CO2浸漬處理對(duì)生姜熱風(fēng)間歇微波聯(lián)合干燥動(dòng)力學(xué)及品質(zhì)的影響

魏來(lái)，唐道邦，傅曼琴，鄒波，吳繼軍，安可婧

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)部功能食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510610）（2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130118）

生姜是一種姜科姜屬的植物根莖，主要分布于我國(guó)中部、東南部至西南部各省。生姜中除富含蛋白質(zhì)、維生素等營(yíng)養(yǎng)成分外，其特征性辛辣成分-姜辣素，是重要的功能性成分。姜辣素主要包括6-姜酚、8-姜酚、10-姜酚、6-姜烯酚和姜酮等，貯藏加工過程對(duì)姜辣素的影響較大。新鮮生姜的含水量高于90%，易腐敗變質(zhì)，常用干燥處理延長(zhǎng)生姜的儲(chǔ)藏期。傳統(tǒng)的生姜干燥方法有自然晾曬和蒸汽鍋爐烘烤，存在干燥時(shí)間長(zhǎng)、品質(zhì)差、易被霉菌污染等問題[1,2]。為節(jié)能減排，增強(qiáng)我國(guó)生姜干制品在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，開發(fā)新型的生姜干燥技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

熱風(fēng)間歇微波聯(lián)合干燥(AD&MW)是在熱風(fēng)和微波干燥基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型干燥技術(shù)，它可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外同時(shí)加熱，顯著提高干燥速率。與傳統(tǒng)干燥方式相比，AD&MW克服了干燥周期長(zhǎng)、品質(zhì)損耗大等缺點(diǎn)[3]。但該技術(shù)仍面臨一些問題：隨著AD&MW的進(jìn)行，物料內(nèi)部形成致密的孔隙結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱性變差，加熱不均勻；熱風(fēng)干燥環(huán)境富含的高溫氧氣使物料發(fā)生酶促褐變，降低品質(zhì)。因此，希望通過一種前處理方式改善物料的微觀孔隙結(jié)構(gòu)及傳質(zhì)傳熱性能，增強(qiáng)通透性和導(dǎo)熱性，提高干燥過程中果蔬顏色和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的保留率。

二氧化碳因其特殊的理化性質(zhì)及獨(dú)特的經(jīng)濟(jì)型，廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域。1935年法國(guó)人Flanzy提出了二氧化碳浸漬（carbonicmaceration，CM），將其用于葡萄酒的釀造，并通過研究發(fā)現(xiàn)：一方面，CM 處理會(huì)改變果實(shí)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加孔隙率，提高細(xì)胞通透性；另一方面，無(wú)氧環(huán)境使胞內(nèi)營(yíng)養(yǎng)成分發(fā)生變化，如酚類物質(zhì)含量增加，抗氧化性增強(qiáng)等[4,5]?；贑M處理對(duì)植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的改變及營(yíng)養(yǎng)成分的影響，我們?cè)O(shè)想能否將CM用于干燥前處理。陶紅燕[6]用CM處理紅提，發(fā)現(xiàn)經(jīng)CM處理后紅提熱風(fēng)和紅外干燥的時(shí)間分別縮短65.15%和71.95%。Liu等[7]將紅辣椒經(jīng)CM處理后進(jìn)行微波干燥，發(fā)現(xiàn)CM處理使辣椒干燥速率提高了1.5～1.85倍，且干燥后辣椒的總酚和Vc含量分別提高40%～60%和121%～582%。An等[8]將三華李經(jīng)CM處理后發(fā)現(xiàn)，CM處理能破壞三華李表面蠟質(zhì)層，提高細(xì)胞膜滲透率，干燥時(shí)間可縮短近40%，總花青素、總酚、總黃酮以及 ABTS抗氧化性分別提高了14.91%、3.95%、11.10%和 2.10%。目前還沒有關(guān)于CM處理對(duì)生姜干燥動(dòng)力學(xué)及品質(zhì)影響的研究。

因此，本文采用CM處理聯(lián)合AD&MW對(duì)生姜的干燥特性及品質(zhì)進(jìn)行研究：（1）研究干燥前后階段間歇比和轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率對(duì)AD&MW工藝的影響；（2）研究不同條件下CM對(duì)生姜干燥動(dòng)力學(xué)的影響，并進(jìn)行薄層干燥數(shù)學(xué)模型擬合；（3）研究CM對(duì)生姜的品質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)的影響。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

