鐵棍山藥超聲強(qiáng)化熱泵干燥的品質(zhì)特性研究

薛揚(yáng)，劉恩寵，耿鳴陽，李夢，孫雪，董鐘，劉云宏,2,3*

1(河南科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽，471000)2(食品綠色加工與質(zhì)量安全控制河南省國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽，471000)3(食品微生物河南省工程技術(shù)研究中心，河南 洛陽，471000)

鐵棍山藥(Dioscoreaopposita)為薯蕷科薯蕷屬植物的塊莖[1]，主要產(chǎn)地是我國河南省焦作市，被譽(yù)為“四大山藥”之首。鐵棍山藥富含碳水化合物、多糖、多酚以及鈣、鐵、鋅等多種微量元素，具有極高的營養(yǎng)價(jià)值[2]。但新鮮鐵棍山藥的含水率高，不易儲(chǔ)存，容易出現(xiàn)發(fā)芽、變質(zhì)等現(xiàn)象[3]。目前，經(jīng)常對鐵棍山藥進(jìn)行切片及干燥加工，通過降低其含水量及水分活度延長鐵棍山藥的貯藏期，保證鐵棍山藥的品質(zhì)及營養(yǎng)成分，還能拓寬其應(yīng)用市場。

熱泵干燥(heat pump drying, HPD)是一種將熱源循環(huán)利用的現(xiàn)代干燥技術(shù)，具有低能耗、污染少等優(yōu)勢[4]，但同時(shí)也存在僅對物料表面加熱、干燥時(shí)間偏長等缺點(diǎn)[5]，進(jìn)而不利于熱敏性營養(yǎng)物質(zhì)的保留。直觸超聲(contact ultrasound, CU)可以通過超聲設(shè)備直接將超聲波能量傳入物料內(nèi)部，該技術(shù)所特有的機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)[6]可使物料組織結(jié)構(gòu)變蓬松、微觀孔道數(shù)量增多，能夠大大減小傳質(zhì)阻力，從而有利于干燥過程中物料內(nèi)部水分?jǐn)U散，進(jìn)而縮短干燥時(shí)間。將HPD和直觸超聲2種技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的超聲強(qiáng)化熱泵干燥技術(shù)(contact ultrasound enhanced heat pump drying, CU-HPD)，理論上可實(shí)現(xiàn)2種技術(shù)的優(yōu)勢互補(bǔ)，直觸超聲技術(shù)能夠強(qiáng)化HPD過程中的傳質(zhì)進(jìn)程，促進(jìn)物料內(nèi)部水分?jǐn)U散[7]，進(jìn)而縮短干燥時(shí)間和提升產(chǎn)品品質(zhì)。但目前未見鐵棍山藥CU-HPD品質(zhì)特性的研究報(bào)道

變異系數(shù)法[8]是通過統(tǒng)計(jì)學(xué)方法計(jì)算得出各參數(shù)指標(biāo)變化程度的權(quán)重分析方法，能夠?qū)?shù)指標(biāo)進(jìn)行客觀評價(jià)。白潔等[9]利用變異系數(shù)法對氣流膨化處理馬鈴薯方便粥的品質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)，發(fā)現(xiàn)130 ℃處理30 s得到的馬鈴薯方便粥品質(zhì)最優(yōu)。該方法是權(quán)重分析及指標(biāo)評價(jià)的有效方法，能夠很好地評判產(chǎn)品指標(biāo)變化程度，但目前未見CU-HPD的變異系數(shù)法研究與應(yīng)用。

因此，本文以新鮮鐵棍山藥為試驗(yàn)材料，進(jìn)行CU-HPD試驗(yàn)。分析不同HPD溫度和超聲功率對鐵棍山藥品質(zhì)特性的影響，并利用變異系數(shù)法對其進(jìn)行綜合評分，得到最優(yōu)干燥條件，以期為新鮮鐵棍山藥的高效干燥及CU-HPD研究與應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮鐵棍山藥，市售。其大小均勻、無損傷。

