草莓脯恒溫與分階烘干過程中水分遷移特性與品質比較

何茸茸，牛麗影，李大婧，胡麗麗，王 銳，張鐘元，劉春菊，肖亞冬，聶梅梅，肖麗霞

（1.揚州大學食品科學與工程學院，江蘇揚州 225000；2.江蘇省農業科學院農產品加工研究所，江蘇南京 210014；3.豆源和（山東）食品飲料有限公司，山東濟南 250000）

草莓脯是將草莓通過糖漬、烘干等工藝制成的部分脫水產品，其口感酸甜、韌彈，方便貯運，廣受消費者的喜愛[1]。熱風干燥是草莓脯常用的干燥方式，在干燥過程中物料的溫度梯度和水分梯度是相反的，溫度對干燥效率起著決定性作用。據報道，干燥溫度、時間以及是否設置梯度對果蔬水分遷移以及果脯產品品質會產生不同的影響[2-4]，除影響干燥效率外，還會影響活性成分的保留以及感官品質的變化[5]。

低場-核磁共振技術（LF-NMR）是近年來興起的一種快速、無損檢測分析技術。是利用磁性原子核在外加磁場中吸收一定頻率的射頻脈沖能量，在相鄰能級之間發生躍遷，產生共振，捕捉信號并加以分析檢測[6]。廣泛應用于食品干燥、貯藏、復水及品質監控等方面[6]。經過LF-NMR 研究發現香菇和木瓜等樣品在復水過程存在3 種狀態的水，即結合水，不易流動水和自由水，干燥主要脫除了自由水和不易流動水[7]。而且不同品種的樣品在同一干燥階段水分的流失速度也不同[8]；LF-NMR 可以迅速直接的揭示玉米種子在萌發過程中水分的分布以及變化規律，如不易流動水隨著萌發時間的延長逐漸增加，自由水先降低后增加而結合水先增加后降低[9]；而MRI 可以清晰的發現物料內部水的空間分布和加工過程中內部水分輪廓線特征和變化規律，以及物料的結構變化[10]。所以利用此方法測定農產品復水過程中的水分狀態具有可行性，但是關于草莓脯在干燥過程中水分遷移特性的研究尚未見報道。

本研究分別采用恒溫和分階干燥制作草莓脯，比較了在2 種干燥過程中草莓中水分的遷移特性和草莓脯的理化和感官品質，以期為草莓脯干燥工藝優化提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

速凍草莓 產自云南省曲靖縣的“蒙特瑞”；亞硫酸鈉、蔗糖、偏磷酸、2,6-二氯靛酚、福林酚、碳酸鈉 國藥集團化學試劑有限公司。

MesoMR23-060H-1 低場核磁共振分析儀 蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；CT3 質構儀 美國Brookfield 公司；DH6-9073BS-Ⅲ電熱恒溫鼓風干燥上海新苗醫療機械制造有限公司；TG16-WS 臺式高速離心機 上沙湘儀離心機儀器有限公司；TU-1810 紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限公司；安捷倫1200 高效液相色譜儀 美國Agilent公司；HH-8 數顯恒溫水浴鍋 上海江星儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 草莓脯滲透脫水 參考胡麗麗[11]的方法稍作修改，用濃度為0.3%的亞硫酸鈉浸泡4 h 后取出，添加草莓質量的40%的蔗糖浸漬72 h。

1.2.2 干燥條件 參考胡麗麗[11]和盧映潔等[12]的相關參考文獻并經過大量預試驗最終確定干燥條件，即為將滲透脫水后的草莓分成兩份進行干燥，a.恒溫干燥：60 ℃下保溫6 h 后上下翻面，繼續烘6 h；b.分階干燥：在65 ℃干燥2 h，隨后降至60 ℃并保持2 h，然后降至55 ℃干燥2 h，上下翻面后重復一次上述三階干燥程序。干燥過程中每隔1 h 進行稱重，并進行低場核磁共振檢測。干燥后的草莓脯密封包裝，待測，每種干燥方式分三組重復。

