射頻輔助熱風(fēng)干燥對紅棗脆片質(zhì)構(gòu)特性和微觀結(jié)構(gòu)的影響

牛玉寶，姚雪東※，肖紅偉，王冬冬，鄭 霞，王 強，朱榮光，臧永鎮(zhèn)，劉 歡

（1. 石河子大學(xué)機械電氣工程學(xué)院，石河子 832000；2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北農(nóng)業(yè)裝備重點實驗室，石河子 832000；3. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京 100083）

0 引 言

酥脆棗片，因其口感酥脆、營養(yǎng)豐富被大眾所喜愛。質(zhì)構(gòu)特性作為棗片的重要品質(zhì)屬性，極大地影響著消費者的口感以及對產(chǎn)品的接受度，如硬度、脆性和咀嚼性作為描述果蔬干制品質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的典型參數(shù)，反映了果蔬脆片的食用口感，較低的脆性和硬度表明在食用過程中可以被輕松的咀嚼；黏附性作為一種表面特性，主要取決于黏附力、內(nèi)聚力以及黏度等綜合作用；彈性用來衡量內(nèi)部結(jié)構(gòu)被初始壓縮破壞的程度，反映了被壓縮樣品在去除載荷后恢復(fù)到其原始形狀的能力；內(nèi)聚性反映了組織細胞間結(jié)合力的大小，即在應(yīng)力作用下保持結(jié)構(gòu)完整性的能力；回復(fù)性表示了第一次壓縮過程后樣品回彈的能力，反映了果肉組織結(jié)構(gòu)的完整性。

當前，在棗片的機械化干燥方法中，熱風(fēng)干燥因其操作簡單，成本較低，且對場地、氣候等要求不高，成為應(yīng)用最廣泛的干燥方法。但熱風(fēng)干燥后期棗片外部易形成硬殼，阻礙內(nèi)部水分蒸發(fā)擴散，影響其干燥速率且導(dǎo)致棗片質(zhì)構(gòu)裂變、適口性變差。近年來，射頻加熱因其高效的傳熱效率以及選擇性的加熱特點在果蔬干燥中逐漸應(yīng)用，尤其是與熱風(fēng)干燥聯(lián)合使用以克服熱風(fēng)干燥熱質(zhì)傳遞速度低的弊端。張麗對比了單一熱風(fēng)與射頻熱風(fēng)聯(lián)合干燥下紅棗的干燥速率，發(fā)現(xiàn)射頻熱風(fēng)聯(lián)合干燥所需時間僅為單一熱風(fēng)的1/3。劉家璇等對熱風(fēng)干燥杏果進行射頻預(yù)處理，結(jié)果表明射頻預(yù)處理后杏果有更快的干燥速率，且干燥后杏干黃酮、多酚和維生素C含量也略有增加。Gong等發(fā)現(xiàn)射頻熱風(fēng)聯(lián)合干燥胡蘿卜塊相比于單一熱風(fēng)干燥所需時間更少，且具有更高的維生素C保存率。上述文章主要研究了射頻熱處理對熱風(fēng)干燥速率及營養(yǎng)品質(zhì)的影響，而對棗片質(zhì)構(gòu)特性影響和相關(guān)機理探索的研究報道較少。

物料的微觀結(jié)構(gòu)決定宏觀功能特性，微觀結(jié)構(gòu)是解讀質(zhì)構(gòu)變化內(nèi)在機制的一把鑰匙。彭健等研究龍眼的分段式遠紅外-熱泵干燥發(fā)現(xiàn)樣品內(nèi)部孔隙的變化影響龍眼干的咀嚼性和韌性。周鳴謙等發(fā)現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)呈明顯蜂窩狀的蓮子具有更低的硬度。由此可見，干燥產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性的變化往往與其微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，微觀結(jié)構(gòu)變化可作為探索質(zhì)構(gòu)特性變化機理的一個重要研究方向。