本試驗(yàn)中所用試劑：檸檬酸、L-抗壞血酸、D-異抗壞血酸鈉、Na2CO3、無水乙醇，天津德恩化學(xué)試劑有限公司；濃硫酸(純度≥98%)，洛陽昊華化學(xué)試劑有限公司；蒽酮，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；無水葡萄糖(純度≥98%)、Folin-Ciocalteu試劑、沒食子酸(純度≥98%)、DPPH(純度≥97%)，上海源葉生物科技有限公司，以上試劑均為分析純。

1.2 儀器設(shè)備

超聲強(qiáng)化熱泵干燥設(shè)備，河南科技大學(xué)自制[5]；福瑞特多功能不銹鋼果蔬切片機(jī)，佛山市凌齊電器有限公司；DT型電子天平，常熟市嘉衡天平儀器有限公司；NMI120-015V-1型核磁共振分析儀，上海紐邁電子科技有限公司；TM3030Plus型臺(tái)式掃描電鏡，日本日立高新技術(shù)公司；TA.XT EXPRESS型物性分析儀，英國SMS公司；Color i5型色差儀，美國X-Rite公司；ALC-210.3型分析天平，賽多利斯艾科勒公司；UV-4800型紫外-可見分光光度計(jì)，尤尼柯上海儀器有限公司；TG16-WS型高速離心機(jī)，湘儀儀器有限公司；KQ-500DE型超聲波清洗機(jī)，昆山市超聲儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

將新鮮鐵棍山藥洗凈、去皮，并切成5 mm厚的薄片。將切好的鐵棍山藥放入混合護(hù)色液(含有0.06%L-抗壞血酸、0.02%D-異抗壞血酸鈉、0.24% 檸檬酸，均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))中護(hù)色處理15 min，用吸水紙把鐵棍山藥表面水分吸干。分別稱取(60±5)g預(yù)處理過的鐵棍山藥，使用CU-HPD設(shè)備進(jìn)行脫水實(shí)驗(yàn)，隨后再分析不同干燥條件下鐵棍山藥樣品的品質(zhì)特性。

1.3.1 干燥脫水實(shí)驗(yàn)

將物料放置于CU-HPD設(shè)備中進(jìn)行干燥脫水，分別設(shè)置干燥介質(zhì)溫度為45、55、65 ℃，超聲功率為0、30、60 W，固定風(fēng)速為1.5 m/s。CU-HPD設(shè)備中的鐵棍山藥樣品每30 min稱量1次，直至樣品的含水率降至安全水分(干基含水率0.17 g/g干基)時(shí)，干燥試驗(yàn)結(jié)束。新鮮鐵棍山藥的初始干基含水率采用105 ℃直接干燥法[10]測得，為(3.37±0.20)g/g。干燥試驗(yàn)過程中物料干基含水率按公式(1)計(jì)算：

(1)

式中：Mt，t時(shí)刻物料的干基含水率，g/g；mt，t時(shí)刻物料的質(zhì)量，g；md，絕干物質(zhì)的質(zhì)量，g。

1.3.2 水分狀態(tài)

本試驗(yàn)中使用低場核磁共振(low field-nuclear magnetic resonance，LF-NMR)分析儀測定不同溫度和功率下鐵棍山藥樣品中的水分狀態(tài)。將待測樣品放入低場核磁共振分析儀中，利用Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)多脈沖回波序列采集待測樣品數(shù)據(jù)。其主要參數(shù)：采樣點(diǎn)數(shù)(TD)為479 992，前置放大倍數(shù)(PRG)為1，采樣等待時(shí)間(TW)為2 000 ms，回波時(shí)間(TE)為0.3 ms，回波個(gè)數(shù)(NECH)為15 000，模擬增益(RG1)為20.0 dB，累加次數(shù)(NS)為16。

1.3.3 微觀結(jié)構(gòu)

使用掃描電鏡(scanning electron microscope，SEM)觀察不同溫度和功率下鐵棍山藥的微觀結(jié)構(gòu)，其中設(shè)置掃描電鏡的放大倍數(shù)為×150，并調(diào)整焦距得到清晰的SEM圖片。

