薛揚(yáng)，劉恩寵，耿鳴陽(yáng)，李夢(mèng)，孫雪，董鐘，劉云宏,2,3*

1(河南科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽(yáng)，471000)2(食品綠色加工與質(zhì)量安全控制河南省國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng)，471000)3(食品微生物河南省工程技術(shù)研究中心，河南 洛陽(yáng)，471000)

鐵棍山藥(Dioscoreaopposita)為薯蕷科薯蕷屬植物的塊莖[1]，主要產(chǎn)地是我國(guó)河南省焦作市，被譽(yù)為“四大山藥”之首。鐵棍山藥富含碳水化合物、多糖、多酚以及鈣、鐵、鋅等多種微量元素，具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[2]。但新鮮鐵棍山藥的含水率高，不易儲(chǔ)存，容易出現(xiàn)發(fā)芽、變質(zhì)等現(xiàn)象[3]。目前，經(jīng)常對(duì)鐵棍山藥進(jìn)行切片及干燥加工，通過(guò)降低其含水量及水分活度延長(zhǎng)鐵棍山藥的貯藏期，保證鐵棍山藥的品質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)成分，還能拓寬其應(yīng)用市場(chǎng)。

熱泵干燥(heat pump drying, HPD)是一種將熱源循環(huán)利用的現(xiàn)代干燥技術(shù)，具有低能耗、污染少等優(yōu)勢(shì)[4]，但同時(shí)也存在僅對(duì)物料表面加熱、干燥時(shí)間偏長(zhǎng)等缺點(diǎn)[5]，進(jìn)而不利于熱敏性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的保留。直觸超聲(contact ultrasound, CU)可以通過(guò)超聲設(shè)備直接將超聲波能量傳入物料內(nèi)部，該技術(shù)所特有的機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)[6]可使物料組織結(jié)構(gòu)變蓬松、微觀孔道數(shù)量增多，能夠大大減小傳質(zhì)阻力，從而有利于干燥過(guò)程中物料內(nèi)部水分?jǐn)U散，進(jìn)而縮短干燥時(shí)間。將HPD和直觸超聲2種技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的超聲強(qiáng)化熱泵干燥技術(shù)(contact ultrasound enhanced heat pump drying, CU-HPD)，理論上可實(shí)現(xiàn)2種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，直觸超聲技術(shù)能夠強(qiáng)化HPD過(guò)程中的傳質(zhì)進(jìn)程，促進(jìn)物料內(nèi)部水分?jǐn)U散[7]，進(jìn)而縮短干燥時(shí)間和提升產(chǎn)品品質(zhì)。但目前未見鐵棍山藥CU-HPD品質(zhì)特性的研究報(bào)道

變異系數(shù)法[8]是通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法計(jì)算得出各參數(shù)指標(biāo)變化程度的權(quán)重分析方法，能夠?qū)?shù)指標(biāo)進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。白潔等[9]利用變異系數(shù)法對(duì)氣流膨化處理馬鈴薯方便粥的品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)130 ℃處理30 s得到的馬鈴薯方便粥品質(zhì)最優(yōu)。該方法是權(quán)重分析及指標(biāo)評(píng)價(jià)的有效方法，能夠很好地評(píng)判產(chǎn)品指標(biāo)變化程度，但目前未見CU-HPD的變異系數(shù)法研究與應(yīng)用。

因此，本文以新鮮鐵棍山藥為試驗(yàn)材料，進(jìn)行CU-HPD試驗(yàn)。分析不同HPD溫度和超聲功率對(duì)鐵棍山藥品質(zhì)特性的影響，并利用變異系數(shù)法對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)分，得到最優(yōu)干燥條件，以期為新鮮鐵棍山藥的高效干燥及CU-HPD研究與應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮鐵棍山藥，市售。其大小均勻、無(wú)損傷。

本試驗(yàn)中所用試劑：檸檬酸、L-抗壞血酸、D-異抗壞血酸鈉、Na2CO3、無(wú)水乙醇，天津德恩化學(xué)試劑有限公司；濃硫酸(純度≥98%)，洛陽(yáng)昊華化學(xué)試劑有限公司；蒽酮，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；無(wú)水葡萄糖(純度≥98%)、Folin-Ciocalteu試劑、沒食子酸(純度≥98%)、DPPH(純度≥97%)，上海源葉生物科技有限公司，以上試劑均為分析純。

