王紀輝 耿陽陽，* 劉亞娜 胡伯凱 張時馨 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［3］，在我國西南山區(qū)脫貧攻堅及鄉(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，在促進人體生理功能、保持人體健康方面具有重要作用［8-9］。板栗因其果肉質(zhì)地細膩、口感糯而深受廣大消費者喜愛，但采后貯藏中極易失水，使板栗果實減輕、變小、色澤發(fā)生劣變、質(zhì)地軟塌等。此外，板栗失水會降低板栗內(nèi)部組織細胞的結(jié)合力及彈性［10］。失水不僅會對堅果的品質(zhì)產(chǎn)生影響，而且對油用果實及水果蔬菜也會造成不利影響［11］。研究發(fā)現(xiàn)，黔玉1號種仁在失水過程中硬度整體呈增加趨勢，種仁彈性逐漸下降，而破裂力整體上也表現(xiàn)出降低趨勢［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，而內(nèi)聚性和彈性變化不明顯［12］。上述研究表明果實水分含量對保持其食用品質(zhì)至關(guān)重要，果實水分含量變化不僅會影響果實的感官品質(zhì)，而且會導(dǎo)致果實內(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板栗品質(zhì)的影響研究具有一定的現(xiàn)實意義。

低場核磁共振（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］基于低場核磁共振技術(shù)測定胡蘿卜切片保藏干燥過程中的橫向弛豫時間變化，并依據(jù)橫向弛豫時間的反演譜進一步解析水分含量變化對其品質(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)觀察果蔬細胞壁多糖的遷移速率，從而進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］通過低場核磁共振譜圖上的信號強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）對不同季節(jié)圣女果中的水分含量進行測定，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，并測定栗仁質(zhì)構(gòu)和色差品質(zhì)指標變化，而后運用隸屬函數(shù)評價不同水分含量下的栗仁品質(zhì)，建立橫向弛豫時間（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，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 試驗方法

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

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

挑選315個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，冷卻后取出進行質(zhì)構(gòu)和色差分析。

挑選20 個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)境自然失水達到設(shè)定水分梯度后進行核磁共振分析。取15個栗仁進行水分分布及遷移試驗，試驗結(jié)果取其平均值，取5個栗仁進行成像分析。

1.2.2 指標測定

1.2.2.1 質(zhì)構(gòu)特性測定 在食品物性分析儀測試臺上放置栗仁并對其質(zhì)構(gòu)特性進行測試，試驗以30 個栗仁進行重復(fù)，結(jié)果以平均值表示。測試過程中栗仁朝向、位置盡量一致。參照Phinney等［21］的方法，并略作改動。具體參數(shù)設(shè)置如下：零點距圓盤型探頭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)特征曲線計算質(zhì)地剖面分析（texture profile analysis，TPA）參數(shù)。

1.2.2.2 果實內(nèi)部色澤參數(shù)測定 栗仁中間色澤參數(shù)使用色差儀測定，測色光斑直徑為10 mm。用手術(shù)刀將栗仁從中間切開，保證果實切開部位平整，無凹凸。每個水分梯度隨機選取15 個栗仁進行測定，測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)評價 栗仁感官品質(zhì)受氣味、色澤、外觀結(jié)構(gòu)等指標影響，以單一指標評價不太全面，因此采用多因素綜合評價方法。隸屬函數(shù)將栗仁的感官指標得分重新進行轉(zhuǎn)換，再依據(jù)此綜合得分對影響栗仁感官品質(zhì)的指標進行劃分。

（1）隸屬函數(shù)公式：

式中，Ci為指標值；Cmin為最小值；Cmax為最大值。

若評價結(jié)果和某感官指標呈負相關(guān)，用反隸屬函數(shù)進行計算，轉(zhuǎn)換公式如下：

本研究將5個感官指標：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）進行分數(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，按下式進行加權(quán)，對栗仁感官品質(zhì)進行綜合評分，分值記為Z（滿分1分）：