鑒于此，本文將射頻熱處理應(yīng)用于棗片的熱風(fēng)干燥過程中，研究射頻熱處理對熱風(fēng)干燥棗片質(zhì)構(gòu)特性和微觀結(jié)構(gòu)變化的影響規(guī)律，并通過微觀結(jié)構(gòu)的變化探索質(zhì)構(gòu)特性變化的產(chǎn)生機理，期望為后續(xù)射頻與熱風(fēng)聯(lián)合干燥棗片技術(shù)與工藝的研究以及干燥品質(zhì)的過程調(diào)控提供有價值的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新鮮新疆和田冬棗，購于石河子農(nóng)貿(mào)市場，選取大小均勻（縱徑（29±2）mm、橫徑（25±2）mm）、棗皮紅綠相間且無損傷的冬棗為試驗材料。從冰箱內(nèi)取出冬棗，清洗、擦拭之后，選取無核區(qū)果肉切成厚度（10±1） mm的棗片樣本，儲存于冰箱內(nèi)（溫度（4±1）℃、相對濕度96%±2%），勻濕24 h備用，測得鮮棗片初始干基含水率326%±48%。

1.2 試驗設(shè)備

本試驗棗片的干燥裝置如圖1所示的COMBI 6-S型射頻加熱系統(tǒng)（型號SO6B，Stray field International Limited，Wokingham，UK），功率為6 kW，頻率為27.12 MHz，上下極板構(gòu)成的射頻加熱場的面積為750 mm×550 mm，極板間距可調(diào)范圍80～200 mm；所用熱風(fēng)系統(tǒng)溫度可調(diào)范圍25～100 ℃，風(fēng)速可調(diào)范圍0～1 m/s；干燥裝置內(nèi)所用物料盤由介電損耗因子較小的聚丙乙烯制成，尺寸為350 mm×250 mm×10 mm。

圖1 射頻-熱風(fēng)聯(lián)合干燥裝置及物料盤放置 Fig.1 Schematic diagram of radio frequency and hot air combined dryer and placement diagram of material tray

其他試驗設(shè)備有TA. XT plus質(zhì)構(gòu)儀（英國Stable Micro System公司），BSM220.4電子天平（上海卓精電子科技有限公司），HCP-2型臨界點干燥儀（日本日立公司），SU8010電子掃描顯微鏡（日本日立公司），SU3500電子掃描顯微鏡（日本日立公司）。

1.3 試驗方法

打開熱風(fēng)干燥裝置，設(shè)定熱風(fēng)溫度，預(yù)熱1 h，以保證腔內(nèi)溫度穩(wěn)定且均勻，開啟射頻裝置，設(shè)定試驗參數(shù)，將料盤放入上下極板之間，啟動射頻加熱（依據(jù)前期預(yù)試驗射頻處理時間選擇干燥過程中的前2 h）。每隔30 min從干燥裝置內(nèi)取出用于質(zhì)構(gòu)和含水率測量的棗片樣本，至干基含水率降至5%以下時，結(jié)束試驗。為描述方便，將單一熱風(fēng)干燥簡寫為HAD（Hot Air Drying）；射頻輔助熱風(fēng)干燥簡寫為RF+HAD（Radio Frequency assisted Hot Air Drying）。

參考射頻加熱技術(shù)的相關(guān)報道以及前期預(yù)試驗，結(jié)合射頻-熱風(fēng)聯(lián)合干燥裝置特點確定如表1所示的試驗設(shè)計方案。

表1 試驗設(shè)計 Table 1 Design for the experiments

采用GB5009.3—2016《食品中水分含量的測定》中的直接干燥法測定棗片含水率，含水率的變化以水分比（Moisture Ratio，MR）表示，如公式（1）所示。

式中M為干燥至?xí)r刻樣品的含水率，%；M為干燥平衡時樣品的含水率，%；為樣品的初始含水率，%。

其中M的值相對M和可以忽略不計，因此將式（1）簡化為式（2）。

使用質(zhì)構(gòu)儀對不同干燥條件下棗片進行質(zhì)地多面剖析（Texture Profile Analysis，TPA）。測試參數(shù)設(shè)置如下：使用P/50探頭，測前速度1 mm/s，測試速度0.5 mm/s，測后上行速度1 mm/s，棗片受壓變形為50%，兩次壓縮停頓時間為5 s，每組樣品測量10次，結(jié)果取其平均值。典型的TPA測試特征曲線如圖2所示。