1.2 儀器設(shè)備

超聲強(qiáng)化熱泵干燥設(shè)備，河南科技大學(xué)自制[5]；福瑞特多功能不銹鋼果蔬切片機(jī)，佛山市凌齊電器有限公司；DT型電子天平，常熟市嘉衡天平儀器有限公司；NMI120-015V-1型核磁共振分析儀，上海紐邁電子科技有限公司；TM3030Plus型臺(tái)式掃描電鏡，日本日立高新技術(shù)公司；TA.XT EXPRESS型物性分析儀，英國(guó)SMS公司；Color i5型色差儀，美國(guó)X-Rite公司；ALC-210.3型分析天平，賽多利斯艾科勒公司；UV-4800型紫外-可見分光光度計(jì)，尤尼柯上海儀器有限公司；TG16-WS型高速離心機(jī)，湘儀儀器有限公司；KQ-500DE型超聲波清洗機(jī)，昆山市超聲儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

將新鮮鐵棍山藥洗凈、去皮，并切成5 mm厚的薄片。將切好的鐵棍山藥放入混合護(hù)色液(含有0.06%L-抗壞血酸、0.02%D-異抗壞血酸鈉、0.24% 檸檬酸，均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))中護(hù)色處理15 min，用吸水紙把鐵棍山藥表面水分吸干。分別稱取(60±5)g預(yù)處理過(guò)的鐵棍山藥，使用CU-HPD設(shè)備進(jìn)行脫水實(shí)驗(yàn)，隨后再分析不同干燥條件下鐵棍山藥樣品的品質(zhì)特性。

1.3.1 干燥脫水實(shí)驗(yàn)

將物料放置于CU-HPD設(shè)備中進(jìn)行干燥脫水，分別設(shè)置干燥介質(zhì)溫度為45、55、65 ℃，超聲功率為0、30、60 W，固定風(fēng)速為1.5 m/s。CU-HPD設(shè)備中的鐵棍山藥樣品每30 min稱量1次，直至樣品的含水率降至安全水分(干基含水率0.17 g/g干基)時(shí)，干燥試驗(yàn)結(jié)束。新鮮鐵棍山藥的初始干基含水率采用105 ℃直接干燥法[10]測(cè)得，為(3.37±0.20)g/g。干燥試驗(yàn)過(guò)程中物料干基含水率按公式(1)計(jì)算：

(1)

式中：Mt，t時(shí)刻物料的干基含水率，g/g；mt，t時(shí)刻物料的質(zhì)量，g；md，絕干物質(zhì)的質(zhì)量，g。

1.3.2 水分狀態(tài)

本試驗(yàn)中使用低場(chǎng)核磁共振(low field-nuclear magnetic resonance，LF-NMR)分析儀測(cè)定不同溫度和功率下鐵棍山藥樣品中的水分狀態(tài)。將待測(cè)樣品放入低場(chǎng)核磁共振分析儀中，利用Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)多脈沖回波序列采集待測(cè)樣品數(shù)據(jù)。其主要參數(shù)：采樣點(diǎn)數(shù)(TD)為479 992，前置放大倍數(shù)(PRG)為1，采樣等待時(shí)間(TW)為2 000 ms，回波時(shí)間(TE)為0.3 ms，回波個(gè)數(shù)(NECH)為15 000，模擬增益(RG1)為20.0 dB，累加次數(shù)(NS)為16。

1.3.3 微觀結(jié)構(gòu)

使用掃描電鏡(scanning electron microscope，SEM)觀察不同溫度和功率下鐵棍山藥的微觀結(jié)構(gòu)，其中設(shè)置掃描電鏡的放大倍數(shù)為×150，并調(diào)整焦距得到清晰的SEM圖片。

