譚宏淵，凌玉釗，黃麗琪，熊光權(quán)，喬 宇,，魏凌云

（1.武漢工程大學(xué)環(huán)境生態(tài)與生物工程學(xué)院，湖北武漢 430205；2.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所，湖北武漢 430064）

山藥屬薯蕷科山藥屬，為一年生或多年生纏繞性藤本植物[1]，富含淀粉、蛋白質(zhì)、維生素等多種營(yíng)養(yǎng)成分，且大量研究已經(jīng)證實(shí)山藥具有免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗氧化、抗衰老、降血糖、降血脂以及調(diào)脾胃等多種功效[2]。因此，山藥既可食用又可入藥，是保健食品中的重要原材料之一[3]。但新鮮山藥含水量較高，若儲(chǔ)存不當(dāng)，易出現(xiàn)褐變、腐爛、發(fā)芽等情況。將山藥制成干燥切片或干粉后儲(chǔ)存或運(yùn)輸是最有效的方法之一，且有利于實(shí)現(xiàn)山藥的綜合開(kāi)發(fā)及利用、提高其附加值，具有重要意義。

熱風(fēng)干燥具有操作簡(jiǎn)單、成本低、產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)，是農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)加工中的常用的方法[4]，但此方法干燥時(shí)間較長(zhǎng)，易造成物料表面硬化、營(yíng)養(yǎng)成分流失、色澤褐變。干燥前進(jìn)行預(yù)處理可有效改善這些問(wèn)題，提高干制品品質(zhì)[5-6]。干燥預(yù)處理技術(shù)是指通過(guò)物理、化學(xué)、生物等技術(shù)手段對(duì)物料進(jìn)行處理，從而使物料干燥速率加快、提高產(chǎn)品的外觀和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[7]。目前常用的干燥預(yù)處理方法有：凍融、超高壓、超聲、高壓脈沖電場(chǎng)、化學(xué)試劑處理、熱燙等[8]。Yucel 等[9]使用100 MPa 以下壓力對(duì)胡蘿卜、蘋(píng)果和青豆進(jìn)行預(yù)處理再進(jìn)行熱風(fēng)干燥，發(fā)現(xiàn)物料的干燥時(shí)間從145 min 縮短至126 min，而且細(xì)胞通透性增強(qiáng)，傳質(zhì)傳熱過(guò)程加快。吳亞麗等[10]在研究高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)土豆真空冷凍干燥的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)高壓脈沖電場(chǎng)處理后能夠縮短干燥時(shí)間，減少由于干燥時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起的色澤變化和營(yíng)養(yǎng)成分的流失破壞。Ramírez等[11]比較了凍融、燙漂兩種方式預(yù)處理對(duì)干燥蘋(píng)果片的影響，發(fā)現(xiàn)凍融處理后的蘋(píng)果片干燥速率最快。郭婷等[12]在研究?jī)鋈趯?duì)甘薯變溫壓差膨化干燥品質(zhì)影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，凍融預(yù)處理可以改變果蔬原料細(xì)胞結(jié)構(gòu)從而改善變溫壓差膨化干燥果蔬的品質(zhì)。

雖然干燥方式對(duì)山藥品質(zhì)影響的研究不少，但比較不同干燥預(yù)處理下對(duì)山藥品質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)的影響鮮有報(bào)道。因此，本實(shí)驗(yàn)選取了超高壓、冷凍、高壓靜電場(chǎng)三種方式對(duì)新鮮山藥進(jìn)行預(yù)處理，然后熱風(fēng)干燥。通過(guò)微觀結(jié)構(gòu)觀察揭示山藥片水分遷移和品質(zhì)的變化規(guī)律，并對(duì)其理化性質(zhì)進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)，以期篩選出適合山藥進(jìn)行熱風(fēng)干燥的方式預(yù)處理，為山藥的高值開(kāi)發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮鐵棍山藥 挑選長(zhǎng)度為45～50 cm，直徑為2～2.5 cm 的山藥，且無(wú)病蟲(chóng)害，無(wú)機(jī)械損傷，購(gòu)自于武漢市武商量販（農(nóng)科城店）；無(wú)水乙醇、氫氧化鈉、殼聚糖、氯化鈉、氯化鈣、抗壞血酸、檸檬酸、濃鹽酸、乙醚、蔗糖、蒽酮、乙酸乙酯、濃硫酸、半乳糖醛酸、咔唑試劑、氯化鉀、硫酸鈉、乙酸鉛、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、亞甲基藍(lán) 均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