1.3.4 硬度

使用物性分析儀測定不同干燥溫度和超聲功率下鐵棍山藥片的硬度值。用P/2探針以0.5 mm/s的測試速度刺穿山藥樣品，設(shè)置測試前速度為2 mm/s，測試中速度為0.5 mm/s，測試后速度為5 mm/s，壓縮距離為1 mm。每組樣品進(jìn)行3次測量。

1.3.5 復(fù)水比(rehydration ratio，RR)

分別稱取大約5 g不同干燥條件下得到的山藥樣品，將其浸泡在(25±1)℃的蒸餾水中2 h，再用吸水紙除去樣品表面水分，然后稱量鐵棍山藥樣品復(fù)水后的質(zhì)量。所有復(fù)水試驗(yàn)重復(fù)3次。RR按公式(2)計(jì)算：

(2)

式中：mf，復(fù)水后樣品的質(zhì)量，g；m0，干燥樣品的質(zhì)量，g。

1.3.6 色差

將不同條件干燥脫水后的鐵棍山藥樣品打粉，再使用色差儀測定鐵棍山藥樣品的色差參數(shù)指標(biāo)。其中L*表示樣品的明暗度、a*表示樣品的紅綠值，b*表示樣品的黃藍(lán)值。對不同干燥條件下獲得的樣品進(jìn)行3次測量，并記錄其平均值?？偵瞀按公式(3)計(jì)算：

(3)

式中：ΔE，總色差；L0*、a0*、b0*分別是新鮮鐵棍山藥的明暗度、紅綠值和黃藍(lán)值；L*、a*、b*分別為干燥后樣品的明暗度、紅綠值和黃藍(lán)值。

1.3.7 多酚含量

本文采用福林酚法[11]測定不同干燥條件下鐵棍山藥樣品中的多酚含量。先將干制后的鐵棍山藥樣品粉碎，過60目篩備用。然后，精確稱取0.50 g樣品，按1∶20的料液比(g∶mL)加入70%的乙醇溶液，超聲提取30 min，重復(fù)3次。隨后將提取液過濾并離心(8 000 r/min,離心30 min)，所得上清液即為多酚待測液。取1 mL待測液于10 mL容量瓶中，加入1 mL福林酚試劑，暗反應(yīng)5 min后，再加入3 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的Na2CO3溶液，用70%乙醇溶液定容，于室溫下暗反應(yīng)30 min。以70%乙醇溶液為對照，在765 nm處測定待測液的吸光值，每組試驗(yàn)重復(fù)3次。在沒食子酸的標(biāo)準(zhǔn)曲線上計(jì)算待測液中的多酚濃度，進(jìn)而確定鐵棍山藥樣品中的多酚含量。

1.3.8 多糖含量測定

本文利用硫酸-蒽酮比色法[12]測定不同干燥條件下鐵棍山藥中多糖的含量。先將干制后的鐵棍山藥樣品粉碎，過60目篩備用。精確稱取0.50 g樣品于試管中，加入10 mL蒸餾水，將其置于超聲提取器中提取30 min，隨后將提取液離心，所得的上清液即為多糖待測液。取1 mL多糖待測液于試管，加入5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的蒽酮-硫酸溶液，搖勻，90 ℃水浴加熱15 min，以蒸餾水為對照，在620 nm處測定待測液的吸光值，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，并在標(biāo)準(zhǔn)曲線上計(jì)算待測液中的多糖含量，從而求得鐵棍山藥樣品中的多糖含量。

1.3.9 抗氧化性能測定

本研究中以DPPH自由基清除率來表征不同干燥條件下鐵棍山藥樣品的抗氧化性能。先配制質(zhì)量濃度梯度為20、40、60、80、100 μg/mL的溶液，然后準(zhǔn)確吸取0.2 mL于試管中，加入5 mL濃度為0.1 mmol/L的DPPH乙醇溶液，于室溫中暗反應(yīng)30 min。以蒸餾水為對照，在517 nm處測定吸光值，并計(jì)算不同干燥條件下鐵棍山藥樣品的DPPH自由基清除率，每組試驗(yàn)重復(fù)3次。DPPH自由基清除率按公式(4)計(jì)算：

