周國(guó)燕，詹 博，桑迎迎，王春霞，胡曉亮

(上海理工大學(xué)低溫生物與食品冷凍研究所，上海 200093)

不同干燥方法對(duì)三七內(nèi)部結(jié)構(gòu)和復(fù)水品質(zhì)的影響

周國(guó)燕，詹 博，桑迎迎，王春霞，胡曉亮

(上海理工大學(xué)低溫生物與食品冷凍研究所，上海 200093)

對(duì)比研究真空冷凍干燥、真空干燥和熱風(fēng)干燥對(duì)三七內(nèi)部結(jié)構(gòu)和復(fù)水品質(zhì)的影響。采用微CT技術(shù)對(duì)干燥樣品進(jìn)行掃描和圖像重構(gòu)，計(jì)算干燥樣品的孔隙率和復(fù)水比，對(duì)3種干燥方法所得樣品的復(fù)水品質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明：3種干燥方法對(duì)孔隙率和復(fù)水比都有極顯著影響(P＜0.01)。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)的保持和復(fù)水品質(zhì)角度來看，真空冷凍干燥優(yōu)于其他兩種干燥方法，較適于工業(yè)生產(chǎn)。

三七；孔隙率；復(fù)水品質(zhì)；干燥方法

三七別名田七，為五加科人參屬植物，主要產(chǎn)于我國(guó)云南文山、馬關(guān)等地，已有四百多年的種植和應(yīng)用歷史[1]。三七可用做保健食品，其根莖具有止血、促進(jìn)血液循環(huán)及鎮(zhèn)痛等作用[2]，三七切片就是由新鮮的三七主根經(jīng)切片干燥后得到的初加工制品。

中藥材的干燥方法，主要分為兩大類：人工干燥和自然干燥。自然干燥雖然簡(jiǎn)單，但周期長(zhǎng)，質(zhì)量低，因此工業(yè)化生產(chǎn)中，應(yīng)用較多的還是人工方法[3]。三七具有熱敏性，易氧化[3]，不同的干燥方法對(duì)三七內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分影響很大。人工方法中熱風(fēng)干燥操作簡(jiǎn)便，成本低廉，對(duì)設(shè)備、環(huán)境及操作技術(shù)要求不高[4]；真空干燥的干燥室內(nèi)氣體分子數(shù)少，密度低，含氧量低，為易氧化變質(zhì)的三七提供了有利的干燥條件[5]，且由于氣壓較低，水蒸氣較易排出；真空冷凍干燥是現(xiàn)代最先進(jìn)的干燥方法之一，它能最大程度地保持食品的營(yíng)養(yǎng)成分和原有形狀，保留食品新鮮時(shí)的色、香、味，且產(chǎn)品復(fù)水性較好，便于長(zhǎng)期貯存、運(yùn)輸和銷售[6]。目前針對(duì)這3種干燥方法對(duì)三七干燥質(zhì)量影響的研究，多著重于皂苷含量和含水量[7]，關(guān)于3種干燥方法對(duì)三七內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響的研究較少。由于干燥后的三七是多孔結(jié)構(gòu)，故孔隙結(jié)構(gòu)直接影響了干燥過程中的傳熱傳質(zhì)過程[8-9]，從而影響干燥質(zhì)量。X光技術(shù)由于其能無損的探測(cè)多孔介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而受到研究者的廣泛關(guān)注。Steppe等[10]利用X光技術(shù)對(duì)木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析；張揚(yáng)等[11]用微CT掃描儀對(duì)蛋糕內(nèi)部孔隙率進(jìn)行了測(cè)定；肖鑫等[12]對(duì)凍干草莓內(nèi)部結(jié)構(gòu)用微CT進(jìn)行了分析。目前關(guān)于三七內(nèi)部結(jié)構(gòu)微CT研究的文獻(xiàn)還未見報(bào)道，通過微CT研究三七切片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)不同三七干燥方法的評(píng)定，有重要的意義。

本實(shí)驗(yàn)以微CT為分析工具，對(duì)不同干燥方法在各自最優(yōu)條件下得到的三七切片內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損分析，測(cè)量其孔隙率并觀測(cè)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。之后對(duì)三七切片進(jìn)行復(fù)水，從內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)和復(fù)水品質(zhì)兩方面來比較不同干燥方法對(duì)三七切片品質(zhì)的影響，以找到適宜三七切片生產(chǎn)的最佳干燥方法，也為三七切片的生產(chǎn)加工提供科學(xué)評(píng)價(jià)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮三七：云南文山2009年春三七(30頭)，采自禾康三七種植基地。