草莓脯t 時刻干基含水量和干燥速率的計算公式如下：

式中：Mt為草莓脯干燥至t 時刻的干基含水量，g/g；mt為草莓脯干燥至t 時刻的質量，g；mg為草莓脯干燥至恒重的質量，g。

式中：Vt為草莓脯干燥速率，g/（g·min）；Mt為草莓脯干基含水量，g/g；Δt 為干燥時間，min。

1.2.3 低場核磁分析 參考Carnero 等[13]的測定方法，并稍作修改。將草莓脯放在60 mm 核磁專用聚四氟乙烯管上，將其置于設好參數的磁場中心區域。在FIR 序列下確定中心頻率及脈沖寬度，在CPMG序列下對草莓脯進行掃描，收集弛豫信號。做三次重復掃描，使用Multi Exp Inv Analysis 軟件，結合迭代重建技術（SIRT）對CPMG 弛豫數據進行多指數擬合，迭代次數為100000，將結果反演得到T2弛豫反演圖譜。

通過核磁共振成像系統自旋回波成像序列進行，利用成像軟件獲得磁共振圖像[13-14]。使用SE 成像序列獲得質子密度加權圖像。使用以下掃描方案：Read size=256；Phase size=192，切片寬度=2.0 mm，層數=6，回波時間（TE）為20 ms，重復時間（TR）為500 ms。

1.2.4 草莓脯理化品質的測定

1.2.4.1 質構特性測定 參考胡麗麗[11]方法稍作修改，將草莓脯視為由果蒂至果頂的縱向軸為對稱結構，以其對稱軸中點為中心點，測試時將果脯中心點對應質構儀探頭圓形截面的中心點。以草莓脯中心點為中心，采用TA11 探頭，縱向受力方向進行測定，參數設置均為1.0 mm/s，觸發力為5 g，壓縮距離為2 mm，循環次數為2 次，做6 次重復試驗。

1.2.4.2 VC含量的測定 參考朱志紅等[15]方法稍作修改，取冷凍干燥后的草莓5.00 g，至于研缽中，加入0.25%的偏磷酸溶液或草酸溶液，迅速搗成勻漿。準確稱取1.00 g 勻漿樣品于燒杯中，用偏磷酸溶液或草酸溶樣品轉移至100 mL 量瓶，并稀釋至刻度，搖勻后過濾。若濾液有顏色，可按每克樣品加0.40 g 白陶土脫色后再過濾，再準確吸取10mL 濾液于50 mL 錐形瓶中，用標定過的2, 6-二氯靛酚溶液滴定，直至溶液呈現粉紅色15 s 不褪色為止，同時做空白實驗。

1.2.4.3 總酚含量的測定 參考Kowalska 等[3]的測定方法稍做修改，取冷凍干燥后的草莓果脯5.00 g，置于研缽中，加入液氮快速研磨，準確稱取1.00 g勻漿于25 mL 具塞試管內。加入10 mL 的乙腈-水（v:v=1:9）溶液，渦旋10 s，超聲提取30 min，在離心機上轉速為10000 r/min，離心5 min，取上清液，制得供試溶液。精確量取供試液2 mL，加入5 mL 福林酚試劑混勻，靜置4 min 后加4 mL 7.50 g/100 mL的Na2CO3溶液。室溫靜置避光放置60 min 后，在765 nm 處測定吸光值。將沒食子酸標準品配制成濃度為0.0、10.0、20.0、30.0、40.0、50.0 μg/mL 的標準溶液繪制標準曲線。回歸方程為y=0.0077x+0.0542，R2=0.9996。

1.2.5 草莓脯的感官評價 參考黃涵年等[16]的感官測定方法，選取10 名感官評價專業人員組成評審小組。通過對草莓脯的風味、組織形態、口感、色澤等方面進行綜合評定。草莓脯的感官評分標準如表1 所示。

表1 草莓脯感官評分標準Table 1 Sensory score of preserved strawberry

1.3 數據處理

數據的平均值與標準偏差分析在Excel 表格執行；采用SPSS 17 進行顯著性差異性分析，設定P＜0.05 為顯著差異；使用Oringin 軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 2 種干燥過程中草莓脯含水率的變化

圖1（a）為2 種干燥過程中草莓脯干基含水量的變化情況，可以看出分階干燥的干基含水量變化曲線始終低于恒溫，說明草莓脯分階干燥較恒溫干燥草莓脯水分含量更低。干燥至12 h 即干燥結束時，恒溫干燥和分階干燥的草莓脯中干基含水量分別為1.07 g/g 和 0.24 g/g。說明草莓脯在不同的干燥過程中水分的遷移效率不同，顯然，分階干燥的草莓脯的水分遷移效率更高。圖1（b）為2 種方式下草莓脯的干燥速率曲線，在整個過程中分階干燥的速率均高于恒溫。在2 種干燥過程中，3 h 之前水分的干燥速率較快，并且失水速率差別較大。至6 h 時2 種過程的干燥速率均出現小幅上升，然后繼續下降，10 h 后變化平緩，直至結束干燥速率分別為0.04 g/（g·min）和0.07 g/（g·min）。

