不同联合干燥方法对山药片质地结构及品质的影响

郭嘉 刘春菊 任晗慈 李大婧 宋江峰 张钟元 顾千辉

摘要：为了研究不同联合干燥对山药片的质构与品质的影响，采用热风-冻干、冻干-热风、膨化-冻干、冻干-膨化4种方法联合干燥山药片，分析山药片的收缩率、孔隙结构、硬脆度、复水特性等质地结构与品质指标的差异。结果表明，热风-冻干山药片具有较高的硬脆度及较小复水性，皱缩严重，具有较低的孔隙率;冻干-热风和膨化-冻干对山药片结构改变最小，具有较高的复水比;冻干-膨化山药片的体积收缩率和直径收缩率显著低于其他3种联合干燥（P<0.05），孔隙率显著高于其他3种联合干燥（P<0.05），硬脆度适中，同时具有较高的感官综合评分。本试验结果为山药片联合干燥的生产应用提供了一定的技术支撑。

关键词：山药片;联合干燥;质地结构;品质

中图分类号：TS255.36文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2020）22-0213-05

作者简介：郭嘉（1997—），女，山西大同人，硕士研究生，主要从事果蔬加工与质量控制研究。E-mail：1125330362@qq.com。

通信作者：李大婧，博士，研究员，主要从事果蔬加工与综合利用研究。E-mail：lidajing@163.com。

山药（Dioscoreaopposita）为薯蓣科薯蓣属植物的地下块茎，是一种药食同源作物，是世界上仅次于木薯、土豆和红薯的第四大块根植物[1]。山药富含淀粉、黏液多糖、尿囊素、黏液蛋白、皂苷、多酚氧化酶和铁、钙、锌等多种营养素，具有调节免疫、抗氧化、抗衰老、降血糖、降血脂、调节脾胃、抗突变、抗肿瘤等功效[2-3]，是粮、菜、药兼用的多用途特色作物，也是我国重要的补充粮食作物。新鲜山药水分含量高，易腐烂变质，对贮藏环境要求非常苛刻，极易发生冻伤、发芽、呼吸加速等现象，造成了山药的大量损失。

干燥是一种延长蔬菜保质期的有效方法，可降低蔬菜的含水量，抑制微生物繁殖，减少营养成分损失及降低钝化酶活性等[4-6]。目前市面上的山药片主要采用的是油炸、冷冻干燥及熱风干燥等方法，油炸可赋予物料很好的质地结构，口感酥脆，但其含油量高，可产生有害物质，贮藏期间易发生脂肪氧化等不良反应;冷冻干燥很好地保持了山药的色香味形，但加工成本高，干燥时间长，口感绵软;热风干燥具有生产成本低、低能耗等优势，但产品皱缩严重，硬度大，口感无法让消费者接受[1，7-8]。近几年联合干燥受到了各位专家学者的关注，可发挥各个干燥方法的优势，生产出品质优良、质地可调控、迎合市场的山药片产品。因此，本研究以怀山药为研究对象，探讨热风-冻干、冻干-热风、膨化-冻干、冻干-膨化4种联合干燥方法对山药片的收缩率、孔隙结构、硬脆度、复水特性等质地结构及品质指标的影响，获得一种最适宜的山药片联合干燥方法，为山药片加工产业发展提供一定的理论支撑。

1材料与方法

1.1试验材料

山药品种为怀山药，购于南京苏果超市。

1.2仪器与设备

质构仪（CT325K），购自美国博勒飞公司;色差仪（WSC-S），购自上海精密科学仪器有限公司;紫外-可见分光光度计（TU-1810），购自北京普析通用仪器有限公司;电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9073B5-Ⅲ），购自上海新苗医疗器械制造有限公司;台式高速离心机（TG16-WS），购自长沙湘仪离心机仪器有限公司;高效压差膨化干燥设备（QDPH-20），购自天津市勒德新材料科技有限公司。