1.2.2.4 水分分布與組成的測定及成像 基于LFNMR 技術(shù)對栗仁中水分分布、組成進行分析，設(shè)定氫質(zhì)子的共振頻率和磁體溫度分別為20 MHz 和32 ℃。將樣品放入磁場強度為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間（T2），通過將核磁共振信號反演得到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（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；時間點數(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；回波時間 （echo time，TE）=0.250 ms；回波個數(shù)（number of echoes，NECH）=750；回波時間（echo time2，TE2）=6.750 ms；回波個數(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（GxOffet）=170，Y 軸方向電子勻場（GyOffet）=-150；Z 軸方向電子勻場（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數(shù)=256；模擬增益（regulate analog gain，RG）=20 dB；重復(fù)時間 （repetition time，TR）=500 ms；回波時間（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軟件進行數(shù)據(jù)整理，運用Origin 9.1軟件進行制圖，采用SPSS 19.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

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。含水量在28%～48%范圍時，曲線走勢較為平緩，各處理組之間的硬度差異不顯著；含水量為23%時的硬度較大，為38.9 N，較含水量為28%時的硬度顯著增加37.94%；含水量為18%～28%時，硬度曲線較陡，變化較大，含水量為18%時的栗仁硬度最大，為51.8 N，較含水量為28%時的硬度顯著增加83.69%。

圖1 不同水分含量對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，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，含水量為28%時的粘附性為0.114 N·mm，較含水量為38%時的粘附性顯著增加103.57%；含水量在18%～28%和28%～48%時的粘附性曲線走向變化一致，含水量為18%時的粘附性最大，為0.139 N·mm，是含水量為23%時粘附性的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%范圍時內(nèi)聚性無明顯變化；含水量為28%時的內(nèi)聚性較含水量為48%時顯著增加40%。

圖2 不同水分含量對內(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。含水量為48%時的彈性較大，為3.15 mm，與含水量為43%時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。含水量在28%～48%范圍時的膠黏性變化不大，含水量為28%時的膠黏性較含水量為48%時顯著增加50%；含水量在18%～28%范圍時的膠黏性隨水分含量的增加而逐漸減小，含水量為23%時的膠黏性較含水量為28%時顯著增加41.40%，含水量為18%時的膠黏性較含水量為23%時顯著增加27.76%。

圖3 不同水分含量對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。含水量在28%～48%范圍時咀嚼性變化不明顯，含水量為28%時的咀嚼性較含水量為48%時顯著增加32.20%；含水量在18%～28%范圍時咀嚼性隨含水量的增加而逐漸減小，含水量為23%時的咀嚼性較含水量為28%時顯著增加43.00%，含水量為18%時的咀嚼性較含水量為23%時顯著增加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。含水量在28%～48%范圍時，Δa*值隨含水量的增加而逐漸減小，下降幅度達80.45%；含水量在18%～28%范圍時，Δa*值隨含水量的增加呈上升趨勢，增加幅度達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，果肉顏色逐漸由淺變?yōu)楹稚敝潦一儼?。含水量?3%～48%范圍時，果肉顏色褐變減輕，Δb*值降低39.28%；含水量在18%～33%范圍時，果肉顏色逐漸加深，Δb*值增加33.03%。

圖4 不同水分含量對色差的影響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，說明試樣比標樣深。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。含水量在28%～48%范圍時，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%時的ΔL*值較含水量28%時增加51.28%；含水量在18%～28%范圍時，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%時的ΔL*值較含水量28%時降低30.77%。

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

圖5 不同水分含量對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*值在整個失水過程中表現(xiàn)為先上升后下降的變化趨勢。含水量在28%～48%范圍時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%時的ΔE*值較含水量為48%、43%時分別升高60.29%、31.34%；含水量在18%～28%范圍時，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%時分別增加14.20%、20.93%；

圖6 不同水分含量對總色差和色調(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%范圍時變化較為明顯，隨含水量的增加呈逐漸上升的變化趨勢，含水量為48%的h值較含水量為43%、38%時分別增加5.98%、22.77%；色調(diào)角h值在含水量為18%～38%范圍時變化不明顯。

2.3 隸屬函數(shù)評價

由表1可知，含水量為48%時的栗仁隸屬度值最大，達1.00，隨著栗仁水分含量的降低，其綜合評分依次下降，7 個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 感官指標隸屬函數(shù)值及綜合評分Table 1 Membership function value and comprehensive score of sensory indexes