1.3.4 硬度

使用物性分析儀測(cè)定不同干燥溫度和超聲功率下鐵棍山藥片的硬度值。用P/2探針以0.5 mm/s的測(cè)試速度刺穿山藥樣品，設(shè)置測(cè)試前速度為2 mm/s，測(cè)試中速度為0.5 mm/s，測(cè)試后速度為5 mm/s，壓縮距離為1 mm。每組樣品進(jìn)行3次測(cè)量。

1.3.5 復(fù)水比(rehydration ratio，RR)

分別稱取大約5 g不同干燥條件下得到的山藥樣品，將其浸泡在(25±1)℃的蒸餾水中2 h，再用吸水紙除去樣品表面水分，然后稱量鐵棍山藥樣品復(fù)水后的質(zhì)量。所有復(fù)水試驗(yàn)重復(fù)3次。RR按公式(2)計(jì)算：

(2)

式中：mf，復(fù)水后樣品的質(zhì)量，g；m0，干燥樣品的質(zhì)量，g。

1.3.6 色差

將不同條件干燥脫水后的鐵棍山藥樣品打粉，再使用色差儀測(cè)定鐵棍山藥樣品的色差參數(shù)指標(biāo)。其中L*表示樣品的明暗度、a*表示樣品的紅綠值，b*表示樣品的黃藍(lán)值。對(duì)不同干燥條件下獲得的樣品進(jìn)行3次測(cè)量，并記錄其平均值?？偵瞀按公式(3)計(jì)算：

(3)

式中：ΔE，總色差；L0*、a0*、b0*分別是新鮮鐵棍山藥的明暗度、紅綠值和黃藍(lán)值；L*、a*、b*分別為干燥后樣品的明暗度、紅綠值和黃藍(lán)值。

1.3.7 多酚含量

本文采用福林酚法[11]測(cè)定不同干燥條件下鐵棍山藥樣品中的多酚含量。先將干制后的鐵棍山藥樣品粉碎，過(guò)60目篩備用。然后，精確稱取0.50 g樣品，按1∶20的料液比(g∶mL)加入70%的乙醇溶液，超聲提取30 min，重復(fù)3次。隨后將提取液過(guò)濾并離心(8 000 r/min,離心30 min)，所得上清液即為多酚待測(cè)液。取1 mL待測(cè)液于10 mL容量瓶中，加入1 mL福林酚試劑，暗反應(yīng)5 min后，再加入3 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的Na2CO3溶液，用70%乙醇溶液定容，于室溫下暗反應(yīng)30 min。以70%乙醇溶液為對(duì)照，在765 nm處測(cè)定待測(cè)液的吸光值，每組試驗(yàn)重復(fù)3次。在沒食子酸的標(biāo)準(zhǔn)曲線上計(jì)算待測(cè)液中的多酚濃度，進(jìn)而確定鐵棍山藥樣品中的多酚含量。

1.3.8 多糖含量測(cè)定

本文利用硫酸-蒽酮比色法[12]測(cè)定不同干燥條件下鐵棍山藥中多糖的含量。先將干制后的鐵棍山藥樣品粉碎，過(guò)60目篩備用。精確稱取0.50 g樣品于試管中，加入10 mL蒸餾水，將其置于超聲提取器中提取30 min，隨后將提取液離心，所得的上清液即為多糖待測(cè)液。取1 mL多糖待測(cè)液于試管，加入5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的蒽酮-硫酸溶液，搖勻，90 ℃水浴加熱15 min，以蒸餾水為對(duì)照，在620 nm處測(cè)定待測(cè)液的吸光值，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，并在標(biāo)準(zhǔn)曲線上計(jì)算待測(cè)液中的多糖含量，從而求得鐵棍山藥樣品中的多糖含量。

1.3.9 抗氧化性能測(cè)定

本研究中以DPPH自由基清除率來(lái)表征不同干燥條件下鐵棍山藥樣品的抗氧化性能。先配制質(zhì)量濃度梯度為20、40、60、80、100 μg/mL的溶液，然后準(zhǔn)確吸取0.2 mL于試管中，加入5 mL濃度為0.1 mmol/L的DPPH乙醇溶液，于室溫中暗反應(yīng)30 min。以蒸餾水為對(duì)照，在517 nm處測(cè)定吸光值，并計(jì)算不同干燥條件下鐵棍山藥樣品的DPPH自由基清除率，每組試驗(yàn)重復(fù)3次。DPPH自由基清除率按公式(4)計(jì)算：