1.2 儀器與設(shè)備

Skyscan 1074 HR型微CT機(jī) 比利時(shí)Skyscan公司；BP系列分析天平 賽多利斯公司；101-4型恒溫鼓風(fēng)干燥箱、DZF-0B型真空干燥箱 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；Advantage臺(tái)式真空冷凍干燥機(jī) 美國(guó)SP Industries公司；Pyris Diamond DSC差示掃描量熱儀 美國(guó)Perkin-Elmer公司。

1.3 方法

1.3.1 不同干燥方法工藝流程

3種干燥方法最佳工藝流程是在參考文獻(xiàn)[13-14]的基礎(chǔ)上，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出。

真空冷凍干燥工藝：新鮮三七→預(yù)處理→切片(切片厚度1mm)→擺盤→預(yù)凍結(jié)(預(yù)凍溫度－25℃)→真空冷凍干燥(升華干燥時(shí)間3h、解析干燥溫度50℃、真空度維持在10～30Pa)→包裝→成品→品質(zhì)評(píng)價(jià)。

熱風(fēng)干燥工藝：新鮮三七→預(yù)處理→切片(切片厚度1mm)→擺盤→熱風(fēng)干燥(干燥溫度40℃)→包裝→成品→品質(zhì)評(píng)價(jià)。

真空干燥工藝：新鮮三七→預(yù)處理→切片(切片厚度1mm)→擺盤→真空干燥(干燥溫度30℃、真空度50Pa)→包裝→成品→品質(zhì)評(píng)價(jià)。

1.3.2 內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的分析

將干燥后的三七切片放入微CT機(jī)，用Skyscan軟件控制微CT機(jī)對(duì)干燥后的三七切片進(jìn)行掃描，樣品360°旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)步長(zhǎng)取3.6°。然后對(duì)得到的掃描圖像用Cron-Beam Reconstruction軟件進(jìn)行重構(gòu)，選取重構(gòu)的系列截面用CTAn分析軟件進(jìn)行孔隙率計(jì)算。在用軟件計(jì)算時(shí)，取灰度閾值150，以消除圖像的背景噪音[12]。低于此值被認(rèn)為骨架區(qū)，高于此值被認(rèn)為孔隙區(qū)。

1.3.3 復(fù)水品質(zhì)的分析復(fù)水品質(zhì)主要包括復(fù)水時(shí)間、復(fù)水比和復(fù)水后的口感。復(fù)水時(shí)間測(cè)定：取干燥后的三七切片，將其置于60℃水中，每隔半分鐘取出瀝干，用濾紙吸干表面水分，測(cè)定其質(zhì)量，直至質(zhì)量不再增加為止，記錄所需時(shí)間，此時(shí)間即為干燥三七的復(fù)水時(shí)間；復(fù)水比[15]測(cè)定：取干燥后的三七切片，稱量記為mA，然后將三七切片置于60℃水中，10min后瀝干水并用濾紙吸干表面水分，稱量并記為m，

B；復(fù)水后口感測(cè)定：復(fù)水后產(chǎn)品的口感滋味。以口感較脆，味甘回甜為佳。

2 結(jié)果與分析

2.1 內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)分析

不同干燥方法得到的三七切片的樣品圖、X射線掃描圖和二維重構(gòu)圖如圖1、2所示。

圖1 凍干處理后(A)、熱風(fēng)干燥處理(B)和真空干燥(C)的三七切片F(xiàn)ig.1 Photograph of vacuum free dried Radix Notoginseng samples

圖2 三七切片3種處理的X-射線掃描圖和重構(gòu)圖Fig.2 Photograph of hot-air dried Radix Notoginseng samples

如圖1、2所示，真空冷凍干燥的三七切片產(chǎn)生了均一的多孔、疏松狀結(jié)構(gòu)，并保持完好的春三七的菊花心木質(zhì)部結(jié)構(gòu)，孔隙分布均勻，結(jié)構(gòu)致密；熱風(fēng)干燥的三七切片因干燥時(shí)表面皺縮且內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷，質(zhì)地較硬，其X射線掃描圖不能用肉眼清晰分辨出組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)和孔隙分布；真空干燥的三七切片組織也比較致密、結(jié)實(shí)，經(jīng)X射線掃描能清晰看到孔隙分布。應(yīng)用CTAn軟件分析，得到3種干燥方法所得三七切片的孔隙率如表1所示。

