基于低場核磁共振技術(shù)研究不同干燥方式對海鮮菇復水及品質(zhì)特性的影響

賴譜富 翁敏劼 湯葆莎 李怡彬 吳 俐 陳君琛

(福建省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究所/福建省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究中心/國家食用菌加工技術(shù)研發(fā)分中心，福建 福州 350003)

海鮮菇(Hypsizygusmarmoreus)又名真姬菇、玉蕈、斑玉蕈、蟹味菇等，含有豐富的蛋白質(zhì)、多糖、黃酮、維生素、膳食纖維等營養(yǎng)及功能成分，在抗腫瘤、抗氧化及調(diào)節(jié)免疫等方面具有良好功效[1-3]。海鮮菇鮮品由于含水量高導致不耐貯藏，而干品貯藏期長、易保存，是常用的保存方式[4]。海鮮菇干品在烹飪前一般都要先進行復水，復水海鮮菇的水分狀態(tài)及水分分布越接近鮮品，則復水效果越好，同時也反映了干品的品質(zhì)越好[5]。復水時間、溫度、浸泡液等均會對干品的復水效果產(chǎn)生一定的影響[6]，但干品的結(jié)構(gòu)形態(tài)及營養(yǎng)功能會隨干燥方式、工藝條件的變化而發(fā)生改變，干燥方式、工藝條件對復水效果的影響更大[7]。

低場核磁共振(low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR)是一種快速、無損檢測技術(shù)[8-11]，已廣泛應用于食品干燥、貯藏、復水及品質(zhì)監(jiān)控等方面的研究[12-14]。在復水及品質(zhì)監(jiān)控方面，張文杰等[15]、程沙沙等[16]證實低場核磁共振及成像技術(shù)可為海參及干制蝦仁復水加工過程中品質(zhì)及物性研究提供一種有效方法，余銘等[5]、石芳等[17]、崔莉等[18]、王毓寧等[19]等利用低場核磁及成像技術(shù)研究不同干燥方式制備魷魚、香菇、木瓜片、金針菜復水過程中水分的遷移和變化規(guī)律，表明利用LF-NMR方法確定農(nóng)產(chǎn)品復水過程中水分狀態(tài)具有可行性。但鮮見不同干燥方式對海鮮菇復水及品質(zhì)特性變化的影響研究。

早期海鮮菇市場全部為鮮品銷售，近年來隨著產(chǎn)能過剩及價格下跌，大部分工廠或農(nóng)戶在價格低時開始進行烘干，實際采取的烘干方式主要有真空冷凍干燥、熱泵干燥和熱風干燥。本研究基于當前海鮮菇干品的加工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，采用LF-NMR技術(shù)動態(tài)監(jiān)測不同干燥方式的海鮮菇干品復水特性，結(jié)合復水率和質(zhì)構(gòu)變化構(gòu)建相關(guān)模型，探討不同干燥方式(加熱凍干、不加熱凍干、熱泵干燥、熱風干燥)對海鮮菇干品的復水及品質(zhì)特性的影響，揭示干燥方式影響海鮮菇干品復水及品質(zhì)體系的機制，以期為干燥技術(shù)在海鮮菇的生產(chǎn)應用中提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原料系正常生長110～120 d后采收，達到商品要求，水分含量為88.2%，由福建省同興菌業(yè)有限責任公司提供。

1.2 儀器與設備

101A型恒溫鼓風干燥箱，上海市實驗儀器總廠； XF-5DWLD2型超低溫冰柜、ZWH-KFX-BT12型熱泵烘干機，福建雪豐制冷設備有限公司；103型高速中藥粉碎機，浙江瑞安市永歷制藥機械有限公司；SCIENTZ-30ND型冷凍干燥機，浙江寧波新芝凍干設備股份有限公司；TA.XT Express型質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro Systems公司；MesoMR23-60H中尺寸型核磁共振成像分析儀，蘇州紐邁分析儀器股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品處理 將新鮮海鮮菇洗凈，去除表面雜質(zhì)，稱取12 kg，平均分成4份，分別在真空冷凍干燥機、恒溫鼓風干燥箱、熱泵烘干機中進行干燥。

