基于低場(chǎng)核磁共振技術(shù)探究不同水分含量對(duì)熟化板栗品質(zhì)的影響

王紀(jì)輝 耿陽陽，* 劉亞娜 胡伯凱 張時(shí)馨 盧中科 曾欽朦 陳勝群

（1貴州省核桃研究所，貴州 貴陽 550005；2貴州省林業(yè)科學(xué)研究院，貴州 貴陽 550005）

板栗（Castanea mollissimaBlume）為山毛櫸科（Fagaceae）栗屬（Castanea）落葉喬木，常被稱作栗、風(fēng)栗、魁栗、錐栗、毛栗［1-2］，具有資源分布廣泛、品種多樣等特點(diǎn)［3］，在我國西南山區(qū)脫貧攻堅(jiān)及鄉(xiāng)村振興中起著重要作用。相關(guān)研究表明栗仁淀粉含量較高，約占70%［4］，還含有一定量的蛋白質(zhì)、膳食纖維［5］及較高含量的氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)［6-7］，具有“干果之王”、“腎之果”等美譽(yù)，在促進(jìn)人體生理功能、保持人體健康方面具有重要作用［8-9］。板栗因其果肉質(zhì)地細(xì)膩、口感糯而深受廣大消費(fèi)者喜愛，但采后貯藏中極易失水，使板栗果實(shí)減輕、變小、色澤發(fā)生劣變、質(zhì)地軟塌等。此外，板栗失水會(huì)降低板栗內(nèi)部組織細(xì)胞的結(jié)合力及彈性［10］。失水不僅會(huì)對(duì)堅(jiān)果的品質(zhì)產(chǎn)生影響，而且對(duì)油用果實(shí)及水果蔬菜也會(huì)造成不利影響［11］。研究發(fā)現(xiàn)，黔玉1號(hào)種仁在失水過程中硬度整體呈增加趨勢(shì)，種仁彈性逐漸下降，而破裂力整體上也表現(xiàn)出降低趨勢(shì)［11］。隨著含水量的增加，果蔬片硬度、膠黏性和咀嚼性呈先下降后上升的趨勢(shì)，而內(nèi)聚性和彈性變化不明顯［12］。上述研究表明果實(shí)水分含量對(duì)保持其食用品質(zhì)至關(guān)重要，果實(shí)水分含量變化不僅會(huì)影響果實(shí)的感官品質(zhì)，而且會(huì)導(dǎo)致果實(shí)內(nèi)部營養(yǎng)物質(zhì)及質(zhì)地劣變。鑒于此，開展不同水分含量對(duì)板栗品質(zhì)的影響研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

低場(chǎng)核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）是一種無損技術(shù)，可通過微觀角度來闡述樣品水分分布及遷移變化［13］。張緒坤等［14］基于低場(chǎng)核磁共振技術(shù)測(cè)定胡蘿卜切片保藏干燥過程中的橫向弛豫時(shí)間變化，并依據(jù)橫向弛豫時(shí)間的反演譜進(jìn)一步解析水分含量變化對(duì)其品質(zhì)的影響。Ng等［15］通過碳-13核磁共振（carbon-13 nuclear magnetic resonance，13C NMR）技術(shù)觀察果蔬細(xì)胞壁多糖的遷移速率，從而進(jìn)一步判定了果蔬的組織狀態(tài)、成熟度及水果硬度等特征。Mallamace等［16］通過低場(chǎng)核磁共振譜圖上的信號(hào)強(qiáng)度和頻率范圍分析得出西西里島圣女果中糖分和必需氨基酸、γ-氨基丁酸的含量較高，基于此判斷了不同產(chǎn)地的圣女果品種。Ciampa 等［17］基于核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）技術(shù)、核磁共振成像學(xué) （magnetic resonance imaging，MRI）對(duì)不同季節(jié)圣女果中的水分含量進(jìn)行測(cè)定，并分析其組織結(jié)構(gòu)的變化，由此得出其貯藏條件和貨架期。綜上，目前低場(chǎng)核磁共振及成像技術(shù)已在食品貯藏、干燥、品質(zhì)監(jiān)控和復(fù)水等方面得到廣泛應(yīng)用［18］，并取得了顯著成效［19］。本研究以栗仁為試材，基于LF-NMR技術(shù)確定栗仁失水過程中水分相態(tài)變化，研究不同水分含量下的水分分布及遷移變化，并測(cè)定栗仁質(zhì)構(gòu)和色差品質(zhì)指標(biāo)變化，而后運(yùn)用隸屬函數(shù)評(píng)價(jià)不同水分含量下的栗仁品質(zhì)，建立橫向弛豫時(shí)間（T2）反演譜中總水峰積分面積（A2）和含水量線性回歸方程，并分析質(zhì)構(gòu)參數(shù)與核磁各水峰積分面積的相關(guān)性，以期為不同水分含量下的栗仁適宜加工性研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 試驗(yàn)材料 板栗采摘自貴州省板栗主產(chǎn)區(qū)黔西南望謨縣，待板栗成熟刺苞裂開時(shí)，收集大小較為一致的板栗，除去蟲果與病果后置于貴州省核桃研究所冷庫降溫后脫殼備用。

