李芷芊，李占明,*，吳雨凌，俞 玥

（1.新加坡國立大學(xué)蘇州研究院，江蘇蘇州 215000；2.江蘇科技大學(xué)糧食學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212100）

多花黃精是一種著名的藥用和食用植物，具有延緩衰老、調(diào)節(jié)免疫力、降血糖血脂、抑菌抗炎等功效[1,2]。除此之外，黃精在食品領(lǐng)域中亦得到廣泛應(yīng)用。將黃精提取液添加至各種不同食材中，經(jīng)發(fā)酵制成黃精酸奶，或經(jīng)過簡單混合制成富含黃精多糖的黃精餅干、黃精五仁餅、黃精膏、黃精酸奶、黃精酸豆奶、黃精飲料等富含黃精多糖的健康食品[3]。

干燥是常見的加工方法，能有效地減少水分含量，延長其貯藏期。常用的干燥方法主要有紅外干燥、熱風(fēng)干燥、熱泵干燥、冷凍干燥等。近年來，微波技術(shù)已廣泛應(yīng)用于蒸煮、干燥、漂白、殺菌等食品加工領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥工藝相比，微波干燥具有更多的優(yōu)點(diǎn)[4]。如能有效解決傳統(tǒng)方法易導(dǎo)致變形且水分流失過多的現(xiàn)象，具有收縮率低、干燥效率高、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)[5-6]。已成功應(yīng)用于芹菜、蘋果、蘑菇、大蒜等農(nóng)產(chǎn)品的干燥，干燥效果良好[7-10]。將黃精切片干燥是黃精加工的常見方法，可有效保障多花黃精切片的品質(zhì)。黃精切片在干燥過程中，水分受到強(qiáng)烈刺激，獲得更高的能量，然后從物質(zhì)中蒸發(fā)[11]。在此期間，水分與干物質(zhì)之間的存在形式發(fā)生了較大的變化。在干燥過程中，物料內(nèi)部水分的變化直接影響物料的干燥速度和干燥產(chǎn)品的質(zhì)量，這對研究物料的干燥特性具有重要意義[12]。核磁共振技術(shù)是非侵入性、非破壞性的，能夠很好地觀察物料內(nèi)部水分狀態(tài)的一類新型技術(shù)，因此在食品領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。低場核磁共振（LF-NMR）是一種新的水態(tài)分析技術(shù)，該技術(shù)通過測量LF-NMR 中的弛豫時間，可以描述水分子的運(yùn)動和水分的存在狀態(tài)[13]。

本實(shí)驗(yàn)以多花黃精切片為對象，采用LF-NMR 成像技術(shù)，從微觀角度檢測干燥過程物料中水分的流動性和水分的分布情況，測定了微波干燥后多花黃精的顏色變化、總酚含量和抗氧化性，并利用掃描電鏡表征黃精切片干燥后的微觀結(jié)構(gòu)變化[14]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料

新鮮多花黃精于2020 年12 月30 日采集，采集地為福建省龍巖市。

1.1.2 試劑

沒食子酸、氯化鐵、冰乙酸（阿拉?。?；無水乙醇（Enox）；無水碳酸鈉（BBI Life Science）；福林酚（艾科）；2,4,6-三(2-吡啶基)三嗪（TPTZ）（麥克林）；鹽酸（潤捷化學(xué)）；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）（麥克林）。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9015A 鼓風(fēng)干燥機(jī)，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；微波爐，廣東格蘭仕微波爐電器制造有限公司；Quanta250環(huán)境掃描電子顯微鏡，美國FEI；NMI20-060H-I 核磁共振成像分析儀，蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；XD-3000A 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海賢德實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；YS3010 測色儀，美國3NH。

1.3 方法

1.3.1 材料準(zhǔn)備

制備新鮮多花黃精切片，切片厚度約為5 mm，并于4 ℃下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 干燥工藝

（1）熱風(fēng)干燥工藝

傳統(tǒng)加工方法參照《中華本草》[16]。其處理方法分為固化干燥和未固化干燥，固化過程有蒸法和漂燙法兩種。每組樣品為30 g 黃精切片，用蒸汽分別蒸三組樣品10、20、30 min。另一組樣本在沸水中漂燙20 min，冷卻樣品，然后把樣品放入60 ℃的熱風(fēng)干燥箱[17]。未固化干燥則是新鮮樣品樣品不需經(jīng)過處理，直接放入60 ℃的熱風(fēng)干燥箱進(jìn)行干燥。第1 組：蒸10 min 后熱風(fēng)干燥；第2組：蒸20 min 后熱風(fēng)干燥；第3 組：蒸30 min 后熱風(fēng)干燥；第4 組：熱水漂燙后熱風(fēng)干燥；第5 組：未固化熱風(fēng)干燥。