1.3不同联合干燥山药片制备

新鲜山药清洗去皮后切成厚度为5mm、直径为5cm的山药片，沸水烫漂2min，立即冷水冷却，沥干后备用。

1.3.1热风-冻干山药片

将沥干后的山药片平铺于干燥盘上，放入预热至70℃的热风干燥箱中干燥1.5h，使山药片水分含量达到40%左右，将山药片取出后放入4℃冰箱中均湿过夜。将均湿后的山药片平铺放于真空冷冻干燥机中，将物料在-40～-30℃下冷冻3～4h，打开真空泵，使冻干仓真空度小于30Pa，打开加热开关，开始真空冷冻干燥，山药片中心温度与加热温度一致时表示到达干燥终点，得到热风-冻干山药片产品。

1.3.2冻干-热风山药片

将沥干后的山药片平铺放于真空冷冻干燥机中，将物料在-40～-30℃下冷冻3～4h，打开真空泵，使冻干仓真空度小于30Pa，打开加热开关，开始真空冷冻干燥，8h后山药片水分含量达到40%左右，将山药片取出后放入4℃冰箱中均湿过夜，将均湿后的山药片平铺于干燥盘上，放入预热至70℃的热风干燥箱中，干燥至水分含量在5%以下，获得冻干-热风山药片产品。

1.3.3膨化-冻干山药片

将沥干后的山药片平铺于干燥盘上，放入物料罐中，升温至95℃保温10min，瞬间泄压，然后65℃真空干燥3h，使山药片的水分含量达到40%左右，将山药片取出后放入4℃冰箱中均湿过夜。将均湿后的山药片平铺放于真空冷冻干燥机中，将物料在-40～-30℃下冷冻3～4h，打开真空泵，使冻干仓真空度小于30Pa，打开加热开关，开始真空冷冻干燥，山药片中心温度与加热温度一致时表示到达干燥终点，获得膨化-冻干山药片产品。

1.3.4冻干-膨化山药片

将沥干后的山药片平铺放于真空冷冻干燥机中，将物料在-40～-30℃下冷冻3～4h，打开真空泵，使冻干仓真空度小于30Pa，打开加热开关，开始真空冷冻干燥，8h后山药片水分含量达到40%左右，将山药片取出放入4℃冰箱中均湿过夜。将均湿后的山药片平铺于干燥盘上，放入物料罐中，升温至95℃保温10min，瞬间泄压，然后65℃真空干燥，干燥至山药片水分含量低于5%，获得冻干-膨化山药片产品。

1.4测试方法

1.4.1收缩率测定

在烧杯中盛入足够浸没试样的水，放置在电子天平上，用金属针插入试样上，把插有试样的金属针浸入水中1～2cm，天平稳定后迅速读取增加的质量（g），即为试样的体积（cm3）。用游标卡尺测量干燥前与干燥后山药片的直径。

1.4.2体积密度、颗粒密度和孔隙度测定

山药片的体积密度是质量与体积的比值。颗粒密度的测定参照Zielinska等的方法[9]，用高速粉粹机将山药片打成粉末。准确称量50mL标准比重瓶的质量及50mL二甲苯的质量，取2.000g左右样品放入比重瓶中并称质量，将无水二甲苯加入标准比重瓶中称质量。

1.4.3色泽的测定

色差仪经零校正、白板校正后测定不同联合干燥山药片的色泽。其中L*值为亮度变量，测定值越大则表示样品表面亮度越高。a*为红色或绿色值，正值表示红色，负值表示偏绿色，绝对值越大则说明红色或绿色越深。b*为黄色或蓝色值，正值表示黄色，负值表示偏蓝色，绝对值越大说明黄色或蓝色越深[10]。ΔE是描述山药片干燥前后色泽的变化，其公式为

式中：L*0、a*0、b*0和L*、a*、b*分别代表干燥前和干燥后山药片的亮度、红色度和黄色度。

1.4.4硬度和脆度测定

山药片硬度和脆度测定参照魏秋羽的方法[11]稍作修改。采用CT325K型质构仪，测试条件如下：探头为TA10，夹具为TA-BT-KIT，测试类型为压缩，测试速率为0.50mm/s，测后速率为0.50mm/s，测试距离为3mm。硬度表现为压缩过程中出现的最大压力峰值，单位为g;脆度表现为压缩过程中出现的第1个明显的压力峰值，单位为g。每种样品做10次平行，结果取其均值。