(4)

式中：I，自由基清除率，%；A0，DPPH乙醇溶液的吸光度；A1，樣品與DPPH乙醇溶液混合后的吸光度；A2，樣品的吸光度。

1.3.10 權(quán)重分析

本研究采用變異系數(shù)法對(duì)不同干燥條件下鐵棍山藥的干燥時(shí)間、硬度值、復(fù)水比、色差值、多酚含量、多糖含量以及抗氧化活性7個(gè)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分析。

首先，各指標(biāo)的變異系數(shù)及權(quán)重按公式(5)、公式(6)計(jì)算：

(5)

(6)

式中：Wi，第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

之后，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理按公式(7)計(jì)算：

(7)

最后，將各指標(biāo)的權(quán)重和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值相乘，計(jì)算總和求得不同干燥條件下鐵棍山藥樣品的綜合評(píng)分。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 2018及Spss 20.0等軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 鐵棍山藥CU-HPD脫水曲線

不同干燥條件下鐵棍山藥CU-HPD的干燥脫水曲線如圖1所示。

圖1 不同干燥條件下鐵棍山藥的干燥曲線Fig.1 Drying curves of contact ultrasound enhanced heat pump drying of D. opposite under different drying conditions

在干燥溫度45 ℃、超聲功率0 W的條件下，樣品所需的干燥時(shí)間最長(zhǎng)，為630 min；當(dāng)干燥溫度65 ℃、超聲功率60 W時(shí)，樣品的干燥時(shí)間最短，為240 min。此外，在同一超聲功率下，鐵棍山藥的干燥時(shí)間隨著干燥溫度的升高而縮短；在同一干燥溫度下，其干燥時(shí)間隨著超聲功率的升高而縮短。這是因?yàn)樵诟稍镞^(guò)程中，隨著干燥溫度的升高，物料內(nèi)外形成外高內(nèi)低的溫度梯度，在此溫度梯度作用下，水分子躍遷頻率增高，加快物料與外界的傳熱傳質(zhì)，縮短干燥時(shí)間[13]。與此同時(shí)，超聲能量可以直接由超聲設(shè)備傳入物料并作用于內(nèi)部水分[14]。在超聲的機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)作用下[15]，鐵棍山藥內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得疏松，降低了物料內(nèi)部對(duì)水分的束縛力，從而有效減小內(nèi)部擴(kuò)散阻力，提高水分遷移能力，進(jìn)而縮短干燥時(shí)間，且超聲的強(qiáng)化效應(yīng)隨著超聲功率的升高而更加明顯。

2.2 水分狀態(tài)

根據(jù)LF-NMR原理[16]，鐵棍山藥樣品的T2弛豫時(shí)間曲線可以反映干燥過(guò)程中樣品內(nèi)部水分狀態(tài)的變化。弛豫時(shí)間越短，說(shuō)明水分與樣品結(jié)合的越緊密，其自由度越低，流動(dòng)性就越差。反之，弛豫時(shí)間越長(zhǎng)，則說(shuō)明其自由度越高，流動(dòng)性就越好。被不同T2信號(hào)覆蓋的峰面積可以代表不同狀態(tài)水分的相對(duì)含量[17]。