1.1.2 主要儀器與設(shè)備 TMS-PRO食品物性分析儀，北京盈盛恒泰科技有限責(zé)任公司；NMI20-040V-I 低場(chǎng)核磁共振分析儀，蘇州紐邁電子科技有限公司；WSL-2色差儀，上海悅豐儀器儀表有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 樣品處理：板栗水分含量設(shè)置7個(gè)梯度，分別為48%、43%、38%、33%、28%、23%、18%。每個(gè)水分含量梯度分為一組，每個(gè)水分梯度用3 個(gè)鋁圓盤，每個(gè)圓盤里放5 個(gè)栗仁，將每個(gè)水分梯度下的鋁圓盤置于室溫下自然失水，定期對(duì)總質(zhì)量（圓盤及盤里栗仁）進(jìn)行測(cè)定。將試驗(yàn)測(cè)得的質(zhì)量換算成水分含量。失水試驗(yàn)中的水分含量（Mtt）表示室溫條件下物料的剩余水分含量［20］，計(jì)算公式如下：

式中，Mtt為t時(shí)刻含水量；Mt0為初始含水量；M0為初始質(zhì)量，g；Mt為t時(shí)刻質(zhì)量，g。

挑選315個(gè)大小較為一致的初始水分含量為48%的栗仁置于室溫下自然失水。將達(dá)到設(shè)定水分含量的栗仁裝入真空包裝袋中抽真空熱封，放入高壓蒸汽鍋內(nèi)121 ℃蒸20 min，冷卻后取出進(jìn)行質(zhì)構(gòu)和色差分析。

挑選20 個(gè)大小較為一致的初始水分含量為48%的栗仁裝入真空包裝袋中抽真空熱封，放入高壓蒸汽鍋內(nèi)121 ℃蒸20 min，冷卻后取出用濾紙擦去栗仁表面水漬，而后置于室溫環(huán)境自然失水達(dá)到設(shè)定水分梯度后進(jìn)行核磁共振分析。取15個(gè)栗仁進(jìn)行水分分布及遷移試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果取其平均值，取5個(gè)栗仁進(jìn)行成像分析。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定

1.2.2.1 質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定 在食品物性分析儀測(cè)試臺(tái)上放置栗仁并對(duì)其質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)以30 個(gè)栗仁進(jìn)行重復(fù)，結(jié)果以平均值表示。測(cè)試過程中栗仁朝向、位置盡量一致。參照Phinney等［21］的方法，并略作改動(dòng)。具體參數(shù)設(shè)置如下：零點(diǎn)距圓盤型探頭30 mm，圓盤直徑50 mm，探頭下降速度60 mm·min-1，壓力0.5 N，栗仁形變量20%。依據(jù)顯示的質(zhì)構(gòu)特征曲線計(jì)算質(zhì)地剖面分析（texture profile analysis，TPA）參數(shù)。

1.2.2.2 果實(shí)內(nèi)部色澤參數(shù)測(cè)定 栗仁中間色澤參數(shù)使用色差儀測(cè)定，測(cè)色光斑直徑為10 mm。用手術(shù)刀將栗仁從中間切開，保證果實(shí)切開部位平整，無凹凸。每個(gè)水分梯度隨機(jī)選取15 個(gè)栗仁進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定位置位于栗仁的中部，分別記錄其亮度ΔL*值、色相Δa*值和Δb*值。按照公式計(jì)算總色差ΔE*、飽和度（彩度）ΔC*和色相角h［22］：

1.2.2.3 隸屬函數(shù)評(píng)價(jià) 栗仁感官品質(zhì)受氣味、色澤、外觀結(jié)構(gòu)等指標(biāo)影響，以單一指標(biāo)評(píng)價(jià)不太全面，因此采用多因素綜合評(píng)價(jià)方法。隸屬函數(shù)將栗仁的感官指標(biāo)得分重新進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再依據(jù)此綜合得分對(duì)影響栗仁感官品質(zhì)的指標(biāo)進(jìn)行劃分。

（1）隸屬函數(shù)公式：

式中，Ci為指標(biāo)值；Cmin為最小值；Cmax為最大值。

若評(píng)價(jià)結(jié)果和某感官指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)，用反隸屬函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，轉(zhuǎn)換公式如下：

本研究將5個(gè)感官指標(biāo)：氣味（20分）、色澤（15分）、外觀結(jié)構(gòu)（15 分）、適口性（25 分）、滋味（25 分）進(jìn)行分?jǐn)?shù)劃分，并設(shè)其隸屬度分別為L1、L2、L3、L4、L5，取L1=0.2、L2=0.15、L3=0.15、L4=0.25、L5=0.25，按下式進(jìn)行加權(quán)，對(duì)栗仁感官品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)分，分值記為Z（滿分1分）：

1.2.2.4 水分分布與組成的測(cè)定及成像 基于LFNMR 技術(shù)對(duì)栗仁中水分分布、組成進(jìn)行分析，設(shè)定氫質(zhì)子的共振頻率和磁體溫度分別為20 MHz 和32 ℃。將樣品放入磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.5 T、線圈直徑為40 mm 的核磁共振儀中，采集樣品的橫向弛豫時(shí)間（T2），通過將核磁共振信號(hào)反演得到T2反演圖譜。

弛豫分析-CPMG序列：采樣帶寬（spectral width，SW）=100 kHz；譜儀頻率 （spectrometer frequency，SF）=20 MHz；射頻延時(shí)（regulate first data，RFD）=0.080 ms；漂移頻率（offset 1，O1）=750 944.47 Hz；模擬增益 （regulate analog gain1，RG1）=20.0 dB；90°脈寬（pulse 90°，P1）=6.00 μs；數(shù)字增益 （regulate digital gain1，DRG1）=3 dB；時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)（time data，TD）=19 752；前置放大器增益（pre-amp regulate gain，PRG）=1；重復(fù)采樣等待時(shí)間（time wait，TW）=2 500.00 ms；采樣次數(shù)（number of scans，NS）=4；180°脈寬（pulse 180°，P2）=14.00 μs；回波時(shí)間 （echo time，TE）=0.250 ms；回波個(gè)數(shù)（number of echoes，NECH）=750；回波時(shí)間（echo time2，TE2）=6.750 ms；回波個(gè)數(shù)（number of echoes2，NECH2）=1。

