彭小偉，彭雅蘭，何旭華，闞 歡，鄧 佳，趙 平，劉 云

（西南林業(yè)大學 西南山地森林資源保育與利用教育部重點實驗室，云南 昆明 650224）

玉竹Polygonatum odoratum別名鈴鐺菜、尾參、地管子，是百合科Liliaceae 黃精屬Polygonatum植物，根莖為長圓柱形，長4～18 cm，直徑0.5～1.4 cm，色為黃棕或黃白。我國玉竹資源豐富，廣泛分布于吉林、山西、陜西、湖北、湖南、四川、廣東等地，其中較為常見的品種有湖南湘玉竹、東北關玉竹、廣東西玉竹、江蘇海門玉竹等[1]。玉竹為藥食同源植物，含有大量的碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)以及黃酮、多糖等活性成分，具有免疫調(diào)節(jié)、降血糖、抗氧化、抗疲勞、抗腫瘤等藥理功能，開發(fā)前景廣闊[2]。

玉竹采摘后水分含量高，易腐爛、發(fā)霉，不易保存。通過干燥處理可以降低其水分，抑制微生物生長繁殖，緩解腐爛變質(zhì)，延長貯存期[3]。目前，果蔬類制品的常見干燥方式除了傳統(tǒng)的陰干、曬干、熱風干燥，還有較為先進的真空干燥、微波干燥、冷凍干燥、紅外干燥以及多方式組合干燥等[4]。自然陰干曬干周期長、效率低、水分干燥不徹底，且受外界環(huán)境影響大，不適用大規(guī)模干燥；熱風干燥成本低，容量大、周期較短、易于操作，是目前較為普遍的干燥方式[5]；微波干燥與紅外干燥均具有效率高、干燥均勻、清潔節(jié)能、物料損傷小、能有效保留物料中營養(yǎng)成分等優(yōu)點[6-7]；冷凍干燥能夠較好地保存物料的色澤、形態(tài)、熱敏性成分，具有脫水徹底、復水快等優(yōu)點[8]。

根據(jù)玉竹自身特點，選擇冷凍干燥、真空干燥、熱風干燥（60、80、100℃）方式，研究不同干燥方式對玉竹的干燥特性和品質(zhì)的影響，并通過相關性分析干燥過程中各指標之間的關聯(lián)性，通過聚類分析探究各干燥方式之間的差異，為玉竹干燥加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉竹，采購于湖南省張家界卓家山中藥材種植專業(yè)合作社。

牛血清蛋白、考馬斯亮藍R-250，北京蘭杰柯科技有限公司；葡萄糖標準品、蘆丁標準品、Vc標準品，上海源葉生物科技有限公司；DPPH、ABTS，北京博奧拓達科技有限公司；所有試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

101-2AB 電熱鼓風干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司；FD5-series 冷凍干燥機，金西盟（北京）儀器有限公司；DP43C 真空干燥箱，重慶雅馬托拓科技有限公司；SC-80 輕便色彩色差計，北京康光儀器有限公司；UV-2600 紫外可見分光光度計，島津儀器（蘇州）有限公司。

1.3 樣品處理方法

1.3.1 預處理

選取無機械損傷、腐爛、蟲害，大小均勻的新鮮玉竹，洗凈、去須，切成厚約0.5 cm 的片。

1.3.2 干燥

冷凍干燥（Freeze drying，F(xiàn)D）：溫度-62℃、壓強0.004 5 kPa 下干燥至安全含水率（低于0.1 g水/g 干基），每4 h 測一次含水量。

真空干燥（Vacuum drying，VD）：溫 度60℃，壓強40 kPa 下干燥至安全含水率，每2 h測1 次含水量。

熱風干燥（Hot air drying，HAD）：分別在溫度60、80、100℃下干燥至安全含水率，每1 h 測1 次含水量。

1.4 指標的測定

1.4.1 水分含量的測定

按GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》中的直接干燥法測定。

1.4.2 色差的測定

色差的測定采用色差儀，將不同干燥方式處理后的玉竹片粉碎，過60 目篩，用校準后色差儀分別測其色澤。?E代表色差綜合偏差量，它表示所測樣品的L*、a*、b*值與標準陶瓷白板之間的色差值[9]。

1.4.3 復水比的測定

參考Zhou 等[10]的方法并略作修改。將5 g 干制玉竹片置于盛有100 mL 蒸餾水的燒杯內(nèi)，維持60℃，復水40 min。結(jié)束后將玉竹片撈出并用濾紙吸去表面水分，冷卻、稱量。