不同干燥溫度和超聲功率下鐵棍山藥的核磁共振弛豫譜如圖2所示。新鮮鐵棍山藥的核磁共振弛豫譜中有3個(gè)峰T21、T22和T23，其相對(duì)應(yīng)的峰面積分別為A21、A22、A23，它們分別代表結(jié)合水、不易流動(dòng)水和自由水。其中新鮮的鐵棍山藥核磁共振信號(hào)幅值最大，說(shuō)明新鮮的鐵棍山藥水分含量最高，且新鮮鐵棍山藥的核磁共振信號(hào)中A23明顯高于A22和A21，說(shuō)明新鮮鐵棍山藥的水分主要是自由水，而且遠(yuǎn)多于不易流動(dòng)水和結(jié)合水的含量。以圖2-a～圖2-c為例，可以發(fā)現(xiàn)在干燥過(guò)程中施加超聲之后，A23下降速度明顯加快，且超聲功率越高，A23下降速度越快。在A23減小的過(guò)程中，A22先緩慢增大后逐漸下降。A21則幾乎不變。這表明在鐵棍山藥CU-HPD過(guò)程中，鐵棍山藥內(nèi)部的自由水含量一直在減少，直至完全去除；不易流動(dòng)水含量先緩慢增大，后逐漸減小，干燥結(jié)束時(shí)物料中仍存在部分不易流動(dòng)水；結(jié)合水含量則在干燥過(guò)程中幾乎不變。由圖2-b、圖2-e、圖2-h還可看出，在同一超聲功率下，A23隨著溫度的升高，下降得越來(lái)越快。干燥溫度升高，使得鐵棍山藥吸收的熱量變多，加快表面水分的蒸發(fā)，有利于內(nèi)部水分向外流出，縮短脫去自由水的時(shí)間，加快物料的干燥脫水進(jìn)程。

a-45 ℃-0 W；b-45 ℃-30 W；c-45 ℃-60 W；d-55 ℃-0 W；e-55 ℃-30 W；f-55 ℃-60 W；g-65 ℃-0 W；h-65 ℃-30 W；i-65 ℃-60 W圖2 不同干燥條件下鐵棍山藥的T2弛豫曲線Fig.2 T2 relaxation curves of D. opposite under different drying conditions

2.3 微觀結(jié)構(gòu)

不同干燥溫度和超聲功率下鐵棍山藥樣品的SEM結(jié)果如圖3所示。不同干燥溫度和超聲功率是影響樣品微觀結(jié)構(gòu)的重要因素。在同一干燥溫度下，超聲功率為0 W時(shí)，鐵棍山藥樣品的干燥時(shí)間較長(zhǎng)，其切面皺縮較為嚴(yán)重，組織結(jié)構(gòu)致密，且微孔道的數(shù)目不多。這種結(jié)構(gòu)會(huì)使鐵棍山藥的傳質(zhì)阻力變大，從而不利于物料內(nèi)部的水分遷移；隨著超聲功率的升高，鐵棍山藥樣品切面的部分組織結(jié)構(gòu)變得疏松，微觀孔道數(shù)量增多，且超聲功率越大，鐵棍山藥樣品切面的組織結(jié)構(gòu)越疏松，微觀孔道數(shù)量越多。這與萬(wàn)芳新等[18]在胡蘿卜超聲強(qiáng)化遠(yuǎn)紅外輻射干燥的研究結(jié)果類似。超聲波能量在樣品中傳遞時(shí)，超聲的機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)使鐵棍山藥樣品的微觀結(jié)構(gòu)變得疏松，這說(shuō)明超聲波能夠強(qiáng)化干燥過(guò)程中鐵棍山藥的內(nèi)部傳質(zhì)，促進(jìn)物料內(nèi)部水分?jǐn)U散，且隨著超聲功率的提高，這種強(qiáng)化效應(yīng)越明顯，越有利于物料內(nèi)部的水分?jǐn)U散，進(jìn)而縮短物料受熱時(shí)間和脫水過(guò)程。

a-45 ℃-0 W；b-45 ℃-30 W；c-45 ℃-60 W；d-55 ℃-0 W；e-55 ℃-30 W；f-55 ℃-60 W；g-65 ℃-0 W；h-65 ℃-30 W；i-65 ℃-60 W圖3 不同干燥條件下鐵棍山藥的掃描電鏡圖Fig.3 SEM pictures of D. opposite under different drying conditions