UV-3802 分光光度計(jì) 上海尤尼科儀器有限公司；HE53/Z02 水分含量測(cè)定儀 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；LabMASTER-aw 型水分活度儀瑞士Novasina 公司；DHG9123A 電熱恒溫鼓風(fēng)箱上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司；NMI20-025V-I 核磁共振成像分析儀 蘇州紐曼分析儀器股份有限公司；DC（SC-PME）電場(chǎng)發(fā)生器 臺(tái)灣COSMI 公司；PEN3便攜式電子鼻 德國(guó)Airsense 公司；MS7890A 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)Agilent 公司；Ta.XT2i/50質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)StableMicroSystem 公司；CR-400 型色差儀 KonicaMinolta（柯尼卡美能達(dá)）；HPPL2-600MPa/2L 超高壓實(shí)驗(yàn)機(jī) 天津華泰森淼生物工程技術(shù)股份有限公司；SU8010 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡 日本東京日立。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 山藥處理工藝和操作要點(diǎn) 工藝流程：原料篩選→清洗→去皮→切片→護(hù)色劑處理→瀝干→預(yù)處理→熱風(fēng)干燥→成品。

根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)，確定了預(yù)處理方法的具體工藝條件以及各步驟操作要點(diǎn)。

預(yù)處理方法：a.對(duì)照組：護(hù)色劑處理后不進(jìn)行處理；b.高壓靜電場(chǎng)處理組：護(hù)色劑處理后置于電極距離9 cm、40 kV 高壓靜電場(chǎng)下處理20 min；c.超高壓處理組：護(hù)色劑處理后置于150 MPa 超高壓處理，保壓5 min；d.冷凍處理組：護(hù)色劑處理后置于-17 ℃冰柜，冷凍保存72 h 后直接干燥（不解凍）。

操作要點(diǎn)：a.選擇新鮮山藥，防止山藥褐變對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響；b.山藥切片厚度為4 mm，且保持切口角度一致[13]；c.護(hù)色劑為1.5 g 殼聚糖、0.6 g 抗壞血酸、0.4 g 檸檬酸、0.5 g 氯化鈉、0.6 g 氯化鈣每升，現(xiàn)配現(xiàn)用，浸泡1 h；d.應(yīng)保證測(cè)量同一指標(biāo)的山藥為同一批次。

1.2.2 水分分布及遷移分析 自旋-自旋弛豫特性分析（低場(chǎng)核磁）：將樣品置于永久磁場(chǎng)中心位置的射頻線圈中心檢測(cè)，利用CPMG 脈沖序列測(cè)定樣品的自旋-自旋弛豫時(shí)間（T2）。CPMG 試驗(yàn)參數(shù)：P909（μs）=17，P180（μs）=3400，TD=1120160，SW（kHz）=100，RG1=3，NS=32，TW（ms）=1000，cTE（ms）=0.300，NECH=2000，使用CPMG 序列采集樣品T2信號(hào)，每個(gè)樣品重復(fù)3 個(gè)平行。利用自旋回波（SE）成像序列獲得山藥樣品的T1和T2加權(quán)圖像。對(duì)所有圖像，視場(chǎng)（FOV）為（200×300）mm，切片寬度為5.0 mm。讀取大小為256，相位大小為192。T1加權(quán)圖像的回波時(shí)間（TE）和重復(fù)時(shí)間（TR）分別為20 ms 和700 ms，T2加權(quán)圖像的回波時(shí)間分別為50 ms 和3000 ms[14]。

1.2.3 干燥曲線繪制 參考徐馨等[15]的方法繪制干燥曲線。將4 組樣品置于托盤(pán)上放入烘箱中干燥，熱風(fēng)溫度 60 ℃。樣品下底面與紗布接觸，其余表面均接觸熱風(fēng)，每隔30 min 取樣稱(chēng)量。干燥至每個(gè)樣品的水分含量為2%左右時(shí)即可認(rèn)為干燥完畢。干基含水量（M，g/g），水分比（MR），干燥速率（DR，g/g·h）計(jì)算公式[16]如下：

式中：m0為初始干物料的質(zhì)量（g）；mt為干燥t 時(shí)刻的質(zhì)量（g）；M0為初始干基含水量（g/g）；Me為干燥到平衡時(shí)的干基含水量（g/g）；Mt為干燥t 時(shí)刻的干基含水量（g/g）；Δt 為相鄰兩次測(cè)定的時(shí)間間隔（min）；Mt+Δt為干燥至t+Δt 時(shí)刻山藥片的干基含水量（g/g）。

1.2.4 掃描電子顯微鏡觀察 新鮮樣品組織結(jié)構(gòu)觀察：新鮮組織經(jīng)4%多聚甲醛固定24 h 以上，乙醇梯度脫水，石蠟包埋后于-20 ℃冷凍，切片，片厚4 μm。切片入攤片機(jī)，將組織展平后貼于載玻片撈起，置于60 ℃烘箱中充分烤干，二甲苯脫蠟，梯度乙醇水化。番紅染色：切片入番紅染液中染色1～2 h，蒸餾水漂洗，乙醇梯度脫色。固綠染色：切片入固綠染液中染色30～60 s，無(wú)水乙醇三缸脫水。透明封片：切片入干凈的二甲苯透明5 min，中性樹(shù)膠封片。最后進(jìn)行顯微鏡鏡檢以及圖像采集分析[17]。