（2）微波干燥工藝

第6 組：微波干燥。新鮮黃精切片在微波干燥裝置中進(jìn)行干燥，功率為120 W。得到干燥前后樣品的質(zhì)量后，使用公式（1）測量黃精中水分含量。

式中，Wt-含水率，g/g 干質(zhì)量；t-干燥時間，min；Mt-新鮮物料質(zhì)量，g；M0－干燥后物料質(zhì)量，g。

1.4 顏色測試

采用YS3010 測色儀（美國3NH）測定鮮黃精、熱風(fēng)干燥黃精和微波干燥黃精的色澤。L（亮度）、a*（紅-綠）和b*（黃-藍(lán)）是反射測量的參數(shù)[17]。顏色的變化根據(jù)公式（2）來計算。

1.5 LF-NMR 測量

使用低頻核磁共振分析儀測量LF-NMR 值。儀器采用0.5 T 永磁體，質(zhì)子共振頻率為21 MHz。對黃精樣品采用脈沖序列獲得了質(zhì)子衰變信號。90°和180°的脈沖寬度時間分別為5.52 μs 和10.00 μs。儀器設(shè)置為0.4 ms（回波時間）、8 000 ms（等待時間），并進(jìn)行8 次重復(fù)掃描，從15 000 個回波中獲取數(shù)據(jù)。使用MultiExp Inv Analysis 軟件（蘇州紐邁分析儀器股份有限公司）對水的弛豫時間（T2）和信號振幅的面積進(jìn)行分析[17]。

1.6 MRI 核磁共振成像

序列參數(shù)設(shè)置：重復(fù)時間TR=800 ms，回波時間TE=16.13 ms，視野FOV=256 mm，切層厚度為5 mm；將樣品放入核磁管中，然后置于磁場中射頻線圈的中心位置。采用自旋回波脈沖序列獲得黃精切片的質(zhì)子密度圖。

1.7 掃描電鏡分析

在處理后的樣品頂部采集1 mm 厚的切片，放置在一個掃描電鏡置物臺上，噴涂一層鉑。所有樣品均在加速電壓為25.00 kV 的高真空條件下進(jìn)行檢測，表征其微觀結(jié)構(gòu)。

1.8 總酚含量的測定

1.8.1 沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線

準(zhǔn)確稱取13 mg 沒食子酸對照品，置于50 mL 容量瓶中，加入20 mL 70%乙醇充分溶解后，定容至50 mL，搖勻備用。將0、20、40、60、80、100、120、140、160、200 μL的參比溶液分別精確抽取到5 mL 容量瓶中，然后加入3.2 mL 蒸餾水和200 μL 福林酚參比溶液。搖勻后靜置6～8 min，加入500 μL、15%Na2CO3溶液。搖勻，室溫避光2 h，測定波長765 nm 處的吸光度。以參比物濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線[18]。

1.8.2 總酚含量的測定

準(zhǔn)確稱取黃精粉1g 放入試管中，加入70%乙醇10mL，用250 W、40 kHz 超聲提取30 min，過濾后取濾液，重復(fù)提取3 次。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后用70%乙醇稀釋至1 mL。準(zhǔn)確提取40 μL，按1.8.1 中的方法測定黃精總酚含量。

1.9 抗氧化活性

1.9.1 鐵還原抗氧化能力的測定（FRAP 法）

在酸性條件下，利用抗氧化劑還原Fe3+-TPTZ 生成藍(lán)色Fe2+-TPTZ，然后在593 nm 處測量藍(lán)色Fe2+-TPTZ的量。通過比較獲得樣品的總抗氧化能力。

FRAP 工作溶液的配制：配制0.3 mol/L 醋酸緩沖溶液（pH 3.6）、0.01 mol/L TPTZ（2,4,6-三(2-吡啶基)三嗪）、0.04 mol/L 鹽酸溶液、0.02 mol/L 氯化鐵溶液，三種溶液以10∶1∶1 的體積比混合，加熱至37 ℃，待用[19]。