2.4 硬度

不同干燥條件下鐵棍山藥樣品的硬度值如圖4所示，在同一干燥溫度下，其硬度值隨著超聲功率的升高而降低。以干燥溫度55 ℃為例，當(dāng)超聲功率從0 W升高到60 W時(shí)，樣品的硬度值從1 695.56 g降低到829.25 g。在同一超聲功率下，鐵棍山藥樣品的硬度值隨著溫度的升高而降低，以超聲功率30 W為例，當(dāng)干燥溫度從45 ℃升高到65 ℃，樣品的硬度值從1 392.19 g降低至1 031.89 g。在干燥溫度45 ℃、超聲功率0 W的條件下，樣品的硬度值最大，為1 834.94 g；在干燥溫度65 ℃、超聲功率60 W的條件下，樣品的硬度值最小，為628.39 g。在干燥溫度較低的條件下，干燥時(shí)間較長(zhǎng)，不利于鐵棍山藥樣品中水分的去除，導(dǎo)致樣品表面硬化、結(jié)塊，從而導(dǎo)致樣品硬度值較高[19]。根據(jù)不同干燥條件下鐵棍山藥樣品的微觀結(jié)構(gòu)，并結(jié)合圖3可知，在較高的超聲功率水平下，樣品內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)較為疏松，進(jìn)而降低其硬度值。因此，鐵棍山藥樣品的硬度值與其微觀結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的相關(guān)性。

圖4 不同干燥條件下鐵棍山藥的硬度值Fig.4 Hardness value of D. opposite under different drying conditions注：不同字母代表差異顯著，小寫字母表示超聲功率，大寫字母表示干燥溫度(P<0.05)(下同)

2.5 復(fù)水比

復(fù)水比是評(píng)價(jià)干制品品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)[20]。復(fù)水能力也在一定程度上反映了產(chǎn)品內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)。表1是不同干燥溫度和超聲功率下鐵棍山藥干制品的復(fù)水比，方差分析結(jié)果表明，在不同干燥條件下所得的鐵棍山藥干制品復(fù)水率有顯著性差異(P<0.05)。在同一干燥溫度下，復(fù)水比隨著超聲功率的升高而變大；在同一超聲功率水平下，復(fù)水比隨著干燥溫度的升高而變大。以干燥溫度55 ℃為例，當(dāng)超聲功率為0、30、60 W時(shí)，干制品復(fù)水比分別為1.92、2.01、2.17 g/g；以超聲功率60 W為例，當(dāng)干燥溫度為45、55、65 ℃時(shí)，干制品復(fù)水比分別為2.06、2.17、2.31 g/g。

其中在干燥溫度為45 ℃、超聲功率為0 W的條件下所得鐵棍山藥干制品的復(fù)水率最小，為1.78 g/g，這可能與其干燥時(shí)間較長(zhǎng)，干燥脫水過(guò)程中物料表面皺縮、結(jié)構(gòu)硬化，不能較多的吸收水分，導(dǎo)致其復(fù)水能力差；在干燥溫度為65 ℃、超聲功率為60 W的條件下，鐵棍山藥干制品的復(fù)水率最大，為2.31 g/g。這是由于其在干燥過(guò)程中受超聲波的作用，內(nèi)部形成疏松多孔的海綿狀結(jié)構(gòu)，可以更好地吸收水分，從而有較大的復(fù)水比。結(jié)合前述結(jié)果可知，鐵棍山藥的復(fù)水比與其微觀結(jié)構(gòu)、硬度值具有很大的關(guān)聯(lián)性。

表1 不同干燥條件下鐵棍山藥的復(fù)水比Table 1 Rehydration ratio of D. opposite under different drying conditions

2.6 色差

色差也是評(píng)價(jià)干制品品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，表2為不同干燥溫度和超聲功率下鐵棍山藥干制品的色差參數(shù)值。干制后的鐵棍山藥色澤參數(shù)值與新鮮鐵棍山藥相比，其L*值顯著升高，a*值有小幅升高，b*值有明顯升高。在同一干燥溫度下，鐵棍山藥干制品的ΔE值隨著超聲功率的升高而減小。以干燥溫度45 ℃為例，當(dāng)超聲功率從0 W升高至60 W，ΔE值從57.01減小至51.95。在同一超聲功率水平下，ΔE值隨著干燥溫度的升高呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)。以超聲功率30 W為例，在45、55、65 ℃的干燥溫度下，ΔE值分別為54.50、51.04和56.25。干燥溫度和超聲功率對(duì)鐵棍山藥的ΔE值有顯著的影響。干燥溫度45 ℃時(shí)，樣品干燥脫水需要較長(zhǎng)的干燥加工時(shí)間，這就導(dǎo)致樣品在干燥過(guò)程中發(fā)生褐變、氧化，在一定程度上影響樣品的色澤；干燥溫度65 ℃時(shí)，物料中的部分酚類物質(zhì)氧化產(chǎn)生有色物質(zhì)，從而影響產(chǎn)品色澤[21]。因此，干燥溫度較低或者較高都對(duì)色澤有一定影響。超聲除了可以縮短干燥時(shí)間，減少樣品與熱空氣的接觸時(shí)間之外，還具有一定的抑酶能力，能夠減少褐變的發(fā)生，使樣品具有較小的ΔE值，有利于保證產(chǎn)品具有良好的色澤。