干燥樣品組織結(jié)構(gòu)觀察：取大小相近的干燥樣品，切段，縱剖，以FAA 固定，乙醇梯度脫水，二甲苯透明，石蠟包埋，縱向顯微徑向切片，脫蠟，粘貼于掃描電鏡樣品臺(tái)上，真空濺射法噴金，用日立SU8010場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行觀察[18]，其中設(shè)置掃描電鏡的放大倍數(shù)為300×，并調(diào)整焦距得到清晰的SEM 圖片。

1.2.5 硬度的測(cè)定 取大小相近的干燥樣品[19]，利用物性分析儀測(cè)定山藥樣品的硬度值。使用P/2 圓柱探針，設(shè)置測(cè)試前速率2.0 mm/s、測(cè)試速率1.0 mm/s、返回速率10.0 mm/s、壓縮距離3.0 mm。每組平行測(cè)定8 次，結(jié)果取平均值。

1.2.6 細(xì)胞壁組成測(cè)定 纖維素含量的測(cè)定：參照徐欣然等[19]的方法進(jìn)行測(cè)定，并稍做修改。稱(chēng)取2.00 g樣品與30 mL 60%硫酸混合，煮沸30 min，過(guò)濾，利用60%硫酸定容濾液于50 mL，之后在冷水浴上加蒸餾水稀釋至100 mL。采用蒽酮比色法（630 nm）對(duì)濾液中的纖維素含量進(jìn)行測(cè)量。纖維素標(biāo)準(zhǔn)液測(cè)定量在20～200 g/mL 濃度范圍有良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為y=0.0077x-0.0042，相關(guān)系數(shù)為0.9997。

果膠含量的測(cè)定：參照馬麗等[20]的方法進(jìn)行測(cè)定，并稍做修改。稱(chēng)取1.00 g 樣品，在液氮的保護(hù)下研成勻漿，加入25 mL 95%乙醇溶液，沸水加熱15 min，冷卻至室溫，8000 r/min 離心15 min，除去上清液，往沉淀中再加入95%乙醇溶液，沸水浴加熱，重復(fù)3 次。沉淀與20 mL 混合于50 ℃保溫30 min，溶解果膠。冷卻至室溫于8000 r/min 離心15 min，用蒸餾水定容上清液至100 mL，該液為水溶性果膠；在沉淀中加入25 mL 0.5 mol/L 的硫酸溶液，沸水加熱1 h，取出冷卻至室溫，于8000 r/min 離心15 min，上清液用蒸餾水定容至100 mL，該液為原果膠。測(cè)定時(shí)吸取1 mL 提取液，加入6 mL 濃硫酸，沸水加熱20 min，冷卻室溫后，加入0.2 mL 1.5 g/L 咔唑-乙醇溶液，暗處放置30 min 后，測(cè)定反應(yīng)液在530 nm處的吸光度，重復(fù)3 次。以D-半乳糖醛酸標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)（x），以吸光度為縱坐標(biāo)（y），繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程為y=0.0039x-0.0415，R2=0.9998。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線查出相應(yīng)的半乳糖醛酸質(zhì)量，計(jì)算果膠含量，以生成的半乳糖醛酸的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示果膠含量。

1.2.7 復(fù)水比測(cè)定 將干燥后的山藥片恒溫60 ℃浸泡2 h，取出放在無(wú)風(fēng)處瀝水20 min，再用濾紙去除表面水分，稱(chēng)重[21]。計(jì)算如公式（4）所示

式中：m1為干制品復(fù)水瀝干水分后的質(zhì)量（g）；m2為脫水山藥干制品的質(zhì)量（g）。

1.2.8 氣味測(cè)定 電子鼻分析：準(zhǔn)確稱(chēng)取樣品2.00 g，加入2 mL 0.25 g/mL NaCl 溶液，置于20 mL 進(jìn)樣瓶中。頂空平衡溫度40 ℃，平衡時(shí)間30 min。電子鼻測(cè)定條件：測(cè)定時(shí)間120 s，清洗時(shí)間100 s，傳感器流速600 mL/min，特征值提取時(shí)間點(diǎn)設(shè)定為118～120 s。每個(gè)樣品做3 次平行。PEN3 電子鼻傳感器陣列及其主要特征見(jiàn)表1。

表1 PEN3 電子鼻傳感器陣列及其主要特征Table 1 PEN3 electronic nose sensor array and its main characteristics

1.2.9 色差測(cè)定 色澤分析：采用色差儀測(cè)定亮度值（L*）、紅度值（a*）和黃度值（b*）。每組樣品重復(fù)測(cè)定6 次，通過(guò)式（5）計(jì)算總色差（ΔE）。