表1 經(jīng)不同方法干燥的三七切片的孔隙率Table 1 Porosity of Radix Notoginseng samples dried by different methods

表2 不同干燥方法干燥三七切片的孔隙率的方差分析表Table 2 ANOVA of porosity of Radix Notoginseng samples dried by different methods

從表2可知，各處理間差異極顯著，說明熱風(fēng)干燥、真空干燥和真空冷凍干燥這3種干燥方法對(duì)孔隙率大小有極顯著性影響。從孔隙率平均值上可以看出，熱風(fēng)干燥所得孔隙率最大，真空冷凍干燥次之，真空干燥最小。

2.2 復(fù)水品質(zhì)測(cè)定結(jié)果

對(duì)不同干燥方法所得三七切片進(jìn)行復(fù)水后，所測(cè)得的復(fù)水時(shí)間、復(fù)水口感和復(fù)水比見表3、4。

方差分析結(jié)果如表5所示。各處理間存在極顯著性差異，說明熱風(fēng)干燥、真空干燥和真空冷凍干燥這3種干燥方法對(duì)三七切片的復(fù)水比均有極顯著性影響。結(jié)合表3、4可以看出，熱風(fēng)干燥的復(fù)水比最大，復(fù)水時(shí)間最長(zhǎng)，復(fù)水效果最差；真空干燥復(fù)水比最小，復(fù)水時(shí)間最短，復(fù)水效果較好；真空冷凍干燥復(fù)水比較大，復(fù)水時(shí)間較短，復(fù)水效果最好。

表4 經(jīng)不同方法干燥的三七切片的復(fù)水比Table 4 Rehydration rates of Radix Notoginseng samples dried by different methods

表5 經(jīng)不同方法干燥的三七切片的復(fù)水比的方差分析表Table 5 ANOVA of rehydration rates of Radix Notoginseng samples dried by different methods

2.3 不同干燥方法對(duì)三七切片的影響

傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥法對(duì)三七的影響較大，所得三七切片質(zhì)地堅(jiān)硬，難切分和粉碎。切片表面呈灰白色、質(zhì)重，有皺縮，但基本無裂痕，無孔，藥味較淡。干燥過程中通過熱風(fēng)加快了干燥的過程，空氣作為載熱體供給物料熱量的同時(shí)，還作為載濕體，將物料排出的濕氣帶走。由于在高溫下進(jìn)行熱質(zhì)傳遞，藥味藥性損失嚴(yán)重。同時(shí)由于干燥過程中，外表面溫度較高，水分蒸發(fā)較內(nèi)部快快，故干燥后成品表面硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不均一，孔隙分布不均勻，內(nèi)部顆粒連接現(xiàn)象嚴(yán)重，造成流體較難通過的死端孔隙[16]較多，阻礙了復(fù)水。所以雖然孔隙率較大，但復(fù)水時(shí)間較長(zhǎng)，復(fù)水比較高，復(fù)水后制品表現(xiàn)出與新鮮三七相差較大的口感。但整個(gè)干燥過程簡(jiǎn)單，設(shè)備投入小，一次處理量大。

真空干燥在干燥過程中，水分在壓力差的作用下移向物料表面，干燥后的三七切片硬度大，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)保持較好，組織較致密、結(jié)實(shí)，孔隙率較小，難以咀嚼，能快速?gòu)?fù)水、復(fù)水比低，復(fù)水后制品脆性較大，但因干燥時(shí)間長(zhǎng)，且水分在較高溫度下排出，造成物質(zhì)的遷移，對(duì)三七內(nèi)部成分造成損害[17]，藥味損失較嚴(yán)重，成品表面色澤不理想，顏色發(fā)暗、泛白，無機(jī)鹽析出嚴(yán)重。

表3 經(jīng)不同方法干燥的三七切片的復(fù)水時(shí)間和復(fù)水口感Table 3 Rehydration time and taste of Radix Notoginseng samples dried by different methods

真空冷凍干燥脫水徹底，干燥后的成品表面呈黃白色、質(zhì)輕、藥味濃。從內(nèi)部掃描圖來看，切片產(chǎn)生了均一的多孔、疏松狀結(jié)構(gòu)，組織致密，孔隙率分布均勻，復(fù)水時(shí)間短，復(fù)水性好，5min后基本恢復(fù)原形，復(fù)水后口感佳，與新鮮三七差別最小。這是因?yàn)樵谡婵绽鋬龈稍镞^程中，冰晶的形成會(huì)對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成一定程度的破壞[18]，孔隙較真空干燥大。冰晶在原位置升華后形成的孔隙，會(huì)作為后續(xù)水蒸氣升華的通道，且由于主要傳質(zhì)過程(升華干燥階段)是由冰在較低溫度和壓力下，直接升華為氣態(tài)并在壓差作用下經(jīng)擴(kuò)散作用由孔隙排出[19]，故可以保持新鮮三七的物質(zhì)形態(tài)分布狀況，減少因水分?jǐn)U散帶來的物質(zhì)遷移，對(duì)三七內(nèi)部成分和結(jié)構(gòu)破壞較小，復(fù)水品質(zhì)也較好。