表2 不同干燥條件下鐵棍山藥的色差值Table 2 Color parameters of D. opposite under different drying conditions

2.7 多酚含量

不同干燥溫度和超聲功率下鐵棍山藥干制品中多酚含量如圖5所示。在同一干燥溫度下，多酚含量隨著超聲功率的升高而增高；在同一超聲功率水平下，多酚含量隨著干燥溫度的升高，呈現(xiàn)出先增高、后降低的趨勢(shì)。其中干燥溫度55 ℃、超聲功率60 W條件下的多酚含量最高，為36.17 μg/g；干燥溫度65 ℃、超聲功率0 W條件下的多酚含量最低，為9.47 μg/g。

由于酚類化合物不穩(wěn)定，在干燥過(guò)程中很容易被氧化[22]，干燥溫度45 ℃時(shí)，鐵棍山藥樣品在干燥過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間與O2接觸，導(dǎo)致酚類化合物氧化嚴(yán)重，多酚含量明顯降低；在干燥溫度為65 ℃的條件下，干燥溫度過(guò)高不利于鐵棍山藥所含多酚類物質(zhì)的保留。經(jīng)CU-HPD處理的鐵棍山藥干燥時(shí)間縮短，酚類化合物氧化程度有所緩解，表現(xiàn)為CU-HPD所得樣品中多酚含量要高于單純的HPD，說(shuō)明在HPD中施加超聲強(qiáng)化，可以更好地減弱氧化，有利于鐵棍山藥中的酚類物質(zhì)的保留，獲得更高品質(zhì)的產(chǎn)品。

圖5 不同干燥條件下鐵棍山藥的多酚含量Fig.5 Polyphenol content of D. opposite under different drying conditions

2.8 多糖含量

多糖是鐵棍山藥的有效成分之一[23]，具有調(diào)節(jié)血糖、提高機(jī)體免疫能力的作用，因此不同干燥條件下所得鐵棍山藥的多糖含量在一定程度上，反映鐵棍山藥品質(zhì)的優(yōu)劣。圖6為不同干燥條件下鐵棍山藥的多糖含量，鐵棍山藥樣品中的多糖含量與干燥溫度和超聲功率密切相關(guān)。在同一干燥溫度下，多糖含量隨著超聲功率的升高而增高；在同一超聲功率水平下，多糖含量隨著干燥溫度的升高，呈現(xiàn)出先增高、再降低的趨勢(shì)。其中在干燥溫度65 ℃、超聲功率0 W條件下所得鐵棍山藥干制品的多糖含量最低，為56.36 μg/g；在干燥溫度55 ℃、超聲功率60 W條件下得到的鐵棍山藥干制品中多糖含量最高，為137.47 μg/g。熱處理對(duì)多糖結(jié)構(gòu)的影響較大，易使多糖氧化降解[24]，所以在干燥溫度為65 ℃的條件下，樣品中多糖含量較低；施加超聲能夠縮短鐵棍山藥的干燥時(shí)間，從而減少多糖的氧化降解及受熱分解。

圖6 不同干燥條件下鐵棍山藥的多糖含量Fig.6 Polysaccharide content D. opposite under different drying conditions