2.4 低場核磁共振分析

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，熟化栗仁橫向弛豫時間（T2）反演圖譜中出現(xiàn)3個波峰，在含水量18%～38%范圍時只有2個波峰，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）、不易流動水T22（1～100 ms）、自由水T23（100～1 000 ms）。T23對應(yīng)波峰（A23）面積在反演圖譜中最小，說明熟化栗仁中結(jié)合水和不易流動水占比較高，而自由水的比例相對較低［23］。自然失水過程中，栗仁反演圖譜中均出現(xiàn)1～3個波峰，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。含水量為38%～48%和23%～38%范圍時的總水峰積分面積變化幅度較大。含水量為48%時的總水峰積分面積較含水量為38%時顯著增加85.02%；含水量為38%時的總水峰積分面積較含水量為23%時顯著增加52.38%；含水量在18%～28%范圍時總水峰積分面積上升較為緩慢，曲線走勢較為平緩，含水量為28%時的總水峰積分面積較含水量為18%時顯著增加40.86%。

圖8 不同水分含量下各橫向弛豫時間峰面積變化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。含水量為43%時的結(jié)合水峰積分面積是含水量為48%時的8.81 倍，而且達到差異顯著水平；含水量在18%～43%范圍時結(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%范圍時結(jié)合水峰積分面積上升幅度較大，曲線走勢較陡，含水量為43%時的結(jié)合水峰積分面積較含水量為33%時顯著增加56.45%；含水量在18%～28%范圍時結(jié)合水峰積分面積上升幅度較小，曲線走勢較緩，含水量為28%時的結(jié)合水峰積分面積較含水量為18%時顯著增加41.32%。

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

2.4.3 失水過程中橫向弛豫時間的變化 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。含水量在43%～48%范圍時，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%時的T21是含水量為48%時的7.54倍，且差異顯著；含水量在18%～43%范圍時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%時的T21是含水量為18%時的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。含水量在43%～48%和28%～38%范圍時，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%時的T22值是含水量為43%時的5.98倍；含水量為38%時的T22值較含水量為28%增加29.14個%，但差異不顯著。

圖9 不同水分含量下各橫向弛豫時間變化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 研究表明低場核磁共振信號幅度值與所測樣品中氫質(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幅度值表示所測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幅度值的線性關(guān)系對板栗種子中水分含量進行定量分析［25］。

由圖10可知，隨著栗仁水分含量的升高，低場核磁共振總信號幅度值逐漸增大。依據(jù)Origin 9.1軟件對試驗所得數(shù)據(jù)進行線性回歸分析，得出所測樣品低場核磁共振信號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）顯著性檢驗得出，F(xiàn)=46.78，P=0.001 02＜0.01，線性方程達到極顯著性水平。以上線性方程的系數(shù)、相關(guān)系數(shù)及顯著性檢驗表明，利用所得線性回歸方程預(yù)測板栗中水分含量是切實可行的。

圖10 總質(zhì)子密度信號強度與含水量關(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 低場核磁共振為快速無損檢測方法，其磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）可直觀提供所測樣品內(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，栗仁內(nèi)部的不易流動水、自由水的信號均相對較弱，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，進一步表明栗仁失水己較為嚴重。