圖1 不同干燥過程中含水量變化情況Fig.1 Changes of water content under different drying processes

據報道，果蔬在熱風干燥過程中，水分往往由內而外經由表皮逸散，但表皮失水后會收縮致密，影響水分的進一步揮發[17]，所以干燥速率隨時間延長呈降低趨勢。另外，在干燥6 h 時兩種干燥過程的干燥速率均出現上升，可能是因為干燥至6 h 的上下翻面加快了整體水分揮發。恒溫和分階干燥過程中干基含水量和干燥速率出現這種差異，可能是因為不同的干燥溫度對草莓脯內部水分的遷移與分布情況影響不同[18]，改變了草莓脯內部與外界溫濕度差，進而影響草莓脯內部的熱推動力和傳質推動力和干燥速率[19]。

2.2 2 種干燥過程中草莓脯的水分遷移規律

2.2.1 干燥過程中不同狀態水的弛豫圖譜分析 低場核磁共振技術可以非破壞性的監測物料內部水分分布狀態的變化情況[12]。由圖2 可知，2 種干燥過程中草莓脯的T2反演圖譜均存在三個峰，弛豫時間分別為0.1～1 ms（T21）、1～10 ms（T22）、10～1000 ms（T23），表示存在三種狀態的水。從左到右依次為結合水、不易流動水和自由水。結合水主要指的存在于細胞間隙中的水；不易流動水指的存在于細胞質中的水；自由水指的是存在于細胞間隙的游離程度較好的自由水[20]。T23的峰最大，T21和T22的峰較小，表明自由水是草莓脯的水分中主要的存在狀態，而結合水和不易流動水較少。

圖2 不同干燥過程中草莓脯橫向弛豫時間T2 反演譜Fig.2 Transverse relaxation time T2 inversion spectra of dried strawberry preserved in different drying processes

不同狀態水的含量變化以及分布變化情況主要由對應的T2峰位置的變化進行反映[21]，2 種干燥過程中草莓脯的T2反演圖均表現為隨著干燥時間的延長，峰高逐漸降低，這說明在干燥過程草莓脯中水分含量隨著時間的延長逐漸降低[22]，并且是隨著干燥時間的延長，T2值逐漸減小，說明在干燥過程中水分的流動性在逐漸減小。據報道，高自由度的水向低自由度的水分進行遷移，主要是因為隨著水分含量的降低，水與物料的結合更加緊密，流動性逐漸下降[23]。但是相比分階干燥的峰高持續降低，恒溫干燥的樣品在干燥至6 h 時出現自由水峰高上升現象，說明干燥至6 h 時均對草莓脯進行降溫翻面，可能導致了不同形態水的重新分布。分階干燥這種干燥方式能夠更好地控制草莓脯的水分損失率。