成像：讀出方向的視野（field of view，F(xiàn)OV Read）=100 mm；相位視野（field of view，F(xiàn)OV Phase）=100 mm；層數(shù)=7；層寬度=1 mm；層厚=1 mm；第一頻道 （spectrometer frequency offset of the first channel，SFO1）=20.75 MHz；X軸方向電子勻場(chǎng)（GxOffet）=170，Y 軸方向電子勻場(chǎng)（GyOffet）=-150；Z 軸方向電子勻場(chǎng)（GzOffet）=190；90°軟脈沖幅度（radio frequency amplitude90，RFA90）=0.5%；180°軟脈沖幅度（radio frequency amplitude180，RFA180）=0.8%；翻轉(zhuǎn)角度=90 deg；重聚翻轉(zhuǎn)角度=180；平均次數(shù)=8；頻率編碼方向的采樣點(diǎn)數(shù)=256；模擬增益（regulate analog gain，RG）=20 dB；重復(fù)時(shí)間 （repetition time，TR）=500 ms；回波時(shí)間（echo time，TE）=20 ms；相位編碼步數(shù)=192；前置放大器增益（pre-amp regulate gain，PRG）=HIGH。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，運(yùn)用Origin 9.1軟件進(jìn)行制圖，采用SPSS 19.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)構(gòu)特性

2.1.1 硬度和粘附性變化 由圖1-A可知，隨著水分含量的下降，栗仁硬度整體呈增大趨勢(shì)。含水量在28%～48%范圍時(shí)，曲線走勢(shì)較為平緩，各處理組之間的硬度差異不顯著；含水量為23%時(shí)的硬度較大，為38.9 N，較含水量為28%時(shí)的硬度顯著增加37.94%；含水量為18%～28%時(shí)，硬度曲線較陡，變化較大，含水量為18%時(shí)的栗仁硬度最大，為51.8 N，較含水量為28%時(shí)的硬度顯著增加83.69%。

圖1 不同水分含量對(duì)硬度和粘附性的影響Fig.1 Effect of different moisture content on the hardness and adhesiveness

由圖1-B 可知，含水量在28%～48%范圍時(shí)，隨著水分含量的增加，粘附性表現(xiàn)為先下降后升高變化趨勢(shì)，含水量為28%時(shí)的粘附性為0.114 N·mm，較含水量為38%時(shí)的粘附性顯著增加103.57%；含水量在18%～28%和28%～48%時(shí)的粘附性曲線走向變化一致，含水量為18%時(shí)的粘附性最大，為0.139 N·mm，是含水量為23%時(shí)粘附性的3.39倍，且差異顯著。

2.1.2 內(nèi)聚性和彈性變化 由圖2-A可知，內(nèi)聚性在栗仁失水過程中變化不明顯。含水量在28%～33%和43%～48%范圍時(shí)的內(nèi)聚性均隨水分含量的增加而降低，但差異不顯著；含水量在33%～43%和18%～28%范圍時(shí)內(nèi)聚性無明顯變化；含水量為28%時(shí)的內(nèi)聚性較含水量為48%時(shí)顯著增加40%。

圖2 不同水分含量對(duì)內(nèi)聚性和彈性的影響Fig.2 Effect of different moisture content on the cohesiveness and springiness

由圖2-B可知，彈性在栗仁失水過程中變化不明顯，整體呈下降趨勢(shì)。含水量為48%時(shí)的彈性較大，為3.15 mm，與含水量為43%時(shí)的彈性值差異不顯著，但與其他含水量下的彈性值均存在顯著差異。

2.1.3 膠黏性和咀嚼性變化 由圖3-A可知，膠黏性在失水過程中整體呈上升趨勢(shì)。含水量在28%～48%范圍時(shí)的膠黏性變化不大，含水量為28%時(shí)的膠黏性較含水量為48%時(shí)顯著增加50%；含水量在18%～28%范圍時(shí)的膠黏性隨水分含量的增加而逐漸減小，含水量為23%時(shí)的膠黏性較含水量為28%時(shí)顯著增加41.40%，含水量為18%時(shí)的膠黏性較含水量為23%時(shí)顯著增加27.76%。

圖3 不同水分含量對(duì)膠黏性和咀嚼性的影響Fig.3 Effect of different moisture content on the gumminess and chewiness

由圖3-B可知，在栗仁失水過程中，咀嚼性整體呈上升趨勢(shì)。含水量在28%～48%范圍時(shí)咀嚼性變化不明顯，含水量為28%時(shí)的咀嚼性較含水量為48%時(shí)顯著增加32.20%；含水量在18%～28%范圍時(shí)咀嚼性隨含水量的增加而逐漸減小，含水量為23%時(shí)的咀嚼性較含水量為28%時(shí)顯著增加43.00%，含水量為18%時(shí)的咀嚼性較含水量為23%時(shí)顯著增加24.14%。

2.2 色差分析

2.2.1 色差變化 由圖4-A可知，隨著栗仁水分含量的下降，Δa*值呈先升高再下降的變化趨勢(shì)。含水量在28%～48%范圍時(shí)，Δa*值隨含水量的增加而逐漸減小，下降幅度達(dá)80.45%；含水量在18%～28%范圍時(shí)，Δa*值隨含水量的增加呈上升趨勢(shì)，增加幅度達(dá)23.46%。

