酚類物質(zhì)，其中綠原酸、阿魏酸含量較高為主要的酚類物質(zhì)，且經(jīng)干燥后兩種主要酚類物質(zhì)含量有所下降，60℃干燥條件兩種主要酚類物質(zhì)保留量最高（綠原酸含量為203.3mg/100 g DW，阿魏酸含量為500.2 mg/100 g DW）；鮮桑葉及其干制品皆顯示出較高的抗氧化能力，鮮桑葉顯示出最高的抗氧化活性（DPPH自由基清除能力為20.6 mg/g DW，鐵離子還原能力為110.2 mg/g DW），60℃干燥溫度下干制桑葉抗氧化能力最強（DPPH自由基清除能力為17.6 mg/g DW，鐵離子還原能力為82.5 mg/g DW）。60℃干燥溫度條件下桑葉干制時間較短，干制品總酚、總黃酮含量較高，抗氧化能力較強，可作為較佳的桑葉干制條件，因70℃干燥條件下桑葉干制品1-脫氧野尻霉素含量最高，因此70℃可作為生產(chǎn)輔助糖尿病病人控制血糖的桑茶較佳干燥條件，以此研究為指導，可為桑葉的生產(chǎn)加工提供理論依據(jù)。