1.4.4 營養(yǎng)成分的測定

蛋白質(zhì)的測定參考Akyuz 等[11]的方法并略作修改。以牛血清蛋白濃度為橫坐標，吸光度值為縱坐標，繪制標準曲線為y=5.865x+0.127 9（R2=0.999 5）。脂肪的測定按GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》中索氏抽提法。總糖的測定參考陳歡等[12]的方法并略作修改。以葡萄糖濃度作為橫坐標，吸光度值作為縱坐標，繪制葡萄糖標準曲線為y=9.596 1x–0.000 02（R2=0.999 6）。

1.4.5 活性成分的測定

多糖的測定參考邵佩等[13]的方法并略作修改。以葡萄糖濃度作為橫坐標，吸光度值作為縱坐標，繪制葡萄糖標準曲線為y=9.596 1x–0.000 02（R2=0.999 6）。黃酮的測定參考Liao 等[14]的方法并略作修改。以蘆丁濃度為橫坐標，吸光度值為縱坐標，繪制蘆丁標準曲線為y=0.194 6x+0.014 5（R2=0.999 4）。

1.4.6 抗氧化能力的測定

（1）DPPH 自由基清除能力的測定

參考Guo 等[15]的方法并稍作修改。以Vc 濃度（mmol/L）為橫坐標，清除率為縱坐標，繪制標準曲線為y=0.021 9x+0.007 6（R2=0.998 6）。玉竹DPPH自由基清除能力表示為每克玉竹（干物質(zhì)）所具有的清除能力相當于多少毫克的Vc。

（2）ABTS 自由基清除能力的測定

參考Marcin 等[16]方法并稍作修改。以Vc 濃度（mmol/L）為橫坐標，清除率為縱坐標，繪制標準曲線為y=0.001 6x–0.158 9（R2=0.997 2）。玉竹ABTS自由基清除能力表示為每克玉竹（干物質(zhì)）所具有的清除能力相當于多少毫克的Vc。

1.4.7 干燥動力學模型

國有企業(yè)或國有資本是我國經(jīng)濟的重要引擎和主導力量，近年來，國有資本向關系國家經(jīng)濟命脈、國家安全的重要行業(yè)集中，但對一般性或競爭性實體行業(yè)的經(jīng)營和投資持續(xù)弱化，造成投資不足，國有企業(yè)在大部分行業(yè)中并沒有發(fā)揮促進產(chǎn)業(yè)融合、改善產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)的功能， 建議加快完善國有企業(yè)治理結(jié)構(gòu)和考核機制。

運用7 個常用干燥動力學模型對3 種干燥方式下5 組玉竹干燥曲線進行擬合，并從中篩選出最適合描述各干燥方式的干燥動力學模型。干燥動力學模型及其方程見表1。

表1 干燥動力學模型及其方程Table 1 Drying dynamic model and equation

采用相關系數(shù)R2、卡方檢驗系數(shù)c2以及均方根誤差RMSE來判斷模型擬合度。R2值越接近1，表明擬合度越高；c2與RMSE值越接近0，表明擬合度越高。R2、c2、RMSE計算公式如下：

式中：MRexp,i，第i個實驗MR 值；MRpre,i，第i個干燥模型預測MR 值；，MR 實驗值的平均值；N為實驗數(shù)據(jù)個數(shù)；Z為模型方程中參數(shù)的個數(shù)。

1.4.8 數(shù)據(jù)處理

利用Origin 2018 軟件進行干燥動力學模型擬合，GraphPad Prism 8 軟件進行作圖，SPSS 26.0軟件進行相關性分析、主成分分析及聚類分析。數(shù)據(jù)均表示為平均值±SD。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥方式下玉竹干燥曲線及干燥動力學模型

干燥的實質(zhì)是水分從物料內(nèi)部向外表面遷移并在外表面蒸發(fā)的過程，水分遷移和蒸發(fā)的速率與干燥方式有著密切的關系。如圖1 所示，各干燥方式下玉竹水分比與干燥速率隨時間呈下降趨勢，且干燥初期干燥速率大于中后期。這是因為干燥初期，物料水分從內(nèi)部向外部遷移速率與外表面的蒸發(fā)速率一致，干燥速率恒定；干燥中后期，物料表面積縮小、內(nèi)部水分減少，導致干燥速率逐漸減慢直至自由水完全干燥。由圖1 可知，冷凍干燥、真空干燥、熱風60℃干燥、熱風80℃干燥、熱風100℃干燥下玉竹達到安全含水率（MR低于0.1）所需時間（以下簡稱“干燥時間”）分別為20、14、9、6、4 h。因此，干燥速率大?。豪鋬龈稍铮颊婵崭稍铮紵犸L60℃干燥＜熱風80℃干燥＜熱風100℃干燥。

