不同干燥方式对牛蒡脆片品质的影响
材料与方法
1.1材料与试剂
新鲜牛蒡购于江苏省徐州市牛蒡种植基地，为柳川理想黄肌牛蒡，嫩黄色，根茎粗壮，贮藏于实验室4 ℃冷藏库中。
分析纯乙醇、Na2CO3、NaOH、NaNO2、Al（NO3）3、苯酚、没食子酸购于北京化学试剂公司；Folin-酚试剂购买于 Sigma-Aldrich 上海贸易有限公司。
1.2仪器与设备
数显101A-2型电热鼓风干燥箱，上海浦东荣本科学仪器有限公司；VMD-1型真空微波干燥设备，南京孝马机电设备厂；WSC-S型色差仪，上海精密科学仪器有限公司；CT3质构仪，美国Brookfield公司；MP2002电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；KQ-300DE型数控超声清洗器，江苏省昆山市超声仪器有限公司；TU-1810紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；TG16-WS台式高速离心机，湖南省长沙湘仪离心机仪器有限公司；ZEISS EVO-LS10扫描电子显微镜，德国卡尔蔡司公司。
1.3方法
1.3.1牛蒡脆片生产工艺新鲜牛蒡→清洗→切片→预处理→沥干表面水分→干燥→牛蒡脆片产品。
1.3.2牛蒡预处理将鲜切牛蒡放入1%柠檬酸中浸泡 30 min。
1.3.3干燥方法的设定（1）热风干燥（hot air drying，AD）。将预处理后的牛蒡片放入电热鼓风干燥箱中（70 ℃）干燥至含水率为5%以下。（2）真空微波干燥（vacuum microwave drying，VMD）。将预处理后，牛蒡片放入真空微波干燥设备中（8 W/g）干燥至含水率为5%以下。（3）真空冷冻干燥（vacuum freeze drying，VFD）。将预处理后的牛蒡片放入真空冷冻干燥设备中（绝压20 Pa、加热板温度25 ℃、冷阱温度-58 ℃）干燥至含水率为5%以下。（4）热风联合真空微波干燥（hot air & vacuum microwave drying，AD&VMD）。将预处理后的牛蒡片放入电热鼓风干燥箱中（70 ℃）干燥30 min后，再真空微波干燥（8 W/g）至含水率为5%以下。（5）真空冷冻联合真空微波干燥（vacuum freeze&vacuum microwave drying，VFD&VMD）：将预处理后牛蒡片真空冷冻干燥至含水率为60%，真空微波干燥（8 W/g）至含水率为5%以下。
1.3.4指标分析测定（1）含水率。采用GB 5009.3—2010《食品中水分的测定》中的方法进行测定。
式中：mt表示物料t时刻对应的质量，g；ms表示绝干物料质量，g。
（2）色泽及褐变指数。色泽采用色差计测定。L*值（lightness，亮度），在0～100之间变化，0表示黑色，100表示白色；a*值（redness，红色度）表示红绿之间的色泽，“+”表示偏红，“-”表示偏绿，值越大，表示偏向越严重；b*值（yellowness，黄色度）表示黄蓝之间的色泽，“+”表示偏黄，“-”表示偏蓝。按下列公式计算总色差ΔE、褐变指数：
式中：ΔE为总色差；BI为褐变指数；L0、a0、b0是新鲜牛蒡的白度值、红绿值和黄蓝值；L*、a*、b*是不同干燥方式下牛蒡粉的白度值、红绿值和黄蓝值。
（3）收缩率采用体积排除法[9]。
式中：V1表示小米与干燥前牛蒡的体积，cm3；V2表示小米与干燥后牛蒡的体积，cm3；V0表示小米体积，cm3。
（4）硬度、脆度。采用质构仪测定干制品的硬度和脆度，探头型号为TA3/100，测试速度为0.5 mm/s，以坐标图中出现的最大压力峰表示硬度，即样品断裂所需的最大力；以出现在下压探头第1次冲向样品过程中坐标图上的第1个明显压力峰值表示脆度。每种样品重复5次，取平均值。
