干燥方式對鐵皮石斛活性成分的影響

熊慧薇，劉光憲，閔華，付曉記，李菁

（江西省農業科學院農產品加工研究所，江西南昌 330002）

鐵皮石斛（Dendrobium officinale）為蘭科石斛屬多年生附生型草本植物，多生長在溫暖、潮濕、半陰半陽的環境中。野生鐵皮石斛為瀕危植物，多分布于熱帶、亞熱帶國家，在我國主要分布于安徽省西南部、浙江省東部、福建省西部、廣西壯族自治區西北部、湖南省西南部等地區[1]。鐵皮石斛喜溫涼，怕寒且怕高溫，屬于氣生根植物，為半陰生，人工種植過程中對種植方式要求比較嚴格。鐵皮石斛作為我國傳統名貴珍稀中藥材，在唐代醫學經典《道藏》中被列為“中華九大仙草之首”?！吨袊幍洹罚?020 版）記載，鐵皮石斛具有益胃生津、滋陰清熱的功效，主治熱病津傷、口干煩渴、胃陰不足、食少干嘔、病后虛熱不退、陰虛火旺、骨蒸勞熱、目暗不明、筋骨痿軟[2]。隨著科技的發展和現代檢測技術的進步，鐵皮石斛中已被分離和驗證的功能性物質主要有石斛多糖、氨基酸、多酚及生物堿等物質，因此鐵皮石斛具有抗氧化、抗腫瘤、降低血糖、消炎、提高免疫功能等功效[3-4]。20 世紀末至21 世紀初，浙江省率先開展了石斛繁殖研究和人工種植實踐，經過多年探索，先后突破了鐵皮石斛繁殖和種植難關。2021 年，我國石斛屬植物種植總面積達3.03 萬hm2，綜合產值逾500 億元[5]。

根據國家衛健委、國家市場監督管理總局2020年發布的《關于對黨參等9 種物質開展按照傳統既是食品又是中藥材的物質管理試點工作的通知》，鐵皮石斛被列入既是食品又是中藥材的物質名單，鐵皮石斛產業迎來全新發展。鐵皮石斛為江西省“贛食十味”之一，在貴溪市、德興市、廣豐區、鉛山縣、修水縣等地均有仿生栽培，其種植模式可以概括為崖壁附生種植、掛樹附生種植、大棚種植3 種。目前，鐵皮石斛鮮品的應用已經非常廣泛[6]。

新鮮鐵皮石斛的水分含量較高，在常溫狀態下放置一段時間后，鮮條易發生褐變或微生物侵染[7]。因此，對新鮮鐵皮石斛進行干燥處理，參照中藥材貯存，降低水分含量至安全水分含量（9%），鐵皮石斛可以長期保存[8]。本研究從干燥方法切入，研究了干燥方法對鐵皮石斛活性成分的影響，通過對氨基酸、多糖、多酚、生物堿等指標進行檢測和分析比較，為不同干燥方法在鐵皮石斛精深加工及藥食同源的應用方面提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮鐵皮石斛，產地為江西省萍鄉市，人工栽培，3 ～4 年生。

苦參堿標準品、沒食子酸標準品、葉綠素a 標準品、葉綠素b 標準品、葡萄糖標準品，均來自上海源葉生物科技有限公司；硫酸、苯酚、石油醚、氫氧化鉀、丙酮、乙醇、甲醇、鹽酸、氫氧化鈉、三氯甲烷，均為分析純，購自西隴科學股份有限公司。

1.2 儀器與設備

LA8080 氨基酸自動分析儀，日立高新技術集團；FA-1004 電子天平，上海舜宇恒平科學儀器有限公司；BR4I 離心機，賽默飛世爾科技公司；8453 紫外可見分光光度計，安捷倫科技有限公司；HE53 水分測定儀，梅特勒托利多科技（中國）有限公司；DF-70 水冷雙級高速齒輪傳動粉碎機，溫嶺林大機械有限公司；KQ-800DE數控超聲波清洗器，昆山超聲儀器有限公司；DHG-9070A 電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司；熱泵干燥房，南昌永淦節能科技有限公司；LGJ-18真空冷凍干燥機，北京松原華興科技發展有限公司。

1.3 方法

1.3.1 采摘及預處理

鐵皮石斛適宜采收的時間是每年11月至次年6月，采取采舊留新和全草采收兩種方式。于晴天采收，枝條表皮無水珠時采收，采收前90 d 不得使用化肥及農藥。

采收方法：待葉片自然脫落、葉鞘變為銀灰色后，采收3 年及以上生莖條。于莖基部以上留1 ～2 個帶肉質的莖節處45°斜切采收。采收后及時剔除病株及雜質，平鋪擺放備用。