生姜購(gòu)于廣州市果蔬市場(chǎng)，于4 ℃冷庫(kù)保存。

甲醇，天津市富宇精細(xì)化工有限公司。

Folin-Ciocalteu試劑，上海源葉生物科技有限公司。其它試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

JJ1000型電子天平，常熟市雙杰測(cè)試儀器廠；RX-10ZK型微波真空干燥機(jī)，廣州榮興工業(yè)微波設(shè)備有限公司；UV-1800型分光光度計(jì)，日本島津公司；FS100S型粉碎機(jī)，廣州雷邁機(jī)械設(shè)備有限公司；UItraScan VIS自動(dòng)色差儀，美國(guó)Hunter Lab公司；CO2浸漬設(shè)備，實(shí)驗(yàn)室自制。

圖1 CO2浸漬裝置Fig.1 Laboratory CO2 maceration system

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 原料預(yù)處理

挑選根莖粗壯的新鮮生姜清洗后去皮，統(tǒng)一切成直徑為3.4 cm、厚度為5 mm（±0.5 mm）的圓形姜片。

1.3.2 樣品制備

將經(jīng)過預(yù)處理的姜片，放置到二氧化碳浸漬罐中，先將浸漬罐外的加熱裝置打開，并設(shè)置一定溫度，然后向浸漬罐中注入二氧化碳。開始時(shí)將排氣閥打開，目的是排除罐中的空氣；約30 s后，關(guān)閉排氣閥，繼續(xù)注入二氧化碳，直至壓力達(dá)到設(shè)定值后，停止注入氣體，開始浸漬。

處理完畢后將原料進(jìn)行熱風(fēng)間歇微波聯(lián)合干燥。經(jīng)前期預(yù)實(shí)驗(yàn)確定，熱風(fēng)干燥的溫度為 60 ℃，風(fēng)速1.5 m/s，微波干燥的功率為700 W，微波干燥初期間歇比為PR1，在干燥至指定含水率時(shí)，將間歇比調(diào)整為PR2，整個(gè)干燥過程輔以60 ℃熱風(fēng)。當(dāng)姜片的干基含水率達(dá)到 0.13 g H2O/g d.w.（±0.02 g H2O/g d.w.）時(shí)為干燥終點(diǎn)，取出待用。

1.3.3 水分比的測(cè)定

水分比用于表示一定干燥條件下物料還有多少水分未被除去[9]，通常用MR表示，其公式如下：

式中：M-某時(shí)刻物料的干基含水率，%；Me-物料的平衡干基含水率，%；M0-物料的初始干基含水率，%；Me相對(duì)于初始干基含水率M0來(lái)說比較小，可以忽略不計(jì)。

1.3.4 干燥速率的測(cè)定

干燥速率表示每克干基單位時(shí)間內(nèi)失掉的水分含量，其公式如下[10]：

式中：Md,i+1為ti+1時(shí)刻干基含水量，g；Md,i為ti時(shí)刻干基含水量，g。

1.3.5 干燥數(shù)學(xué)模型的建立1.3.5.1 模型的選擇

物質(zhì)干燥過程是一個(gè)復(fù)雜的傳質(zhì)傳熱的過程，同時(shí)又與物料的物理特性有著密切的關(guān)系[11]。眾多學(xué)者通過不同物料的干燥實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)了多個(gè)理論、半理論和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀糜诿枋龈稍镞^程中水分的變化規(guī)律[12]。本文選用了 5種常用的薄層干燥模型對(duì)于生姜AD&MW的過程進(jìn)行研究，5種薄層干燥模型如表1所示。

表1 常用薄層干燥模型Table 1 The thin layer drying curves models commonly used

1.3.5.2 模型評(píng)價(jià)指標(biāo)

干燥模型擬合的優(yōu)劣程度通常由決定系數(shù)（R2）、均方根誤差（RMSE）、卡方（χ2）決定[18,19]。決定系數(shù)（R2）反映了擬合值與預(yù)測(cè)值之間的相關(guān)程度。當(dāng)R2越接近于1時(shí)，表示該擬合方程的可參考價(jià)值越高，相反，越接近于0時(shí)，可參考價(jià)值越低。R2的計(jì)算方法如下：