由圖4-B可知，隨著栗仁水分含量的降低，Δb*值呈先升高再下降的變化趨勢(shì)，果肉顏色逐漸由淺變?yōu)楹稚敝潦一儼住：吭?3%～48%范圍時(shí)，果肉顏色褐變減輕，Δb*值降低39.28%；含水量在18%～33%范圍時(shí)，果肉顏色逐漸加深，Δb*值增加33.03%。

圖4 不同水分含量對(duì)色差的影響Fig.4 Effect of different moisture content on the color difference

2.2.2 亮度和飽和度變化 由圖5-A可知，ΔL*值為負(fù)，說明試樣比標(biāo)樣深。隨著栗仁水分含量下降，ΔL*值呈先降低后又逐漸升高的趨勢(shì)。含水量在28%～48%范圍時(shí)，ΔL*值逐漸增大，增大速率較快，果肉顏色亮度變亮，栗仁含水量為48%時(shí)的ΔL*值較含水量28%時(shí)增加51.28%；含水量在18%～28%范圍時(shí)，ΔL*值隨含水量的增加而逐漸下降，下降速率較為緩慢，果肉顏色亮度由亮逐漸變暗，栗仁含水量為18%時(shí)的ΔL*值較含水量28%時(shí)降低30.77%。

由圖5-B可知，ΔC*值在整個(gè)失水過程中整體上表現(xiàn)為上升的趨勢(shì)，但變化不明顯。整個(gè)失水過程中ΔC*值在含水量為18%時(shí)較高，為5.64，在含水量為48%、38%時(shí)較低，分別為4.90、4.89，含水量為18%時(shí)的ΔC*值較含水量為48%、38%時(shí)分別增加15.10%、15.34%。

圖5 不同水分含量對(duì)亮度和飽和度的影響Fig.5 Effect of different moisture content on the lighteness and saturation

2.2.3 總色差和色調(diào)角變化 由圖6-A 可知，ΔE*值在整個(gè)失水過程中表現(xiàn)為先上升后下降的變化趨勢(shì)。含水量在28%～48%范圍時(shí)ΔE*值隨含水量的增加而逐漸下降，總色差逐漸減小，含水量為28%時(shí)的ΔE*值較含水量為48%、43%時(shí)分別升高60.29%、31.34%；含水量在18%～28%范圍時(shí)，ΔE*值隨含水量的增加而逐漸升高，總色差逐漸增大，含水量為28%的ΔE*值較含水量為23%、18%時(shí)分別增加14.20%、20.93%；

圖6 不同水分含量對(duì)總色差和色調(diào)角的影響Fig.6 Effect of different moisture content on the total chroma difference and hue

由圖6-B可知，色調(diào)角h值在栗仁含水量38%～48%范圍時(shí)變化較為明顯，隨含水量的增加呈逐漸上升的變化趨勢(shì)，含水量為48%的h值較含水量為43%、38%時(shí)分別增加5.98%、22.77%；色調(diào)角h值在含水量為18%～38%范圍時(shí)變化不明顯。

2.3 隸屬函數(shù)評(píng)價(jià)

由表1可知，含水量為48%時(shí)的栗仁隸屬度值最大，達(dá)1.00，隨著栗仁水分含量的降低，其綜合評(píng)分依次下降，7 個(gè)水分梯度下的栗仁可食性品質(zhì)從優(yōu)到劣依次為48%、43%、38%、33%、28%、23%、18%。

表1 感官指標(biāo)隸屬函數(shù)值及綜合評(píng)分Table 1 Membership function value and comprehensive score of sensory indexes

2.4 低場(chǎng)核磁共振分析

2.4.1 水分分布及組成變化 由圖7 可知，在含水量43%～48%范圍時(shí)，熟化栗仁橫向弛豫時(shí)間（T2）反演圖譜中出現(xiàn)3個(gè)波峰，在含水量18%～38%范圍時(shí)只有2個(gè)波峰，說明熟化栗仁內(nèi)部有3種不同狀態(tài)水分存在，依據(jù)T2將熟化栗仁內(nèi)部水分狀態(tài)分為：結(jié)合水T21（0～1 ms）、不易流動(dòng)水T22（1～100 ms）、自由水T23（100～1 000 ms）。T23對(duì)應(yīng)波峰（A23）面積在反演圖譜中最小，說明熟化栗仁中結(jié)合水和不易流動(dòng)水占比較高，而自由水的比例相對(duì)較低［23］。自然失水過程中，栗仁反演圖譜中均出現(xiàn)1～3個(gè)波峰，而且水分狀態(tài)有較大變化，自由水損失最多。

圖7 橫向弛豫時(shí)間T2變化Fig.7 Change of transverse relaxation time （T2）

2.4.2 橫向弛豫T2各峰面積的變化 由圖8-A可知，隨著水分含量下降，栗仁內(nèi)部總水峰積分面積呈逐漸降低的變化趨勢(shì)。含水量為38%～48%和23%～38%范圍時(shí)的總水峰積分面積變化幅度較大。含水量為48%時(shí)的總水峰積分面積較含水量為38%時(shí)顯著增加85.02%；含水量為38%時(shí)的總水峰積分面積較含水量為23%時(shí)顯著增加52.38%；含水量在18%～28%范圍時(shí)總水峰積分面積上升較為緩慢，曲線走勢(shì)較為平緩，含水量為28%時(shí)的總水峰積分面積較含水量為18%時(shí)顯著增加40.86%。

