不同干燥方法与预处理对Arum rupicola Boiss. var. virescens (Stapf) P.C. Boyce叶片氰苷、草酸钙及生物活性化合物的影响

《Plants》：Effect of Different Drying Methods and Pretreatments on Cyanogenic Glycosides, Calcium Oxalate, and Bioactive Compounds of Arum rupicola Boiss. var. virescens (Stapf) P.C. Boyce

　　

本研究探讨了真空联合红外辐射（VCIR）、微波（MW）、常规（CV）、阴干和晒干对Arum rupicola Boiss. var. virescens (Stapf) P.C. Boyce叶片中氰苷和草酸钙等特定化合物含量的影响。此外，研究人员还考察了超声（100%振幅，10、20和30 min）、热烫（90 °C下5和10 min）以及冻融（?18 °C下16 h）预处理对样品中氰苷和草酸钙含量的影响。干燥方法影响了总酚、总黄酮、总叶绿素和总类胡萝卜素的含量。此外，研究人员还评估了这些化合物的抗氧化活性，在VCIR干燥的样品中观察到较高的活性。与新鲜样品相比，氰苷含量和草酸钙针晶尺寸均有所降低。在干燥工艺中，VCIR是降低氰苷含量和针晶尺寸最有效的方法；在预处理中，30 min超声处理效果最佳。

论文解读

一、研究背景与意义

天南星科（Araceae）植物广泛分布于欧洲、北非、西亚和中亚地区，地中海区域物种多样性最为丰富。Arum属植物含有多种化学成分，如生物碱、多酚、糖苷（包括黄酮苷、皂苷和氰苷）、单萜、倍半萜和凝集素等，其提取物具有镇痛、抗菌、抗炎和抗癌等功效。然而，该属植物同时具有毒性，主要毒性来源为草酸盐晶体和氰苷，以及挥发性胺类和生物碱等成分。Arum rupicola Boiss. var. virescens (Stapf) P.C. Boyce是分布于土耳其东部安纳托利亚地区的一种植物，其叶片经煮沸、沥干后可用于制作抓饭。为规避其毒性，当地传统上将其叶片和根茎与干桑葚、漆树、石榴酱和磨碎的小麦一同烹煮。

干燥是采后加工中能耗最高的环节之一，通过降低水分活度来延长产品保质期，同时也可用于降低或灭活食品中的草酸盐、减少植物毒性成分。已有研究表明，不同干燥工艺可普遍降低样品的总草酸、可溶性和不溶性草酸含量。此外，预处理方法如煮沸也能有效降低草酸含量。氰苷的摄入可导致急性或慢性中毒，但通过适当的加工方法可显著降低氢氰酸含量，从而降低健康风险。微波加热、水热处理及其组合已被报道可显著降低李子核中的氰苷含量。

基于上述背景，本研究旨在系统评估不同干燥方法（VCIR、MW、CV、阴干和晒干）及预处理方式（超声、热烫、冻融）对Arum rupicola Boiss. var. virescens (Stapf) P.C. Boyce叶片中生物活性成分和毒性成分的影响，以期为该植物的安全食用和加工提供科学依据。

二、研究内容概述

研究人员于2024年从土耳其哈卡里省Yüksekova地区采集植物样品，经鉴定确认为Arum rupicola Boiss. var. virescens (Stapf) P.C. Boyce。叶片经清洗、去柄后手工切成5 cm长度，用于预处理和干燥实验。研究设置了三种预处理方式：超声处理（20 kHz、200 W，100%振幅，分别处理10、20和30 min，温度控制在32 ± 2 °C）；热烫处理（90 °C水浴中浸泡5和10 min）；冻融处理（?18 °C冷冻16 h后室温解冻1 h）。所有浸泡操作中，样品与浸泡液的比例为1:20（w:v）。干燥方法包括：真空联合红外辐射干燥（250 W红外功率、200 mmHg真空压力，样品与灯管距离12 cm）、微波干燥（300 W）、常规干燥（70 °C）、阴干（18 ± 2 °C）和晒干（25 ± 2 °C），干燥持续至样品水分含量降至7.5–9.5%（干基）。每种干燥过程重复五次。

研究采用的主要技术方法包括：Folin–Ciocalteu法测定总酚含量（TPC），Zhishen等的方法测定总黄酮含量（TFC），DPPH和ABTS法评估抗氧化活性，高效液相色谱（HPLC）系统同时测定单体酚类化合物和5-羟甲基糠醛（HMF），分光光度法测定总叶绿素和总类胡萝卜素含量，HPLC测定L-抗坏血酸含量，银量滴定法测定氰苷含量，以及光学显微镜观察草酸钙针晶的形态和尺寸。所有分析重复三次，数据以平均值±标准差表示，采用SPSS 20.0软件进行方差分析（ANOVA），均值间差异通过Duncan多重比较检验确定（p < 0.05）。

三、研究结果

3.1 干燥对样品品质参数的影响

新鲜样品的初始水分含量为88.09%，干燥后最终水分含量低于9.52%。在干燥方法中，微波干燥速度最快，仅需10 min（300 W功率），干燥速率顺序为：MW > VCIR > CV > 晒干 > 阴干。MW的干燥时间分别比VCIR和CV短5倍和18倍，VCIR比CV短约3.6倍。人工干燥机比自然干燥方法更快、更高效。

不同干燥方法显著影响TPC、TFC和抗氧化活性（ABTS和DPPH）。与新鲜样品相比，VCIR和MW干燥样品的TPC、TFC、ABTS和DPPH值显著升高（p < 0.05），这可能是由于细胞结构破坏释放了大量游离酚类化合物。VCIR干燥获得最高值，推测较低功率和真空条件保护了酚类免受氧化。相反，阴干和晒干样品中这些参数显著降低（p < 0.05），晒干样品最低，这与较长干燥期内样品暴露于更多氧化有关。