熱風干燥：將1份新鮮海鮮菇放置在60℃、風速8 m·s-1的恒溫鼓風干燥箱中干燥，干燥至水分含量5.3%左右。

熱泵干燥：將1份新鮮海鮮菇放置在50℃、循環(huán)風量2 800 m3·h-1的熱泵烘干機中干燥，干燥至水分含量5.3%左右。

真空冷凍干燥：將2份新鮮海鮮菇先在-40℃下速凍12 h，其中1份在無輔助加熱條件下進行干燥(不加熱凍干)，另1份在有輔助加熱條件下進行干燥(加熱凍干)：第一階段在擱板溫度-10℃下干燥2 h，第二階段在擱板溫度30℃下干燥8 h，第三階段在擱板溫度60℃下干燥至水分含量5.3%左右。

1.3.2 水分含量的測定 水分含量按《GB 5009.3-2016食品安全國家標準 食品中水分的測定》[20]中的直接干燥法測定。

1.3.3 復水率的測定 稱取5 g海鮮菇干品，常溫下置于純水中進行復水試驗，每隔2 min取出樣品，真空冷凍干燥取樣5次，熱泵干燥、熱風干燥取樣10次。瀝干水分后稱重[21]。每個試驗3個平行，取平均值。復水率為海鮮菇干品復水后質(zhì)量與復水前質(zhì)量之比。

1.3.4 質(zhì)構(gòu)的測定 海鮮菇樣品的硬度、咀嚼度采用質(zhì)構(gòu)儀測定。探頭采用A/mors，測前、測中及測后速度分別為2、1、10 mm·s-1。每個樣品分菇帽、中間段及菇腳進行測定，重復測定15次，結(jié)果取平均值。

1.3.5 低場核磁共振檢測 參照Li等[22]的方法，海鮮菇的橫向馳豫時間采用自旋回波脈沖序列進行測試，將海鮮菇菇帽、中部、菇腳分別置于25℃水浴中，分別在間隔2、4、6、8、10、12、14、16、18、20 min時取出，在空氣中擦干表面水分，用載床置于磁場中心位置的射頻線圈中心，利用自由感應衰減脈沖序列信號調(diào)節(jié)低場核磁共振中心頻率，然后進行自旋回波脈沖序列掃描試驗，其中共振頻率為23 MHz，磁場強度為0.5 T ，線圈直徑為25 mm，磁體溫度為32℃，其他自旋回波脈沖序列試驗參數(shù)如下：90度射頻脈沖11 μs，180度射頻脈沖21.52 μs，信號采樣點數(shù)150 004，接收機帶寬125 kHz，射頻延時0.08 ms，重復采樣等待時間3 000 ms，模擬增益30，數(shù)字增益1，重復采樣次數(shù)32，回波時間0.1 μs，回波個數(shù)8 000。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0軟件進行數(shù)理統(tǒng)計及線性回歸分析，Microsoft Excel 2010進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 干燥方式對海鮮菇復水過程中低場核磁共振圖譜的影響

由圖1可知，4種干燥方式制備的海鮮菇在不同復水時間中均存在3個峰，表示均存在3種狀態(tài)的水分，從左到右分別代表結(jié)合水(T21，與大分子物質(zhì)結(jié)合緊密的水)、不易流動水(T22，蛋白質(zhì)和細胞內(nèi)部中結(jié)合相對較弱的水)和自由水(T23，蛋白質(zhì)和細胞外部以游離狀態(tài)存在的水)，加熱凍干和不加熱凍干的橫向弛豫時間分別為0.1～50 ms(T21)、50～300 ms(T22)、300～3 000 ms(T23)，熱泵干燥和熱風干燥的橫向弛豫時間分別為0. 1～1 ms(T21)、1～100 ms(T22)、100～1 000 ms(T23)，每種干燥方式中菇帽、中部、菇腳的變化趨勢基本一致。