1.3.2 干燥

將新鮮鐵皮石斛莖條清洗干凈，采用3 種干燥方法進行干燥至安全水分含量。

（1）熱風干燥。75 ℃恒溫，鼓風干燥箱連續干燥12 h 后靜置12 h，反復進行此過程，直到物料水分含量＜10%。

（2）熱泵干燥。熱泵房三階段溫度干燥，干燥程序起始溫度45 ℃持續2 h，升溫至60 ℃持續12 h，最后降溫至40 ℃持續2 h，常溫靜置12 h。重復該干燥程序，直至物料水分含量＜10%。

（3）真空冷凍干燥。將鐵皮石斛鮮條切段，置于-65 ℃冰箱冷凍6 h 以上，然后冷凍干燥。在干燥過程中，冷阱溫度保持-65 ℃，真空度20 Pa 左右，每次干燥周期為48 h 左右。干燥周期可重復，直至獲得水分含量＜10%的鐵皮石斛段。

1.4 鐵皮石斛活性成分檢測

利用切斷機將干燥好的鐵皮石斛莖條切斷，每段長度約為5 mm，然后用臺式粉碎機進行粉碎，獲得鐵皮石斛粉。

1.4.1 氨基酸檢測

取適量鐵皮石斛粉置于試管中，并加入12 mL 鹽酸溶液（6 mol/L），將試管放入冷凍劑中冷凍4 min，充氮保護，擰緊瓶蓋，將試管于110 ℃±1 ℃水解22 h后，取出，冷卻至室溫。過濾并定容至50 mL容量瓶中，搖勻。取1.0 mL 濾液移入至15 mL 試管內，40 ℃減壓至干，用1.0 mL 檸檬酸鈉緩沖溶液（pH 值為2.2）復溶，過濾膜，上氨基酸自動分析儀測定氨基酸。

1.4.2 多糖檢測

采用苯酚硫酸法測定多糖含量。稱取0.2 ～1.0 g樣品于50 mL 具塞離心管內。用5 mL 水浸潤樣品，緩慢加入20 mL 無水乙醇，同時使用渦旋振蕩器振搖，使混合均勻，置超聲波提取器，120 W 超聲提取30 min。提取結束后，于4 000 r/min 離心10 min，棄去上清液。不溶物用10 mL 80%乙醇溶液洗滌、離心。用水將上述不溶物轉移入圓底燒瓶，加入50 mL 水，120 W 超聲提取30 min，重復2 次。冷卻至室溫，過濾上清液轉移至200 mL容量瓶中，殘渣洗滌2～3次，洗滌液轉至容量瓶中，加水定容。此溶液為樣品測定液（如顏色過深，可通過C18、SPE小柱等進行脫色處理）。分別吸取0 mL、0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL、1.0 mL 的標準葡萄糖工作溶液（100 mg/L）置于20 mL具塞試管中，用蒸餾水補至1.0 mL。向試液中加入1.0 mL 5%苯酚溶液，然后快速加入5.0 mL 硫酸（與液面垂直加入，勿接觸試管壁，以便與反應液充分混合），靜置10 min。使用旋渦振蕩器使反應液充分混合，然后將試管放置于30 ℃水浴中反應20 min，490 nm測吸光度。以葡萄糖質量濃度為橫坐標，吸光度值為縱坐標，制定標準曲線。吸取1.0 mL 樣品測定液于20 mL 具塞試管中，重復上述操作，于490 nm 測吸光度。

1.4.3 多酚檢測

稱取0.2 g 樣品于10 mL 離心管中，加70%甲醇水溶液，移入70 ℃水浴提取10 min，冷卻至室溫，3 500 r/min 離心10 min，上清液轉移至10 mL 容量瓶中，殘渣再用70%甲醇水溶液提取一次，合并提取液，定容至10 mL，為測試液。如有渾濁或沉淀，過濾后待用。移取1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL、4.0 mL、5.0 mL 沒食子酸標準溶液（1 000 μg/mL）于100 mL容量瓶中，定容至刻度，獲得沒食子酸工作液。吸取沒食子酸工作液、測試液及水（空白樣）各1 mL 于刻度試管中，在試管內分別加入5.0 mL 10%福林酚試劑，搖勻，反應3 ～8 min，加入4.0 mL 7.5% Na2CO3溶液，搖勻。室溫下放置60 min，于765 nm處測吸光度。根據沒食子酸標樣工作液的吸光度繪制標準曲線。