均方根差（RMSE）又稱為擬合標(biāo)準(zhǔn)誤差或回歸標(biāo)準(zhǔn)誤差，均方根差的值接近于零表示擬合效果很好。均方根差（RMSE）的計(jì)算公式如下：

卡方（χ2）的計(jì)算公式如下：

式中：MRpre,i-水分比的預(yù)測(cè)值；MRexp,i-水分比的試驗(yàn)值；N-觀測(cè)次數(shù)；n-回歸模型中常數(shù)項(xiàng)的個(gè)數(shù)。

R2越大，RMSE和χ2越小，說明模型擬合程度越好。

1.3.6 復(fù)水性的測(cè)定

復(fù)水性是指樣品干制后吸水恢復(fù)新鮮的能力，是考察干燥過程對(duì)細(xì)胞損傷程度的一種方法[20]。精確稱取一定質(zhì)量的干姜片置于25 ℃蒸餾水中復(fù)水24 h以上，當(dāng)姜片質(zhì)量不再變化（或兩次稱量的質(zhì)量差小于0.1 g）時(shí)，取出并吸干表面多余的水分，稱重。復(fù)水比的計(jì)算公式如下：

式中：m-復(fù)水后姜片的質(zhì)量，g；m0-復(fù)水前干燥姜片的質(zhì)量，g。

1.3.7 色差的測(cè)定

將經(jīng)過CM處理的姜片干燥到特定水分含量后，進(jìn)行粉碎，用色差儀測(cè)定姜粉的色澤。

色差測(cè)定采用“HunterLab”表色系統(tǒng)，利用“L*、a*、b*”值表色。L*值表示明亮度；a*值表示由紅色（正）向綠色（負(fù)）漸變；b*值由黃色（正）向藍(lán)色（負(fù)）漸變?？偵钣忙表示，ΔE越小，則與新鮮生姜的色澤越接近[21,22]。其計(jì)算公式如下：

ΔE=[(L*-L0)2+(a*-a0)2+(b*-b0)2]1/2

式中：L0、a0、b0-新鮮生姜的測(cè)定值；L*、a*、b*-CM處理后或干燥后生姜的顏色值。

1.3.8 姜酚含量的測(cè)定

1.3.8.1 生姜中酚類物質(zhì)的提取

準(zhǔn)確稱取鮮姜7.50 g或不同CM方式處理干燥后得到的生姜粉2.50 g分別于燒杯中，加入1% HCl-80%的甲醇15 mL，超聲溶解3次，每次超聲處理30 min，過濾，濾液移至50 mL容量瓶中，殘?jiān)俅谓莩?，過濾，合并濾液至同一容量瓶中，最后定容至50 mL，然后將溶液過0.45 μm的微孔有機(jī)濾膜，待用。

1.3.8.2 生姜中總酚的測(cè)定

采用Folin-Ciocalteu比色法[23]。準(zhǔn)確取各提取液0.40 mL，分別加入稀釋10倍的Folin-Ciocalteu試劑2.00 mL，混勻，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的Na2CO3溶液3.00 mL，混合均勻。常溫下避光反應(yīng)2 h后，以甲醇做空白對(duì)照，于765 nm波長(zhǎng)處測(cè)定其吸光值?？偡雍恳韵喈?dāng)沒食子酸毫克數(shù)表示(mg GAE/d.w.)。

沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線[24]：配置濃度為20、40、60、80、100和120 μg/mL的沒食子酸溶液，分別取0.40 mL上述溶液與2.00 mL稀釋10倍的Folin-Ciocalteu試劑混合后，加入3.00 mL 10%的Na2CO3溶液后，在相同條件下反應(yīng)，計(jì)算樣品中的總酚含量。

1.3.8.3 生姜中各姜酚的測(cè)定

標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：配制6-姜酚的濃度分別為0.4、0.8、1.2、2.0、2.4 mg/mL；8-姜酚的濃度分別為0.20、0.60、1.00、1.80、2.20 mg/mL；10-姜酚的濃度分別為0.40、0.80、1.20、2.00、2.40 mg/mL；6-姜烯酚的濃度分別為0.002、0.004、0.008、0.01、0.012 mg/mL。