（5）微观结构。采用扫描电子显微镜[10]。将干燥后的样品切成（5×5×5） mm3的立方块，固定在扫描电镜专用样品套件上，在真空条件下对样品表面进行镀金处理，最后将其放入扫描电镜中检测，放大300倍条件下观察样品微观结构。
（6）多酚、黄酮、总糖、还原糖、脆片多糖含量的测定。多酚、黄酮、总糖、还原糖的含量分别采用Folin-Ciocalteus（FC）法[11]、NaNO2-Al（NO3）3-NaOH方法[12]、苯酚-硫酸方法[13]、3，5-二硝基水杨酸法[14]测定。牛蒡脆片多糖的计算公式：多糖含量（mg/g）=总糖含量-还原糖含量。
1.3.5统计分析单因素试验指标的差异采用SAS 统计软件中ANOVA 方差分析，由Tukey分析均值差异的显著性，显著水平α=0.05。
2结果与分析
2.1不同干燥方式对牛蒡脆片干燥时间的影响
由表1可知，真空冷冻干燥牛蒡脆片时间最长，而真空微波干燥时间最短。真空冷冻联合真空微波干燥与真空冷冻干燥相比时间缩短了46%，可能是因为前期采用真空冷冻干燥使牛蒡含水率降至60%，产品内部形成蜂窝状结构，这种结构促进了后期真空微波干燥的传热和传质，从而使干燥时间大为缩短[15]。
2.2不同干燥方式对牛蒡脆片色泽的影响
色泽是评价果蔬干制品品质的一个重要指标，L*值是用来表示亮度的一个指标，L*值越大，表示样品越亮；ΔE反映处理后样品与鲜样之间的颜色差异，ΔE值越大，说明处理后物料色泽变化越明显；褐变指数BI反映加工过程中所产生褐色物质的量，BI值越高，说明褐变程度越大。由表1可知，不同干燥方式所得牛蒡脆片的L*、ΔE、BI差异显著。热风干燥、真空微波干燥和热风联合真空微波干燥所得产品的L*较小，ΔE、BI较大，产品色泽较暗，偏黄，总色差和褐变程度较大，其中热风干燥产品的总色差达到22.43，严重影响产品外观品质。一方面可能是由于在这3种干燥过程中牛蒡片中的多酚类物质在多酚氧化酶和氧的作用下被氧化成醌，进而聚合成有色物质[16]；另一方面牛蒡片干燥过程中糖类物质发生非酶褐变，如美拉德反应、焦糖化反应等[8，17]，且非酶褐变则比较难以控制，总色差和褐变指数也随之升高。真空冷冻干燥和真空冷冻联合真空微波干燥后牛蒡脆片L*较大，ΔE、BI较小，产品色泽较亮，总色差和褐变程度较小。这可能因为在低温或隔绝空气的状态下，可以有效地抑制牛蒡脆片酶和非酶褐变，保证产品品质。
2.3不同干燥方式对牛蒡脆片硬度、脆度的影响
硬度和脆度是反映牛蒡脆片质构的重要指标，直接影响到人们食用时的口感。产品硬度过高，口感坚硬；硬度过低，口感偏软，没有嚼劲。脆度越小，表示产品的口感越酥脆。如图1所示，牛蒡脆片硬度值在1 200～2 700 g之间，其中热风干燥和真空冷冻干燥硬度值分别为2 672、1 278 g。热风干燥脆度值最高，真空冷冻和真空冷冻联合真空微波脆度值显著低于其他3个方式。这可能是由于热风干燥过程中，温度从外向内传递，使牛蒡脆片表面温度高于内部，随着表面水分的蒸发迁移，細胞快速收缩使物料表面干瘪坚硬，导致产品坚硬。而真空冷冻干燥过程中，当压力低至三相点压力时，水的冰点与沸点重合，此时固态的冰直接升华转为气态，很好地保留了物料疏松多孔的结构，导致产品硬度低，酥脆性好[18]。
对于真空冷冻联合真空微波干燥，前期真空冷冻过程中，牛蒡片内部已经形成了多孔的结构，后期真空微波干燥保持了这种结构，使最终产品硬度和脆度适中。
2.4不同干燥方式对牛蒡脆片收缩率的影响