1.4.4 總生物堿檢測

采用溴麝香草酚藍法測定總生物堿含量。（1）精密量取苦參堿對照品溶液（1 mg/mL）0 mL、0.1 mL、0.2 mL、0.3 mL、0.4 mL、0.5 mL、0.6 mL 分別置于離心管中，各管均加三氯甲烷至1.0 mL，再加入5 mL溴麝香草酚藍顯色劑、5 mL 三氯甲烷，振搖2 min，靜置2 h，取三氯甲烷層4 mL 移入比色管中，分別加入0.2 g 無水硫酸鈉，振搖，放置10 min，以未加苦參堿的為空白對照，于414 nm 處測定吸光度，建立標準曲線。（2）稱取0.5 g 搗碎樣品于離心管中，加入10 mL 無水甲醇，200 W 超聲提取1 h，3 500 r/min離心10 min。將上清液移入另一離心管中。同法重復提取3 次，合并上清液，加熱蒸發濃縮為浸膏。用10 ～15 mL 2%鹽酸溶液洗滌溶解，然后用10% NaOH 溶液調pH 值至10，再用等體積三氯甲烷萃取3 次，合并萃取液于旋蒸瓶中，旋蒸濃縮后再用10 mL三氯甲烷溶解，為待測液。取0.5mL 待測液，按照標準樣品的處理方式，于414 nm 測吸光度。

1.4.5 葉綠素a、葉綠素b 檢測

取適量樣品0.5 g 左右，加入50 mL 無水乙醇與丙酮混合溶液（1 ∶1，V ∶V）提取5 h，過濾，取濾液待測。分別測定645 nm 處和663 nm 處的吸光度。標準曲線標樣為葉綠素a 和葉綠素b，葉綠素a 和葉綠素b 含量分別根據公式（1）和（2）計算。

式中，Ca和Cb分別為葉綠素a 和葉綠素b 的含量，mg/g；A663和A645分別為663 nm 和645 nm 處吸光度值；V為試液體積，mL；m為稱樣量，g。

1.5 數據處理

運用Excel 2019 進行數據統計分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 干燥效果評價

干燥至水分含量10%為結束節點，分析比較各種干燥方法的干燥效果，從干燥溫度、干燥周期、色澤、莖條韌性等指標評價干燥方法，見表1。

表1 三種干燥方法對比

結果表明，在各自的干燥周期內，鐵皮石斛莖條的水分含量均下降到10%以下，真空冷凍干燥樣品的水分含量最低（5.23%），熱泵干燥樣品的水分含量最高（8.44%），這些水分含量對于鐵皮石斛莖條的保存均是安全的，可以實現長期保存。

按照本文的操作方法，將水分含量降至安全水分含量，熱風干燥需要8 ～12 d，熱泵干燥需要15 ～17 d，真空冷凍干燥需要5 ～7 d。鐵皮石斛中膠質和多糖含量極高，干燥和冷卻交替進行，有助于鐵皮石斛內部的水分向外擴散，提高干燥效率和保持品質。

觀察鐵皮石斛莖條干燥后的莖條色度和韌性，發現鼓風干燥獲得的鐵皮石斛莖條顏色最深，呈現深褐色，無韌性且脆；熱泵干燥獲得的鐵皮石斛莖條顏色呈現黃或淡褐色，保留了部分韌性；真空冷凍干燥獲得的鐵皮石斛莖條基本能夠保持原有的色澤，綠桿鐵皮石斛呈現綠色，紅桿鐵皮石斛呈現紫色，而且莖條具有良好的柔韌性，不易折斷。

結果顯示，真空冷凍干燥法的干燥周期最短，耗時5 ～7 d，比其他干燥方法縮短40%～65%（以中間值計算，下同）的時耗。從水分含量來看，真空冷凍干燥可以在最短的干燥周期內獲得低水分含量的鐵皮石斛干制品，同時保持了原有色澤和質感。鼓風干燥和熱泵干燥等常規的干燥方法脫水效果不好，原因可能是鐵皮石斛本身富含纖維、多糖、膠質等成分，鮮條受熱后表面容易產生致密的組織，阻礙水分從鮮條內向外擴散，而真空冷凍干燥特別適合用于干燥鐵皮石斛，冷凍干燥在低溫（-65 ℃）的條件下進行，有利于鐵皮石斛鮮條形成玻璃態結構，使物料組織具有由內到外的水分通道，因此真空冷凍干燥的效率高于普通干燥方式。