式中：L0*、a0*、b0*分別是干燥前對(duì)照組鐵棍山藥的明暗度、紅綠值和黃藍(lán)值；L*、a*、b*代表經(jīng)過(guò)預(yù)處理及干燥后山藥樣品的明暗度、紅綠值和黃藍(lán)值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)測(cè)定3 次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。應(yīng)用SPSS 26 和Excel 2021 進(jìn)行方差和顯著性分析，P<0.05 時(shí)認(rèn)為差異顯著，利用Origin 2021 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同預(yù)處理對(duì)山藥片水分狀態(tài)的影響

山藥中的水分狀態(tài)和分布可以運(yùn)用LF-NMR和MRI 技術(shù)進(jìn)行評(píng)估。一般來(lái)說(shuō)，水的弛豫時(shí)間與組織中的含水率、組織中不同區(qū)域的水分屬性，以及水分與大分子和溶質(zhì)之間的相互作用有關(guān)[22]。從圖1a低場(chǎng)核磁共振T2反演圖可觀察到，在1～1000 ms 的弛豫時(shí)間內(nèi)分布有3 個(gè)峰，其分別對(duì)應(yīng)3 種狀態(tài)的水：結(jié)合水T21（0～10 ms，與大分子物質(zhì)如細(xì)胞壁多糖緊密結(jié)合的水），不易流動(dòng)水T22（10～100 ms，截留在高度組織化的結(jié)構(gòu)中的水），自由水T23（>100 ms，存在于液泡中或細(xì)胞外空間中的水分）[23]，所對(duì)應(yīng)的的核磁信號(hào)強(qiáng)度（時(shí)間點(diǎn)的積分面積）分別為A21、A22、A23。如圖1a 所示，未干燥的山藥以自由水為主，且經(jīng)預(yù)處理后，橫向弛豫時(shí)間的三個(gè)峰均向更短的時(shí)間移動(dòng)，表明水分子的遷移率逐漸降低；經(jīng)高壓靜電場(chǎng)預(yù)處理后山藥片中自由水的峰面積明顯增加，而經(jīng)冷凍預(yù)處理后山藥片中自由水峰面積明顯減少，這可能是因?yàn)樵诟邏红o電場(chǎng)下，會(huì)增加水分子的能量，減小水分子與溶質(zhì)之間的阻力，從而使得自由水增多[24]，而在冷凍處理下，細(xì)胞中部分水發(fā)生凍結(jié)，自由水減少，除此之外，此處理方式下結(jié)合水最少，說(shuō)明，冷凍造成了山藥中水分存在方式的改變，即結(jié)合水向自由水的不斷轉(zhuǎn)變，在冷凍過(guò)程中，小冰晶聚集成大冰晶，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)[25]。如圖1b，經(jīng)熱風(fēng)干燥后，山藥中自由水含量明顯降低，結(jié)合水比例增加。結(jié)合水通過(guò)氫鍵與蛋白質(zhì)、多糖等大分子物質(zhì)緊密結(jié)合，形成組織結(jié)構(gòu)物質(zhì)，表現(xiàn)出較短T23弛豫時(shí)間。三個(gè)處理組的自由水對(duì)應(yīng)的峰面積皆低于對(duì)照組，且趨近于零，這表明經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的山藥片干燥后更加耐儲(chǔ)[26]。對(duì)照組的圖譜顯示T22、T23部分存在多個(gè)峰，這是半結(jié)合水和結(jié)合水之間的轉(zhuǎn)化所呈現(xiàn)的峰，因?yàn)樯剿幐缓嗵?，而且?duì)照組細(xì)胞完整度較高，因此會(huì)阻礙水分成分之間轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致半結(jié)合水和結(jié)合水之間出現(xiàn)多個(gè)峰[27]。冷凍組在結(jié)合水部分出現(xiàn)兩個(gè)峰，0.1～1 ms 對(duì)應(yīng)的為強(qiáng)結(jié)合水，1～10 ms 為弱結(jié)合水，干燥結(jié)束時(shí)，還有部分弱結(jié)合水未轉(zhuǎn)化為強(qiáng)結(jié)合水。

圖1 不同預(yù)處理對(duì)山藥片干燥前（a）后（b）橫向弛豫時(shí)間T2 的影響Fig.1 Effect of different pretreatment methods on transverse relaxation time T2 of yam slices before (a) and after (b) drying