HPLC 測(cè)定條件[25]：ASB-C18（4.6×250 mm，5 μm）色譜柱，二元梯度洗脫，流動(dòng)相 A為色譜純乙腈，B為水。梯度洗脫程序：0 min，20%A；0～45 min，20%～90%A；45～50 min，90%～100%A。進(jìn)樣量20 μL，流速1.00 mL/min，檢測(cè)波長(zhǎng)280 nm。

1.3.9 生姜微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定

將干燥后的姜片固定在樣品臺(tái)上，在7 kV下真空噴金，利用掃描電鏡進(jìn)行觀察、取像。對(duì)于常規(guī)的掃描電鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)而言，用于觀察的樣品必須是經(jīng)過徹底干燥處理的，含水量高的樣品在掃描電鏡真空的鏡筒中將造成諸多不良后果[26]，如樣品在高真空中形態(tài)損傷；水蒸氣引起束流波動(dòng)，圖像模糊或無(wú)法成象；燈絲碰到水蒸氣氧化變

質(zhì)甚至熔斷等影響。

1.3.10 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)采用Origin 85軟件作圖及進(jìn)行生姜干燥動(dòng)力學(xué)模型擬合分析，采用SPSS軟件進(jìn)行方差分析，以p＜0.05為差異顯著。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 熱風(fēng)間歇微波聯(lián)合干燥工藝的正交試驗(yàn)分析

為了更好地進(jìn)行生姜的CM 處理與AD&MW，我們首先應(yīng)對(duì) AD&MW 工藝參數(shù)和影響因素有一個(gè)更為全面的了解。因此我們采用三因素三水平 L9(33)正交實(shí)驗(yàn)，選取兩段式加熱方式，選取第一階段間歇比（PR1）、轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率以及第二階段間歇比（PR2）作為考察因素，AD&MW實(shí)驗(yàn)因素水平表見表2。

間歇比（Pulse ratio，PR）對(duì)于AD&MW是指微波啟動(dòng)和停止的頻率，其表達(dá)式為：

式中：ton-微波開啟時(shí)間，toff-微波停止時(shí)間。

表2 熱風(fēng)間歇微波聯(lián)合干燥正交試驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels in hot air with intermittent microwave orthogonal experiment

選取干燥時(shí)間（DT），干燥效率（DE），總色差值（ΔE）以及總酚（TPC）含量作為考察指標(biāo)，對(duì)AD & MW進(jìn)行正交試驗(yàn)分析，AD & MW工藝正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

由極差R分析表明，PR1、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率、PR2三個(gè)因素對(duì)于干燥時(shí)間（DT）和干燥效率（DE）影響的主次順序均為 PR1＞轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率＞PR2，其中較優(yōu)的組合為 PR1：5s/5s (ton/toff)，轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率MC=1，PR2：5s/25s（ton/toff）。PR1、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率、PR2三個(gè)因素對(duì)于總色差值（ΔE）和總酚含量（TPC）影響的主次順序均為轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率＞PR1＞PR2，其中對(duì)于ΔE較優(yōu)的組合為PR1：5s/5s (ton/toff)，轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率MC=1，PR2：5s/25s（ton/toff），對(duì)于TPC較優(yōu)的組合為 PR1：5s/5s (ton/toff)，轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率MC=1，PR2：5s/20s（ton/toff）。

對(duì)于四種考察指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，認(rèn)為最優(yōu)的組合為PR1：5s/5s (ton/toff)，轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率MC=1，PR2：5s/25s（ton/toff）。

表3 熱風(fēng)間歇微波聯(lián)合干燥工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)表Table 3 Orthogonal test of optimization of hot air with intermittent microwave drying process

注：DT為干燥時(shí)間，min；DE為干燥效率，kJ/kg H2O；ΔE*為總色差值；TPC為總酚含量，mg/g。

2.2 CO2浸漬處理對(duì)生姜熱風(fēng)間歇微波聯(lián)合干燥水分比的影響

圖2 CO2浸漬處理生姜熱風(fēng)間歇微波聯(lián)合干燥過程中水分比的變化Fig.2 The moisture ratio of different CM treated samples changes over time during AD & MW

本文選取了5種具有代表性的CM處理?xiàng)l件，考察不同溫度、壓力及浸漬時(shí)間對(duì)生姜AD & MW動(dòng)力學(xué)的影響，5種CM處理的工藝參數(shù)見表4。

