2. 福建省三明市农业局, 福建 三明 365000
2. Sanming agriculture bureau, Sanming, Fujian 365509, China
西洋甘菊又称德国甘菊或母菊,学名Matricaria Chamomilla L.,为菊科母菊属越冬性一年生草本植物[1],来源于地中海东部流域,在小亚细亚、美国南北部、澳大利亚都有生长[2]。西洋甘菊是最古老的芳香植物之一,古埃及和希腊人将其当作药材,其花、叶等在欧美国家都有应用[3]。西洋甘菊精油具有消炎、抑制真菌、解痉等作用[4, 5],其地上部分的乙醇萃取物还具有抗血糖和抗氧化功能[6, 7]。西洋甘菊自古即被视为具有镇静及绝佳舒缓效果的药材,早已被欧、美、日等国家广泛利用,并进行大面积机械化种植生产。西洋甘菊花可泡茶、制成胶囊,或提取精油用于食品、饮料、烟草、牙膏、化妆品、香皂、洗涤剂、消毒剂、医药等领域中[8],具有广阔的应用前景。
西洋甘菊花采下后堆放不得超过2 h,否则易发热变质,应立即进行自然干燥或人工干燥,在使用干燥机时温度设置在40~60℃[2]。干燥的因子有:温度、时间、上茶厚度、风量等,其中温度与时间是主要因子[9]。设置干燥温度后,要掌握好适宜的干燥时间,保留适当的水分。花不宜过分干燥,也不可干燥不透,前者易使药材弄碎和精油含量降低,后者会使药材变质,产生酸味而失去药用价值[5]。袁弟顺等[10]等研究表明茉莉花茶在60℃电热鼓风干燥时,含水量应控制在5%~7%,干燥时间以24 min为宜;霍山石斛花茶冷冻干燥时,水分含量为5.9%,感官综合评级为特级[11]。据笔者多年烘干实践,认为西洋甘菊干鲜比应控制在15.0%~17.0%,此时含水量适中,才能确保初加工产品(干花)达到较好的外观品相及延长保质期。
西洋甘菊主要有效成分是精油,母菊薁、红没药醇氧化物、金合欢烯、斯巴醇等为精油中的主要成分,占有较大的相对含量[3],还含有少量的橙花叔醇、β-榄香烯、γ-榄香烯、蒿醇、蒿酮等成分。在不同干燥温度条件下烘干时,其精油和水损失也不相同,各组成及含量变化也不相同。热风干燥,虽然能除去花中过多的水分,但同时也使精油大量挥发,降低了花的香气[10]。采用传统的高温干燥方法对于芳香植物西洋甘菊的干燥不太适应,会极大地破坏内含的芳香成分,降低干花品质。因此,西洋甘菊花加工宜采用低温留香干燥方法。
为了探明不同干燥温度对西洋甘菊干鲜比、干花外观品质、精油含有率、精油成分及各成分相对百分含量的影响,本试验共设置60、55、50、45、40℃等5个不同的烘干温度进行处理,以自然阴干为对照,分析各处理干花的外观品质和精油含有率的变化。同时,采用气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术,以阴干品为对照,对其中外观品相较好的4个处理样品的精油成分及各组分相对百分含量进行鉴定和分析比较,力求寻找出较佳的留香干燥温度,以期为西洋甘菊花草茶质量标准制定及产品初加工提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 供试材料试验用的西洋甘菊样品于2014年4月20日采自三明(沙县)现代农业示范园区大棚内sm-3株系盛花期的鲜花。sm-3为福建省三明市农业科学院药用所自主选育的优良株系,该株系植株直立,株高60~80 cm,一级分枝多而细,舌状花序13~14个,百朵鲜花均重13.54 g。鲜花样品采收时间统一为上午8:00开始,10:00前结束。以舌状花序展平、管状花初绽时的鲜花为样品采收的选取标准,此时鲜花所含的精油含量最高[2]。
1.2 试验设计试验共设6个干燥处理,分别为60、55、50、45、40℃恒温烘干(A1~A5)和自然阴干(CK),每个处理设3次重复。干燥后,分别测定6个处理样品中的精油含量;同时,采用GC-MS技术,对A1、A2、A3、A4和CK处理的第Ⅱ重复的精油成分与各组分相对百分含量进行鉴定分析。