(4)

式中：I，自由基清除率，%；A0，DPPH乙醇溶液的吸光度；A1，樣品與DPPH乙醇溶液混合后的吸光度；A2，樣品的吸光度。

1.3.10 權(quán)重分析

本研究采用變異系數(shù)法對不同干燥條件下鐵棍山藥的干燥時(shí)間、硬度值、復(fù)水比、色差值、多酚含量、多糖含量以及抗氧化活性7個(gè)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分析。

首先，各指標(biāo)的變異系數(shù)及權(quán)重按公式(5)、公式(6)計(jì)算：

(5)

(6)

式中：Wi，第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

之后，對各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理按公式(7)計(jì)算：

(7)

最后，將各指標(biāo)的權(quán)重和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值相乘，計(jì)算總和求得不同干燥條件下鐵棍山藥樣品的綜合評分。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 2018及Spss 20.0等軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 鐵棍山藥CU-HPD脫水曲線

不同干燥條件下鐵棍山藥CU-HPD的干燥脫水曲線如圖1所示。

圖1 不同干燥條件下鐵棍山藥的干燥曲線Fig.1 Drying curves of contact ultrasound enhanced heat pump drying of D. opposite under different drying conditions

在干燥溫度45 ℃、超聲功率0 W的條件下，樣品所需的干燥時(shí)間最長，為630 min；當(dāng)干燥溫度65 ℃、超聲功率60 W時(shí)，樣品的干燥時(shí)間最短，為240 min。此外，在同一超聲功率下，鐵棍山藥的干燥時(shí)間隨著干燥溫度的升高而縮短；在同一干燥溫度下，其干燥時(shí)間隨著超聲功率的升高而縮短。這是因?yàn)樵诟稍镞^程中，隨著干燥溫度的升高，物料內(nèi)外形成外高內(nèi)低的溫度梯度，在此溫度梯度作用下，水分子躍遷頻率增高，加快物料與外界的傳熱傳質(zhì)，縮短干燥時(shí)間[13]。與此同時(shí)，超聲能量可以直接由超聲設(shè)備傳入物料并作用于內(nèi)部水分[14]。在超聲的機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)作用下[15]，鐵棍山藥內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得疏松，降低了物料內(nèi)部對水分的束縛力，從而有效減小內(nèi)部擴(kuò)散阻力，提高水分遷移能力，進(jìn)而縮短干燥時(shí)間，且超聲的強(qiáng)化效應(yīng)隨著超聲功率的升高而更加明顯。

2.2 水分狀態(tài)

根據(jù)LF-NMR原理[16]，鐵棍山藥樣品的T2弛豫時(shí)間曲線可以反映干燥過程中樣品內(nèi)部水分狀態(tài)的變化。弛豫時(shí)間越短，說明水分與樣品結(jié)合的越緊密，其自由度越低，流動(dòng)性就越差。反之，弛豫時(shí)間越長，則說明其自由度越高，流動(dòng)性就越好。被不同T2信號覆蓋的峰面積可以代表不同狀態(tài)水分的相對含量[17]。

