不同干燥方法對三七內部結構和復水品質的影響

周國燕，詹 博，桑迎迎，王春霞，胡曉亮

(上海理工大學低溫生物與食品冷凍研究所，上海 200093)

不同干燥方法對三七內部結構和復水品質的影響

周國燕，詹 博，桑迎迎，王春霞，胡曉亮

(上海理工大學低溫生物與食品冷凍研究所，上海 200093)

對比研究真空冷凍干燥、真空干燥和熱風干燥對三七內部結構和復水品質的影響。采用微CT技術對干燥樣品進行掃描和圖像重構，計算干燥樣品的孔隙率和復水比，對3種干燥方法所得樣品的復水品質進行對比分析。結果表明：3種干燥方法對孔隙率和復水比都有極顯著影響(P＜0.01)。從內部結構的保持和復水品質角度來看，真空冷凍干燥優于其他兩種干燥方法，較適于工業生產。

三七；孔隙率；復水品質；干燥方法

三七別名田七，為五加科人參屬植物，主要產于我國云南文山、馬關等地，已有四百多年的種植和應用歷史[1]。三七可用做保健食品，其根莖具有止血、促進血液循環及鎮痛等作用[2]，三七切片就是由新鮮的三七主根經切片干燥后得到的初加工制品。

中藥材的干燥方法，主要分為兩大類：人工干燥和自然干燥。自然干燥雖然簡單，但周期長，質量低，因此工業化生產中，應用較多的還是人工方法[3]。三七具有熱敏性，易氧化[3]，不同的干燥方法對三七內部結構和成分影響很大。人工方法中熱風干燥操作簡便，成本低廉，對設備、環境及操作技術要求不高[4]；真空干燥的干燥室內氣體分子數少，密度低，含氧量低，為易氧化變質的三七提供了有利的干燥條件[5]，且由于氣壓較低，水蒸氣較易排出；真空冷凍干燥是現代最先進的干燥方法之一，它能最大程度地保持食品的營養成分和原有形狀，保留食品新鮮時的色、香、味，且產品復水性較好，便于長期貯存、運輸和銷售[6]。目前針對這3種干燥方法對三七干燥質量影響的研究，多著重于皂苷含量和含水量[7]，關于3種干燥方法對三七內部結構影響的研究較少。由于干燥后的三七是多孔結構，故孔隙結構直接影響了干燥過程中的傳熱傳質過程[8-9]，從而影響干燥質量。X光技術由于其能無損的探測多孔介質內部結構，而受到研究者的廣泛關注。Steppe等[10]利用X光技術對木材內部結構進行了分析；張揚等[11]用微CT掃描儀對蛋糕內部孔隙率進行了測定；肖鑫等[12]對凍干草莓內部結構用微CT進行了分析。目前關于三七內部結構微CT研究的文獻還未見報道，通過微CT研究三七切片的內部結構，對不同三七干燥方法的評定，有重要的意義。

本實驗以微CT為分析工具，對不同干燥方法在各自最優條件下得到的三七切片內部結構進行無損分析，測量其孔隙率并觀測其內部結構。之后對三七切片進行復水，從內部微觀結構和復水品質兩方面來比較不同干燥方法對三七切片品質的影響，以找到適宜三七切片生產的最佳干燥方法，也為三七切片的生產加工提供科學評價依據。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮三七：云南文山2009年春三七(30頭)，采自禾康三七種植基地。

1.2 儀器與設備

Skyscan 1074 HR型微CT機 比利時Skyscan公司；BP系列分析天平 賽多利斯公司；101-4型恒溫鼓風干燥箱、DZF-0B型真空干燥箱 上海躍進醫療器械廠；Advantage臺式真空冷凍干燥機 美國SP Industries公司；Pyris Diamond DSC差示掃描量熱儀 美國Perkin-Elmer公司。

1.3 方法

1.3.1 不同干燥方法工藝流程

3種干燥方法最佳工藝流程是在參考文獻[13-14]的基礎上，經實驗得出。

真空冷凍干燥工藝：新鮮三七→預處理→切片(切片厚度1mm)→擺盤→預凍結(預凍溫度－25℃)→真空冷凍干燥(升華干燥時間3h、解析干燥溫度50℃、真空度維持在10～30Pa)→包裝→成品→品質評價。