2.2 不同預(yù)處理對(duì)鮮山藥片水分分布的影響

為了更直觀地反映不同方式預(yù)處理對(duì)山藥片水分變化，分析不同預(yù)處理山藥片的低場(chǎng)核磁共振成像情況。偽彩圖從紅色到黃色到淺藍(lán)色的顏色變化表明質(zhì)子密度逐漸降低，信號(hào)越弱，山藥的水分含量越低。如圖2 所示，未經(jīng)預(yù)處理的對(duì)照組成像顏色偏黃，內(nèi)部還有少量紅點(diǎn)；冷凍組為綠色，且內(nèi)部無(wú)紅點(diǎn)；超高壓組和高壓靜電場(chǎng)組均為淡藍(lán)色。這表明經(jīng)過(guò)預(yù)處理之后，樣品的水分含量與未處理組相比有一定程度上的降低，且經(jīng)過(guò)超高壓和高壓靜電場(chǎng)兩種方式預(yù)處理后，山藥中水分流失更多。

圖2 不同預(yù)處理對(duì)鮮山藥片水分分布的影響（干燥前）Fig.2 Imaging analysis of yam slices after different pretreatment (before drying)

2.3 不同預(yù)處理對(duì)山藥片干燥特性的影響

山藥片經(jīng)過(guò)不同方式預(yù)處理后進(jìn)行干燥的干燥曲線如圖3 所示。在固定時(shí)間內(nèi)稱(chēng)量山藥的質(zhì)量變化，將失重量轉(zhuǎn)換為水分比，其變化與時(shí)間的關(guān)系展示如圖。山藥片的含水率不斷下降，直至達(dá)到其平衡含水量。從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)冷凍、超高壓、高壓靜電場(chǎng)預(yù)處理后以及對(duì)照組干燥至水分比0.10 以下的時(shí)間分別為160、180、200、220 min 左右，與對(duì)照組相比，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，山藥的干燥時(shí)間顯著（P<0.05）減少,冷凍組最為明顯。這主要是由于在冷凍的情況下，山藥中的水會(huì)轉(zhuǎn)化為冰，體積膨脹，使得細(xì)胞結(jié)構(gòu)受到機(jī)械性損傷，甚至不再完整，從而有利于山藥內(nèi)部水分遷移出來(lái)，進(jìn)而縮短干燥時(shí)間[28]；超高壓處理減短干燥時(shí)間與細(xì)胞滲透性有關(guān)[29]，經(jīng)該方式處理后，細(xì)胞變形，細(xì)胞間隙變大，從而會(huì)增加細(xì)胞的通透性，促進(jìn)水由樣品內(nèi)部向外部轉(zhuǎn)移，因此降低了樣品的含水率，減少干燥時(shí)長(zhǎng)；在電場(chǎng)力的作用下，水分子會(huì)加速脫離物料[20]，同時(shí)電場(chǎng)促進(jìn)了對(duì)流傳熱，進(jìn)而促使水分遷移。

圖3 山藥片不同預(yù)處理下的干燥曲線（a）和干燥速率曲線（b）Fig.3 Drying curves (a) and drying rate curves (b) of yam slices at different pretreatment

2.4 不同預(yù)處理對(duì)山藥微觀結(jié)構(gòu)的影響

2.4.1 干燥前山藥片微觀結(jié)構(gòu) 山藥經(jīng)不同方式預(yù)處理后的組織結(jié)構(gòu)如圖4 所示。干燥前未經(jīng)處理的山藥組織細(xì)胞壁、細(xì)胞膜以及胞內(nèi)的液泡結(jié)構(gòu)比較完整，細(xì)胞排列緊密。而經(jīng)過(guò)冷凍和超高壓處理后的樣品組細(xì)胞壁破損，細(xì)胞間距變大，但冷凍組細(xì)胞內(nèi)的液泡保存相對(duì)完整。經(jīng)過(guò)高壓電場(chǎng)處理的山藥樣品細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞程度較小，但細(xì)胞排列間距變大。冷凍處理使細(xì)胞內(nèi)外的水形成冰晶，造成原來(lái)相互結(jié)合的細(xì)胞發(fā)生分離，從而細(xì)胞間距變大。較大的冰晶體會(huì)刺破或脹破細(xì)胞，使細(xì)胞受到破裂損傷，有利于物料內(nèi)部水分遷移出來(lái)，提高干燥速率；超高壓處理導(dǎo)致山藥組織細(xì)胞體積壓縮，細(xì)胞結(jié)構(gòu)受到損傷，同時(shí)細(xì)胞壁果膠多糖發(fā)生酶促和非酶促反應(yīng)降解，從而影響細(xì)胞壁完整性[30]；高壓靜電場(chǎng)可以導(dǎo)致植物細(xì)胞膜穿孔，降低細(xì)胞組織的膨壓，細(xì)胞間隙變大，這與武新慧[31]觀察高壓脈沖電場(chǎng)預(yù)處理后蘋(píng)果組織掃描電鏡圖像的結(jié)果一致，其發(fā)現(xiàn)經(jīng)高壓脈沖電場(chǎng)預(yù)處理后蘋(píng)果的細(xì)胞結(jié)構(gòu)變形、細(xì)胞間隙增大、細(xì)胞壁穿孔及細(xì)胞膨壓下降。