圖2 棗片TPA測試質(zhì)構(gòu)特征曲線 Fig.2 Test curve of texture properties analysis of jujube slices

通過獲得的TPA曲線進一步分析可以獲得棗片樣品的7個質(zhì)構(gòu)特性指標，分別為脆性（Crispness）硬度（Hardness）、彈性（Springiness）、內(nèi)聚性（Cohesiveness）、咀嚼性（Chewiness）、回復(fù)性（Resilience）和黏附性（Adhesiveness），其測試指標具體定義如表2所示。

表2 棗片的質(zhì)構(gòu)特性指標定義 Table 2 Definition of the texture properties parameters of jujube slices

用刀片將不同條件下干燥結(jié)束后的棗片處理成合適大小，用雙面膠將其固定在樣品臺上，噴金鍍膜后，置于掃描電子顯微鏡（型號SU8010，日本日立公司）下，在350倍下觀察和采集微觀圖像。

不同干燥時間的棗片樣品放于2.5%濃度的戊二醛固定液，過夜后倒掉固定液，使用磷酸緩沖液（pH值7.0）漂洗3次后，用1%的鋨酸溶液固定樣品2 h，再次使用磷酸緩沖液（pH值7.0）漂洗3次。使用不同濃度的乙醇溶液（30%、50%、70%、80%、90%、95%和100%）對棗片樣品依次脫水20 min。脫水樣品放于臨界點干燥儀進行干燥。干燥完成的樣品置于掃描電子顯微鏡觀察和采集微觀圖像。

本試驗中應(yīng)用Excel和Origin8.0 Pro軟件對數(shù)據(jù)進行分析處理與繪圖；應(yīng)用IBM SPSS Statistics 25軟件下的最小顯著性差異（Least Significant Difference，LSD）進行顯著性分析，<0.05時表明存在顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 HA與RF+HA對棗片質(zhì)構(gòu)特性的影響

脆性作為消費者選擇棗片的一個重要指標，以探頭第一次下壓過程中的第一個明顯壓力峰值進行表示，峰值越小樣品越脆。由于干燥前中期棗片軟化，測試過程中脆性峰值出現(xiàn)較少，因此本文只研究了干燥后期棗片脆性峰值出現(xiàn)后其脆性變化趨勢。由圖3可知，棗片出現(xiàn)的第一個脆性值較大，可能是干燥后期棗片硬化結(jié)殼，內(nèi)部水分難以去除，變形破裂需要更大的力，而隨著干燥時間的延長，內(nèi)部水分擴散蒸發(fā)，脆性值逐漸降低；而在更高的干燥溫度下，棗片有著更低的脆性值，其破裂所需的力更小，這與現(xiàn)有研究相似，干燥溫度的升高和含水率的下降都會導(dǎo)致棗片脆性的降低。而施加射頻熱處理后，棗片內(nèi)部呈現(xiàn)多孔性結(jié)構(gòu)，有利于內(nèi)部水分的遷移擴散以及微觀形態(tài)的保持，使棗片在更早的時間出現(xiàn)脆性，且脆性值低于單一熱風(fēng)干燥。這與Jiang等對秋葵的微波干燥結(jié)果相似。

圖3 不同溫度下HAD與RF+HAD干燥棗片水分比及脆性隨時間變化曲線 Fig.3 Curves of moisture ratio and crispness of jujube slices with time under different drying temperatures