熱風干燥工藝：新鮮三七→預處理→切片(切片厚度1mm)→擺盤→熱風干燥(干燥溫度40℃)→包裝→成品→品質評價。

真空干燥工藝：新鮮三七→預處理→切片(切片厚度1mm)→擺盤→真空干燥(干燥溫度30℃、真空度50Pa)→包裝→成品→品質評價。

1.3.2 內部微觀結構的分析

將干燥后的三七切片放入微CT機，用Skyscan軟件控制微CT機對干燥后的三七切片進行掃描，樣品360°旋轉，旋轉步長取3.6°。然后對得到的掃描圖像用Cron-Beam Reconstruction軟件進行重構，選取重構的系列截面用CTAn分析軟件進行孔隙率計算。在用軟件計算時，取灰度閾值150，以消除圖像的背景噪音[12]。低于此值被認為骨架區，高于此值被認為孔隙區。

1.3.3 復水品質的分析復水品質主要包括復水時間、復水比和復水后的口感。復水時間測定：取干燥后的三七切片，將其置于60℃水中，每隔半分鐘取出瀝干，用濾紙吸干表面水分，測定其質量，直至質量不再增加為止，記錄所需時間，此時間即為干燥三七的復水時間；復水比[15]測定：取干燥后的三七切片，稱量記為mA，然后將三七切片置于60℃水中，10min后瀝干水并用濾紙吸干表面水分，稱量并記為m，

B；復水后口感測定：復水后產品的口感滋味。以口感較脆，味甘回甜為佳。

2 結果與分析

2.1 內部微觀結構分析

不同干燥方法得到的三七切片的樣品圖、X射線掃描圖和二維重構圖如圖1、2所示。

圖1 凍干處理后(A)、熱風干燥處理(B)和真空干燥(C)的三七切片Fig.1 Photograph of vacuum free dried Radix Notoginseng samples

圖2 三七切片3種處理的X-射線掃描圖和重構圖Fig.2 Photograph of hot-air dried Radix Notoginseng samples

如圖1、2所示，真空冷凍干燥的三七切片產生了均一的多孔、疏松狀結構，并保持完好的春三七的菊花心木質部結構，孔隙分布均勻，結構致密；熱風干燥的三七切片因干燥時表面皺縮且內部結構發生塌陷，質地較硬，其X射線掃描圖不能用肉眼清晰分辨出組織結構狀態和孔隙分布；真空干燥的三七切片組織也比較致密、結實，經X射線掃描能清晰看到孔隙分布。應用CTAn軟件分析，得到3種干燥方法所得三七切片的孔隙率如表1所示。

表1 經不同方法干燥的三七切片的孔隙率Table 1 Porosity of Radix Notoginseng samples dried by different methods

表2 不同干燥方法干燥三七切片的孔隙率的方差分析表Table 2 ANOVA of porosity of Radix Notoginseng samples dried by different methods

從表2可知，各處理間差異極顯著，說明熱風干燥、真空干燥和真空冷凍干燥這3種干燥方法對孔隙率大小有極顯著性影響。從孔隙率平均值上可以看出，熱風干燥所得孔隙率最大，真空冷凍干燥次之，真空干燥最小。

2.2 復水品質測定結果

對不同干燥方法所得三七切片進行復水后，所測得的復水時間、復水口感和復水比見表3、4。

方差分析結果如表5所示。各處理間存在極顯著性差異，說明熱風干燥、真空干燥和真空冷凍干燥這3種干燥方法對三七切片的復水比均有極顯著性影響。結合表3、4可以看出，熱風干燥的復水比最大，復水時間最長，復水效果最差；真空干燥復水比最小，復水時間最短，復水效果較好；真空冷凍干燥復水比較大，復水時間較短，復水效果最好。

表4 經不同方法干燥的三七切片的復水比Table 4 Rehydration rates of Radix Notoginseng samples dried by different methods

表5 經不同方法干燥的三七切片的復水比的方差分析表Table 5 ANOVA of rehydration rates of Radix Notoginseng samples dried by different methods

2.3 不同干燥方法對三七切片的影響

傳統的熱風干燥法對三七的影響較大，所得三七切片質地堅硬，難切分和粉碎。切片表面呈灰白色、質重，有皺縮，但基本無裂痕，無孔，藥味較淡。干燥過程中通過熱風加快了干燥的過程，空氣作為載熱體供給物料熱量的同時，還作為載濕體，將物料排出的濕氣帶走。由于在高溫下進行熱質傳遞，藥味藥性損失嚴重。同時由于干燥過程中，外表面溫度較高，水分蒸發較內部快快，故干燥后成品表面硬化現象嚴重，內部組織結構不均一，孔隙分布不均勻，內部顆粒連接現象嚴重，造成流體較難通過的死端孔隙[16]較多，阻礙了復水。所以雖然孔隙率較大，但復水時間較長，復水比較高，復水后制品表現出與新鮮三七相差較大的口感。但整個干燥過程簡單，設備投入小，一次處理量大。