圖4 不同預(yù)處理對(duì)鮮山藥片組織結(jié)構(gòu)的影響（干燥前）Fig.4 Plot of tissue sections of yam slices after different pretreatment (before drying)

2.4.2 干燥后山藥片微觀結(jié)構(gòu) 不同方式預(yù)處理后進(jìn)行干燥對(duì)山藥組織結(jié)構(gòu)的影響如圖5 所示。通過(guò)掃描電鏡觀察，對(duì)照組山藥樣品干燥后，其細(xì)胞排列緊密，大致分布于一個(gè)較為完整的平面，而經(jīng)過(guò)三種不同方式預(yù)處理后再進(jìn)行干燥，山藥細(xì)胞排列的完整性均遭到破壞，主要表現(xiàn)為孔隙的增大和增多。經(jīng)冷凍處理后，山藥的孔隙度明顯增大，細(xì)胞形態(tài)破環(huán)較為明顯，會(huì)導(dǎo)致干燥后的山藥有較低的硬度；超高壓處理對(duì)山藥的細(xì)胞破壞也較大，孔隙多，可能是因?yàn)橐号菔^(guò)多引起皺縮，而細(xì)胞壁適應(yīng)液泡體積減小時(shí)發(fā)生破裂而造成[32]；高壓靜電場(chǎng)處理的山藥孔隙較為均勻，說(shuō)明對(duì)細(xì)胞的破環(huán)較小[33]，因此可以獲得較高的硬度及復(fù)水率。

圖5 山藥片干燥后SEM 圖（300×）Fig.5 Scanning electron microscope micrographs of yam slices after drying (300×)

2.5 不同預(yù)處理對(duì)山藥片硬度的影響

不同預(yù)處理對(duì)熱風(fēng)干燥山藥硬度的影響見(jiàn)圖6。硬度是果蔬干制產(chǎn)品的重要質(zhì)地結(jié)構(gòu)特性，對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)起決定性作用。由圖6 可以看出，干燥前，經(jīng)過(guò)高壓電場(chǎng)和超高壓處理后，山藥硬度與對(duì)照組無(wú)明顯差異，而冷凍組硬度顯著（P<0.05）下降。干燥后，對(duì)照組山藥片的硬度為1455.34 g，經(jīng)過(guò)高壓電場(chǎng)預(yù)處理后，熱風(fēng)干燥的山藥硬度為1621.22 g，較對(duì)照組稍有增加。但經(jīng)超高壓和冷凍預(yù)處理后，熱風(fēng)干燥的山藥硬度明顯下降。高壓電場(chǎng)處理會(huì)導(dǎo)致山藥內(nèi)水的結(jié)構(gòu)以及水與酶的結(jié)合狀態(tài)發(fā)生改變，鈍化酶活力[34]，如羧甲基纖維素酶以及果膠甲酯基酶等，從而導(dǎo)致山藥干燥后硬度增加。超高壓和低溫處理都會(huì)破環(huán)了山藥的細(xì)胞膜、細(xì)胞壁等結(jié)構(gòu)，使得其細(xì)胞結(jié)構(gòu)變形或破裂，從而影響果蔬的質(zhì)構(gòu)[35]。這與掃描電鏡觀察到的細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖相一致。

圖6 不同預(yù)處理對(duì)山藥片硬度的影響Fig.6 Changes in hardness of yam before and after drying with different pretreatment methods

2.6 不同預(yù)處理對(duì)山藥片細(xì)胞壁成分含量的影響

植物細(xì)胞壁的主要成分是纖維素和果膠，細(xì)胞壁的主要作用是控制細(xì)胞的生長(zhǎng)、增加細(xì)胞的機(jī)械強(qiáng)度并承受著內(nèi)部原生質(zhì)體由于液泡吸水而產(chǎn)生的膨壓[36]。圖7 表示經(jīng)過(guò)不同預(yù)處理后山藥片細(xì)胞壁中果膠的變化，在干燥前，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后果膠的含量與對(duì)照組差異不明顯。干燥后，超高壓處理樣品果膠含量顯著（P<0.05）低于其它兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組，冷凍組和高壓靜電場(chǎng)處理組的果膠含量高于對(duì)照組，這可能是因?yàn)榻?jīng)過(guò)冷凍和高壓電場(chǎng)處理后抑制了有關(guān)酶的活性，如果膠甲酯基酶，從而減少了在干燥過(guò)程中果膠的損失，提高了果膠含量[37]。圖8 是山藥經(jīng)不同預(yù)處理后，山藥樣品細(xì)胞壁中纖維素含量的變化，經(jīng)過(guò)不同預(yù)處理后，細(xì)胞壁中纖維素的含量要低于對(duì)照組，在干燥前，高壓靜電場(chǎng)和超高壓處理后的纖維素的含量顯著（P<0.05）低于對(duì)照組，分別為8.43%和8.51%，在干燥后，經(jīng)冷凍處理的山藥纖維素含量最少，為13.17%，顯著（P<0.05）低于對(duì)照組。由此可以推斷出，預(yù)處理對(duì)山藥細(xì)胞壁的有著一定的破壞作用，增加了細(xì)胞的通透性，促進(jìn)了干燥過(guò)程中水分的流失，從而提高干燥速率。