1.4.5复水性测定

山药片复水性能以复水比表示[12]，将干燥后的山药片称质量，在水中浸泡30min，取出沥水20min，接着用滤纸除去山药片表面水分，再次称质量。

[JZ（]R=[SX（]m1m0[SX）]×100%。[JZ）][JY]（6）

式中：R为复水性，%;m1为复水后山药片质量，g;m0为复水前山药片质量，g。

1.4.6复水山药片TPA测定

不同联合干燥的山药片复水后测定质构，采用CT325K型质构仪测定，选用TA25/1000圆柱型探头;目标类型：TPA;目标值：1.0mm;触发点负荷：10g;测试速度：0.5mm/s;循环次数：2次。

1.4.7多糖含量测定

采用苯酚-硫酸法测定样品中的多糖含量，根据郭金龙等的方法[13]稍作修改。采用水浸提法提取样品中的多糖，以不同浓度葡萄糖标准溶液做标准曲线。

干燥后的山药片经研磨后得到山药粉，称取2g于50mL离心管中，加入20mL蒸馏水，超声辅助浸提30min后过滤，称取滤液于50mL容量瓶中，沉淀再次浸提，滤液定容至50mL。移取稀释20倍后的浸提液0.1mL于试管中，加入蒸馏水至3mL，再加入1mL6%的苯酚溶液，摇匀。再加6mL浓硫酸，摇匀后放置30min，以空白对照在490nm处测吸光度。平行测定3次，结果参照葡萄糖标准曲线计算多糖含量。

1.4.8感官评定

邀请江苏省农业科学院农产品加工研究所经过基本感官分析培训、熟悉评价的描述词的10名学生对产品进行感官评价。样品被随机提供给评价员，每位评价员单独进行评价，相互之间不接触交流，样品评定之间用清水漱口。评定标准：形态是指样品外观是否平整，形状是否保持完好;色泽是指饱满度、均匀性、组织内部均匀性;味道是指样品是否保留山药原有香气;口感是指咀嚼样品时样品是否软硬适中，酥脆可口;硬度是指用切牙咬住样品时是否费力;可接受度是指综合感受样品的可接受度，是否能被大部分人所喜爱。评价采用9点强度标度，由高到低依次表示相应感官特征由强到弱的变化，即9表示极强;8表示很强;7表示较强;6表示稍强;5表示中等;4表示稍弱;3表示较弱;2表示很弱;1表示极弱。

1.5数据处理

使用SPSS17.0软件对试验数据进行统计分析，利用ANOVA检验对结果进行差异显著性分析，绘图使用软件Origin8.5。

2结果与分析

2.1不同联合干燥对山药片收缩率的影响

收缩率是衡量干燥果蔬组织结构变化的重要指标。从图1中可以看出，热风-冻干、凍干-热风和膨化-冻干3种联合干燥的体积收缩率差异不显著，热风-冻干的直径收缩率最严重，其次是冻干-热风和膨化-冻干，冻干-膨化的体积收缩率和直径收缩率均显著低于其他3种联合干燥（P<0.05），[JP+1]这可能是由于热风干燥过程水分蒸发较慢，细胞因失水引起原生质体的收缩，细胞形态无法支撑膨化下降压力，造成细胞组织的皱缩[14]。对于膨化干燥，在物料水分含量较高的情况下，即使瞬间膨化快速脱除水分，但仍然不能使物料组织骨架结构立即形成，在后续的真空干燥过程中仍然会造成细胞组织结构的皱缩，因此对于热风-冻干和膨化-冻干第一阶段的热风和膨化干燥均造成了组织结构的收缩，第二阶段的冻干也仅是维持第一阶段的结构形态。对于冻干-热风和冻干-膨化第一阶段的冻干很好地保持了山药片原有组织结构，第二阶段膨化干燥的瞬间膨化快速脱除水分，使得水分含量降低的大分子物质形成组织骨架结构，同时产生的膨化力促使组织结构产生一定的膨胀作用，进一步减少了细胞组织结构的收缩，而热风干燥干燥速率慢，仍然会产生一定的皱缩。