圖8 不同水分含量下各橫向弛豫時(shí)間峰面積變化Fig.8 Changes in peak areas of transverse relaxation times at different moisture content

由圖8-B可知，隨著水分含量下降，結(jié)合水峰積分面積表現(xiàn)為先升高后降低的變化趨勢(shì)。含水量為43%時(shí)的結(jié)合水峰積分面積是含水量為48%時(shí)的8.81 倍，而且達(dá)到差異顯著水平；含水量在18%～43%范圍時(shí)結(jié)合水峰積分面積隨含水量的增加而逐漸增大，其中含水量在33%～43%范圍時(shí)結(jié)合水峰積分面積上升幅度較大，曲線走勢(shì)較陡，含水量為43%時(shí)的結(jié)合水峰積分面積較含水量為33%時(shí)顯著增加56.45%；含水量在18%～28%范圍時(shí)結(jié)合水峰積分面積上升幅度較小，曲線走勢(shì)較緩，含水量為28%時(shí)的結(jié)合水峰積分面積較含水量為18%時(shí)顯著增加41.32%。

由圖8-C可知，隨著水分含量下降，不易流動(dòng)水峰積分面積整體上呈先降低后升高再下降的變化趨勢(shì)。含水量為48%時(shí)的不易流動(dòng)水峰積分面積是含水量為43%時(shí)的304.26 倍，且差異顯著；含水量在18%～43%范圍時(shí)不易流動(dòng)水峰積分面積變化不明顯。

2.4.3 失水過程中橫向弛豫時(shí)間的變化 由圖9可知，隨著水分含量下降，T21呈先升高后下降的變化趨勢(shì)。含水量在43%～48%范圍時(shí)，隨著含水量的增加，T2反演圖譜中呈現(xiàn)出的峰發(fā)生左移，即T21減小，曲線較陡，下降幅度較大，含水量為43%時(shí)的T21是含水量為48%時(shí)的7.54倍，且差異顯著；含水量在18%～43%范圍時(shí)T2反演圖譜中呈現(xiàn)出的峰發(fā)生右移，即T21增大，含水量為43%時(shí)的T21是含水量為18%時(shí)的5.07倍。此外，隨著水分含量下降，T22整體上呈下降-升高-下降-升高-下降的變化趨勢(shì)。含水量在43%～48%和28%～38%范圍時(shí)，隨著含水量的增加，T2反演圖譜中呈現(xiàn)出的峰發(fā)生右移，即T22增大，含水量為48%時(shí)的T22值是含水量為43%時(shí)的5.98倍；含水量為38%時(shí)的T22值較含水量為28%增加29.14個(gè)%，但差異不顯著。

圖9 不同水分含量下各橫向弛豫時(shí)間變化Fig.9 Changes of transverse relaxation times at different moisture content

2.4.4T2譜峰面積與含水量關(guān)系 研究表明低場(chǎng)核磁共振信號(hào)幅度值與所測(cè)樣品中氫質(zhì)子密度具有一定的線性關(guān)系［24］，因此，可以通過核磁共振總信號(hào)幅度值表示所測(cè)樣品中的總水分含量。依據(jù)樣品中水分含量與核磁共振總信號(hào)幅度值的線性關(guān)系對(duì)板栗種子中水分含量進(jìn)行定量分析［25］。

由圖10可知，隨著栗仁水分含量的升高，低場(chǎng)核磁共振總信號(hào)幅度值逐漸增大。依據(jù)Origin 9.1軟件對(duì)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析，得出所測(cè)樣品低場(chǎng)核磁共振信號(hào)幅度值與栗仁水分含量之間呈線性關(guān)系。熟化栗仁線性回歸方程為y=137.46x-1 133.48。R2=0.903，R2adj=0.884，二者較為接近，皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.950。方差分析（analysis of variance，ANOVA）顯著性檢驗(yàn)得出，F(xiàn)=46.78，P=0.001 02＜0.01，線性方程達(dá)到極顯著性水平。以上線性方程的系數(shù)、相關(guān)系數(shù)及顯著性檢驗(yàn)表明，利用所得線性回歸方程預(yù)測(cè)板栗中水分含量是切實(shí)可行的。

圖10 總質(zhì)子密度信號(hào)強(qiáng)度與含水量關(guān)系Fig.10 Relationship of moisture content and total signal strength

2.4.5 失水過程中核磁共振成像分析 低場(chǎng)核磁共振為快速無損檢測(cè)方法，其磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）可直觀提供所測(cè)樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可視化信息。

由圖11可知，自然失水過程中栗仁H質(zhì)子密度灰度圖亮度逐漸變暗、減弱，栗仁形狀面積逐漸收縮，說明栗仁中水分含量逐漸揮發(fā)損失。栗仁水分含量為33%時(shí)，栗仁內(nèi)部的不易流動(dòng)水、自由水的信號(hào)均相對(duì)較弱，僅剩內(nèi)層水分，而且水分含量較低，樣品所呈圖像與背景色（灰）接近，進(jìn)一步表明栗仁失水己較為嚴(yán)重。

圖11 栗仁失水灰度圖Fig.11 Gray image of chestnut kernel during water loss

由圖12可知，在失水初期，栗仁輪廓清晰可見，這是由于此時(shí)在栗仁內(nèi)部水分含量的比例高，加之內(nèi)部信號(hào)強(qiáng)度高于外圍。加權(quán)成像顯示，水分含量為33%～48%時(shí)，偽彩圖像紅色范圍較廣，而后紅色范圍增大，表明在自然失水過程中樣品水分子中H質(zhì)子自由度發(fā)生變化、自由度漸漸降低，水分相態(tài)發(fā)生改變，即由自由水逐漸向不易流動(dòng)水、結(jié)合水轉(zhuǎn)變。隨著失水程度加劇，栗仁體積萎縮，樣品內(nèi)部自由水逐漸揮發(fā)損失至不可見程度。