注：A1：加熱凍干海鮮菇菇帽，A2：加熱凍干海鮮菇中部，A3：加熱凍干海鮮菇菇腳；B1：不加熱凍干海鮮菇菇帽，B2：不加熱凍干海鮮菇中部，B3：不加熱凍干海鮮菇菇腳；C1：熱泵干燥海鮮菇菇帽，C2：熱泵干燥海鮮菇中部，C3：熱泵干燥海鮮菇菇腳；D1：熱風干燥 海鮮菇菇帽，D2：熱風干燥海鮮菇中部，D3：熱風干燥海鮮菇菇腳。Note: A1: Hypsizygus marmoreus cap with heating vacuum freeze-drying, A2: Hypsizygus marmoreus middle with heating vacuum freeze-drying, A3: Hypsizygus marmoreus feet with heating vacuum freeze-drying. B1: Hypsizygus marmoreus cap with vacuum freeze-drying without heating, B2: Hypsizygus marmoreus middle with vacuum freeze-drying without heating, B3: Hypsizygus marmoreus feet with vacuum freeze-drying without heating. C1: Hypsizygus marmoreus cap with heat pump drying, C2: Hypsizygus marmoreus middle with heat pump drying, C3: Hypsizygus marmoreus feet with heat pump drying. D1: Hypsizygus marmoreus cap with hot air drying, D2: Hypsizygus marmoreus middle with hot air drying, D3: Hypsizygus marmoreus feet with hot air drying.圖1 海鮮菇復水過程中橫向弛豫時間 T2反演圖譜Fig.1 Refutation of transverse relaxation time T2 for Hypsizygus marmoreus during rehydration

4種干燥方式制備海鮮菇復水后，不易流動水(T22)的信號幅度不斷增加，表明復水過程中進入海鮮菇內(nèi)部的水迅速轉(zhuǎn)化為不易流動水。同時4種干燥方式制備海鮮菇橫向弛豫圖譜均隨著復水時間的增加而向右遷移，表明復水過程中進入海鮮菇內(nèi)部的水分束縛力逐漸降低，水分自由度逐漸增大，從而流動性更佳，且不易流動水(T22)的峰向右移動幅度依次為熱風干燥>熱泵干燥>加熱凍干>不加熱凍干，說明熱風干燥海鮮菇復水過程中束縛水的能力最小，不加熱凍干最大。

圖2 海鮮菇復水過程中不同狀態(tài)水橫向弛豫時間的變化Fig.2 Transverse relaxation time changes of different states water for Hypsizygus marmoreus during rehydration

2.2 干燥方式對海鮮菇復水過程中不同狀態(tài)水橫向弛豫時間的影響

由圖2可知，4種干燥方式處理海鮮菇復水過程中結(jié)合水(T21)保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，表明結(jié)合水發(fā)生的變化不大，這可能是因為結(jié)合水是海鮮菇細胞內(nèi)極性基團與水分子以共價鍵緊密結(jié)合的水分子層，這與程沙沙等[16]、崔莉等[18]關(guān)于蝦仁、木瓜的研究結(jié)果一致，程沙沙等[16]利用低場核磁及成像技術(shù)對干制蝦仁復水過程中的水分含量、分布及狀態(tài)變化進行研究，結(jié)果顯示隨著復水時間的延長，干制蝦仁T21變化較??；崔莉等[18]利用LF-NMR技術(shù)比較了不同干燥方式(真空冷凍干燥和熱風干燥)制備的木瓜片復水過程中水分狀態(tài)的變化情況，發(fā)現(xiàn)復水過程中不易流動水明顯增加，結(jié)合水和自由水變化不大。同時不易流動水(T22)、自由水(T23)整體呈上升趨勢，表明不易流動水、自由水的自由度不斷增加，流動性增強。

2.3 干燥方式對海鮮菇復水過程中峰積分面積的影響

由圖3可知，海鮮菇干品復水前水分均以結(jié)合態(tài)存在為主，復水過程中結(jié)合水占比先緩慢增大后急劇增大，不易流動水占比的變化趨勢則相反，最終不易流動水和結(jié)合水占比分別為1%～8%和86%～97%。加熱凍干和不加熱凍干海鮮菇復水過程中不易流動水占比明顯高于熱泵干燥和熱風干燥，且不易流動水占比從高到低依次為不加熱凍干、加熱凍干、熱泵干燥、熱風干燥。