Trolox 抗氧化劑：準(zhǔn)確稱取0.01 g 維生素E 于50 mL容量瓶中，用70%乙醇溶解后稀釋定容，濃度為500μg/mL。然后將其稀釋成50、100、150、200、250、300 μg/mL 的標(biāo)準(zhǔn)溶液備用。將上述標(biāo)準(zhǔn)溶液5 μL 加入150 μL TPTZ 溶液中，37 ℃反應(yīng)10 min，在593 nm 處測定吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。樣品與Trolox 抗氧化劑測定條件相同，對照組為70%乙醇。

1.9.2 DPPH 自由基清除率的測定

測定方法參照文獻(xiàn)[19]，先配制0.2 mmol/L DPPH 無水乙醇溶液，室溫避光保存?zhèn)溆谩Ｈ缓笕?0 μL 黃精多酚溶液于96 孔板中，再分別加入0.2mmol/LDPPH 溶液180μL。室溫下放置30 min 后，以70%乙醇為對照組，在517 nm波長處測定吸光度A0；然后測定0.2 mmol/L DPPH 180 μL溶液與20 μL、70%乙醇混合物的吸光度A1。平行測定3次，計算平均值，然后計算吸光度和清除率。VC 將用作標(biāo)準(zhǔn)的抗氧化劑。DPPH 自由基清除率的計算公式見式（3）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥工藝對總酚含量（TPC）的影響

如表1 所示，熱風(fēng)干燥條件下蒸熟樣品的干燥時間最長（13～15 h），干燥后樣品的最終含水量約為4%～5%，未固化熱風(fēng)干燥樣品的干燥時間為（10 h），干燥后樣品的最終含水量約為5%。第1 組、第2 組和第3 組的樣品分別蒸10、20、30 min，其中蒸20 min 后的樣品的TPC 值最高，說明了蒸適當(dāng)?shù)臅r間可以提高多酚的含量。用120 W 微波干燥黃精切片，定期觀察干燥時間和水分含量。相比之下，微波干燥（0.5 h）比傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥（8～15 h）快。

表1 不同干燥工藝對總酚含量的影響Table 1 Effect of different drying processes on total polyphenol content

表1 也顯示了不同干燥方式對黃精切片TPC 的影響。蒸后熱風(fēng)干燥的樣品總酚含量高于漂燙后熱風(fēng)干燥和未固化熱風(fēng)干燥的樣品，說明蒸處理提高了提取過程中黃精多酚類物質(zhì)的回收率。這與張中義等[20]關(guān)于蒸汽處理后大蒜TPC 含量的測量的結(jié)果一致，表明蒸處理可以提高多酚的回收率。與傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥工藝相比，微波干燥后黃精的TPC 值最高。王紅利等[21]也發(fā)表了關(guān)于甘藍(lán)的類似報道，即與熱風(fēng)干燥相比，微波干燥的白菜多酚含量最高。微波干燥能更好地保留多酚，可能是多酚氧化酶分解多酚的能力在高溫條件下不可逆地受到抑制甚至失活，從而減少了多酚的氧化，積累了黃精中總酚的含量[22]。也有研究表明，干燥時間也會對多酚含量產(chǎn)生直接影響[23]。

可見，與微波干燥相比，熱風(fēng)干燥需要更長的干燥時間，干燥時間越長，多酚氧化酶作用時間越長，黃精多酚的相對損失越大。此外，微波加熱可使細(xì)胞內(nèi)的溫度迅速上升，液態(tài)水蒸發(fā)產(chǎn)生的壓力在細(xì)胞膜和細(xì)胞壁上形成小孔，促進(jìn)胞內(nèi)物質(zhì)的釋放[24]。

2.2 不同干燥工藝對黃精顏色的影響

黃精干燥樣品和鮮黃精切片的表面顏色（ΔE）變化見表2。第3 組顏色變化最大（38.35±0.17），其次是第2組（38.11±0.41）和1 組（36.49±0.24）。第4 組表面顏色的變化（ΔE=28.24±0.60）小于第3 組、第2 組和第1組。微波干燥樣品的表面顏色變化最?。?6.05±0.18）。與其他方法干燥的樣品相比，第6 組樣品表面的兩個顏色參數(shù)（L*、a*）與新鮮樣品的差異最小。這些結(jié)果與秦櫻瑞[25]所報道的新鮮桑葉微波干燥比熱風(fēng)干燥顏色變化小的結(jié)論一致。微波干燥將介質(zhì)加熱過程中植物基質(zhì)內(nèi)部的水推到表面，由于表面溫度接近，水分立即蒸發(fā)，可以防止表面過熱，而這通常是干燥過程中顏色發(fā)生變化的主要原因。