圖12 栗仁失水偽彩圖Fig.12 Pseudo color image of chestnut kernel during water loss

2.5 各指標(biāo)間相關(guān)性分析

由圖13可知，含水量與硬度、咀嚼性、顏色彩度（ΔC*）呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.78、-0.87、-0.87，P＜0.05），表明隨著含水量降低，栗仁質(zhì)地逐漸硬化，咀嚼時(shí)所需外力較大，栗仁顏色彩度也逐漸變?yōu)楹稚?。此外，含水量與內(nèi)聚性、膠黏性呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.92、-0.91，P＜0.01），說明水分含量下降會(huì)導(dǎo)致栗仁組織細(xì)胞間結(jié)合力變大，栗仁在擠壓的過程中較易保持完整性。含水量與彈性呈顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.85，P＜0.05），說明隨著水分含量的下降，栗仁內(nèi)水分逐漸揮發(fā)損失并失去彈性，栗仁經(jīng)壓縮變形后，壓力除去后栗仁能恢復(fù)原有形狀的能力逐漸弱化；硬度與膠黏性、咀嚼性、ΔC*呈極顯著正相關(guān)（r=0.97、0.98、0.97，P＜0.01），說明栗仁室溫自然失水后其質(zhì)地逐漸硬化會(huì)進(jìn)一步引起栗仁膠黏性、咀嚼性逐漸增大，即栗仁在質(zhì)構(gòu)擠壓過程中其黏性程度變大，經(jīng)牙齒咀嚼時(shí)所受抵抗力增大，被咀嚼至可吞咽狀態(tài)所需力度較大。栗仁失水導(dǎo)致內(nèi)部營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生變化，經(jīng)高溫高壓蒸汽處理后發(fā)生美拉德反應(yīng)，內(nèi)部褐色較深，ΔC*值變大；內(nèi)聚性與彈性呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.87，P＜0.05），與膠黏性則呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.78，P＜0.05），表明隨著栗仁逐漸失水，組織細(xì)胞間的結(jié)合力逐漸增大，栗仁失去原有彈性，遭到擠壓后的恢復(fù)程度較差，栗仁組織內(nèi)部受擠壓時(shí)的黏性度變大；彈性與不易流動(dòng)水、ΔL*值、色調(diào)角h呈顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.80、0.84、0.87，P＜0.05），彈性與Δa*值、ΔE*值則表現(xiàn)出極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.91、-0.92，P＜0.01），說明水分含量和不易流動(dòng)水對(duì)彈性的影響是一致的，失水會(huì)導(dǎo)致栗仁失去原有彈性，栗仁組織發(fā)生氧化、褐變，栗仁組織內(nèi)部亮度變暗、色澤加深，色差越來越大；膠黏性與咀嚼性、ΔC*值呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.99、0.98，P＜0.01），說明栗仁在口腔中經(jīng)牙齒進(jìn)行擠壓時(shí)黏性程度增大，此時(shí)咀嚼所需外力也逐漸變大；不易流動(dòng)水與ΔE*值呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.79，P＜0.05），說明水分經(jīng)自然揮發(fā)后栗仁內(nèi)部發(fā)生一定程度褐變，經(jīng)高溫高壓處理后總色差變大；Δa*值與Δb*值、ΔE*值分別呈顯著、極顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.82，P＜0.05；r=0.97，P＜0.01），ΔL*值與ΔE*值呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.98，P＜0.01），表明栗仁失水后內(nèi)部部分營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生氧化、致使栗仁失去原有的色澤，經(jīng)蒸汽處理后色澤加深，亮度暗沉。

圖13 各指標(biāo)間的Pearson相關(guān)系數(shù)Fig.13 Results of Pearson correlation coefficient among each index

2.6 主成分分析

由表2 可知，將熟化栗仁的質(zhì)地參數(shù)轉(zhuǎn)化為11個(gè)主成分，依據(jù)各個(gè)主成分特征值、貢獻(xiàn)率對(duì)主成分進(jìn)行提取，前2個(gè)主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到88.914%，可表示所有指標(biāo)絕大部分的信息，進(jìn)一步對(duì)栗仁的品質(zhì)特性進(jìn)行反饋，能作為栗仁評(píng)價(jià)和選優(yōu)的綜合指標(biāo)。第1個(gè)主成分特征值為5.792，方差貢獻(xiàn)率為52.657%；第2個(gè)主成分特征值為3.988，方差貢獻(xiàn)率為36.256%。各變量與主成分間的相關(guān)系數(shù)以載荷值為主要體現(xiàn)，數(shù)值的+/-符號(hào)說明其和主成分呈正/負(fù)相關(guān)，數(shù)值的絕對(duì)值大小表示主成分與該指標(biāo)關(guān)系的強(qiáng)弱，是指標(biāo)在主成分上載荷大小的反映。由表3可知，全部參數(shù)均可被3 個(gè)主成分解釋。用指標(biāo)載荷除以對(duì)應(yīng)主成分特征值的平方根，得到相應(yīng)主成分上各指標(biāo)系數(shù)的特征向量，即為旋轉(zhuǎn)載荷。經(jīng)旋轉(zhuǎn)后載荷系數(shù)較為接近1 或0，旋轉(zhuǎn)后主成分對(duì)于變量能較好的解釋。PC1=0.27X1+0.10X2+0.39X3-0.39X4+0.34X5+0.32X6+0.31X7+0.15X8-0.26X9+0.32X10+0.32X11，PC2=0.37X1+0.26X2+0.02X3+0.17X4+0.28X5+0.31X6-0.32X7-0.41X8+0.37X9+0.29X10-0.31X11。依據(jù)各指標(biāo)在主成分1和2中載荷系數(shù)絕對(duì)值大小，判斷主成分包含的指標(biāo)。第1主成分在硬度、內(nèi)聚性、彈性、膠黏性、咀嚼性、Δa*、ΔL*、ΔC*、ΔE*9 項(xiàng)指標(biāo)上有較大載荷系數(shù)，因此該主成分1與這9 項(xiàng)指標(biāo)有較強(qiáng)相關(guān)性；第2 主成分在硬度、粘附性、膠黏性、咀嚼性、Δa*、Δb*、ΔL*、ΔC*、ΔE*上有較大載荷系數(shù)。