2.4 干燥方式對海鮮菇復水率的影響

復水率是最常用的復水特性參數(shù)，反映了干制品復水后恢復到鮮品的程度，是檢驗干制品品質(zhì)的重要指標[23]。由表1可知，不同干燥方式對海鮮菇復水率有顯著影響，熱泵干燥、熱風干燥海鮮菇復水率與凍干處理存在顯著差異(P<0.05)，熱泵干燥、熱風干燥處理海鮮菇復水率無顯著差異(P>0.05)，不加熱凍干、加熱凍干2種凍干處理海鮮菇復水率無顯著差異(P>0.05)。相同干燥方式處理海鮮菇菇帽、中部、菇腳在同一復水時間的復水率無顯著差異(P>0.05)。復水前期(0～2 min)海鮮菇干品快速吸水，復水率增加趨勢明顯，后期吸水緩慢，復水率增加趨勢不明顯；凍干處理海鮮菇復水在10 min趨于平衡，復水率較大(達8以上)，熱泵干燥、熱風干燥處理海鮮菇則需20 min才達到復水平衡，復水率較小(2%～4%之間)。

表1 不同干燥方式海鮮菇的復水率Table 1 Rehydration ratio of Hypsizygus marmoreus by different drying methods

2.5 干燥方式對海鮮菇復水過程中質(zhì)構(gòu)特性的影響

由表2 可知，不同干燥方式對復水過程中海鮮菇質(zhì)構(gòu)特性有顯著影響，不加熱凍干、加熱凍干2種凍干處理海鮮菇的硬度、咀嚼度無顯著差異(P>0.05)。復水過程中凍干處理海鮮菇硬度、咀嚼度較小，熱風干燥、熱泵干燥海鮮菇硬度、咀嚼度較大。

表2 不同干燥方式海鮮菇的質(zhì)構(gòu)特性Table 2 Texture properties of Hypsizygus marmoreus by different rehydration time

表2(續(xù))

2.6 海鮮菇復水過程中核磁參數(shù)與質(zhì)構(gòu)參數(shù)、復水率的相關(guān)性分析

由表3可知，熱風干燥海鮮菇菇帽、中部、菇腳復水率與T21、A23均具有顯著相關(guān)性(P<0.05)，與A21、A22均呈現(xiàn)極顯著相關(guān)性(P<0.01)；熱泵干燥海鮮菇菇帽、中部、菇腳復水率與A23均具有一定的顯著相關(guān)性(P<0.05)，與A21、A22均呈現(xiàn)顯著相關(guān)性(P<0.01)；不加熱凍干海鮮菇菇帽、中部復水率與T21呈現(xiàn)極顯著相關(guān)性(P<0.01)，與T23、A21、A22、A23具有顯著相關(guān)性(P<0.05)；加熱凍干海鮮菇菇帽、中部咀嚼度與T23、A21、A22、A23具有顯著相關(guān)性(P<0.05)。

表3 海鮮菇復水過程中核磁參數(shù)與質(zhì)構(gòu)參數(shù)、復水率的線性回歸分析Table 3 Linear regression analyses between LF-NMR parameters and texture parameters，rehydration ratio for Hypsizygus marmoreus during rehydration

3 討論

橫向弛豫時間(T2)反映的是樣品中水分的自由程度和分布情況，其變化可以表征不同干燥方式制備的樣品各狀態(tài)水分的分布情況[24-25]。本試驗利用LF-NMR研究4種不同干燥方式對海鮮菇復水過程中低場核磁共振圖譜的變化情況，結(jié)果顯示，4種不同干燥方式制備的海鮮菇均存在結(jié)合水(T21)、不易流動水(T22)、自由水(T23)，但真空冷凍干燥(加熱凍干和不加熱凍干)海鮮菇與熱泵干燥、熱風干燥的橫向弛豫時間范圍不同；真空冷凍干燥組的弛豫信號明顯強于熱泵干燥和熱風干燥，復水效果最好，熱風干燥弛豫信號相對最弱，復水效果最差。這可能是因為熱風干燥導致海鮮菇內(nèi)部組織分布不均勻且結(jié)構(gòu)被破壞，復水時水分再進入內(nèi)部組織的能力下降，而海鮮菇干制品在真空冷凍干燥過程中形成了疏松均勻的多孔結(jié)構(gòu)，有利于復水過程中水分的再次滲入。

圖3 海鮮菇復水過程中不同狀態(tài)水峰面積占比的變化Fig.3 Peak area ratio changes of different states water for Hypsizygus marmoreus during rehydration