真空冷凍干燥法特別適用于干燥鐵皮石斛，可以在較短的干燥周期獲得品相最佳的鐵皮石斛制品。但是該法的程序比較復雜、處理量小、成本高，考慮到加工成本，該法適用于加工附加值高的產品。鐵皮石斛作為名貴中藥材，非常適合采用真空冷凍干燥法進行處理。如果需要量產或加大處理量的情況下，可以結合采用熱泵干燥法進行處理。

2.2 鐵皮石斛活性成分測定

2.2.1 氨基酸含量

分別檢測3 種干燥方式處理的鐵皮石斛樣品中的氨基酸含量。圖1 為氨基酸出峰譜圖，結果表明氨基酸鮮條中檢出了17 種氨基酸，包括6 種人體必需氨基酸（蘇氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸）。表2 顯示了樣品中6 種必需氨基酸含量及變化。結果表明，冷凍干燥樣品中的必需氨基酸含量高于其他樣品。

圖1 鐵皮石斛氨基酸出峰譜圖

表2 三種干燥方式樣品中六種必需氨基酸含量（單位：g/100 g）

2.2.2 多糖、總生物堿和多酚含量

多糖是生物體中維持細胞組織結構和提供能量來源的物質，生物堿是一類含氮的堿性化合物，黃酮類物質是一種天然植物成分，它們均廣泛存在于植物中。研究結果表明[9-10]，這些物質還具有多種生物活性和生理功能，包括免疫調節、抗腫瘤、抗氧化、抗疲勞、抗炎、控制血糖和代謝膽固醇、降血脂及護肝等。

根據表3，鼓風干燥樣品中的多糖含量最高，熱泵干燥樣品次之，真空冷凍干燥樣品最低。在熱處理過程中，一部分纖維素發生了降解，氫鍵斷裂，轉化為多糖，處理溫度越高，降解越多，因此，鼓風干燥樣品中的多糖含量最高。冷凍干燥樣品中的纖維素保存較完整。

表3 三種干燥方式樣品中多糖、總生物堿和多酚含量（單位：g/100 g）

根據表3，真空冷凍干燥樣品中的多酚含量最高。多酚為熱敏性的活性成分，因此多酚含量和干燥溫度成反比?？偵飰A成分比較穩定，因此3 種干燥方式的樣品中的含量變化不大。

2.2.3 葉綠素a、b 含量

檢測結果顯示，真空冷凍干燥樣品的葉綠素a、b含量遠高于鼓風干燥樣品和熱泵干燥樣品，見表4。因此，真空冷凍干燥樣品的色澤保持最好。

表4 三種干燥方式樣品中葉綠素a、b 含量（單位：mg/g）

3 討論與結論

鐵皮石斛功能成分含量的變化可以反映干燥方式對鐵皮石斛品質的影響效果。本研究有針對性地選取了一些具有代表性的功能成分作為分析對象。多糖類物質是生物體中維持細胞組織結構和提供能量來源的物質，生物堿是一類含氮的堿性化合物，多酚類物質是一種天然植物成分，它們均廣泛存在于植物中。研究結果表明，植物多糖具有多種生物活性和生理功能，包括抗腫瘤、提高免疫力、延緩衰老、消炎、控制血糖和血脂等[11-12]。感官評價（色澤、氣味和質地）也是判斷脫水鐵皮石斛品質的重要因素，良好的色澤、氣味和質地可以提高產品的附加值。

為了有效利用鐵皮石斛特別是不可直接食用的鐵皮石斛，拓展和延長鐵皮石斛在食品加工和保健品加工業中的用途和生產周期，開展本研究。以下結論可為鐵皮石斛資源的開發利用提供理論依據。

（1）真空冷凍干燥法（溫度-65 ℃，真空度20 Pa）干燥鐵皮石斛的干燥周期為5 ～7 d，干燥時間較熱風和熱泵干燥縮短50%以上。

（2）同其他干燥樣品相比較，真空冷凍干燥鐵皮石斛中的必需氨基酸、總生物堿、葉綠素a、葉綠素b 含量最高，多糖含量最低，總生物堿含量持平。

（3）真空冷凍干燥法最大限度地保持鮮條的色澤、質感和氣味，適合鐵皮石斛的加工。