2.9 抗氧化性能

本研究中采用IC50值來(lái)表征不同干燥條件下鐵棍山藥樣品抗氧化活性的強(qiáng)弱。IC50是DPPH自由基清除率為50%時(shí)對(duì)應(yīng)的鐵棍山藥樣品濃度，其數(shù)值越小，表明DPPH自由基清除率越大，該干燥條件下所得鐵棍山藥干制品的抗氧化性能越強(qiáng)[25]。圖7為不同干燥溫度和超聲功率下鐵棍山藥的IC50值，在干燥溫度不變的條件下，鐵棍山藥干制品的IC50值隨著超聲功率的提高而降低，這說(shuō)明在HPD過(guò)程中施加超聲可對(duì)保護(hù)產(chǎn)品抗氧化性能產(chǎn)生積極作用。在同一超聲功率水平，鐵棍山藥干制品的IC50值隨著干燥溫度的升高，呈先降低再升高的趨勢(shì)。其中干燥溫度65 ℃、超聲功率0 W的條件下，所得鐵棍山藥干制品的IC50值最大；干燥溫度為55 ℃、超聲功率為60 W的條件下，所得鐵棍山藥干制品的IC50值最小，這說(shuō)明干燥溫度過(guò)高、干燥處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)都不利于樣品中抗氧化物質(zhì)的保存。

圖7 不同干燥條件下鐵棍山藥的IC50值Fig.7 IC50 value of D. opposite under different drying conditions

2.10 不同干燥條件下鐵棍山藥干制品的綜合評(píng)分

不同干燥條件下鐵棍山藥的脫水時(shí)間、硬度值、復(fù)水比、ΔE、多酚含量、多糖含量以及IC50這7個(gè)指標(biāo)的變異系數(shù)及權(quán)重如表3所示。脫水時(shí)間、硬度值、多酚含量、多糖含量和IC50值對(duì)鐵棍山藥樣品品質(zhì)的權(quán)重影響比較大，分別占0.17、0.19、0.24、0.18和0.15；復(fù)水比和ΔE的權(quán)重較小，只占0.04和0.03。

表3 不同干燥條件下鐵棍山藥各品質(zhì)指標(biāo)的權(quán)重Table 3 Weight of each index of D. opposite under different drying conditions

不同干燥條件下鐵棍山藥各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值和綜合評(píng)分如表4所示。

續(xù)表4

從表4可知，不同干燥條件下鐵棍山藥干制品的綜合評(píng)分有較大差異，其中在干燥溫度55 ℃、超聲功率60 W條件下鐵棍山藥的綜合評(píng)分最高，為1.48，且遠(yuǎn)高于其他干燥條件下樣品的綜合評(píng)分。因此，鐵棍山藥CU-HPD的最優(yōu)干燥條件為干燥溫度55 ℃、超聲功率60 W。

3 結(jié)論

在鐵棍山藥CU-HPD中，HPD溫度和超聲功率對(duì)干燥脫水時(shí)間、樣品內(nèi)部的水分狀態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)有較大的影響。隨著干燥溫度和超聲功率的提高，干燥脫水時(shí)間縮短了30～390 min，樣品內(nèi)部的自由水被加速去除，且樣品的組織結(jié)構(gòu)變得疏松多孔。

結(jié)果表明，干燥溫度和超聲功率對(duì)鐵棍山藥的硬度值、復(fù)水比、ΔE值、多酚含量、多糖含量和IC50值有顯著影響(P<0.05)。在干燥溫度65 ℃、超聲功率60 W的條件下，硬度值最小，復(fù)水比最大，分別為628.39 g，2.31 g/g。在干燥溫度55 ℃、超聲功率60 W的條件下，多酚含量和多糖含量最大，ΔE值和IC50值最小，分別為36.17 μg/g和137.47 μg/g、47.99和33.27 μg/mL。在HPD過(guò)程中施加超聲強(qiáng)化有利于保護(hù)產(chǎn)品品質(zhì)。

通過(guò)變異系數(shù)法的權(quán)重分析可知，干燥脫水時(shí)間、硬度值、多酚含量、多糖含量和IC50值5個(gè)指標(biāo)所占的權(quán)重較大，其中在干燥溫度55 ℃、超聲功率60 W的條件下所得鐵棍山藥樣品的綜合評(píng)分最高，故為鐵棍山藥CU-HPD的最優(yōu)干燥參數(shù)。