2.2.2 干燥過程中不同狀態水核磁共振峰面積的分析 T2反演圖譜上峰面積的大小和變化情況可以反映物料不同狀態水的量及水分遷移的變化情況[21]。圖3（a）～圖3（c）為草莓脯中三種狀態水峰面積變化趨勢圖，圖3（d）和圖3（e）為草莓脯在2 種干燥過程中不同狀態水峰面積變化的百分比堆積條形圖。自由水、不易流動水、結合水對應的峰面積分別為A23、A22和A21。綜合以上五張圖可以看出，在干燥前A23的峰面積占比最大，分別為94.79%和95.53%，A22的占比均為4.43%和3.18%，說明在干燥前草莓中的水以自由水為主。至干燥結束時，恒溫和分階2 種干燥過程中A23峰面積變化最明顯，分別由94.79%和95.53%降低至0.82%和0.96%，但A22不降反升，其峰面積分別由4.43%和3.18%升高至95.12%和95.81%。相比之下，A21的變化幅度較小，分別由初始值的0.78%和0.65%升高4.01%和3.22%。在干燥過程中，2 種干燥過程中的A23在干燥前期整體表現為下降趨勢，并且分別是在8 h 和6 h 呈現斷崖式下降，分別由62.11%和降至0.50%和87.04%降低至1.22%，隨后變化不顯著（P＞0.05）。A22隨時間延長則呈波動變化，存在下降后又上升的現象，恒溫干燥的波動更加明顯，說明草莓脯在分階干燥過程中內部水分遷移的均勻性優于恒溫干燥。據報道，自由水主要存在于液泡、原生質和細胞間隙中，離膠粒較遠，是可以自由移動的，所以容易去除[24]，結合水主要存在于溶質附近，與溶質分子之間通過化學鍵結合，不易流動，難以散失[25]。2 種干燥過程中均為A23初始峰面積占比最大，下降幅度最大，體現了自由水易失去的特點，但A21與A22在干燥后期均出現了上升趨勢，這可能說明部分自由水轉化為不易流動水和結合水。另據報道，草莓中的果膠為高甲酯化果膠[26]，而高甲酯化果膠可在一定濃度的糖存在下與水結合形成凝膠[27]，因此推測干燥后期（6 h 后）A23的斷崖式下降與A21、A22的上升與干燥過程中，水的流動性降低可能是因為此時草莓果膠、糖、水三者形成凝膠結構有關[28]。另外，果蔬中的水分在干燥過程可重新分布，不同狀態的水可相互轉化[29]。

圖3 不同干燥過程中草莓脯核磁共振峰面積的變化Fig.3 Changes of strawberry preserved NMR peak area in different drying processes

草莓脯在干燥過程A22和A23峰面積占比均出現斷崖式下降，并且恒溫干燥的A23峰面積占比出現斷崖式下降的時間與A22、A21峰面積占比的最低值出現時間均滯后于分階干燥，說明其自由水的脫除較分階干燥慢。另外，恒溫干燥的A22在3～5 h 時明顯高于分階干燥，可能是因為恒溫干燥的草莓脯細胞結構破壞程度較分階干燥更為嚴重，草莓脯本身含有的不易流動水也從細胞中脫除，使得恒溫干燥中A22峰面積變化大于分階干燥。其最高值為最低值的14.42 倍，高于分階干燥中的12.32 倍，說明恒溫干燥過程中水分的散失與形態轉化相比分階干燥穩定性略弱[30]。

2.3 不同干燥過程對低場核磁成像結果的影響

MRI 可以對樣品的任意層面進行檢測[31]，從而分析樣品內部水分梯度的變化以及加工過程中結構的變化情況[32]。氫質子的密度越大，信號越強，樣品中的水分含量越高，圖片中紅色區域越多[33]。圖4為2 種干燥過程中草莓脯的MRI 成像偽彩圖，以藍色為背景，紅色代表水分富集，水分含量的高低按照紅-黃-綠-藍排列。由圖可知，干燥前水分在草莓中分布較為均勻，紅色區域不明顯。隨著干燥時間的延長，水分首先向果蒂端富集，4 h 轉為四周果皮邊緣部位出現紅色，8 h 后果脯邊緣轉為綠色，而紅色主要分布于髓部。并且隨著時間的延長，草莓脯體積逐漸縮小，這可能說明最初由于草莓冷凍處理中除去果蒂時形成的損傷（缺口）形成了水分快速逸散通道，失水至一定程度后，由表皮失水成為主要方式，而隨著水分的進一步減少與表皮的皺縮[34]，最后僅在髓部殘留少量水分。結合恒溫干燥和分階干燥中自由水A23峰面積出現斷崖式下降的時間為8 和6 h，可以看到對應時間的偽彩圖與前后圖片相比色彩界限相對模糊，可能與此時不同形態水之間的轉化有關。

