Nhân sâm Mỹ: Thực hành sản xuất về chất lượng của nó

Nhân sâm Mỹ, Panax quinquefolius , là một loại thảo dược có giá trị cao có nguồn gốc từ đông bắc Bắc Mỹ. Nó được phân biệt với họ hàng gần của nó, nhân sâm Trung Quốc (Panax ginseng), về cả đặc điểm vật lý và hóa học. Hầu hết sản lượng thương mại ở Wisconsin (Hoa Kỳ) và Ontario (Canada) đều được trồng dưới bóng râm nhân tạo.

Khi nói đến chất lượng của nhân sâm, hai biện pháp quan trọng là hàm lượng ginsenoside và polysaccharide. Ginsenoside là hỗn hợp phức tạp của các hợp chất được gọi là triterpene saponin và polysaccharide là hỗn hợp của các loại đường phức tạp. Các hợp chất hóa học này bị ảnh hưởng về cả chất lượng và số lượng bởi các hoạt động sản xuất được sử dụng bởi người trồng nhân sâm.

Một số ginsenosides đặc trưng đã được xác định trong nhân sâm Mỹ (Panax quinquefolius) thông qua một quy trình phân tích hóa học gọi là Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC). Ginsenosides đã được xác định trong rễ, thân, lá và đầu hoa của các loài nhân sâm nhưng chỉ có rễ được sử dụng trong thương mại. Tổng lượng nồng độ ginsenoside thay đổi tùy theo loài được trồng và môi trường.

Các ginsenosides liên quan chặt chẽ với nhân sâm Mỹ là Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re, Rg1, Ro; các malonyl-ginsenosides: mRb1, mRb2, mRc, mRd và gypenoside XVII. Một trong những đặc điểm nổi bật của nhân sâm Bắc Mỹ là không có ginsenoside Rf có trong nhân sâm Trung Quốc.

Tuổi gốc

Trong sản xuất nhân sâm thương mại, nồng độ ginsenoside tổng số trong rễ tăng theo tuổi của cây trong bốn năm nhân sâm được trồng trong đất. Sự gia tăng rõ rệt nhất (khoảng hai phần ba) xảy ra với ginsenoside Rb1, mRb1 và Re. Tổng hàm lượng ginsenoside tăng từ khoảng 3% trong năm 1 lên khoảng 8% trong năm 4.

Tuổi rễ ít ảnh hưởng đến hàm lượng đường và tinh bột của nhân sâm. Nồng độ đường tăng trong bốn năm từ 3% trong năm đầu tiên lên 6% trong năm thứ tư. Trong thời gian này, nồng độ tinh bột giảm nhẹ tương ứng từ khoảng 55% trong năm đầu tiên xuống khoảng 49% trong năm thứ tư.

Kích thước và hình dạng của rễ

Không có sự khác biệt về hàm lượng ginsenoside tổng số của rễ có trọng lượng khô từ 2 đến 8 gam được quan sát thấy trong nghiên cứu của chúng tôi. Rễ nhỏ hơn 2 gam chứa nhiều ginsenoside tổng số hơn một chút so với rễ lớn hơn.

Hình dạng rễ (dài hay ngắn) không ảnh hưởng đến nồng độ ginsenoside riêng lẻ hoặc tổng thể.

Ngày thu hoạch

Ngày thu hoạch không ảnh hưởng đến hàm lượng chất khô của rễ nhân sâm. Độ ẩm của rễ và mức chất khô không thay đổi giữa tháng 8 và tháng 11 trong các thử nghiệm nghiên cứu.

Nồng độ tinh bột giảm khi ngày thu hoạch bị trì hoãn. Sự hình thành sucrose chiếm khoảng 80% lượng tinh bột bị mất. 20% còn lại dẫn đến sự hình thành các dạng carbohydrate khác, có thể là polysaccharides. Sự gia tăng đặc trưng về nồng độ đường này có tác dụng bảo vệ rễ khỏi bị đóng băng.

Màu rễ hơi sẫm hơn ở rễ được thu hoạch vào giữa tháng 8 và giữa tháng 9.

Tổng lượng ginsenoside giảm sau giữa tháng 9 và đến tháng 11 có thể giảm khoảng 14%. Các ginsenoside riêng lẻ Rb1, Rb2, Rc, Rd, mRd và gypenoside XVII giảm khi ngày thu hoạch bị trì hoãn từ giữa tháng 8 đến giữa tháng 11.