1.3 试验方法 1.3.1 样品的干燥样品阴干:将鲜花样品放在通风阴凉处自然风干,温度大约25℃左右,时间为120 h;样品烘干:将鲜花样品放入电热鼓风干燥箱(南京电器三厂),分别调节温度至60、55、50、45和40℃。烘箱所用的自制烘盘,长58 cm、宽36 cm、高5 cm,每盘样品鲜花量450 g,厚度约0.6 cm。烘干样品共18份,全部保留冰箱中备用。
1.3.2 烘干时间和干鲜比测定参照笔者以往的烘干试验结果,首次烘干时间为12 h,然后每隔4~5 h称1次烘干干重,计算干鲜比。当干鲜比达15.0%~17.0%时,停止烘干,统计烘干时间和干鲜比。干鲜比(%)=干重/鲜重×100%。
1.3.3 精油含有率测定和精油成分分析烘干样品采用水蒸气蒸馏法提取精油,其操作如下:每份烘干样品碾碎,倒入2 L圆底烧瓶中,加蒸馏水1 000 mL,连接精油提取设备,冷凝管上端先加少量水,并滴入0.5 mL二甲苯,再加水至充满挥发油测定器的刻度部分,蒸馏2 h,停止加热,放置片刻,最后读取精油量,计算鲜花经烘干处理后的精油含有率(mL·g-1·FW),保留精油样品;精油成分分析的分析仪器为美国Thermo Focus DSQ气相色谱-质谱联用仪,色谱条件:HP-5MS色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),载气He,流速1 mL·min-1,分流比100∶1,进样量0.5 μL,进样口温度250℃,柱温:起始温度60℃,保持2 min;以20℃·min-1升至300℃,保持5 min,质谱条件:电离方式EI,电离能量70 EV,离子源温度250℃,传输线温度250℃,扫描范围41~400 amu,由面积归一化方法计算成分相对含量。
1.4 数据统计用DPS 7.05统数据处理软件进行分析,方差分析用LSD法。
2 结果与分析 2.1 不同干燥温度对西洋甘菊花干鲜比的影响对5个不同电热鼓风干燥温度处理的西洋甘菊干鲜比进行比较结果如下: A4烘干品的干鲜比最低(15.27%),A5烘干品的干鲜比最高(16.42%),两者差异达极显著水平。A1、A2、A3烘干品的干鲜比在15.79%~15.90%,三者与A4、A5两者无极显著差异。A4与A3、A5以及A5与A2、A4的干鲜比差异达显著水平,但未达到极显著水平(表 1)。
从干鲜比和外观品质等综合判断,阴干品(CK)和A5的干花外观品相都较差,花朵不易碾碎,表明干燥还未透。阴干品的干鲜比最高(19.10%),阴干时间120 h不够,还需继续阴干,去除花朵中多余的水分;A5烘干品的干鲜比次之,为16.42%,烘干时间(40 h)稍偏短些。A4的干鲜比最少,为15.27%,烘干时间(25 h)稍偏长些,干燥稍“过火”,花朵极易碾碎(表 1、图 1)。
自然阴干时间太长,且易受天气影响,采花时恰逢福建省多雨季节。因此,在福建省进行西洋甘菊加工时,宜使用电热鼓风干燥方法,而不宜采用自然阴干方式。电热鼓风干燥时,干燥温度以50~60℃、干燥时间以21~16 h为宜,初加产品的干鲜比控制在15.90%~15.79%为准,才能保证花序不会过分干燥,也不会干燥不透,因此本试验选择的烘干时间较合理,试验数据有效。
2.2 不同干燥温度对西洋甘菊干花外观品质的影响从表 1和图 1看出,A1处理的干花颜色黄绿色而鲜艳,花朵饱满、香气浓郁,舌状花脱落较多、管状花碎末少量;人工碾压时,稍用力,管状花易散,表明A1处理稍“过火”,应适当地缩短干燥时间。A5和自然阴干处理的干花外观品相最差,花朵颜色黄而较暗,香气较淡,人工碾压时,管状花不易散,其干燥温度较低,在烘时间过长,水分丧失较慢,使香味产生闷浊,不易保留花朵应有的鲜艳颜色和香气。A2、A3、A4处理的干花外观品相最好,颜色绿而鲜艳,香气浓郁,花朵形态饱满较完整,舌状花脱落较少、管状花碎末极少;人工碾压时,比A1处理的用力要稍大些,管状花才散;其干燥温度较高,在烘时间较短,有利于失水,又有利于花色和香气保留,效果较佳。