如圖4所示，熱風(fēng)干燥過程中硬度變化主要表現(xiàn)為兩個階段。干燥初期，由于表面水分迅速蒸發(fā)，棗片硬度逐漸降低，這一時期棗片硬度主要由細胞膨壓決定，之后由于內(nèi)部水分的遷移擴散，棗片硬度下降速度減緩，這一時期與Alex等熱風(fēng)干燥蘋果片的軟化階段相類似。當水分比下降到0.10±0.02后，棗片進入硬化階段，硬度迅速增加。這是由于后期棗片內(nèi)部水分難以及時轉(zhuǎn)移至表面，導(dǎo)致棗片表面水分的缺失，進而形成干硬膜。不同干燥溫度下的棗片硬度在干燥前中期的變化范圍基本相似，在干燥后期越高的干燥溫度有著更低的硬度值。而射頻熱處理過程中棗片纖維素和果膠的降解以及水分的流失導(dǎo)致細胞壁和細胞膨壓被破壞，硬度迅速下降，之后由于細胞膜滲透率改變，細胞通透性增加，內(nèi)部水分擴散加快，延緩了表面硬殼的形成，棗片在更低的水分比（0.06±0.02）進入硬化階段。

圖4 不同溫度下HAD與RF+HAD干燥棗片硬度隨時間變化曲線 Fig.4 Curves of hardness of jujube slices with time under different drying temperatures

由圖5可以看出，干燥過程中棗片咀嚼性變化趨勢與硬度相似。熱風(fēng)干燥條件下，當棗片水分比處于0.10±0.02時，棗片咀嚼性保持在較低水平（0～1 0），之后水分比降低，棗片表皮硬化、咀嚼性迅速增大，耐咀嚼程度大幅上升，不同干燥溫度下的棗片咀嚼性在干燥過程中的變化范圍基本相似。而施加射頻熱處理后，棗片在更低的水分比（0.06±0.02）和更短的干燥時間，咀嚼性開始增大。

圖5 不同溫度下HAD與RF+HAD干燥棗片咀嚼性隨時間變化曲線 Fig.5 Curves of chewiness of jujube slices with time under different drying temperatures

如圖6所示，不同干燥條件下棗片的黏附性均隨時間的增加不斷增加趨向于0。干燥初始由于鮮棗片本身的高水分和高糖分，棗片呈現(xiàn)較高的黏附性（-59 g/s）。而隨著干燥過程的進行，棗片水分比不斷下降，且還原糖與氨基酸的結(jié)合導(dǎo)致還原糖及總糖的損失，都會造成棗片黏附性的不斷下降。在干燥后期，由于表面水分的缺失以及干硬膜的形成，棗片黏附性逐漸消失。干燥過程中射頻熱處理的施加以及干燥溫度的升高都會提高棗片的干燥速率，加快棗片水分的蒸發(fā)，促使黏附性在更短的時間內(nèi)趨于0。

圖6 不同溫度下HAD與RF+HAD干燥棗片黏附性隨時間變化曲線 Fig.6 Curves of adhesiveness of jujube slices with time under different drying temperatures

干燥過程中，棗片的彈性變化如圖7所示。熱風(fēng)干燥過程中彈性的變化趨勢主要分為兩個階段：當棗片水分比從1降至0.10±0.02時，棗片收縮明顯，整體結(jié)構(gòu)更加致密，表現(xiàn)為彈性持續(xù)上升，到達最高值（0.92±0.05）之后，棗片內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形、塌陷，彈性開始下降直至干燥結(jié)束，這與Nachiiket等熱風(fēng)干燥蘑菇過程中彈性的變化規(guī)律相似。隨著干燥溫度的升高，棗片彈性變化范圍逐漸縮??；經(jīng)過射頻熱處理后棗片細胞骨架被破壞，干燥過程中其彈性值整體低于單一熱風(fēng)干燥。

圖7 不同溫度下HAD與RF+HAD干燥棗片彈性隨時間變化曲線 Fig.7 Curves of springiness of jujube slices with time under different drying temperatures