不同干燥溫度和超聲功率下鐵棍山藥的核磁共振弛豫譜如圖2所示。新鮮鐵棍山藥的核磁共振弛豫譜中有3個(gè)峰T21、T22和T23，其相對應(yīng)的峰面積分別為A21、A22、A23，它們分別代表結(jié)合水、不易流動(dòng)水和自由水。其中新鮮的鐵棍山藥核磁共振信號幅值最大，說明新鮮的鐵棍山藥水分含量最高，且新鮮鐵棍山藥的核磁共振信號中A23明顯高于A22和A21，說明新鮮鐵棍山藥的水分主要是自由水，而且遠(yuǎn)多于不易流動(dòng)水和結(jié)合水的含量。以圖2-a～圖2-c為例，可以發(fā)現(xiàn)在干燥過程中施加超聲之后，A23下降速度明顯加快，且超聲功率越高，A23下降速度越快。在A23減小的過程中，A22先緩慢增大后逐漸下降。A21則幾乎不變。這表明在鐵棍山藥CU-HPD過程中，鐵棍山藥內(nèi)部的自由水含量一直在減少，直至完全去除；不易流動(dòng)水含量先緩慢增大，后逐漸減小，干燥結(jié)束時(shí)物料中仍存在部分不易流動(dòng)水；結(jié)合水含量則在干燥過程中幾乎不變。由圖2-b、圖2-e、圖2-h還可看出，在同一超聲功率下，A23隨著溫度的升高，下降得越來越快。干燥溫度升高，使得鐵棍山藥吸收的熱量變多，加快表面水分的蒸發(fā)，有利于內(nèi)部水分向外流出，縮短脫去自由水的時(shí)間，加快物料的干燥脫水進(jìn)程。

a-45 ℃-0 W；b-45 ℃-30 W；c-45 ℃-60 W；d-55 ℃-0 W；e-55 ℃-30 W；f-55 ℃-60 W；g-65 ℃-0 W；h-65 ℃-30 W；i-65 ℃-60 W圖2 不同干燥條件下鐵棍山藥的T2弛豫曲線Fig.2 T2 relaxation curves of D. opposite under different drying conditions

2.3 微觀結(jié)構(gòu)

不同干燥溫度和超聲功率下鐵棍山藥樣品的SEM結(jié)果如圖3所示。不同干燥溫度和超聲功率是影響樣品微觀結(jié)構(gòu)的重要因素。在同一干燥溫度下，超聲功率為0 W時(shí)，鐵棍山藥樣品的干燥時(shí)間較長，其切面皺縮較為嚴(yán)重，組織結(jié)構(gòu)致密，且微孔道的數(shù)目不多。這種結(jié)構(gòu)會(huì)使鐵棍山藥的傳質(zhì)阻力變大，從而不利于物料內(nèi)部的水分遷移；隨著超聲功率的升高，鐵棍山藥樣品切面的部分組織結(jié)構(gòu)變得疏松，微觀孔道數(shù)量增多，且超聲功率越大，鐵棍山藥樣品切面的組織結(jié)構(gòu)越疏松，微觀孔道數(shù)量越多。這與萬芳新等[18]在胡蘿卜超聲強(qiáng)化遠(yuǎn)紅外輻射干燥的研究結(jié)果類似。超聲波能量在樣品中傳遞時(shí)，超聲的機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)使鐵棍山藥樣品的微觀結(jié)構(gòu)變得疏松，這說明超聲波能夠強(qiáng)化干燥過程中鐵棍山藥的內(nèi)部傳質(zhì)，促進(jìn)物料內(nèi)部水分?jǐn)U散，且隨著超聲功率的提高，這種強(qiáng)化效應(yīng)越明顯，越有利于物料內(nèi)部的水分?jǐn)U散，進(jìn)而縮短物料受熱時(shí)間和脫水過程。

a-45 ℃-0 W；b-45 ℃-30 W；c-45 ℃-60 W；d-55 ℃-0 W；e-55 ℃-30 W；f-55 ℃-60 W；g-65 ℃-0 W；h-65 ℃-30 W；i-65 ℃-60 W圖3 不同干燥條件下鐵棍山藥的掃描電鏡圖Fig.3 SEM pictures of D. opposite under different drying conditions