表2 主成分分析結(jié)果Table 2 Results of the principal component analysis

表3 因子載荷及特征向量Table 3 Factors load and characteristic vectors

3 討論

3.1 水分含量對(duì)栗仁質(zhì)構(gòu)特性的影響

物性分析儀（texture profile analysis，TPA）可模擬人體口腔牙齒咀嚼運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而基于力學(xué)方法對(duì)樣品質(zhì)地的狀況、組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)［26］，對(duì)于所測(cè)樣品的硬度、粘附性、內(nèi)聚性、彈性等參數(shù)進(jìn)行較為全面的反饋，可用來評(píng)價(jià)食品的質(zhì)地變化［27-30］。本研究通過TPA 法對(duì)不同水分含量的栗仁質(zhì)地品質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示不同水分含量栗仁TPA的質(zhì)地參數(shù)具有較大差異。本研究發(fā)現(xiàn)熟化栗仁在逐漸失水的過程中，栗仁硬度、膠黏性及咀嚼性表現(xiàn)出波浪起伏變化，但整體而言栗仁硬度、膠黏性及咀嚼性呈增大的變化趨勢(shì)，可能是由于栗仁失水引起組織細(xì)胞萎縮，栗仁果實(shí)軟化，細(xì)胞壁會(huì)進(jìn)一步降解，導(dǎo)致細(xì)胞分子間結(jié)合力變?nèi)酰瑥亩估跞视捕?、膠黏性及咀嚼性下降。栗仁水分含量在18%～28%范圍時(shí)，其硬度、膠黏性及咀嚼性呈逐漸減小的變化趨勢(shì)，原因可能是栗仁為頑拗性種子，在貯藏過程中因失水而發(fā)生石灰化，致使栗仁果實(shí)質(zhì)地在失水后期變的較為堅(jiān)硬，栗仁硬度較大，口腔進(jìn)行咀嚼時(shí)所要施加的力較大，組織細(xì)胞間進(jìn)行擠壓時(shí)產(chǎn)生的力度較大。本研究發(fā)現(xiàn)，在栗仁失水過程中，栗仁的彈性逐漸下降，而內(nèi)聚性卻表現(xiàn)為逐漸增大的變化趨勢(shì)，其原因可能是貯藏初期栗仁水分含量較足，栗仁經(jīng)壓縮變形后的恢復(fù)能力較強(qiáng)，而隨著栗仁失水程度加劇，組織細(xì)胞發(fā)生劣變，致使栗仁質(zhì)地逐漸硬化，果實(shí)組織細(xì)胞間的結(jié)合力較大，栗仁經(jīng)過擠壓后較易保持果實(shí)的完整性，栗仁失去了應(yīng)有的彈性，內(nèi)聚性變大。此外，本研究發(fā)現(xiàn)，栗仁的硬度與彈性表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系，但與咀嚼性卻呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系，這與部分研究得出的結(jié)果較為一致［31］，表明栗仁的適口性在很大程度上取決于其硬度、彈性和咀嚼性，并與之密切相關(guān)，可作為評(píng)價(jià)栗仁質(zhì)地的重要參數(shù)［32］。此外，栗仁的內(nèi)聚性與膠黏性呈顯著正相關(guān)關(guān)系，膠黏性與咀嚼性呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，說明內(nèi)聚性、膠黏性及咀嚼性可以映射不同水分含量下栗仁的質(zhì)地差異性［33］。