新鲜样品中总叶绿素和总类胡萝卜素含量分别为3599.02 mg/kg DM和965.43 mg β-胡萝卜素当量/kg DM。不同干燥条件导致样品中总叶绿素和类胡萝卜素含量出现显著差异（p < 0.05），VCIR干燥样品含量最高，依次为MW、阴干、CV和晒干。较长的干燥时间或高温导致总叶绿素和类胡萝卜素更大程度的降解。CV和晒干造成的损失最大。VCIR比其他方法更有效地保留类胡萝卜素，这与真空环境中缺乏氧化所需的氧气有关。

样品中检测到绿原酸和咖啡酸两种单体酚。干燥样品中这些酚类的含量范围分别为81.16–301.75和49.62–101.06 mg/kg DM，新鲜样品分别为136.87和170.78 mg/kg DM。干燥技术对样品中酚类化合物的影响显著（p < 0.05）。与新鲜样品相比，咖啡酸在干燥后降低；绿原酸在VCIR和CV样品中降低，但在MW、阴干和晒干样品中升高。

新鲜叶片富含L-抗坏血酸（16209.19 ± 627.04 mg/kg DM）。所有干燥方法均显著降低了抗坏血酸含量，降幅分别为：VCIR 16.17%、MW 17.29%、CV 23.46%、阴干82.67%、晒干84.75%。VCIR的损失最低，晒干和阴干损失最高，与较长的干燥时间有关。

所有干燥样品的HMF含量较低（2.47–17.45），但干燥方法显著影响HMF含量（p < 0.05）。VCIR样品中HMF含量极低，MW和晒干样品中最高。MW干燥中HMF显著增加可能与美拉德反应的初始阶段有关。本研究中所有样品的HMF水平均不会对健康造成危害。

3.2 氰苷含量、草酸钙针晶及不同预处理的影响

新鲜样品中氰苷含量为120.72 mg/kg DM。与新鲜样品相比，所有干燥样品中氰苷含量均显著降低（p < 0.05），VCIR、MW、CV、阴干和晒干分别降低了74.08%、66.94%、59.65%、56.99%和46.73%。氰苷是水溶性化合物，组织破裂时释放氢氰酸（沸点26 °C），加热可使其迅速蒸发。VCIR样品中降幅最大，这可能是因为真空环境在热量作用之外还迅速将释放的氢氰酸从环境中移除。CV和阴干样品虽然干燥时间和温度差异显著，但降低率相似（p > 0.05），较低温度下更大的氢氰酸减少可能与较长的干燥时间有关，这为氢氰酸充分释放到环境中提供了充足时间。

在预处理方面，超声处理将氰苷降至29.44 mg/kg DM（新鲜样品为120.72 mg/kg DM）。随着超声时间增加，氰苷含量显著降低（p < 0.05），30 min超声处理消除了75.61%的氰苷。超声预处理在延长处理时间时会损伤组织细胞壁。热烫5和10 min分别去除了40.32%和68.24%的氰苷，其降低机制与氰苷水解为氢氰酸及产物蒸发有关。冻融预处理仅使氰苷降低12.23%，效果不明显。与新鲜样品相比，所有干燥和预处理方法均能降低氰苷含量，其中US30是最有效的预处理方法（p < 0.05）。US10与BL5之间、US30与BL10之间的氰苷去除效果相似（p > 0.05）。US30预处理在去除氰苷方面比干燥方法更有效。

草酸钙针晶以束状形式存在。新鲜样品中针晶长度为37.93 ± 1.08 μm。与新鲜样品相比，所有样品中针晶长度减少了13.94–55.65%（p < 0.05）。在干燥样品中，针晶长度顺序为：MW < VCIR < CV ≤ 晒干 < 阴干。MW处理样品尺寸最小，因为微波加热过程中细胞内部产生的急剧热应激导致草酸钙结构损伤。干燥过程可能通过氧化、脱羧和乙酰化等途径导致草酸降解，从而减小草酸钙尺寸。在预处理样品中，US30和BL10的针晶尺寸最小（p < 0.05）。长时间加热可有效减少草酸钙针状晶体的数量和长度并使其尖端变钝。随着超声持续时间增加，晶体长度也减小（p < 0.05），这表明高超声振幅和持续时间产生的空化能量通过冲击波、局部压力变化和波动导致针晶破碎和尺寸缩小。FT和US20样品的尺寸变化相似（p > 0.05）。预处理总体上比干燥方法产生更小的晶体尺寸，表明较短的预处理时间即可获得较小晶体。

四、讨论与结论

本研究表明，所有干燥方法均导致L-抗坏血酸、总叶绿素、总类胡萝卜素、氰苷含量和针晶尺寸的降低。晒干和阴干还导致TPC、TFC、DPPH、ABTS和酚类化合物的降低。VCIR干燥样品在L-抗坏血酸、总叶绿素和总类胡萝卜素方面损失最低，同时TPC、TFC和抗氧化活性最高。尽管VCIR的干燥时间比MW长，但在保留营养成分和抗氧化潜力方面能提供更高质量的产品。氰苷毒性和针晶也显著降低。特别是，US30预处理或VCIR干燥方法是降低氰苷含量和草酸钙针晶尺寸最有效的方法之一。研究结论指出，未来需要进一步研究不同工艺及其组合对氰苷去除和草酸钙针晶尺寸缩减的影响，尤其是对草酸钙尺寸缩减机制的分析。