收缩率不仅会引起产品体积变化，而且会导致产品形变，直接影响产品感官品质。干燥过程中产品收缩是因为细胞内部水分经由细胞膜、细胞壁然后穿过多孔结构扩散到外界环境中，产品内部水分梯度引发的显微结构应力导致产品收缩[17]。由图2可知，热风干燥产品收缩率最高为60.63%，与热风联合真空微波干燥产品收缩较严重但并无显著差异，真空冷冻干燥产品的收缩率最小。热风干燥时，物料表面形成干硬膜，使牛蒡内部水分未能及时转移到表面，导致干燥速率减慢，干燥时间过长，皱缩严重。真空冷冻联合真空微波干燥前期在低溫低压的条件下，牛蒡中水分从冰晶状态下直接升华，所占空间仍然保留，形成稳定的固定骨架[18]，有利于后期真空微波干燥，在这种联合干燥方式下物料的收缩程度大大降低。
2.5不同干燥方式对牛蒡脆片微观结构的影响
图3为不同干燥方式下牛蒡脆片的微观结构，图3-a表明热风干燥对牛蒡脆片没有膨化作用，产品内部维管束皱缩，细胞结构排列致密，细胞间几乎没有空隙。这是因为在热风干燥过程中，热量由外向内传递，水分从微孔道蒸发缓慢，细胞间隙水分排出的同时空气进入，挤压细胞壁造成组织塌陷[19-20]，这也是造成牛蒡脆片收缩严重、质地坚硬的原因。经真空微波干燥和热风联合真空微波干燥的产品细胞间隙不均等，维管束孔径大小不一，孔壁较厚，且组织结构均有不同程度的挤压现象（图3-b、图3-d）。这可能是干燥过程中物料在热的作用下，导致细胞结构破坏严重[7]。由图3-c可以看出，真空冷冻干燥牛蒡脆片细胞具有明显的蜂窝状结构、维管束数量较多且结构均匀、保持好。但由于真空冷冻干燥的牛蒡脆片组织结构较疏松，微孔道壁太薄，产品易破碎产生粉末，不利于包装运输。真空冷冻联合真空微波干燥的产品微孔结构破坏程度较低（图3-e），从而保留了内部组织的多孔性[21]，且这个结构在真空微波干燥过程中得到了保持，与单一真空冷冻干燥没有显著差异。
2.6不同干燥方式對牛蒡脆片中多酚、黃酮、多糖含量的影响
2.6.1多酚、黄酮多酚和黄酮类物质在干燥、提取过程中易离解、水解和氧化，导致含量大大损失[12]。从图4可知，热风干燥得到的牛蒡脆片中多酚和黄酮含量均低于真空微波干燥和热风联合真空微波干燥。真空冷冻联合真空微波干燥、真空冷冻干燥的多酚含量较高，且两者无显著差别，分别为14.48、16.92 mg/g。真空冷冻干燥中多酚、黄酮含量均最高，为16.92、33.92 mg/g。这是因为在低温、真空条件下，热不稳定，具有活性的化合物不易与氧接触发生氧化反应，因此酚类和黄酮类物质保留得较好，使产品具有较高的营养价值[22]。
2.6.2多糖从图5可知，真空冷冻干燥时多糖含量最高，为562.94 mg/g；热风干燥下多糖含量最低，为420.99 mg/g。热风干燥、真空微波干燥和热风联合真空微波干燥下牛蒡脆片中多糖含量明显低于其他2个处理，这是因为多糖在高温下易发生美拉德反应而损失；另外在这3种干燥方式下的牛蒡脆片收缩严重、结构致密，使后期提取不充分，导致测得的多糖含量较低。
3结论
本研究对不同干燥方式干燥所得牛蒡脆片的物理指标和营养指标进行了测定，结果表明，真空冷冻干燥联合真空微波干燥比真空冷冻干燥节省近一半时间；从色泽、褐变程度考虑，热风干燥、热风联合真空微波以及真空微波干燥后的牛蒡脆片亮度小、色差大、褐变严重且明显低于其他干燥方式；真空冷冻联合真空微波干燥的牛蒡脆片硬度脆度适中、收缩不明显；微观结构表明，真空冷冻干燥和真空冷冻联合真空微波干燥牛蒡脆片均能形成明显的疏松、多孔结构，而其他3种干燥方式下牛蒡脆片内部有明显塌陷、皱缩现象；对比不同干燥方式条件下牛蒡脆片多酚、黄酮、多糖含量可知，真空冷冻干燥和真空冷冻联合真空微波干燥后牛蒡脆片中营养物质含量较高。综合考虑，真空冷冻联合真空微波干燥的牛蒡脆片色泽变化和褐变程度小、组织疏松、收缩率小、质地均匀、酥脆性好，营养物质保留率高，是一种节能高效、适合牛蒡脆片干燥加工的方法。
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