因此,西洋甘菊在40~60℃低温留香干燥时,从外观品质、干燥效率及经济效益等综合考虑,应尽可能提高温度,缩短干燥时间。西洋甘菊花草茶制作或产品初加工时,干燥温度以55~60℃为好,干燥时间以16 h为宜。
2.3 不同干燥温度对西洋甘菊精油含有率的影响不同电热鼓风干燥温度条件下的西洋甘菊精油含有率比较结果(表 2):A1处理的精油含有率最高(0.134%),其次是A2处理(0.117%)、A3处理(0.115%),最低为A5(0.097%);A1与A4、A5之间存在极显著差异,而A2、A3之间差异不显著,A2、A3与A1差异显著。可见60℃恒温烘干处理,精油损失最少; 干燥温度越低,干燥时间较长,精油散失较多。干燥温度对西洋甘菊干花精油含有率的影响排序为A1>A2>A3>CK>A4>A5。
烘干方式对精油含有率的影响,结果表明自然阴干(CK)精油含有率为0.102%,与A1存在极显著差异,与A5差异显著,而与A2、A3、A4差异不显著。A1、A2、A3处理的精油含有率与自然阴干(CK)相比,增加幅度达到31.37%、14.70%、12.24%;而A4、A5与自然阴干(CK)相比,分别减少2.947%、4.90%,这可能是自然阴干时间还偏短,干鲜比(19.10%)偏高的缘故。
可见西洋甘菊在50~60℃快速干燥时,精油损失较少,精油含有率明显提高;自然阴干及50℃以下缓慢干燥,精油损失较多,精油含有率反而大幅度下降。因此,西洋甘菊留香干燥时,干燥温度以50~60℃、干燥时间以21~16 h为宜。
2.4 不同干燥温度对西洋甘菊精油成分及相对含量的影响以自然阴干(CK)为对照,对A1、A2、A3、A4等4个不同处理的西洋甘菊精油进行GC-MS分析,均分离出33个峰(图 2),解析鉴定出其中23种成分,为萜烯类和醇类等,主要为红没药醇、红没药醇氧化物A、红没药醇氧化物B、母菊薁、β-合金欢烯、2(己-2,4-二炔-1-叉)-1,6二氧螺[4,4]壬-3-烯等,其不同处理的精油成分及相对含量分析比较结果见表 3。
(1)醇类:共8个,占精油成分总含量的45.97%~63.01%。醇类以红没药醇、红没药醇氧化物A、红没药醇氧化物B为主,三者占醇类物质总含量的83.88%~96.05%。顺式-澳白檀醇含量相差较大,以A3最高(8.01%),A1最低(0.73%);橙花叔醇含量相差较小,以A3最高(0.39%);红没药醇氧化物A,阴干(CK)略低于A4;其余的5个醇类化合物,如红没药醇、红没药醇氧化物B、斯巴醇、蒿醇、艾醇等,均以对照最高。5个处理的醇类物质含量差别较大,对照最高(63.01%),A3次之(56.51%),A2最低(45.97%),其大小排序为CK>A3>A4>A1>A2。表明西洋甘菊花自然阴干或50℃烘干时,醇类物质不易损失。
(2)烯类:共10个,占精油成分总含量的17.46%~33.21%。烯类以2(己-2,4-二炔-1-叉)-1,6二氧螺[4,4]壬-3-烯、β-合金欢烯、γ-榄香烯为主,三者占烯类物质总含量的95.63%~96.79%。2(己-2,4-二炔-1-叉)-1,6二氧螺[4,4]壬-3-烯含量相差不大,以A4最高(14.05%),对照次之;β-合金欢烯含量相差较大,以A2最高(16.37%),对照最低(3.05%);γ-榄香烯含量也相差较大,以A2最高(4.04%),对照最低(1.05%)。5个处理的烯类物质含量差别较大,A2最高(33.21%),A1次之(30.87%),对照最低(17.46%),其含量大小排序为A2>A1>A4>A3>CK。表明西洋甘菊花55℃~60℃烘干时,烯类物质不易损失。