3.2 水分含量對(duì)栗仁色澤特征的影響

色澤在評(píng)價(jià)果實(shí)商品價(jià)值時(shí)至關(guān)重要，是影響果實(shí)品質(zhì)的重要因素。淀粉、蛋白質(zhì)及脂質(zhì)等會(huì)對(duì)果實(shí)的色澤產(chǎn)生一定影響，在貯藏過程中若果實(shí)發(fā)生失水脅迫，其自身內(nèi)在的營養(yǎng)物質(zhì)會(huì)被消耗，這些主要營養(yǎng)物質(zhì)的降解代謝加劇將會(huì)導(dǎo)致果實(shí)的色澤發(fā)生較大改變［34］。本研究發(fā)現(xiàn)，在自然失水過程中，栗仁色澤變化是一個(gè)緩慢漸變過程。在整個(gè)失水過程中，Δa*值與Δb*值整體上呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，ΔL*值均為負(fù)值，表明樣品色澤比標(biāo)樣深，ΔL*值呈“V”字形變化，這是因?yàn)槔跞食跏妓趾枯^高，果實(shí)色澤較為飽滿，果實(shí)具有一定亮度；失水中期，栗仁受到水分脅迫，自身營養(yǎng)物質(zhì)被降解，并發(fā)生氧化褐變，引起Δb*值與Δa*值升高，果實(shí)亮度變暗，色澤深沉；失水后期，栗仁發(fā)生一定程度石灰化，栗肉逐漸發(fā)白，致使Δb*值與Δa*值下降，栗仁亮度又有所增加。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，隨著失水程度的加劇，ΔC*值與ΔL*值的變化較為相似，ΔE*值則呈先升高后下降的變化趨勢(shì)，究其原因，可能是失水脅迫加速栗仁衰老，加之組織細(xì)胞內(nèi)活性氧代謝失衡，致使蛋白質(zhì)和淀粉發(fā)生降解，導(dǎo)致栗肉原有色澤逐漸褐變，ΔE*值升高，總色差變大，而失水后期ΔE*值下降致使栗肉變白，與初始栗仁色澤之間的差異縮小，這與栗仁發(fā)生石灰化存在一定關(guān)聯(lián)。

3.3 栗仁失水過程中水分分布及遷移變化

樣品中水分分布情況、自由程度可用橫向弛豫時(shí)間（T2）來表示。本研究發(fā)現(xiàn)，栗仁含水量為48%、43%時(shí)，栗仁中氫質(zhì)子出現(xiàn)3個(gè)弛豫時(shí)間，分別為T21-結(jié)合水（0～10 ms）、T22-不易流動(dòng)水（10～100 ms）和T23-自由水（100～1 000 ms）；栗仁含水量在18%～38%時(shí)，氫質(zhì)子只有2個(gè)弛豫時(shí)間，只剩結(jié)合水和不易流動(dòng)水，自由水一方面參與栗仁熟化過程中的淀粉糊化，另一方面在室溫下自然揮發(fā)損失。在整個(gè)失水過程中，結(jié)合水（A21）呈升高-下降變化趨勢(shì)，不易流動(dòng)水（A22）則表現(xiàn)為先下降而后趨于穩(wěn)定，究其原因，可能是隨著栗仁失水程度加劇，A22中部分結(jié)合不緊密的水轉(zhuǎn)化為結(jié)合水引起A21增加；含水量在18%～43%時(shí)，A21呈上升趨勢(shì)，A22則表現(xiàn)為略微下降，這可能是組織內(nèi)部流動(dòng)性稍強(qiáng)的不易流動(dòng)水與親水性膠體之間分子作用力增強(qiáng)，引起這部分類型水繼而轉(zhuǎn)化為結(jié)合水；此外，含水量在43%～48%時(shí)結(jié)合水、不易流動(dòng)水橫向弛豫時(shí)間T21發(fā)生左移、T22發(fā)生右移，但A21下降、A22增大，這可能是結(jié)合水中部分鍵合作用較弱的臨近水和多層水逐漸轉(zhuǎn)化為不易流動(dòng)水A22。

3.4 不同水分含量栗仁的加工適宜性及其用途

栗仁作為一種天然健康有營養(yǎng)的食材，其開發(fā)利用前景較廣。本研究以栗仁為試材探究不同水分含量下栗仁的品質(zhì)特性變化，發(fā)現(xiàn)栗仁水分含量在38%及以上時(shí)，經(jīng)高壓蒸汽熟化后的食用品質(zhì)較佳，適合蒸熟食用。栗仁水分含量在38%以下時(shí)，經(jīng)高壓蒸汽熟化后的可食性不佳，即栗仁含水量在38%以下時(shí)不建議蒸熟食用。目前部分學(xué)者對(duì)板栗的應(yīng)用展開了研究，發(fā)現(xiàn)將生板栗經(jīng)50 ℃鼓風(fēng)干燥后，粉碎過篩作為食品添加劑應(yīng)用于面包中，面包成品體積較大，且氣孔細(xì)密，加之板栗香甜味突出、口感細(xì)膩有助于面包口感的提升［35］；其次以生板栗淀粉為基礎(chǔ)制備緩慢消化淀粉，將其添加到低筋面粉中能有效改善酥性餅干的消化性能［36］；此外，將生板栗風(fēng)干制成淀粉后，總水溶性糖含量有所增加，此時(shí)大分子量成分含量減小，而且其預(yù)測(cè)血糖指數(shù)較熟板栗淀粉低［37］。綜上，水分含量較高的栗仁（水分含量在38%及以上）可主要以蒸熟食用為主，而含水量38%以下的栗仁可加工成栗仁全粉用以改善面食制品的質(zhì)地、風(fēng)味和口感，或者研發(fā)成適合肥胖癥、糖尿病癥人群食用的栗仁淀粉其他類型（緩慢消化淀粉、抗性淀粉）產(chǎn)品。

4 結(jié)論

本研究對(duì)栗仁失水過程中的水分分布和遷移變化規(guī)律、品質(zhì)進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)含水量48%、43%栗仁中有3種狀態(tài)水存在，即結(jié)合水、不易流動(dòng)水及自由水。含水量在18%～38%范圍時(shí)只剩下較難除去的結(jié)合水、不易流動(dòng)水；隨著含水量的降低，栗仁質(zhì)地變差、可食用性不佳，栗肉色澤逐漸氧化、褐變，品相較差。后續(xù)將從轉(zhuǎn)錄及蛋白、細(xì)胞器等技術(shù)層面對(duì)果實(shí)的成熟特性及采后抗性、貯藏特性等方面進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步闡述果實(shí)品質(zhì)特征和調(diào)控機(jī)理。