真空干燥在干燥過程中，水分在壓力差的作用下移向物料表面，干燥后的三七切片硬度大，內部孔隙結構保持較好，組織較致密、結實，孔隙率較小，難以咀嚼，能快速復水、復水比低，復水后制品脆性較大，但因干燥時間長，且水分在較高溫度下排出，造成物質的遷移，對三七內部成分造成損害[17]，藥味損失較嚴重，成品表面色澤不理想，顏色發暗、泛白，無機鹽析出嚴重。

表3 經不同方法干燥的三七切片的復水時間和復水口感Table 3 Rehydration time and taste of Radix Notoginseng samples dried by different methods

真空冷凍干燥脫水徹底，干燥后的成品表面呈黃白色、質輕、藥味濃。從內部掃描圖來看，切片產生了均一的多孔、疏松狀結構，組織致密，孔隙率分布均勻，復水時間短，復水性好，5min后基本恢復原形，復水后口感佳，與新鮮三七差別最小。這是因為在真空冷凍干燥過程中，冰晶的形成會對內部結構造成一定程度的破壞[18]，孔隙較真空干燥大。冰晶在原位置升華后形成的孔隙，會作為后續水蒸氣升華的通道，且由于主要傳質過程(升華干燥階段)是由冰在較低溫度和壓力下，直接升華為氣態并在壓差作用下經擴散作用由孔隙排出[19]，故可以保持新鮮三七的物質形態分布狀況，減少因水分擴散帶來的物質遷移，對三七內部成分和結構破壞較小，復水品質也較好。

2.4 3種干燥方法的比較

3種方法中，熱風干燥的一次處理量大，設備投入小，操作簡便，但三七品質不高，內部結構及復水均較差。真空干燥三七品質較熱風干燥好，但時間較長，制品品質也不及真空冷凍干燥。且有研究證明，真空干燥三七的含水量要高于真空冷凍干燥三七的含水量[7]，這將對三七切片的長期儲存造成影響。同時，真空干燥也不適于高含水量物料及糊狀物料的干燥[20]，故不適于三七浸膏等初始含水量較大且對含水量要求較高的三七制品的制備。真空冷凍干燥的三七切片的內部結構和內部成分保持最好，復水品質也較好，一次性投入較大，工藝操作較復雜，干燥三七制品價格相對較高[21]。

綜上所述真空冷凍干燥雖然成本較高，但從內部結構的保持和復水品質角度來看，優于其他兩種干燥方法。同時由于高質量的冷凍干燥三七附加值也較高，所以真空冷凍干燥更適于工業生產。

3 結 論

三七是藥用價值比較高的傳統中藥，為提高三七干燥品品質，本實驗比較真空冷凍干燥、真空干燥和熱風干燥對三七切片內部結構和復水品質的影響，測量孔隙率和復水比，從內部結構和復水品質兩方面比較3種干燥方法的優劣。結果表明：3種干燥方法對孔隙率和復水比都有極顯著影響(P＜0.01)。其中真空冷凍干燥脫水徹底，干燥后的成品表面黃白色、質輕、藥味濃。且從內部結構的保持和復水品質角度來看，真空冷凍干燥切片具有較均一的多孔、疏松結構，組織致密，復水時間短，復水比大，復水后口感佳，與新鮮三七差別最小，故優于其他兩種干燥方法，較適于工業生產。不過由于真空冷凍干燥操作復雜，與大規模工業生產搭配的批量生產工藝尚需探討。

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Influence of Drying Methods on Inner Structure and Rehydration Quality ofRadix Notoginseng

ZHOU Guo-yan，ZHAN Bo，SANG Ying-ying，WANG Chun-xia，HU Xiao-liang (Institute of Cryo-medicine and Food Refrigeration, Shanghai University of Science and Technology, Shanghai 200093, China)

The influence of vacuum freeze-drying, vacuum drying and hot-air drying on the inner structure and rehydration quality ofRadix Notoginseng(dried roots ofPanax notoginseng) was comparatively investigated. Porosity and rehydration rate of dried samples were calculated based on Micro-CT scanning and image reconstruction. All the three drying methods had a highly significant impact on porosity and rehydration rate of dried samples. In terms of inner structure maintenance and rehydration quality, vacuum freeze-drying was superior to the other two methods and more suitable for industrial production. Key words：Panax notoginseng；porosity；rehydration quality；drying method

TS205

A

1002-6630(2011)20-0044-04

2011-07-04

國家自然科學基金青年基金項目(50206013)；上海市重點學科建設項目(S30503)；上海市教委科研創新項目(09YZ230)

周國燕(1970—)，女，副教授，博士，研究方向為食品冷凍冷藏和生物熱系統。E-mail：efly_snow@163.com