2.4 硬度

不同干燥條件下鐵棍山藥樣品的硬度值如圖4所示，在同一干燥溫度下，其硬度值隨著超聲功率的升高而降低。以干燥溫度55 ℃為例，當(dāng)超聲功率從0 W升高到60 W時(shí)，樣品的硬度值從1 695.56 g降低到829.25 g。在同一超聲功率下，鐵棍山藥樣品的硬度值隨著溫度的升高而降低，以超聲功率30 W為例，當(dāng)干燥溫度從45 ℃升高到65 ℃，樣品的硬度值從1 392.19 g降低至1 031.89 g。在干燥溫度45 ℃、超聲功率0 W的條件下，樣品的硬度值最大，為1 834.94 g；在干燥溫度65 ℃、超聲功率60 W的條件下，樣品的硬度值最小，為628.39 g。在干燥溫度較低的條件下，干燥時(shí)間較長，不利于鐵棍山藥樣品中水分的去除，導(dǎo)致樣品表面硬化、結(jié)塊，從而導(dǎo)致樣品硬度值較高[19]。根據(jù)不同干燥條件下鐵棍山藥樣品的微觀結(jié)構(gòu)，并結(jié)合圖3可知，在較高的超聲功率水平下，樣品內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)較為疏松，進(jìn)而降低其硬度值。因此，鐵棍山藥樣品的硬度值與其微觀結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的相關(guān)性。

圖4 不同干燥條件下鐵棍山藥的硬度值Fig.4 Hardness value of D. opposite under different drying conditions注：不同字母代表差異顯著，小寫字母表示超聲功率，大寫字母表示干燥溫度(P<0.05)(下同)

2.5 復(fù)水比

復(fù)水比是評價(jià)干制品品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)[20]。復(fù)水能力也在一定程度上反映了產(chǎn)品內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)。表1是不同干燥溫度和超聲功率下鐵棍山藥干制品的復(fù)水比，方差分析結(jié)果表明，在不同干燥條件下所得的鐵棍山藥干制品復(fù)水率有顯著性差異(P<0.05)。在同一干燥溫度下，復(fù)水比隨著超聲功率的升高而變大；在同一超聲功率水平下，復(fù)水比隨著干燥溫度的升高而變大。以干燥溫度55 ℃為例，當(dāng)超聲功率為0、30、60 W時(shí)，干制品復(fù)水比分別為1.92、2.01、2.17 g/g；以超聲功率60 W為例，當(dāng)干燥溫度為45、55、65 ℃時(shí)，干制品復(fù)水比分別為2.06、2.17、2.31 g/g。

其中在干燥溫度為45 ℃、超聲功率為0 W的條件下所得鐵棍山藥干制品的復(fù)水率最小，為1.78 g/g，這可能與其干燥時(shí)間較長，干燥脫水過程中物料表面皺縮、結(jié)構(gòu)硬化，不能較多的吸收水分，導(dǎo)致其復(fù)水能力差；在干燥溫度為65 ℃、超聲功率為60 W的條件下，鐵棍山藥干制品的復(fù)水率最大，為2.31 g/g。這是由于其在干燥過程中受超聲波的作用，內(nèi)部形成疏松多孔的海綿狀結(jié)構(gòu)，可以更好地吸收水分，從而有較大的復(fù)水比。結(jié)合前述結(jié)果可知，鐵棍山藥的復(fù)水比與其微觀結(jié)構(gòu)、硬度值具有很大的關(guān)聯(lián)性。

表1 不同干燥條件下鐵棍山藥的復(fù)水比Table 1 Rehydration ratio of D. opposite under different drying conditions

2.6 色差

色差也是評價(jià)干制品品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，表2為不同干燥溫度和超聲功率下鐵棍山藥干制品的色差參數(shù)值。干制后的鐵棍山藥色澤參數(shù)值與新鮮鐵棍山藥相比，其L*值顯著升高，a*值有小幅升高，b*值有明顯升高。在同一干燥溫度下，鐵棍山藥干制品的ΔE值隨著超聲功率的升高而減小。以干燥溫度45 ℃為例，當(dāng)超聲功率從0 W升高至60 W，ΔE值從57.01減小至51.95。在同一超聲功率水平下，ΔE值隨著干燥溫度的升高呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢。以超聲功率30 W為例，在45、55、65 ℃的干燥溫度下，ΔE值分別為54.50、51.04和56.25。干燥溫度和超聲功率對鐵棍山藥的ΔE值有顯著的影響。干燥溫度45 ℃時(shí)，樣品干燥脫水需要較長的干燥加工時(shí)間，這就導(dǎo)致樣品在干燥過程中發(fā)生褐變、氧化，在一定程度上影響樣品的色澤；干燥溫度65 ℃時(shí)，物料中的部分酚類物質(zhì)氧化產(chǎn)生有色物質(zhì)，從而影響產(chǎn)品色澤[21]。因此，干燥溫度較低或者較高都對色澤有一定影響。超聲除了可以縮短干燥時(shí)間，減少樣品與熱空氣的接觸時(shí)間之外，還具有一定的抑酶能力，能夠減少褐變的發(fā)生，使樣品具有較小的ΔE值，有利于保證產(chǎn)品具有良好的色澤。