圖7 不同預(yù)處理對(duì)山藥片原果膠含量的影響Fig.7 Changes in propectin before and after drying of yam slices with different pretreatment methods

圖8 不同預(yù)處理對(duì)山藥片纖維素含量的影響Fig.8 Changes of cellulose in yam slices before and after drying with different pretreatment methods

2.7 不同預(yù)處理的干燥山藥片復(fù)水比變化

不同方式預(yù)處理后熱風(fēng)干燥得到的山藥片復(fù)水比如圖9 所示。經(jīng)過(guò)高壓靜電場(chǎng)預(yù)處理后的山藥片復(fù)水比（3.53）優(yōu)于對(duì)照組，且為最高，代表復(fù)水能力最強(qiáng)；經(jīng)超高壓和冷凍預(yù)處理后的山藥片復(fù)水率較對(duì)照組明顯降低，冷凍組最小，說(shuō)明該方式對(duì)山藥片進(jìn)行預(yù)處理復(fù)水能力最差。導(dǎo)致此結(jié)果的原因是超高壓和冷凍處理嚴(yán)重破壞了山藥的組織結(jié)構(gòu)，干燥后收縮率較大，降低了山藥片的持水能力，從而減小了山藥片復(fù)水能力；而經(jīng)高壓靜電場(chǎng)處理對(duì)山藥組織結(jié)構(gòu)破環(huán)較小，且可以提高滲透脫水和溶質(zhì)滲入的速率，因此山藥的復(fù)水性與對(duì)照組相比更勝一籌，這與組織切片中觀察到的結(jié)果一致。同樣的Parniakov 等[38]發(fā)現(xiàn)高壓脈沖電場(chǎng)處理可以提高蘋(píng)果片的冷凍干燥效率，增加其孔隙率和復(fù)水性。

圖9 不同方式預(yù)處理后山藥片的復(fù)水比Fig.9 Rehydration ratio of yam slices dried by different pretreatment methods

2.8 電子鼻氣味分析

為了更直觀比較分析不同方式預(yù)處理山藥片香氣特征，將樣品在10 個(gè)不同傳感器下的響應(yīng)強(qiáng)度峰值繪制成雷達(dá)圖（圖10）。樣品主要對(duì)W1W、W1S、W2W 有顯著響應(yīng)值，它們分別對(duì)應(yīng)的敏感類(lèi)物質(zhì)為硫化物、甲基類(lèi)、有機(jī)硫化物等，但不同預(yù)處理方式之前的樣品響應(yīng)值存在差異，因此，通過(guò)從傳感器信號(hào)響應(yīng)的強(qiáng)弱可以初步判斷樣品間氣味成分含量存在不同。

圖10 不同方式預(yù)處理山藥片干燥前后的雷達(dá)圖Fig.10 Radar map of yam slices before and after drying by different pretreatment methods

通過(guò)不同方式對(duì)山藥進(jìn)行預(yù)處理，其干燥前及干燥后主成分分析（PCA）結(jié)果如圖11 所示，第一主成分（PC1）的貢獻(xiàn)率為86.2%，第二主成分（PC2）的貢獻(xiàn)率為5.9%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到92.1%，因此，故選取前2 個(gè)PC，可反映出樣本間的大部分關(guān)系。對(duì)照組、冷凍組以及高壓靜電場(chǎng)組三種方式在干燥前和干燥后，各自均有其歸屬區(qū)域，沒(méi)有明顯重疊，說(shuō)明這三種預(yù)處理會(huì)使山藥干燥后的氣味明顯不同；超高壓處理干燥前后距離較近且有重疊，由此可見(jiàn)通過(guò)此方式對(duì)山藥進(jìn)行預(yù)處理后再干燥，不會(huì)過(guò)多改變山藥的氣味，這一結(jié)果與黃歡[29]的觀察結(jié)果相似，小分子風(fēng)味化合物的結(jié)構(gòu)不會(huì)直接受到高壓的影響，因此超高壓預(yù)處理能夠較好地保留果蔬的風(fēng)味物質(zhì)，有時(shí)甚至能夠使其風(fēng)味更加突出。干燥前，對(duì)照組、冷凍組以及高壓靜電場(chǎng)組距離較近，但干燥后分布距離較遠(yuǎn)，表明僅對(duì)山藥進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)樣品的風(fēng)味影響較小，差異不明顯，但經(jīng)熱風(fēng)高溫干燥后，會(huì)使山藥產(chǎn)生不同于新鮮山藥的焦香味，且由于不同處理方式對(duì)山藥組織結(jié)構(gòu)破環(huán)的程度不一樣，山藥中的水分蒸發(fā)的快慢不一致，但干燥時(shí)間相同，因此風(fēng)味差異顯著。徐欣[39]的研究發(fā)現(xiàn)，凍融預(yù)處理會(huì)使細(xì)胞收縮，細(xì)胞膜破裂，揮發(fā)性成分溢出，從而影響黃秋葵的風(fēng)味。Neri 等[40]研究藏紅花的干燥過(guò)程中發(fā)現(xiàn)脈沖電場(chǎng)預(yù)處理降低了藏紅花柱頭的香氣，這種下降可歸因于脈沖電場(chǎng)誘導(dǎo)細(xì)胞膜穿孔，從而導(dǎo)致?lián)]發(fā)性成分散失，香氣下降。因此，經(jīng)過(guò)不同方式的預(yù)處理及干燥過(guò)程，均會(huì)對(duì)新鮮山藥的氣味產(chǎn)生不同程度的影響。