本試驗利用LF-NMR研究4種不同干燥方式海鮮菇在復水過程中水分狀態(tài)的變化情況，結(jié)果顯示海鮮菇在復水過程中不易流動水占比從高到低依次為不加熱凍干、加熱凍干、熱泵干燥、熱風干燥，且不易流動水在海鮮菇干品中占比最大，表明真空冷凍干燥(不加熱凍干和加熱凍干)海鮮菇復水特性最好，熱風干燥海鮮菇復水特性最差，這與余銘等[5]、崔莉等[18]關(guān)于魷魚干、木瓜片的復水研究結(jié)果一致。余銘等[5]通過低場核磁共振動態(tài)分析發(fā)現(xiàn)真空冷凍干燥魷魚干的復水效果明顯好于自然曬干、熱風干燥、熱泵干燥，熱泵干燥的效果與自然干燥的接近，熱風干燥的效果最差。崔莉等[18]研究發(fā)現(xiàn)真空冷凍干燥的木瓜片在復水過程中不易流動水比熱風干燥增加更快，復水特性優(yōu)于熱風干燥。這可能是由于真空冷凍干燥內(nèi)部組織較為均勻，有利于水分的再吸收和保持，而熱風干燥海鮮菇在干燥過程中前期干燥速率較快，水分在內(nèi)部無法及時轉(zhuǎn)移，導致密度不同，內(nèi)部密度不同使復水過程中效果較差[17]。

在干燥過程中，物料內(nèi)部細胞受溫度、失水等因素影響可能會導致不可逆的損傷，從而破壞物料細胞的完整性，導致物料的親水性下降[26]。本試驗中復水前期海鮮菇干品的復水速率較快，隨后進入穩(wěn)定的吸水階段并達到復水平衡，這可能是因為復水前期水分快速滲入海鮮菇干品內(nèi)部，與海鮮菇菌絲緊密結(jié)合后以不易流動水的形式存在，同時隨著復水時間的延長，海鮮菇菌絲水分達到飽和狀態(tài)，復水后期的復水率保持穩(wěn)定，與Giri等[27]研究干香菇的復水特性結(jié)果一致。真空冷凍干燥(加熱凍干、不加熱凍干)海鮮菇的復水率最大，熱泵干燥次之，熱風干燥最小，這可能是因為真空冷凍干燥制備的海鮮菇纖維結(jié)構(gòu)仍保持比較完整的狀態(tài)，擁有疏松的小孔結(jié)構(gòu)，使其復水及容納水分的能力較強，表現(xiàn)出較大的復水率[28]；熱風干燥海鮮菇內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對緊密，復水過程中水分不易滲入，同時加熱不僅破壞海鮮菇細胞壁的滲透性，而且使蛋白質(zhì)發(fā)生變性進而導致喪失再吸水的能力[24]。

不同干燥方式對海鮮菇的質(zhì)構(gòu)特性有顯著影響，熱風干燥海鮮菇的硬度、咀嚼度均最大，凍干處理海鮮菇硬度、咀嚼度較小[29]。當海鮮菇干品復水時，收縮的海鮮菇由于水分的滲入進而部分回彈，不同程度地恢復原狀從而變軟。真空冷凍干燥海鮮菇復水后硬度、咀嚼度均較小，說明真空冷凍干燥海鮮菇泡水后易恢復到新鮮狀態(tài)，質(zhì)地較柔軟且食用時更好處理。

4 結(jié)論

本試驗采用LF-NMR技術(shù)研究不加熱凍干、加熱凍干、熱泵干燥、熱風干燥4種干燥方式對海鮮菇復水及品質(zhì)特性的影響，結(jié)果表明4種干燥方式制備的海鮮菇在復水過程中均出現(xiàn)結(jié)合水、不易流動水和自由水3個組分峰，隨著復水時間的增加，不易流動水、自由水含量呈顯著上升趨勢，結(jié)合水含量變化不大。真空冷凍干燥(不加熱凍干和加熱凍干)海鮮菇復水特性最好，熱風干燥海鮮菇復水特性最差。復水過程中凍干處理海鮮菇硬度、咀嚼度較小，熱風干燥、熱泵干燥海鮮菇硬度、咀嚼度較大。不同干燥方式對海鮮菇復水及品質(zhì)特性的具有顯著影響，真空冷凍干燥有利于海鮮菇干制。