由圖8可知，熱風(fēng)干燥過程中，棗片內(nèi)聚性變化主要分為兩個階段。隨著水分比的下降，棗片內(nèi)聚性呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢。而不同溫度下棗片內(nèi)聚性變化趨勢基本相似，65 ℃的熱風(fēng)干燥棗片有著最大的內(nèi)聚性變化范圍，其在水分比0.025±0.013時內(nèi)聚性達到最高值（0.547±0.028）。施加射頻熱處理的后棗片內(nèi)聚性在水分比0.017±0.009～0.023±0.011范圍內(nèi)達到最高值，但其最高值略低于相同條件下單一熱風(fēng)干燥棗片。

圖8 不同溫度下HAD與RF+HAD干燥棗片內(nèi)聚性隨時間變化曲線 Fig.8 Curves of cohesiveness of jujube slices with time under different drying temperatures

由圖9可知，相比于鮮棗片，不同干燥條件后棗片回復(fù)性明顯升高。熱風(fēng)干燥初始階段隨著水分比的下降，棗片回復(fù)性均呈現(xiàn)緩慢上升，相比于其他溫度，55 ℃下的棗片在5 h時有著最大的回復(fù)性值（0.236±0.019），之后回復(fù)性開始下降。施加射頻熱處理后棗片回復(fù)性的變化范圍大于熱風(fēng)干燥，尤其是在65 ℃和75 ℃條件下。

圖9 不同溫度下HAD與RF+HAD干燥棗片回復(fù)性隨時間變化曲線 Fig.9 Curves of resilience of jujube slices with time under different drying temperatures

2.2 HAD與RF+HAD棗片質(zhì)構(gòu)特性差異顯著性分析

HAD與RF+HAD干燥結(jié)束后的棗片質(zhì)構(gòu)特性如表3所示，隨著干燥溫度的升高，棗片的硬度和脆性降低，這與穆金屏等熱風(fēng)干燥蘋果片的研究結(jié)果相似，較高的干燥溫度會導(dǎo)致較低的干制品脆性和硬度；而施加射頻熱處理的棗片硬度降低了12.6%～18.7%，脆性降低了13.8%～20.4%，明顯低于單一熱風(fēng)干燥（<0.05），較低的硬度和脆性值表明射頻熱處理后棗片有著更酥脆的口感。熱風(fēng)干燥后彈性和內(nèi)聚性雖然隨溫度的升高而降低，但內(nèi)聚性差異并不顯著；相比單一熱風(fēng)干燥，施加射頻熱處理后棗片彈性增加了12.2%～25.3%，內(nèi)聚性增加了5.9%～13.2%，射頻熱處理對彈性影響顯著（<0.05）。而當干燥溫度為65 ℃和75 ℃，射頻熱處理后棗片的咀嚼性和回復(fù)性與單一熱風(fēng)干燥相比并無明顯差異。

表3 射頻熱處理對熱風(fēng)干燥棗片質(zhì)構(gòu)特性的影響 Table 3 Effects of RF heat treatment on the texture of hot-air dried jujube slices

2.3 不同干燥條件棗片質(zhì)構(gòu)特性主成分分析

對不同條件干燥后棗片質(zhì)構(gòu)指標進行皮爾森雙尾檢驗，結(jié)果如圖10所示，不同干燥條件下棗片的咀嚼性、脆性分別與硬度在統(tǒng)計學(xué)上存在顯著正相關(guān)（<0.05），彈性與內(nèi)聚性呈極顯著正相關(guān)（<0.01）。棗片質(zhì)構(gòu)評價指標較多，且彼此間存在一定的相關(guān)性，無法對棗片的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)進行準確分析。因此對干燥后棗片樣品進行主成分分析（Principal Component Analysis，PCA），將多個質(zhì)構(gòu)指標轉(zhuǎn)換為較少的新指標，且這些新的指標既互不相關(guān)，又能綜合反映原指標，從而對不同干燥條件下的棗片品質(zhì)進行評價。

圖10 不同干燥條件下棗片質(zhì)構(gòu)指標相關(guān)系數(shù)熱圖 Fig.10 Heat map of correlation coefficient of texture of jujube slices by different drying methods