表2 不同干燥條件下鐵棍山藥的色差值Table 2 Color parameters of D. opposite under different drying conditions

2.7 多酚含量

不同干燥溫度和超聲功率下鐵棍山藥干制品中多酚含量如圖5所示。在同一干燥溫度下，多酚含量隨著超聲功率的升高而增高；在同一超聲功率水平下，多酚含量隨著干燥溫度的升高，呈現(xiàn)出先增高、后降低的趨勢。其中干燥溫度55 ℃、超聲功率60 W條件下的多酚含量最高，為36.17 μg/g；干燥溫度65 ℃、超聲功率0 W條件下的多酚含量最低，為9.47 μg/g。

由于酚類化合物不穩(wěn)定，在干燥過程中很容易被氧化[22]，干燥溫度45 ℃時(shí)，鐵棍山藥樣品在干燥過程中長時(shí)間與O2接觸，導(dǎo)致酚類化合物氧化嚴(yán)重，多酚含量明顯降低；在干燥溫度為65 ℃的條件下，干燥溫度過高不利于鐵棍山藥所含多酚類物質(zhì)的保留。經(jīng)CU-HPD處理的鐵棍山藥干燥時(shí)間縮短，酚類化合物氧化程度有所緩解，表現(xiàn)為CU-HPD所得樣品中多酚含量要高于單純的HPD，說明在HPD中施加超聲強(qiáng)化，可以更好地減弱氧化，有利于鐵棍山藥中的酚類物質(zhì)的保留，獲得更高品質(zhì)的產(chǎn)品。

圖5 不同干燥條件下鐵棍山藥的多酚含量Fig.5 Polyphenol content of D. opposite under different drying conditions

2.8 多糖含量

多糖是鐵棍山藥的有效成分之一[23]，具有調(diào)節(jié)血糖、提高機(jī)體免疫能力的作用，因此不同干燥條件下所得鐵棍山藥的多糖含量在一定程度上，反映鐵棍山藥品質(zhì)的優(yōu)劣。圖6為不同干燥條件下鐵棍山藥的多糖含量，鐵棍山藥樣品中的多糖含量與干燥溫度和超聲功率密切相關(guān)。在同一干燥溫度下，多糖含量隨著超聲功率的升高而增高；在同一超聲功率水平下，多糖含量隨著干燥溫度的升高，呈現(xiàn)出先增高、再降低的趨勢。其中在干燥溫度65 ℃、超聲功率0 W條件下所得鐵棍山藥干制品的多糖含量最低，為56.36 μg/g；在干燥溫度55 ℃、超聲功率60 W條件下得到的鐵棍山藥干制品中多糖含量最高，為137.47 μg/g。熱處理對多糖結(jié)構(gòu)的影響較大，易使多糖氧化降解[24]，所以在干燥溫度為65 ℃的條件下，樣品中多糖含量較低；施加超聲能夠縮短鐵棍山藥的干燥時(shí)間，從而減少多糖的氧化降解及受熱分解。

圖6 不同干燥條件下鐵棍山藥的多糖含量Fig.6 Polysaccharide content D. opposite under different drying conditions