Điều hòa rễ

Tác động lớn nhất của việc xử lý nhiệt độ thấp sau thu hoạch trước khi sấy khô có vẻ là mất độ ẩm dẫn đến nhăn bề mặt cũng như làm sẫm màu bề mặt. Rễ có vẻ ngoài nhăn nheo và sẫm màu này trước đây được ưa chuộng. Sau 40 ngày bảo quản ở nhiệt độ thấp với độ ẩm tương đối từ 85% đến 90%, rễ có thể mất 27% trọng lượng ban đầu (25,5% độ ẩm và 1,5% chất khô). Nếp nhăn đáng kể không xảy ra cho đến khi mất 20% độ ẩm.

Nhiệt độ tối ưu cho quá trình xử lý sau thu hoạch dường như nằm trong khoảng từ 3 °C đến 8 °C. Ở nhiệt độ này, có một lượng nhỏ vật chất khô bị mất do hô hấp khoảng 1,5% trong 14 – 21 ngày đầu tiên của quá trình xử lý rễ. Hàm lượng vật chất khô của rễ tươi là khoảng 30% nhưng thay đổi theo độ tuổi. Rễ một năm tuổi có hàm lượng vật chất khô khoảng 24,9% trong khi rễ bốn năm tuổi có hàm lượng vật chất khô khoảng 30,9%.

Sự chuyển đổi tinh bột thành sucrose lớn nhất xảy ra trong khoảng từ 3 °C đến 8 °C. Nhiệt độ xử lý cực đoan từ -2 °C đến +13 °C làm giảm sự chuyển đổi tinh bột thành sucrose. Rễ vẫn sống trong quá trình xử lý (đây là lý do tại sao chúng hô hấp). Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng rễ được giữ ở nhiệt độ không đổi có thể sống ở -5 °C trong khi nhiệt độ dao động trong khoảng từ -3 °C đến 20 °C khiến rễ chết. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát nhiệt độ đáng tin cậy.

Tổng hàm lượng ginsenoside giảm khoảng 7% khi rễ được xử lý ở nhiệt độ -2 °C. Nhiệt độ xử lý từ 3 °C đến 13 °C không ảnh hưởng đến hàm lượng ginsenoside.

Màu rễ sẫm đi đáng kể khi tiếp xúc với nhiệt độ -2 °C. Màu sẫm hơn một chút khi tiếp xúc với nhiệt độ +13 °C.

Trong quá trình xử lý sau thu hoạch ở nhiệt độ 3 °C – 8 °C, rễ được thu hoạch vào tháng 8, tháng 9 và tháng 10 cho thấy nồng độ tinh bột giảm và nồng độ đường tăng trong 30 ngày xử lý đầu tiên. Không có thay đổi nào thêm về nồng độ tinh bột hoặc đường sau 30 ngày. Đối với rễ được thu hoạch vào tháng 11, hầu hết quá trình thủy phân tinh bột thành đường đã xảy ra trên đồng ruộng và việc xử lý nhiệt độ thấp bổ sung không dẫn đến bất kỳ quá trình thủy phân tinh bột nào nữa.

Thời gian xử lý sau thu hoạch ảnh hưởng đến nồng độ đường trong rễ thu hoạch vào tháng 8, tháng 9 và tháng 10 nhưng không ảnh hưởng đến rễ thu hoạch vào tháng 11. Nồng độ đường tối đa đạt được sau 30 ngày xử lý (trừ rễ thu hoạch vào tháng 11). Sự khác biệt tối thiểu về màu sắc và mức ginsenoside tăng nhẹ (khoảng 0,6%) xảy ra trong vòng 30 ngày.

Nhiệt độ sấy

Nhiệt độ sấy tối ưu để thu hồi ginsenoside dường như là từ 32 °C đến 38 °C. Nồng độ malonyl ginsenoside giảm nếu nhiệt độ sấy tăng từ 38 °C đến 44 °C. Tổng nồng độ ginsenoside có thể giảm 26% ở nhiệt độ sấy 44 °C và 17% ở nhiệt độ sấy 38 °C so với rễ đông khô. Chỉ có gypenoside XVII tăng ở nhiệt độ cao hơn.

Thủy phân tinh bột (quá trình chuyển đổi tinh bột thành đường) xảy ra ở tất cả các nhiệt độ này trong quá trình sấy khô nhân sâm bằng không khí cưỡng bức. Nhiều tinh bột được chuyển đổi thành đường sucrose hơn khi nhân sâm được sấy khô ở 32 °C hoặc 38 °C so với ở 44 °C. Sucrose là loại đường chính có trong nhân sâm Mỹ.

Màu rễ bên trong sẫm lại khi nhiệt độ sấy tăng từ 32 °C lên 44 °C. Ở 44 °C, màu rễ nghiền sẫm lại đến mức giảm đáng kể về giá trị.