干燥后棗片質(zhì)構(gòu)指標主成分分析結(jié)果如圖11所示，第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）累積方差貢獻率達到90.816%，能夠反映樣品絕大多數(shù)的原始數(shù)據(jù)信息，因而選擇PC1和PC2進行分析。

圖11 不同干燥條件棗片質(zhì)構(gòu)指標載荷圖 Fig.11 Loading plot of the texture index of jujube slices under different drying method

基于主成分的特征值和表4的主成分載荷，可以得到2個主成分的函數(shù)表達式為

表4 各主成分的載荷矩陣和特征向量 Table 4 Load matrix and eigenvector of each principal component

第一主成分：

第二主成分：

第一主成分的特征值為3.463，方差貢獻率為57.725%，主要反映硬度、咀嚼性和脆性；第二主成分的特征值為1.986，方差貢獻率為33.092%，主要反映了彈性和內(nèi)聚性。較高的硬度、脆性和咀嚼性表明棗片酥脆性差，不易咀嚼，因此將的權(quán)重因子賦予負值，賦予正值。將2個主成分的方差貢獻率作為權(quán)重，得到棗片質(zhì)構(gòu)綜合評價函數(shù)：=-0.58+0.33，綜合得分越高，其質(zhì)構(gòu)品質(zhì)越佳。結(jié)果見如表5所示，射頻熱處理后棗片有著更好的酥脆性，其綜合得分均高于同一溫度熱風(fēng)干燥棗片；隨著干燥溫度的降低，棗片硬度、脆性增加，其綜合得分逐漸降低。因此，75 ℃下射頻熱處理熱風(fēng)干燥后棗片有著較好的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)。王存堂等發(fā)現(xiàn)棗片在50 ～90 ℃的熱風(fēng)干燥溫度下，隨著溫度的升高其硬度呈現(xiàn)降低的趨勢。而在前期研究中發(fā)現(xiàn)，熱風(fēng)干燥過程中射頻介入的適宜條件為溫度55 ～75 ℃，因此并未對更高溫度下干燥棗片的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)進行研究。

表5 棗片質(zhì)構(gòu)綜合得分和排名 Table 5 Composites scores and rankings of jujube slices texture

2.4 射頻熱處理對熱風(fēng)干燥棗片微觀結(jié)構(gòu)影響

棗片熱風(fēng)干燥的微觀結(jié)構(gòu)如圖12所示。干燥溫度作為影響微觀結(jié)構(gòu)變化的重要參數(shù)，干燥過程中水分比的降低、質(zhì)構(gòu)的變化與其密不可分。55 ℃干燥的棗片有著較小的孔徑和緊密的細胞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致棗片干燥時間的延長；而規(guī)則致密的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是棗片具有更高硬度和彈性的主要原因。隨著干燥溫度的升高（65 ℃），棗片細胞孔徑變大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列逐漸不規(guī)則，甚至有裂紋產(chǎn)生，這使棗片有著更高的有效水分擴散率，在質(zhì)構(gòu)方面則表現(xiàn)為硬度和脆性的降低。75 ℃干燥的棗片，產(chǎn)生了更大的孔隙和孔徑，而細胞內(nèi)水的去除導(dǎo)致棗片內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴重變形，部分組織出現(xiàn)坍塌，表現(xiàn)為更高的干燥速率和更低的硬度和脆性。

圖12 射頻熱處理對棗片微觀結(jié)構(gòu)的影響（放大350倍） Fig.12 Effect of RF heat treatment on the microstructure of jujube slices (× 350 times）

對比單一熱風(fēng)干燥，施加射頻熱處理后棗片的內(nèi)部組織排列規(guī)則，呈明顯的蜂窩狀結(jié)構(gòu)；而干燥過程中纖維素和果膠的降解則會使細胞壁變薄和斷裂，以及在部分區(qū)域出現(xiàn)細微通道和孔洞的變形、擴張，這與Roknul等對萵苣的干燥結(jié)果類似。射頻熱處理的施加有利于干燥過程中棗片內(nèi)部水分的遷移擴散，較好的保持其微觀組織形態(tài)，而疏松多孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是射頻熱處理后熱風(fēng)干燥棗片硬度較低、酥脆性較好的主要原因。綜上所述，熱風(fēng)干燥后棗片內(nèi)部結(jié)構(gòu)收縮程度大，整體結(jié)構(gòu)更加致密，導(dǎo)致其硬度和脆性較高；而施加射頻熱處理后的棗片，其規(guī)則排列的微觀結(jié)構(gòu)使干燥后的棗片具有更高的彈性和內(nèi)聚性。