圖1 不同干燥方式下玉竹干燥曲線Fig.1 Drying curves of P.odoratum under different drying treatments

干燥過程是一個復雜但有規(guī)律可循的質(zhì)量、熱量傳遞過程，它與物料本身特性、外界環(huán)境有著直接聯(lián)系。前人通過對不同物料的不同干燥試驗進行探究，得到了用來描述物料在干燥過程水分含量隨時間變化規(guī)律的多個干燥模型[17-18]。為了更好地探究不同干燥方式下玉竹水分含量變化規(guī)律，本試驗選用7 個常用干燥模型對3 種干燥方式下5 組玉竹干燥曲線進行擬合。采用RMSE、R2、c2對干燥模型的擬合度進行評價。由表2 可知，模型Cubic 的RMSE值在0.003 7～0.017 3之間，R2值在0.997 4～0.999 9 之間，λ2值在2.453 8×10-5～6.968 3×10-4之間，RMSE 值均大于其他模型，R2、λ2值均小于其他模型，說明模型Cubic 不僅與玉竹的干燥曲線擬合度較高，而且均高于其他6 種模型的擬合度，因此，Cubic 模型能夠很好地反應不同干燥方式下玉竹含水量隨時間的變化規(guī)律，可通過該模型對玉竹的干燥過程進行分析與預測。

表2 玉竹干燥動力學模型擬合結(jié)果?Table 2 Fitting results of the drying dynamic model of P.odoratum

2.2 不同干燥方式對玉竹色澤的影響

色澤是評價干制品品質(zhì)優(yōu)劣的一個重要指標，其不僅與營養(yǎng)成分、色素含量息息相關，更直接決定消費者的接受程度，影響干制品的商品價值。不同干燥方式下玉竹干制品的色澤差異顯著（P＜0.05）。由表3 可知，玉竹在冷凍干燥下的亮度值（L*）、綠度值（a*）和色差值（ΔE）均高于其他干燥方式，而黃度值（b*）低于其他干燥方式，表明冷凍干燥下玉竹的色澤優(yōu)于其他干燥方式，能較好地保存玉竹熱敏性成分。其原因可能是高溫加劇了玉竹非酶褐變與色素降解[19]。

表3 干燥方式對玉竹色澤的影響Table 3 Effects of the color of P.odoratum under different drying treatments

2.3 不同干燥方式對玉竹復水性能的影響

復水性能也是評價干制品品質(zhì)的一個重要指標，常用復水比表示干制品的復水性能。復水比越大，表示其重新吸收水分能力越強，復水時間越短。由圖2 可知，冷凍干燥下玉竹復水比最大，真空干燥次之，熱風干燥組最小，且不同溫度下的熱風干燥對玉竹復水比的影響無顯著性差異（P＞0.05）。冷凍干燥將物料中的水分在固態(tài)下直接升華，干燥過程中不帶動可溶性物質(zhì)遷移到物料表面，避免物料表面硬化結(jié)殼，并且水分從物料內(nèi)部干燥，脫水后物料形成多孔海綿結(jié)構(gòu)，有利于復水。熱風干燥與真空干燥下的玉竹受溫度的影響表面出現(xiàn)硬化結(jié)殼現(xiàn)象以及脫水過程中體積收縮，導致玉竹片硬度大，復水性能差，這與劉含龍等[20]研究不同干燥方式對草菇切片復水性能的結(jié)論一致。

圖2 不同干燥方式對玉竹復水比的影響Fig.2 Effects of the rehydration capacity of P.odoratum under different drying treatments