表2 不同干燥方法對黃精顏色的影響Table 2 Effect of different drying methods on the color of Polygonatum cyrtonema Hua

2.3 抗氧化性

當(dāng)體內(nèi)的抗氧化能力低于氧化水平時，形成自由基的積累，機(jī)體處于氧化應(yīng)激狀態(tài)，從而導(dǎo)致衰老和某些疾病[26]。多酚類抗氧化劑可以通過提供供氫體、螯合金屬離子等抑制氧化反應(yīng)。由于氧化是一個相對復(fù)雜的過程，抗氧化活性不能僅用一種方法來評價[27]。

在測定抗氧化性的方法中，F(xiàn)RAP 法和DPPH 是常用的測定方法。FRAP 法是基于氧化還原反應(yīng)，其中Trolox 抗氧化劑當(dāng)量用于反映總抗氧化能力。DPPH 在有機(jī)溶劑中是一種穩(wěn)定的自由基，在乙醇溶液中呈紫色。與自由基清除劑反應(yīng)后，顏色變淺，抗氧化能力可以用清除率來表示[15]。兩種抗氧化方法均能客觀地反映黃精對不同自由基的清除能力。本試驗(yàn)采用DPPH 法和FRAP 法測定黃精總抗氧化能力，探討不同干燥方式對黃精抗氧化活性的影響。

2.3.1 DPPH 自由基清除率測試

由圖1 中可知，用各種不同的干燥方法進(jìn)行處理的黃精DPPH 自由基清除率是截然不同的，蒸10 min 后熱風(fēng)干燥為59.574%，漂燙后熱風(fēng)干燥為45.084%，未固化熱風(fēng)干燥為40.220%，微波干燥為72.801%。

可見，蒸后的黃精對DPPH 自由基的清除能力高于熱風(fēng)干燥后的黃精，這可能是因?yàn)辄S精中的多酚成分在熱處理條件下更容易從結(jié)合多酚釋放為游離多酚，從而提高了對DPPH 自由基的清除能力。由圖1 可知，微波干燥后DPPH 自由基清除率最高，所以黃精微波干燥后清除自由基的能力顯著高于其他干燥方法[28]。

圖1 DPPH 自由基清除能力Fig.1 DPPH free radical scavenging ability

2.3.2 鐵還原抗氧化能力的測定（FRAP 法）

圖2 不同干燥方式對Fe3+還原能力的影響Fig.2 Effects of different drying methods on Fe3+reducing ability

根據(jù)1.9.1 的方法測定Trolox 標(biāo)準(zhǔn)抗氧化溶液，得到抗氧化性在0～300 μg/mL 范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程為Y=0.002 4x+0.185（R2=0.998 9）。

不同黃精干燥樣品的FRAP 抗氧化能力排序?yàn)槲⒉ǜ稍铮菊?0 min 后熱風(fēng)干燥＞蒸20 min 后熱風(fēng)干燥＞蒸30 min 后熱風(fēng)干燥＞熱水漂燙20 min 后熱風(fēng)干燥＞未固化熱風(fēng)干燥。微波干燥能較好地反映黃精的抗氧化能力，這可能是因?yàn)槲⒉ǜ稍锟筛玫乇Ａ酎S精中對抗氧化能力起作用的活性物質(zhì)[29]。

2.4 微波干燥黃精切片的LF-NMR 分析

從圖3 可以看出，在整個微波干燥過程中，隨著干燥時間的延長，黃精切片質(zhì)子弛豫時間（T2）和信號振幅呈下降趨勢。弛豫時間T2 與含水量密切相關(guān)，水分子與其他組分之間的相互作用也是引起質(zhì)子弛豫過程變化的重要因素。

圖3 黃精在微波干燥過程中的水分狀況Fig.3 The status of water in Polygonatum cyrtonema Hua during microwave drying