圖11 不同方式預(yù)處理山藥片干燥前后的PCAFig.11 PCA of yam slices before and after drying by different pretreatment methods

2.9 色澤分析

由表2 可知，在經(jīng)過(guò)不同預(yù)處理后，樣品白度值L*存在差異。干燥前，亮度從高到低的方式預(yù)處理為高壓靜電場(chǎng)>對(duì)照>冷凍>超高壓，經(jīng)超高壓預(yù)處理后，山藥的白度明顯低于對(duì)照組。干燥后，山藥的白度均有不同程度的增加，這是因?yàn)楦稍锴吧剿幒扛?，因此相?duì)于干品未表現(xiàn)出鮮亮的顏色，亮度從高到低的方式預(yù)處理為超高壓>高壓靜電場(chǎng)>對(duì)照>冷凍，冷凍組亮度較對(duì)照組顯著（P<0.05）降低。從紅度a*來(lái)看，干燥前，不同方式預(yù)處理之間差異明顯，其中超高壓組最高，冷凍組a*值為負(fù)值，經(jīng)過(guò)干燥后，各處理組a*值均降為負(fù)值，超高壓組a*值最低，這可能與預(yù)處理以及干燥過(guò)程中導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)的降解有關(guān)[41]。從黃度值b*來(lái)看，干燥后，不同處理組山藥樣品的黃色度均有增加，這主要是因?yàn)榉敲负肿兗笆湛s變化所致[42-43]。

表2 不同預(yù)處理后對(duì)山藥的色澤影響Table 2 Effects of different pretreatment methods on the color of yam

利用色差值ΔE比較山藥片與僅做護(hù)色處理的新鮮山藥樣品之間的差異，ΔE越高表示樣品顏色變化越大。與新鮮樣品相比，所有熱風(fēng)干燥的樣品均顯示出明顯差異。超高壓處理組表現(xiàn)出最高的L值和色差（ΔE=16.59），說(shuō)明超高壓處理能夠明顯提高樣品的白度，這與郝啟棟等[44]的研究結(jié)果一致，由于超高壓會(huì)使過(guò)氧化物酶及多酚氧化酶失活，從而抑制了干燥過(guò)程中蒜片發(fā)生褐變。冷凍處理組色差（ΔE=14.79）最低，且小于對(duì)照組，可能是由于冷凍導(dǎo)致細(xì)胞破裂最為嚴(yán)重，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失，尤其是糖分、蛋白質(zhì)等在凍結(jié)時(shí)會(huì)溢出物料表面[45]，熱風(fēng)干燥時(shí)，在高溫條件下對(duì)山藥的色澤產(chǎn)生影響。

3 結(jié)論

利用不同的方式對(duì)山藥進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)熱風(fēng)干燥后比較山藥片品質(zhì)特性及微觀結(jié)構(gòu)的差異。結(jié)果表明，未干燥的山藥以自由水為主，預(yù)處理后山藥樣品的水分流失，弛豫時(shí)間減少，經(jīng)熱風(fēng)干燥后，自由水含量明顯降低，結(jié)合水比例增加，直至穩(wěn)定；冷凍預(yù)處理對(duì)山藥組織結(jié)構(gòu)影響較大，但可顯著減短干燥時(shí)間，水分比最早（160 min）降至0.10 以下，相較于對(duì)照組減少了27.27%；高壓靜電場(chǎng)預(yù)處理使得干燥后的山藥具有較高的硬度，復(fù)水性好，且色澤也有所提升；山藥經(jīng)超高壓預(yù)處理再熱風(fēng)干燥，可以較好的保留風(fēng)味物質(zhì)，且色澤得以顯著（P<0.05）改善，但會(huì)降低山藥的復(fù)水性。因此，具體的工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用仍需結(jié)合實(shí)際需求及生產(chǎn)成本綜合考慮。