2.4 不同干燥方式對玉竹營養(yǎng)成分的影響

蛋白質(zhì)、脂肪與糖類物質(zhì)是蔬菜類食品營養(yǎng)價值的重要指標，其含量對蔬菜營養(yǎng)價值影響至關重要。干燥方式的不同會導致玉竹營養(yǎng)成分含量有所差異，如圖3A 所示，冷凍干燥下玉竹的蛋白質(zhì)含量（2.94±0.01 mg/g）最高，熱風100℃干燥含量（1.74±0.02 mg/g）最低。隨著干燥溫度的升高，蛋白質(zhì)含量下降明顯，其原因可能是高溫激發(fā)酶活性，加速美拉德反應與蛋白質(zhì)分解成小分子物質(zhì)，如多肽、氨基酸等[5]。低溫與低氧能夠有效緩解玉竹中油脂的氧化與水解。如圖3B 所示，冷凍干燥條件下，玉竹脂肪含量（44.53±0.34 mg/g）高于其他干燥方式。玉竹在干燥過程中產(chǎn)生美拉德反應是總糖含量變化的主要原因，且溫度和持續(xù)時間是影響美拉德反應的重要因素[21]。如圖3C 所示，冷凍干燥下玉竹總糖含量（594.13±11.95 mg/g）高于其他干燥方式，而不同熱風干燥溫度下玉竹總糖含量之間無顯著性差異（P＞0.05）。

圖3 不同干燥方式對玉竹營養(yǎng)成分的影響Fig.3 Effects of the nutrients content of P.odoratum under different drying treatments

2.5 不同干燥方式對玉竹活性成分的影響

多糖與黃酮是玉竹重要的生物活性成分。不同干燥方式下玉竹多糖、黃酮含量均有差異。如圖4A所示，冷凍干燥下玉竹多糖含量(49.46±1.93 mg/g)高于其他干燥方式，其原因可能是冷凍干燥溫度低，減緩了玉竹多糖發(fā)生美拉德反應的速率，多糖含量損失較少。其次，多糖具有抗氧化活性，低溫降低了氧化反應中酶的活性從而減緩氧化反應速率。這與李然等[22]探究干燥方式對百三葉多糖含量影響的結(jié)論一致。黃酮化學性質(zhì)不穩(wěn)定，受溫度影響較大。如圖4B 所示，冷凍干燥下玉竹黃酮含量(6.51±0.08 mg/g)最高，是真空干燥的1.07 倍，這與趙愉涵等[3]的結(jié)論一致。在熱風干燥組中，隨著溫度的升高，黃酮含量逐漸降低，說明高溫導致酶活性增強，加速了黃酮的降解，導致黃酮含量減少?？偟膩碚f，冷凍干燥下的低溫環(huán)境會抑制氧化酶活性與降低美拉德反應速率，從而最大限度地保留了多糖與黃酮活性物質(zhì)，而溫度較高的熱風干燥不易于保留活性物質(zhì)。真空干燥下玉竹由于處理時間過長，也不利于保留多糖與黃酮。

圖4 不同干燥方式對玉竹活性成分的影響Fig.4 Effects of the active ingredient content of P.odoratum under different drying treatments

2.6 不同干燥方式對玉竹抗氧化活性的影響

不同干燥方式下玉竹抗氧化活性如圖5 所示，真空干燥處理的玉竹清除DPPH 自由基能力（0.35±0.01 mg Vc/g）最強且與熱風100℃處理的玉竹清除DPPH 自由基能力相近，均大于其他三種干燥方式。真空干燥處理后的玉竹清除ABTS自由基能力最強（8.88±0.11 mg Vc/g），且遠遠高于其他干燥方式處理后的玉竹。但由圖4 可知，冷凍干燥處理的玉竹多糖、黃酮含量均高于其他干燥方式，但其清除DPPH、ABTS 自由基的能力卻不是最高的。這并不否定物料的抗氧化能力與其生物活性成分含量存在劑量-效應關系[23]。其原因可能是真空干燥處理的玉竹中存在抗氧化活性較高的非多糖、黃酮類生物活性成分。例如，通過美拉德反應產(chǎn)生了大量具有抗氧化活性的美拉德反應產(chǎn)物，如吡咯、呋喃、類黑精以及還原酮等[24]。由圖3C 可知，真空干燥下玉竹總糖含量低于其他干燥方式，從而佐證了這一推測。

圖5 不同干燥方式對玉竹抗氧化能力的影響Fig.5 Effects of the in vitro antioxidant activity of P.odoratum under different drying treatments