在干燥初期，黃精中游離水含量較高，由于游離水流動性好，不受大分子物質(zhì)束縛，黃精在干燥初期表現(xiàn)出較長的弛豫時間T2。干燥一段時間后黃精的游離水含量顯著降低。同時，干燥使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，釋放碳水化合物等組分，降低了水的流動性，導(dǎo)致松弛時間縮短。在干燥后期，黃精中主要是結(jié)合水，它們與蛋白質(zhì)、多糖等大分子物質(zhì)通過氫鍵緊密結(jié)合，松弛時間短。因此，T2 弛豫時間的變化可以間接反映微波干燥過程中水態(tài)和組織結(jié)構(gòu)的變化[30]。

2.5 黃精切片微波干燥過程中的MRI 圖像變化

通過MRI 技術(shù)獲得黃精在干燥過程中的圖像變化（圖4），其中紅色代表高水分，黃色代表低水分，綠色代表最少水分。磁共振成像顯示黃精在干燥過程中水分含量由內(nèi)向外逐漸降低。14 min 時黃精圖像逐漸模糊，說明內(nèi)部水分含量和狀態(tài)發(fā)生了變化，內(nèi)部自由水消失，只剩下少量結(jié)合水。隨著干燥時間的延長，內(nèi)層和內(nèi)部組織的水分濃度在18 min 時被破壞，達(dá)到干燥的臨界點(diǎn)，水分含量過低導(dǎo)致圖像模糊。

圖4 新鮮黃精切片微波干燥過程的MRI 成像Fig.4 MRI image of fresh Polygonatum cyrtonema Hua slice during microwave drying

2.6 掃描電鏡分析

材料的微觀結(jié)構(gòu)反映了在干燥過程中材料的結(jié)構(gòu)是否保持良好，也是材料質(zhì)量的參考指標(biāo)[31]。采用掃描電鏡分析干燥對組織完整性和孔網(wǎng)的影響。從圖5 可以看出，黃精組織內(nèi)部呈規(guī)則的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的機(jī)械性能和防護(hù)性能，使材料在干燥過程中始終保持良好的剛性，不易發(fā)生嚴(yán)重變形。圖5中A-H 與I、J 的對比反映了蒸對熱風(fēng)干燥過程的影響。未固化的黃精在熱風(fēng)干燥后表現(xiàn)出明顯的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，而蒸后的黃精微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出嚴(yán)重的組織收縮、細(xì)胞塌陷和收縮變形，表明蒸加熱過程對材料的組織結(jié)構(gòu)造成破壞。通過掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)微波干燥黃精的微觀結(jié)構(gòu)變化大于熱風(fēng)燥。微波干燥黃精的微觀結(jié)構(gòu)略有收縮，并伴有少量微裂紋和細(xì)胞壁破裂；而未固化熱風(fēng)干燥的產(chǎn)物組織結(jié)構(gòu)最好，收縮輕微，細(xì)胞結(jié)構(gòu)基本完好。

圖5 不同處理黃精樣品的500 倍和1000 倍掃描電鏡圖Fig.5 Scanning electron micrographs of 500X and 1 000X for different Polygonatum cyrtonema Hua samples

3 結(jié)論

采用不同的干燥方法加工鮮黃精切片的結(jié)果表明，微波干燥后黃精的TPC 含量最高（0.036 4 mg GAE/mL）。不同加工方法處理后黃精切片具有不同的抗氧化活性，微波干燥對DPPH 自由基的清除率高達(dá)72.8%。FRAP 法測得的總抗氧化能力為微波干燥＞蒸后熱風(fēng)干燥＞漂燙后熱風(fēng)干燥＞未固化熱風(fēng)干燥。微波干燥和熱風(fēng)干燥黃精的FRAP 法測得的抗氧化能力與DPPH 自由基清除能力一致，微波干燥黃精的抗氧化能力較強(qiáng)。同時，微波干燥是保持黃精色澤的較好方法。隨著干燥過程的進(jìn)行，黃精中水分不斷被去除，水分由內(nèi)向外逐漸流失。干燥后期，由于水分含量低，MRI 成像模糊。除此之外，通過掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，微波干燥黃精切片的顯微結(jié)構(gòu)變化大于熱風(fēng)干燥；而且固化后熱風(fēng)干燥會破壞黃精的微觀結(jié)構(gòu)。本研究的開展為藥食兩用黃精資源的產(chǎn)品開發(fā)及深加工提供了一定的理論基礎(chǔ)。微波干燥黃精所用時間最短，色差值、微觀結(jié)構(gòu)均為最佳，且總酚含量和抗氧化能力均高于其他干燥方法，綜合干燥效率和產(chǎn)品質(zhì)量分析，使用微波干燥處理黃精是適宜的方法。