如圖2所示，CM處理后的樣品和直接干燥樣品的水分比均隨著干燥時(shí)間逐漸下降，而在CM處理后的生姜中，經(jīng)CM2（40 ℃、0.2 MPa、10 h）處理的樣品水分比下降最快，干燥時(shí)間比直接干燥縮短了45%。其次是經(jīng)CM5（40 ℃、0.2 MPa、30 h）處理的樣品。經(jīng)CM1（40 ℃、0.1 MPa、10 h）處理的樣品水分比下降最慢，但均比直接干燥的樣品水分比下降的快，干燥時(shí)間短，這說明CM處理可以加速生姜AD & MW過程中水分比的下降，顯著縮短干燥時(shí)間。

表4 不同CO2浸漬預(yù)處理方式的工藝參數(shù)Table 4 The process parameters for the different carbonica maceration pretreatments

2.3 CO2浸漬處理對(duì)生姜熱風(fēng)間歇微波聯(lián)合干燥速率的影響

圖3 CO2浸漬處理后生姜熱風(fēng)間歇微波聯(lián)合干燥過程中的干燥速率Fig.3 The drying rate of different CM treated samples during AD&MW

如圖3所示，鮮樣和經(jīng)過不同CM處理的樣品的干燥速率曲線趨勢(shì)相似，均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，開始時(shí)物料受熱升溫，干燥速率迅速增加，該階段為微波的加速階段。從圖3可以看出，經(jīng)CM處理后樣品在升速階段的干燥速率顯著高于直接干燥的樣品，其中CM2（40 ℃、0.2 MPa、10 h）的優(yōu)勢(shì)最為明顯，而CM3（40 ℃、0.3 MPa、10 h）與直接干燥的樣品相比優(yōu)勢(shì)并不明顯，說明在一定的壓力范圍內(nèi)（＜0.3 MPa），干燥初期的干燥速率隨著CM處理壓力的增大而加快，這與劉沫茵等人[27]對(duì)葡萄干制的研究報(bào)道相一致。

隨著干燥的進(jìn)行，若物料內(nèi)部水分能及時(shí)補(bǔ)充到表面，物料內(nèi)部的水分?jǐn)U散速率等于表面的蒸發(fā)速率，干燥速率不變，該階段稱為恒速干燥階段[28]。但在本研究中，物料并沒有恒速干燥階段，而是直接進(jìn)行降速干燥過程，原因是物料表面由于熱風(fēng)作用，內(nèi)部水分不能及時(shí)補(bǔ)充到表面，物料內(nèi)部的水分?jǐn)U散速率小于表面的蒸發(fā)速率，這與張凡[29]的姜片微波與熱風(fēng)聯(lián)合干燥動(dòng)力學(xué)的研究中，所得結(jié)果相一致。在降速階段，多數(shù)CM處理樣品的干燥速率比直接干燥的速率下降得快，且經(jīng)CM3（40 ℃、0.3 MPa、10 h）處理的樣品干燥速率下降得最快，這說明CM處理改善了物料的微觀孔隙結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)物料的通透性和導(dǎo)熱性，提高物料傳質(zhì)傳熱性能，尤其改善了干燥后期致密的孔隙結(jié)構(gòu)，干燥速率顯著提高。下文的電鏡結(jié)果證實(shí)了CM對(duì)物料細(xì)胞結(jié)構(gòu)有所改變這一結(jié)論。

2.4 干燥動(dòng)力學(xué)模型擬合

本文使用Origin軟件，將所選擇的5種薄層干燥模型對(duì)生姜AD&MW動(dòng)力學(xué)進(jìn)行擬合。如表5所示，不同模型的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，Page和Modified Page模型的 R2最大，均大于 0.98，χ2均小于 1.31×10-4，RMSE均小于0.011，表明這兩個(gè)模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合良好。兩個(gè)模型的R2相等，其中，Modified Page模型的χ2更小，說明Modified Page模型更符合生姜AD&MW動(dòng)力學(xué)，擬合效果最好。