2.9 抗氧化性能

本研究中采用IC50值來表征不同干燥條件下鐵棍山藥樣品抗氧化活性的強(qiáng)弱。IC50是DPPH自由基清除率為50%時(shí)對應(yīng)的鐵棍山藥樣品濃度，其數(shù)值越小，表明DPPH自由基清除率越大，該干燥條件下所得鐵棍山藥干制品的抗氧化性能越強(qiáng)[25]。圖7為不同干燥溫度和超聲功率下鐵棍山藥的IC50值，在干燥溫度不變的條件下，鐵棍山藥干制品的IC50值隨著超聲功率的提高而降低，這說明在HPD過程中施加超聲可對保護(hù)產(chǎn)品抗氧化性能產(chǎn)生積極作用。在同一超聲功率水平，鐵棍山藥干制品的IC50值隨著干燥溫度的升高，呈先降低再升高的趨勢。其中干燥溫度65 ℃、超聲功率0 W的條件下，所得鐵棍山藥干制品的IC50值最大；干燥溫度為55 ℃、超聲功率為60 W的條件下，所得鐵棍山藥干制品的IC50值最小，這說明干燥溫度過高、干燥處理時(shí)間過長都不利于樣品中抗氧化物質(zhì)的保存。

圖7 不同干燥條件下鐵棍山藥的IC50值Fig.7 IC50 value of D. opposite under different drying conditions

2.10 不同干燥條件下鐵棍山藥干制品的綜合評分

不同干燥條件下鐵棍山藥的脫水時(shí)間、硬度值、復(fù)水比、ΔE、多酚含量、多糖含量以及IC50這7個(gè)指標(biāo)的變異系數(shù)及權(quán)重如表3所示。脫水時(shí)間、硬度值、多酚含量、多糖含量和IC50值對鐵棍山藥樣品品質(zhì)的權(quán)重影響比較大，分別占0.17、0.19、0.24、0.18和0.15；復(fù)水比和ΔE的權(quán)重較小，只占0.04和0.03。

表3 不同干燥條件下鐵棍山藥各品質(zhì)指標(biāo)的權(quán)重Table 3 Weight of each index of D. opposite under different drying conditions

不同干燥條件下鐵棍山藥各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值和綜合評分如表4所示。

續(xù)表4

從表4可知，不同干燥條件下鐵棍山藥干制品的綜合評分有較大差異，其中在干燥溫度55 ℃、超聲功率60 W條件下鐵棍山藥的綜合評分最高，為1.48，且遠(yuǎn)高于其他干燥條件下樣品的綜合評分。因此，鐵棍山藥CU-HPD的最優(yōu)干燥條件為干燥溫度55 ℃、超聲功率60 W。

3 結(jié)論

在鐵棍山藥CU-HPD中，HPD溫度和超聲功率對干燥脫水時(shí)間、樣品內(nèi)部的水分狀態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)有較大的影響。隨著干燥溫度和超聲功率的提高，干燥脫水時(shí)間縮短了30～390 min，樣品內(nèi)部的自由水被加速去除，且樣品的組織結(jié)構(gòu)變得疏松多孔。

結(jié)果表明，干燥溫度和超聲功率對鐵棍山藥的硬度值、復(fù)水比、ΔE值、多酚含量、多糖含量和IC50值有顯著影響(P<0.05)。在干燥溫度65 ℃、超聲功率60 W的條件下，硬度值最小，復(fù)水比最大，分別為628.39 g，2.31 g/g。在干燥溫度55 ℃、超聲功率60 W的條件下，多酚含量和多糖含量最大，ΔE值和IC50值最小，分別為36.17 μg/g和137.47 μg/g、47.99和33.27 μg/mL。在HPD過程中施加超聲強(qiáng)化有利于保護(hù)產(chǎn)品品質(zhì)。

通過變異系數(shù)法的權(quán)重分析可知，干燥脫水時(shí)間、硬度值、多酚含量、多糖含量和IC50值5個(gè)指標(biāo)所占的權(quán)重較大，其中在干燥溫度55 ℃、超聲功率60 W的條件下所得鐵棍山藥樣品的綜合評分最高，故為鐵棍山藥CU-HPD的最優(yōu)干燥參數(shù)。