圖4 干燥過程中草莓的成像圖Fig.4 Imaging of strawberries during drying

但是，從成像圖也可以看出2 種干燥方式下草莓脯的水分在草莓組織中遷移特性也存在不同。首先，恒溫干燥的草莓脯在6 h 時內部出現均濕現象，呈現均勻的綠色，分階干燥的草莓脯則未出現此現象；其次圖4（a）中5 h 的圖與圖4（b）中6 h 的圖最為相似。結合水分豫弛峰面積變化中3～5 h 恒溫干燥的草莓脯中A22高于分階干燥分析，可能此段時間為水分散失由蒂部為主轉為表皮散失的轉折期，在熱風恒溫干燥的濕熱差作用下，草莓內形成更多的不易流動水，至6 h 由于翻面作用水分重新分布。階梯降溫干燥過程中因溫度是變化的，其成像圖的色彩分布呈持續變化，紅色部位由蒂部轉至四周，然后近表皮開始出現綠色并拓寬，同時伴隨果實變小，其水分散失與轉化在前期未出現明顯的轉折點。這說明水分流動性的改變了與水分散失通徑[35]的改變有關。另一方面，恒溫干燥5 h 的圖與分階干燥6 h 的圖最為相似，這個時間恰恰對應著A21最低值（恒溫）或A21次低值（分階）的時間，這說明由于恒溫干燥的干燥溫度較高，由自由水或不易流動水轉為結合水出現的較早。

2.4 不同干燥方式對草莓質地、營養指標及感官評價的影響

干燥過程中可能會破壞草莓脯中的熱不穩定成分[36]，并且導致溶質遷移和硬殼的形成，進而影響產品的口感與品質，但不同的干燥方式影響程度不同[37]。如表2 可見，2 種干燥過程獲得的草莓脯的總酚、VC、粘力、硬度和咀嚼性均存在顯著差異（P＜0.05），但彈性和內聚性差異不顯著（P＞0.05）。分階干燥后的草莓脯VC和總酚含量較高，分別為恒溫干燥的1.89 倍和1.14 倍，但其粘力、硬度和咀嚼性則較低，分別為恒溫干燥的31.3%、41.3%、40.2%。

表2 干燥方式對草莓脯營養指標和質構特性的影響Table 2 Effect of drying method on the nutritional and textural characteristics of dried strawberries

表3 為2 種干燥過程下草莓脯的感官評價結果，恒溫干燥草莓脯的感官綜合得分為77.90，而分階干燥草莓脯的感官綜合得分為91.50。分階干燥得到的草莓脯的風味、組織形態、口感、色澤均優于恒溫干燥得到的草莓脯，說明分階段干燥得到的草莓脯質地韌，外觀飽滿，口感佳。色澤與風味二者差異不顯著（P＞0.05），說明2 種干燥方式對草莓脯的色澤與風味影響較小。

表3 兩種干燥方式對草莓脯感官評分的影響Table 3 Effect of two drying methods on sensory scores of dried strawberries

草莓脯在口感、組織形態方面差別較大，色澤和風味較為接近。出現以上差距的原因是干燥會使多酚等抗氧化活性物質降解[38]，細胞結構破壞[39]，利用分階干燥將溫度進行調控，使得果脯內部水分的遷移更加勻速、抗氧化活性物質損失減少、對草莓脯內相關成分的破壞性減小。所以分階干燥后的草莓脯口感評分最好，韌性和彈性也較好，色澤和風味差距不明顯，所以整體而言分階干燥的干燥效果更好。

3 結論

滲透脫水后的草莓脯主要含有三種狀態的水，并以自由水為主，干燥中脫除的主要為自由水，自由水含量至干燥結束為初始值的0.25%、0.34%；結合水在干燥過程含量變化最高值為最低值的3.45、3.30 倍，至干燥結束時顯著高于干燥前（P＜0.05）；不易流動水則呈現先下降后上升的趨勢，說明三種形態的水存在相互轉化。但是自由水的核磁共振峰面積占比出現斷崖式下降，并且出現斷崖式下降的時間與A22、A21峰面積占比的最低值出現時間均滯后于分階干燥，說明其自由水的脫除較分階干燥慢，水分形態轉換時間出現的較晚。2 種干燥方式中，分階干燥的草莓脯內部水分更加容易聚集與逸散，干燥效率高于恒溫干燥；草莓脯整體的質地評分與綜合感官評分均顯著高于恒溫干燥（P＜0.05），內部含有的營養物質如VC、總酚含量顯著高于恒溫干燥后的草莓脯（P＜0.05），表面的粘力、硬度、咀嚼性均低于恒溫干燥，說明較低的粘力和硬度，更便于咀嚼，具有更好的感官接受度。但在彈力、內聚性、外觀、香氣、滋味上未變現出顯著差異（P＞0.05），總之，分階干燥具有更高的干燥效率，并使草莓脯具有更好的品質，研究結果為草莓脯的工藝優化與質量控制提供了一定的理論依據。