表5 不同薄層干燥模型的擬合Table 5 Curve fitting criteria for various models and parameters

4 1.10661 0.04102 -0.0463 0.98846 1.10×10-3 0.032 5 0.0414 1.34284 0.99911 8.56×10-5 0.009 CM4 1 0.04576 0.98561 1.77×10-3 0.042 2 0.0183 1.28304 0.99873 1.18×10-4 0.011 3 1.05769 0.04825 0.98838 1.07×10-3 0.033 4 1.08276 0.04403 -0.03645 0.99038 8.79×10-4 0.029 5 0.04422 1.28404 0.99873 1.18×10-4 0.011 CM5 1 0.0481 0.98464 1.55×10-3 0.039 2 0.01858 1.29733 0.99937 6.07×10-5 0.008 3 1.06053 0.05081 0.98773 1.15×10-3 0.034 4 1.09574 0.04487 -0.05033 0.9914 7.99×10-4 0.027 5 0.04632 1.29791 0.99937 6.00×10-5 0.008

2.5 CO2浸漬處理對(duì)生姜干燥時(shí)間、復(fù)水性、顏色的影響

由表6可知，CM處理后樣品的干燥時(shí)間顯著低于未經(jīng)處理的樣品，且不同的CM處理?xiàng)l件（時(shí)間、溫度以及壓力）對(duì)干燥時(shí)間有不同程度的影響。經(jīng)過10 h的CM處理后，生姜干燥時(shí)間為65 min，而經(jīng)過30 h的CM處理后，干燥時(shí)間增加到83 min，說明CM 處理時(shí)間對(duì)樣品干燥時(shí)間影響顯著，且并非處理時(shí)間越長(zhǎng)越好。CM 處理溫度對(duì)干燥時(shí)間影響的結(jié)果顯示，30 ℃的CM處理樣品的干燥時(shí)間為85 min，而40 ℃的CM處理樣品的干燥時(shí)間為65 min，相比于30 ℃的CM處理有明顯地縮短，分析原因可能是在較高的溫度下，CM 對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的改變更加顯著，郭蘊(yùn)涵等人[30]也發(fā)現(xiàn)了相似的現(xiàn)象。CM處理壓力結(jié)果顯示，0.1 MPa CM處理后樣品的干燥時(shí)間為95 min，0.3 MPa CM處理后樣品的干燥時(shí)間為90 min，0.2 MPa CM處理樣品的干燥時(shí)間為65 min，由此可知適當(dāng)?shù)卦龃驝M處理壓力可以加快干燥速率，然而當(dāng)壓力過大時(shí)，CM 處理對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞較嚴(yán)重會(huì)阻礙水分的擴(kuò)散，干燥速率反而下降[31]。

由顏色結(jié)果可知（表6），與直接干燥樣品相比，CM處理后樣品的L*值增大，a*值降低，b*值無(wú)顯著差異，說明CM處理可以有效降低生姜干燥過程中的酶促/非酶褐變反應(yīng)。CM 處理后樣品的總色差值ΔE普遍低于直接干燥樣品的ΔE，與新鮮生姜顏色更接近。因此，CM對(duì)樣品顏色具有良好的保護(hù)作用。

復(fù)水比結(jié)果顯示（表6），經(jīng)CM處理后樣品的復(fù)水性均顯著低于直接干燥樣品的復(fù)水性，這是因?yàn)镃M 處理改變了物料的微觀結(jié)構(gòu)，增加了細(xì)胞的孔隙結(jié)構(gòu)，提高了細(xì)胞膜的通透性，使物料的的復(fù)水性能下降。在經(jīng)CM處理樣品中，其中CM2（40 ℃、0.2 MPa、10 h）的復(fù)水性較好，而CM5（40 ℃、0.2 MPa、30 h）的復(fù)水性最差。可知在適當(dāng)?shù)奶幚韷毫蜁r(shí)間下，CM 能夠使物料形成規(guī)則的孔隙結(jié)構(gòu)，保留了細(xì)胞完整的骨架結(jié)構(gòu)，減少對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞，復(fù)水性能較好，而處理時(shí)間過長(zhǎng)壓力過大，會(huì)對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)造成較嚴(yán)重的損傷，細(xì)胞結(jié)構(gòu)塌陷，骨架結(jié)構(gòu)喪失，下文中掃描電鏡的結(jié)果為這一結(jié)論提供了依據(jù)。

表6 CO2浸漬處理對(duì)熱風(fēng)間歇微波聯(lián)合干燥生姜的復(fù)水性、顏色以及干燥時(shí)間的影響Table 6 The changes of rehydration ratio, color change and drying time of dried ginger treated by CM