[FK（W11][TPGJ11.tif;S+5mm][

2.2不同联合干燥对山药片体积密度、颗粒密度和孔隙度的影响

孔隙度是果蔬干制品质地结构特征的重要参数，孔隙度越大说明样品中孔隙空间体积越大[11]。如图2所示，冻干-膨化具有较小的体积密度、颗粒密度和较高的孔隙度，这可能是由于干燥过程中其他3种联合干燥对山药片组织结构造成了较大的皱缩，而冻干-膨化收缩最小，具有较大的体积。同时也可以看出，冻干-膨化具有较高的孔隙率，显著高于其他3种联合干燥（P<0.05），这与“2.1”节显示的冻干-膨化样品收缩率较小相一致，较大的体积可以赋予物料组织中较大的孔结构，孔隙率增加。

2.3不同联合干燥对山药片色泽的影响

从表1可以看出，新鲜山药具有较低的L*值，4种联合干燥山药片L*值均显著高于新鲜山药（P<0.05），热风-冻干、膨化-冻干和冻干-膨化具有较高的L*值;4种联合干燥方式均引起了a*值的增加，但4种联合干燥方式间的a*值差异不显著;新鲜山药的b*值显著低于4种联合干燥山药片;冻干-热风的ΔE值显著低于其他3种联合干燥方法（P<0.05），而其他3种联合干燥的ΔE值差异不显著，这可能是由于冻干会造成物料组织色泽变白，原有颜色变淡（这也是L*值升高的原因），而与新鲜山药具有较高的色差，山药片的色泽呈现亮白色，更加易于消费者接受。

2.4不同联合干燥对山药片硬度和脆度的影响

硬度和脆度是果蔬干制产品的重要质地结构特性，对产品品质起决定性的作用。如图3所示，热风-冻干山药片的硬度和脆度均最大，这可能与热风-冻干山药片的收缩率较大有关，皱缩造成组织致密的质地结构，提高了山药片的硬度和脆度。冻干-热风和膨化-冻干中的热处理比较温和，对冻干结构产生的绵软质地改变不大，具有较低的硬度和脆度。冻干-膨化山药片的硬度和脆度均显著低于热风-冻干，但显著高于冻干-热风和膨化-冻干，这可能是由于冻干后物料中水分含量少，在瞬间膨化快速脱除大量水分的同时加速了组织结构骨架的形成，造成硬度和脆度的提高。

2.5不同联合干燥对山药片复水性的影响

复水性是果蔬干制产品结构变化的重要指标，复水比越大组织结构破坏越小[15]。如图4所示，冻干-热风和膨化-冻干山药片的复水比最大，冻干-膨化山药片次之，热风-冻干山药片最小，说明冻干-热风和膨化-冻干对山药片的结构变化影响最小，这与“2.4”节中冻干-热风和膨化-冻干的硬度和脆度最小结果一致，这可能是由于这2种联合干燥中的热处理相对较温和，对物料结构影响较小，而以冻干体现出来的绵软和复水性好为主，而热风-冻干的第一阶段的热风干燥脱除水分时会造成严重皱缩，复水时很难复原。

2.6不同联合干燥对山药片感官品质的影响

如图5所示，热风-冻干山药片具有较高的硬度得分，较低的形态、色泽、口感和可接受度得分;冻干-热风和膨化-冻干山药片具有较高的山药风味，具有较低的硬度;冻干-膨化山药片具有较高的形态、色泽、口感和可接受度得分，硬度和山药香味较低。总体来说，冻干-膨化山药片具有较高的感官综合评分，可接受度较高。

3结论

不同联合干燥方法对山药片的质地结构及品质具有显著影响，热风-冻干山药片收缩严重，孔隙率低，硬度和脆度较高，而复水性最小，具有较低的感官评价;冻干-热风和膨化-冻干山药片表现出较低的硬脆度及较高的复水比，说明这2种联合干燥加工对山药细胞结构影响最小;冻干-膨化山药片具有较低的体积收缩率和直径收缩率，孔隙率高，硬脆度和复水比适中，表现出较高的感官综合评分及较高的可接受度。因此，冻干-膨化山药片联合干燥技术可以用于山药片生产，丰富山药加工产品种类，为山药干燥产业提供一定的数据支撑。

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