(3)母菊薁:母菊薁为西洋甘菊精油中最有价值的成分之一,占精油成分总含量的16.12%~17.67%,5个处理的母菊薁含量差别不大,对照最高(17.67%),A1次之(17.45%),A2最低(16.12%),其含量大小排序为CK>A1>A3>A4>A2。表明60℃快速干燥或自然低温缓慢阴干时,母菊薁含量均较高。
(4)其他类化合物:包括4,8-二甲基-3,8-壬二烯-2-酮、蒿酮和二十八烷,三者占总含量的0.30%~0.54%。
3 讨论与结论3.1 研究结果表明不同干燥温度对干花精油含有率影响较大。电热鼓风干燥时,温度每上升5℃,其精油含有率就会明显升高。A1最高(0.134%),A2(0.117%)、A3(0.115%)次之,A5(0.097%)最低;A1、A2、A3三者之间不存在极显著差异,而与A4、A5两者存在极显著差异,比对照分别增加31.37%、14.70%、12.24%。西洋甘菊花的油腺主要分布在管状花的下部1/3处,并且大量的精油在维管束细胞内呈流动状,在50~60℃低温干燥时,可快速去除花朵中多余的含水量,与50℃以下缓慢干燥相比较,其损失的精油反而较少。因此,本试验条件下,西洋甘菊干燥温度以50~60℃为宜,其精油含有率较高。高温干燥,可产生巨大的水蒸气把香气分子带出毛细孔外,60℃以上干燥温度对其精油含量的影响究竟有多大,还有待进一步研究。
3.2 研究结果表明干燥温度与干燥时间是影响西洋甘菊花品质的两个重要烘焙技术因子。外观品相以45℃(25 h)、50℃(21 h)、55℃(16 h)烘干品最好,60℃(16 h)次之,40℃(40 h)和阴干品(120 h)最差。但从外观品质和干燥效率来看,西洋甘菊花干燥温度以55~60℃为好,干燥时间以16 h左右为宜,干鲜比控制在15.90%~15.79%为准。从精油含有率来看,西洋甘菊在50~60℃快速干燥时,干燥时间在21~16 h,精油损失较少,精油含有率明显提高。从西洋甘菊精油各类成分的相对百分含量变化来看,自然阴干和55℃烘干、60℃烘干的干燥方法较为理想。但自然阴干其缺点为干燥时间长,且受天气影响。福建省4~5月份处于多雨季节,自然阴干时间要5 d以上,时间较长,自然阴干加工方式在福建省不太适宜。综合考虑各项因素,在西洋甘菊药材干燥时宜采用烘干法,温度应以55~60℃,干燥时间以16 h为宜,有利于提高西洋甘菊干燥效率和干花品质。
3.3 研究结果表明不同干燥温度对西洋甘菊精油成分中的醇类和烯类总含量及各相对含量影响较大,但对精油成分总含量及母菊薁的相对含量影响不大。试验共分离出33个峰,解析鉴定出其中的23种成分,占总含量的96.32%~99.02%。西洋甘菊精油成分为醇类和萜烯类等,主要为红没药醇、红没药醇氧化物A、红没药醇氧化物B、母菊薁、β-合金欢烯、2(己-2,4-二炔-1-叉)-1,6二氧螺[4,4]壬-3-烯等。其中醇类物质8个,占香气成分总含量的45.97%~63.01%,以对照和A3较高;烯类物质10个,占香气成分总含量的17.46%~33.21%,以A1和A2较高;母菊薁含量占香气成分总含量的16.12%~17.67%,以对照和A1较高。西洋甘菊精油成分大都为醇类物质,烯类所占比例也较高,这与张运晖等[3]的研究结果一致。主要成分与前人[2, 3, 8]研究结果没有大的区别,但是有些成分的相对百分含量却有较大差异。郑汉臣等[11] 研究认为国产母菊Matricaria Chamomilla L.的鲜花序和干花序精油中的几种主要成分的相对含量有明显差别。2种结果同时证明西洋甘菊精油有些成分在干燥过程中有变化,选择合适的干燥温度对西洋甘菊花草茶制作或产品初加工是非常重要的。
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