2.7 相關性分析

采用Pearson 雙尾檢驗，對不同干燥方式處理的玉竹各指標進行相關性分析。如圖6 所示，在α=0.01 級別上存在顯著性相關的有3 對，分別是干燥時間與黃酮含量、色澤與多糖含量、黃酮含量與蛋白含量；在α=0.05 級別上存在顯著性相關的有4 對，分別是干燥時間與復水率、干燥時間與蛋白質(zhì)含量、復水率與多糖含量、色澤與脂肪含量。而DPPH、ABTS 自由基清除能力與黃酮、多糖活性成分含量無顯著相關性，這可能是因為玉竹在干燥過程中生成美拉德產(chǎn)物提高了DPPH、ABTS 自由基清除效果。根據(jù)相關性分析結(jié)果可知，3 種干燥方式5 種處理下玉竹的10 個指標均存在不同程度的相關性，同時各品質(zhì)指標間存在差異，因此通過某一指標來評價5 種處理下玉竹品質(zhì)的優(yōu)劣是不客觀的。想要對玉竹綜合品質(zhì)有一個客觀、準確的評價，就需要對5 種處理下玉竹的品質(zhì)指標進行簡化與分類。

圖6 不同干燥方式下玉竹各指標相關性系數(shù)熱圖Fig.6 The heat map of Pearson’s correlation coefficient among each index of P.odoratum under different drying treatments

2.8 聚類分析

利用系統(tǒng)聚類法對3 種干燥方式5 種處理的玉竹進行分類。聚類分析結(jié)果如圖7 所示，以5.45為閾值[25]，5 種不同處理被分為三類：第一類為冷凍干燥，該干燥方式下玉竹復水性能好、色澤鮮艷、營養(yǎng)成分與活性成分含量高；第二種為類真空干燥，該干燥方式下玉竹抗氧化能力較強；第三類為熱風60℃、熱風80℃、熱風100℃干燥，該方式下玉竹干燥速率快。

圖7 5 種干燥處理玉竹的聚類分析圖Fig.7 Cluster analysis of P.odoratum under 5 drying treatments

3 結(jié)論與討論

通過對不同干燥方式下玉竹的色澤、復水性能、營養(yǎng)成分、活性成分以及抗氧化能力對比分析，發(fā)現(xiàn)干燥方式對玉竹的各項指標影響差異顯著。3 種不同溫度熱風干燥速率均遠高于冷凍干燥與真空干燥；冷凍干燥下的玉竹在復水性能、色澤、蛋白質(zhì)、脂肪、總糖、多糖、黃酮品質(zhì)指標上均優(yōu)于其他干燥方式；而在清除DPPH、ABTS 自由基能力上，真空干燥下的玉竹要強于其他干燥方式。運用7 個常用干燥動力學模型對3 種干燥方式下5 組玉竹干燥曲線進行擬合，發(fā)現(xiàn)Cubic 模型能夠較好地反應不同干燥方式下玉竹含水量隨時間的變化規(guī)律，可通過該模型對玉竹的干燥過程進行分析與預測。相關性分析表明，不同干燥方式處理的玉竹各指標均存在不同程度的相關性。5 種不同干燥處理的玉竹，根據(jù)各品質(zhì)指標差異被分成三類：第一類為冷凍干燥；第二種為類真空干燥；第三類為熱風60℃、熱風80℃、熱風100℃干燥。不同干燥方式下玉竹品質(zhì)差異明顯，冷凍干燥與真空干燥費用高、周期長、效率低，熱風80℃、100℃干燥對玉竹中蛋白質(zhì)、多糖以及黃酮物質(zhì)損失較大，從經(jīng)濟價值與產(chǎn)品品質(zhì)角度上選擇熱風60℃干燥對玉竹進行干燥處理的方法是值得推廣的。

隨著聯(lián)合式干燥技術(shù)的誕生，逐漸彌補單一干燥方式帶來的不足，熱風-真空干燥、熱風-微波干燥、微波-真空干燥等協(xié)同聯(lián)合干燥方式將成為未來干燥領域熱點。湯小紅等[26]在探究油茶籽的干燥特性時發(fā)現(xiàn)微波真空協(xié)同干燥較熱風干燥縮短了4～32 倍的干燥時間。薛揚等[27]利用超聲強化熱泵干燥方式對鐵棍山藥進行干燥，縮短了干燥時間并提高了產(chǎn)品品質(zhì)。目前，本實驗采用的均為單一干燥方式，尚未對玉竹的協(xié)同式組合干燥方法進行研究，接下來將進一步探究協(xié)同式組合干燥對玉竹單一活性成分的影響。這對于玉竹的開發(fā)利用有著深遠的影響。