為詳細研究干燥過程中棗片微觀結(jié)構(gòu)變化，本文選擇55 ℃干燥過程中棗片的微觀結(jié)構(gòu)進行研究。棗片是多孔和高水分的食物，其微觀結(jié)構(gòu)主要受細胞變形和細胞間隙的影響。從圖13中可以看出，鮮棗片的微觀結(jié)構(gòu)由緊密相連的細胞規(guī)則排列，細胞大小相似，且細胞邊緣清晰顯示。

圖13 干燥溫度為55 ℃下HAD與RF+HAD棗片微觀結(jié)構(gòu)變化（放大100倍） Fig.13 Microstructure changes of HAD and RF+HAD jujube slices at 55 ℃ drying temperature ( ×100 times)

在干燥過程中，棗片的細胞結(jié)構(gòu)隨著時間的推移發(fā)生變形，這主要是由于細胞液中的水分去除，膨壓喪失造成的。干燥過程中的細胞變形主要分為兩個階段。首先，隨著膨脹力的降低，細胞壁收縮，細胞出現(xiàn)皺縮變形。在第二階段，隨著干燥的進一步繼續(xù)，由于細胞液中的水分被進一步去除，膨壓達到最小值。棗片細胞壁發(fā)生更高程度的翹曲和起皺，以適應(yīng)較小的細胞液體積。這種收縮變形是廣泛且不規(guī)則的。與鮮棗片密集的細胞結(jié)構(gòu)相比，由于干燥過程中這些區(qū)域的水分與空氣的去除和蒸汽的膨脹，棗片的細胞間隙會膨脹并形成新的細胞結(jié)構(gòu)。

從圖中可以看出，兩種干燥方式產(chǎn)生的微觀結(jié)構(gòu)相似。然而，經(jīng)過射頻處理后，觀察到細胞壁出現(xiàn)褶皺，而隨著時間的增加，細胞壁破壞嚴重，細胞壁變粗糙，少量細胞碎片沉積到細胞腔體中。而射頻加熱使果膠降解，細胞間的黏著力降低，導(dǎo)致細胞分離和細胞間層擴大。細胞壁的塌陷往往會影響棗片的口感和質(zhì)地，如硬度降低。

2.5 討論

本文研究了射頻熱處理對熱風(fēng)干燥棗片質(zhì)構(gòu)特性和微觀結(jié)構(gòu)的影響，并從微觀角度揭示了質(zhì)構(gòu)特性變化的機理。結(jié)果表明，干燥結(jié)束后射頻熱處理對棗片質(zhì)構(gòu)特 性影響顯著，具體表現(xiàn)為硬度與脆性的下降和彈性與內(nèi)聚性的增加（<0.05）；而在微觀結(jié)構(gòu)方面，相比單一熱風(fēng)干燥棗片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的收縮、變形，施加射頻熱處理后棗片樣本組織排列規(guī)則，部分區(qū)域出現(xiàn)細微通道以及孔洞的變形與擴張，這與射頻加熱后，蘋果片微觀結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致硬度降低的研究相似。