2.4 3種干燥方法的比較

3種方法中，熱風(fēng)干燥的一次處理量大，設(shè)備投入小，操作簡(jiǎn)便，但三七品質(zhì)不高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及復(fù)水均較差。真空干燥三七品質(zhì)較熱風(fēng)干燥好，但時(shí)間較長(zhǎng)，制品品質(zhì)也不及真空冷凍干燥。且有研究證明，真空干燥三七的含水量要高于真空冷凍干燥三七的含水量[7]，這將對(duì)三七切片的長(zhǎng)期儲(chǔ)存造成影響。同時(shí)，真空干燥也不適于高含水量物料及糊狀物料的干燥[20]，故不適于三七浸膏等初始含水量較大且對(duì)含水量要求較高的三七制品的制備。真空冷凍干燥的三七切片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部成分保持最好，復(fù)水品質(zhì)也較好，一次性投入較大，工藝操作較復(fù)雜，干燥三七制品價(jià)格相對(duì)較高[21]。

綜上所述真空冷凍干燥雖然成本較高，但從內(nèi)部結(jié)構(gòu)的保持和復(fù)水品質(zhì)角度來看，優(yōu)于其他兩種干燥方法。同時(shí)由于高質(zhì)量的冷凍干燥三七附加值也較高，所以真空冷凍干燥更適于工業(yè)生產(chǎn)。

3 結(jié) 論

三七是藥用價(jià)值比較高的傳統(tǒng)中藥，為提高三七干燥品品質(zhì)，本實(shí)驗(yàn)比較真空冷凍干燥、真空干燥和熱風(fēng)干燥對(duì)三七切片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和復(fù)水品質(zhì)的影響，測(cè)量孔隙率和復(fù)水比，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)和復(fù)水品質(zhì)兩方面比較3種干燥方法的優(yōu)劣。結(jié)果表明：3種干燥方法對(duì)孔隙率和復(fù)水比都有極顯著影響(P＜0.01)。其中真空冷凍干燥脫水徹底，干燥后的成品表面黃白色、質(zhì)輕、藥味濃。且從內(nèi)部結(jié)構(gòu)的保持和復(fù)水品質(zhì)角度來看，真空冷凍干燥切片具有較均一的多孔、疏松結(jié)構(gòu)，組織致密，復(fù)水時(shí)間短，復(fù)水比大，復(fù)水后口感佳，與新鮮三七差別最小，故優(yōu)于其他兩種干燥方法，較適于工業(yè)生產(chǎn)。不過由于真空冷凍干燥操作復(fù)雜，與大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)搭配的批量生產(chǎn)工藝尚需探討。

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Influence of Drying Methods on Inner Structure and Rehydration Quality ofRadix Notoginseng

ZHOU Guo-yan，ZHAN Bo，SANG Ying-ying，WANG Chun-xia，HU Xiao-liang (Institute of Cryo-medicine and Food Refrigeration, Shanghai University of Science and Technology, Shanghai 200093, China)

The influence of vacuum freeze-drying, vacuum drying and hot-air drying on the inner structure and rehydration quality ofRadix Notoginseng(dried roots ofPanax notoginseng) was comparatively investigated. Porosity and rehydration rate of dried samples were calculated based on Micro-CT scanning and image reconstruction. All the three drying methods had a highly significant impact on porosity and rehydration rate of dried samples. In terms of inner structure maintenance and rehydration quality, vacuum freeze-drying was superior to the other two methods and more suitable for industrial production. Key words：Panax notoginseng；porosity；rehydration quality；drying method

TS205

A

1002-6630(2011)20-0044-04

2011-07-04

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(50206013)；上海市重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(S30503)；上海市教委科研創(chuàng)新項(xiàng)目(09YZ230)

周國(guó)燕(1970—)，女，副教授，博士，研究方向?yàn)槭称防鋬隼洳睾蜕餆嵯到y(tǒng)。E-mail：efly_snow@163.com