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，這是由于此時在栗仁內(nèi)部水分含量的比例高，加之內(nèi)部信號強度高于外圍。加權(quán)成像顯示，水分含量為33%～48%時，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，咀嚼時所需外力較大，栗仁顏色彩度也逐漸變?yōu)楹稚４送?，含水量與內(nèi)聚性、膠黏性呈極顯著負相關(guān)關(guān)系（r=-0.92、-0.91，P＜0.01），說明水分含量下降會導(dǎo)致栗仁組織細胞間結(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)地逐漸硬化會進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)部受擠壓時的黏性度變大；彈性與不易流動水、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水對彈性的影響是一致的，失水會導(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)牙齒進行擠壓時黏性程度增大，此時咀嚼所需外力也逐漸變大；不易流動水與ΔE*值呈顯著負相關(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個主成分，依據(jù)各個主成分特征值、貢獻率對主成分進行提取，前2個主成分累計方差貢獻率達到88.914%，可表示所有指標絕大部分的信息，進一步對栗仁的品質(zhì)特性進行反饋，能作為栗仁評價和選優(yōu)的綜合指標。第1個主成分特征值為5.792，方差貢獻率為52.657%；第2個主成分特征值為3.988，方差貢獻率為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+/-符號說明其和主成分呈正/負相關(guān)，數(shù)值的絕對值大小表示主成分與該指標關(guān)系的強弱，是指標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 個主成分解釋。用指標載荷除以對應(yīng)主成分特征值的平方根，得到相應(yīng)主成分上各指標系數(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)各指標在主成分1和2中載荷系數(shù)絕對值大小，判斷主成分包含的指標。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 項指標上有較大載荷系數(shù)，因此該主成分1與這9 項指標有較強相關(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動，進而基于力學(xué)方法對樣品質(zhì)地的狀況、組織結(jié)構(gòu)進行評價［26］，對于所測樣品的硬度、粘附性、內(nèi)聚性、彈性等參數(shù)進行較為全面的反饋，可用來評價食品的質(zhì)地變化［27-30］。本研究通過TPA 法對不同水分含量的栗仁質(zhì)地品質(zhì)進行測定，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，可能是由于栗仁失水引起組織細胞萎縮，栗仁果實軟化，細胞壁會進一步降解，導(dǎo)致細胞分子間結(jié)合力變?nèi)?，從而使栗仁硬度、膠黏性及咀嚼性下降。栗仁水分含量在18%～28%范圍時，其硬度、膠黏性及咀嚼性呈逐漸減小的變化趨勢，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，致使栗仁果實質(zhì)地在失水后期變的較為堅硬，栗仁硬度較大，口腔進行咀嚼時所要施加的力較大，組織細胞間進行擠壓時產(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，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，而隨著栗仁失水程度加劇，組織細胞發(fā)生劣變，致使栗仁質(zhì)地逐漸硬化，果實組織細胞間的結(jié)合力較大，栗仁經(jīng)過擠壓后較易保持果實的完整性，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)，可作為評價栗仁質(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 水分含量對栗仁色澤特征的影響

色澤在評價果實商品價值時至關(guān)重要，是影響果實品質(zhì)的重要因素。淀粉、蛋白質(zhì)及脂質(zhì)等會對果實的色澤產(chǎn)生一定影響，在貯藏過程中若果實發(fā)生失水脅迫，其自身內(nèi)在的營養(yǎng)物質(zhì)會被消耗，這些主要營養(yǎng)物質(zhì)的降解代謝加劇將會導(dǎo)致果實的色澤發(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緩慢漸變過程。在整個失水過程中，Δa*值與Δb*值整體上呈先升高后降低的變化趨勢，ΔL*值均為負值，表明樣品色澤比標樣深，ΔL*值呈“V”字形變化，這是因為栗仁初始水分含量較高，果實色澤較為飽滿，果實具有一定亮度；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，究其原因，可能是失水脅迫加速栗仁衰老，加之組織細胞內(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間（T2）來表示。本研究發(fā)現(xiàn)，栗仁含水量為48%、43%時，栗仁中氫質(zhì)子出現(xiàn)3個弛豫時間，分別為T21-結(jié)合水（0～10 ms）、T22-不易流動水（10～100 ms）和T23-自由水（100～1 000 ms）；栗仁含水量在18%～38%時，氫質(zhì)子只有2個弛豫時間，只剩結(jié)合水和不易流動水，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。在整個失水過程中，結(jié)合水（A21）呈升高-下降變化趨勢，不易流動水（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，A21呈上升趨勢，A22則表現(xiàn)為略微下降，這可能是組織內(nèi)部流動性稍強的不易流動水與親水性膠體之間分子作用力增強，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%時結(jié)合水、不易流動水橫向弛豫時間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，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，經(jīng)高壓蒸汽熟化后的可食性不佳，即栗仁含水量在38%以下時不建議蒸熟食用。目前部分學(xué)者對板栗的應(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，且氣孔細密，加之板栗香甜味突出、口感細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，此時大分子量成分含量減小，而且其預(yù)測血糖指數(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

本研究對栗仁失水過程中的水分分布和遷移變化規(guī)律、品質(zhì)進行探究，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、不易流動水及自由水。含水量在18%～38%范圍時只剩下較難除去的結(jié)合水、不易流動水；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、細胞器等技術(shù)層面對果實的成熟特性及采后抗性、貯藏特性等方面進行深入研究，進一步闡述果實品質(zhì)特征和調(diào)控機理。