2.6 CO2浸漬處理對(duì)熱風(fēng)間歇微波聯(lián)合干燥生姜中各姜酚含量的影響

姜辣素結(jié)果顯示（表7），經(jīng)CM處理后干燥生姜的 6、8、10-姜酚和 6-姜烯酚的含量均有不同程度的增加。據(jù)Young等[32]研究發(fā)現(xiàn)，在酸性環(huán)境中，姜酮和醛會(huì)向姜酚和姜烯酚轉(zhuǎn)化，而在加熱或堿性環(huán)境中，姜酚和姜烯酚會(huì)發(fā)生逆羥醛反應(yīng)，生成姜酮和相應(yīng)的醛。因此，酸性環(huán)境有助于姜酚、姜烯酚的形成。其中，CM4（30 ℃、0.2 MPa、10 h）條件下各姜酚、姜烯酚的含量最高，其 6、8、10-姜酚和 6-姜烯酚的含量分別是直接干燥樣品的2.49倍、1.45倍、1.45倍、1.36倍，這是由于在酸性環(huán)境下，適宜的溫度有助于姜酮和醛會(huì)向姜酚和姜烯酚轉(zhuǎn)化。CM2（40 ℃、0.2 MPa、10 h）與 CM4（30 ℃、0.2 MPa、10 h）結(jié)果可知，CM處理溫度過高（40 ℃）會(huì)使6、8、10-姜酚和6-姜烯酚的含量減少，促進(jìn)了姜酚向姜酮的轉(zhuǎn)化，這與 Young 等人的結(jié)論相一致。CM5（40 ℃、0.2 MPa、30 h）結(jié)果顯示6、8-姜酚含量降低，6-姜烯酚含量升高，這可能是由于生姜經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間浸漬（30 h），導(dǎo)致了姜酚向姜烯酚轉(zhuǎn)化[33]。

表7 生姜中6、8、10-姜酚、6-姜烯酚和姜酮在不同CO2浸漬處理下含量的變化Table 7 The changes of gingerols, 6-shogaol and Zingerone contents in dried ginger through CM pretreatments

2.7 CO2浸漬處理對(duì)生姜微觀結(jié)構(gòu)的影響

如圖4所示，圖（a）為直接干燥樣品的電鏡圖，可見生姜內(nèi)部細(xì)胞相互粘連，結(jié)構(gòu)模糊，淀粉顆粒隱藏在細(xì)胞內(nèi)部。而經(jīng)CM處理后，生姜內(nèi)部細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)清晰，形成孔隙結(jié)構(gòu)且排列規(guī)則（圖b、c、d、e）。由前面的干燥動(dòng)力學(xué)可知，規(guī)則的孔隙結(jié)構(gòu)有利于干燥過程中毛細(xì)管水分的擴(kuò)散與蒸發(fā)。

圖4 CO2浸漬處理后干燥生姜掃描電鏡圖Fig.4 Electron micrographs of dried ginger through different carbonic maceration

但當(dāng)CM壓力過大或時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，會(huì)對(duì)細(xì)胞造成嚴(yán)重的損壞，如圖（f）所示，生姜細(xì)胞結(jié)構(gòu)塌陷，孔隙結(jié)構(gòu)被破壞，淀粉顆粒暴露，這對(duì)干燥后期水分的擴(kuò)散和物料的復(fù)水性造成顯著的影響。

3 結(jié)論

CM處理是一種新型干燥前處理技術(shù)，它可以顯著提高干燥速率，縮短干燥時(shí)間，同時(shí)提高顏色及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的保留率。經(jīng)CM處理后，生姜AD & MW的干燥時(shí)間最多可縮短45%。對(duì)生姜AD & MW干燥過程進(jìn)行數(shù)學(xué)模型擬合，5個(gè)薄層干燥數(shù)學(xué)模型中Modified Page模型的R2大于0.99，χ2小于1.31×10-4，擬合效果最好。此外，CM 可以有效地保護(hù)生姜的顏色，提高姜酚、姜烯酚的含量。電鏡結(jié)果顯示，CM處理能顯著改善生姜的微觀結(jié)構(gòu)，細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)完整清晰，孔隙結(jié)構(gòu)增大，從而提高物料的傳質(zhì)傳熱性能。綜上所述，CM 處理對(duì)生姜熱風(fēng)間歇微波聯(lián)合干燥動(dòng)力學(xué)及品質(zhì)均具有積極的影響。