棗片干燥過程實質(zhì)為傳熱傳質(zhì)過程，單一熱風(fēng)干燥過程中棗片傳熱與傳質(zhì)方向相反，當其表層水分蒸發(fā)速率高于內(nèi)部水分遷移速率時，組織結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)收縮變形；而射頻與微波同屬介電加熱，射頻波能夠穿透棗片表面進入內(nèi)部引起帶電粒子的高頻振蕩，從而實現(xiàn)整體加熱的效果，加熱效率高且傳熱與傳質(zhì)方向相同，有利于干燥過程中棗片疏松多孔形態(tài)的保持與形成，這與微波干燥使蒿草莖稈內(nèi)部孔隙增加的作用機理類似；棗片內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的變化不僅直接影響著水分去除的難易，同時也對棗片硬度、脆性和彈性等質(zhì)構(gòu)特性有著極大的影響，因此可從施加射頻熱處理改變微觀結(jié)構(gòu)與組織形態(tài)的角度對棗片質(zhì)構(gòu)方面的熱風(fēng)干燥品質(zhì)進行宏觀調(diào)控的深入研究。

射頻熱處理后棗片微觀結(jié)構(gòu)的變化直接影響著其質(zhì)構(gòu)特性，而微觀結(jié)構(gòu)的改變則由其超微結(jié)構(gòu)所決定，細胞組織的損傷、果膠的降解都會降低細胞的膨壓，對超微結(jié)構(gòu)的研究可深層次揭示質(zhì)構(gòu)特性變化的機理；射頻熱處理的施加不僅影響著熱風(fēng)干燥棗片的物理特性，其營養(yǎng)成分也發(fā)生了改變，其中部分成分，如細胞內(nèi)可溶性固形物、蛋白質(zhì)、淀粉和酚類等物質(zhì)的含量影響著棗片的組織強度和結(jié)構(gòu)密度，后續(xù)研究可從物質(zhì)成分以及超微結(jié)構(gòu)變化的角度對棗片質(zhì)構(gòu)特性變化規(guī)律及產(chǎn)生機理作更深入的探索。

3 結(jié) 論

本文研究了射頻熱處理對熱風(fēng)干燥棗片質(zhì)構(gòu)特性與微觀結(jié)構(gòu)的影響，揭示了質(zhì)構(gòu)特性變化的產(chǎn)生機理，主要結(jié)論如下：

1）單一熱風(fēng)干燥（Hot Air Drying，HAD）與射頻輔助熱風(fēng)干燥（Radio Frequency assisted Hot Air Drying，RF+HAD）下棗片質(zhì)構(gòu)特性變化趨勢相似，隨著水分比的下降，棗片脆性降低，而黏附性逐漸增加，硬度與咀嚼性呈現(xiàn)先下降后上升的變化趨勢，而彈性、內(nèi)聚性和回復(fù)性的變化趨勢則為先上升后下降。

2）干燥終點施加射頻熱處理熱風(fēng)干燥棗片硬度降低12.6%～18.7%，脆性降低13.8%～20.4%，彈性增加12.2%～25.3%，內(nèi)聚性增加5.9%～13.2%；而射頻熱處理對棗片咀嚼性和回復(fù)性并無顯著影響（>0.05）；主成分分析表明，射頻熱處理的75 ℃熱風(fēng)干燥棗片有著較好的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)。

3）微觀圖像分析表明，單一熱風(fēng)干燥的棗片微觀組織結(jié)構(gòu)會發(fā)生較大的收縮變形；施加射頻熱處理后，棗片內(nèi)部組織排列趨向規(guī)則，呈明顯的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，且在部分區(qū)域出現(xiàn)細微通道以及孔洞的變形、擴張；疏松多孔的組織結(jié)構(gòu)有利于內(nèi)部水分的遷移擴散，進而改變熱風(fēng)干燥后棗片的質(zhì)構(gòu)特性，微觀結(jié)構(gòu)變化能夠解釋棗片質(zhì)構(gòu)特性變化的產(chǎn)生機理。

4）55 ℃下HAD與RF+HAD棗片的微觀變化基本相似，隨著細胞液中的水分去除，膨壓的降低，細胞壁收縮；當膨壓達到最小值時，棗片細胞壁發(fā)生更高程度的翹曲和起皺來適應(yīng)更小的細胞液體積。經(jīng)過射頻處理后，細胞壁破壞嚴重，細胞間的黏著力降低，導(dǎo)致細胞分離和細胞間層擴大。