不同干燥方式对黄芪感官品质及功能成分的影响

张燕青，崔清亮，魏庆霞，王菊霞，来思彤

（山西农业大学农业工程学院，山西晋中030801）

黄芪（Astragalus membranaceus(Fisch.)Bunge.）属豆科植物，一般分为膜荚黄芪和蒙古黄芪两类，其富含黄芪皂苷等有效成分，是常见药食同源的中药材之一[1-3]。采收后的新鲜黄芪水分含量大，新陈代谢旺盛，贮藏期其结构易变形，有效成分易褐变，耐贮性差，品质降低[4-5]。干燥在农业物料加工、贮藏和运输过程中对改善其功能特性及品质起着重要作用，且干燥方式对食品感官品质及功能成分含量影响很大[6-7]。黄芪干燥方式对改善其功能特性，提高产品品质和耐贮性具有重要意义。

近年来，国内外学者在研究农业物料干燥模型和技术工艺方面取得了较多成果。张记等人[8]研究了黄芪切片的热风干燥特性，构建了热风干燥动力学模型，获得了黄芪切片热风干燥工艺参数。杨俊红等人[9]进行了干燥方法对黄芪提取物品质的影响研究。孙庆运等人[10]在真空干燥方式下研究了黄芪切片的吸湿特性。魏庆霞[11]采用真空冷冻干燥方式干燥黄芪，获得了黄芪的真空冷冻干燥最佳工艺参数。同时，大量学者研究了谷物和果蔬的干燥特性[12-15]。但是，检索范围内未见综合分析不同干燥方式对黄芪感官和营养功能特性影响的研究报道。

采用真空冷冻干燥、真空干燥、微波干燥、热风干燥、晒干和阴干6种干燥方式对黄芪进行干燥试验，测定对比不同干燥方式对黄芪感官品质和功能成分的影响，旨在为黄芪干燥方式选取及加工与提高贮运品质提供参考。

1 材料与仪器

1.1 材料与试剂

材料：黄芪鲜料购于山西省大同市浑源县，随机选取长势均匀且无病虫害的黄芪作为试验样本，去除根部，经洗净、切片（厚度约4 mm）、称质量、密封后置于4℃冰箱中储存。

试剂：甲醇（索氏提取时为分析纯，HPLC检测时为色谱纯），十八烷基硅烷键合硅胶，蒸馏水；黄芪甲苷（标准品，批号：MUST-13062706）、毛蕊异黄酮（标准品，批号：MUST-13030602）、芒柄花黄素（标准品，批号：MUST-13050801），北京普天同创生物科技有限公司提供。

1.2 仪器与设备

JDG-0.2型真空冷冻干燥试验机，中科院兰州近代物理研究所产品；WLD07S-08型微波设备，南京三乐微波技术发展有限公司产品；DHG-9023A型电热鼓风干燥箱，无锡三鑫精工电器设备有限公司产品；JSM-6490LV型扫描电子显微镜，日本电子公司产品；DW-40L92型冰箱，青岛海尔股份有限公司产品；BS124S型电子天平，上海奕宇电子科技有限公司产品；TES-1361型温湿度计，泰仕电子工业股份有限公司产品；TCP2型色差计，北京鑫奥依克光电技术有限公司产品；SXT-02型索氏提取器，上海洪纪仪器设备有限公司产品；RE-52AA型旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂产品；U3000型液相色谱仪，Thermo Fisher生产产品；游标卡尺，上海量具刀具厂产品。

2 试验方法

2.1 干燥方式

2.1.1 真空冷冻干燥试验

真空冷冻干燥是将物料冷冻，物料中水分结冰后在真空状态升华，从而达到干燥的目的。将黄芪切片均匀平铺于托盘上进行冷冻，温度-35℃，时间1 h[16]。随后预热真空冷冻干燥机并将物料质量和初始含水率输入水分测量系统，待称重传感器温度约28℃，系统调零至稳定，关闭加热系统。启动制冷系统，待冷阱温度降至约-40℃且称重传感器温度约14℃时，将料盘迅速放入冻干箱中，连接温度探头，关闭仓门开启真空系统，真空度起始70 Pa，终止75 Pa。打开气阀和加热系统，升华加热开始，加热板温度设置为40℃，之后每隔10 min升温10℃，直至温度升为70℃，观察测量系统中含水率曲线的变化情况，待含水率变化趋于平稳时，维持30 min，升华干燥结束。再将温度调为90℃，真空度起始23 Pa，终止25 Pa，待含水率曲线趋于平稳，解析干燥结束，完成黄芪切片真空冷冻干燥[6，17]。

2.1.2 真空干燥试验

真空干燥是将物料置于负压条件下，通过加热达到水分负压状态下的沸点或通过降温使得物料凝固后通过溶点来干燥物料的干燥方式。将黄芪切片均匀平铺于托盘，快速置入干燥箱并打开真空干燥系统，板温设置70℃，干燥箱内压强设置125～130 Pa，开始加热，观察物料含水率变化趋势，待曲线趋于稳定后，真空干燥结束。

2.1.3 热风干燥试验

热风干燥是利用循环风机吹出热风干燥物料，且干燥箱内温度平衡。将黄芪切片均匀平铺于托盘内并置于电热鼓风干燥箱中，设置干燥箱温度50℃，加热4 h后，每隔0.5 h进行称量，待前后2次质量差小于0.01 g，热风干燥结束。

2.1.4 微波干燥试验

微波干燥通过电磁波向物料提供交替电场，使物料分子在电场作用下摆动，通过改变电场方向干扰分子摆动，达到加热干燥的目的。将黄芪切片均匀平铺于托盘中并置于微波设备，设置电流240～260 mA，温度50℃，每隔0.5 h进行称量，待前后质量差小于0.01 g，微波干燥结束。

2.1.5 晒干试验

把黄芪切片均匀平铺于托盘并置于阳光通风处，干燥过程中要及时翻晒，并反复称量，待质量差不超过0.01 g，干燥结束。

2.1.6 阴干试验

把黄芪切片平铺于托盘内并置于通风阴凉处，干燥过程中及时翻松，并反复称量，待质量差不超过0.01 g，干燥结束。

2.2 黄芪感官品质指标测定

2.2.1 初始含水率的测定

按照GB/T 5009.3—2016食品中水分的测定方法[18]，采用热风干燥的方式进行干燥并定时称量，鲜、干样质量分别为m1、m2，初始含水率MC计算见公式（1）。试验测得黄芪切片初始含水率为56%。

式中：MC——黄芪切片初始含水率，%；

m1——新鲜黄芪切片质量，g；

m2——干燥后黄芪切片质量，g。

2.2.2 复水比的测定

对干燥后的黄芪切片称量，质量为m3，随后将其浸于60℃蒸馏水容器，置于电热鼓风干燥箱中以保持水温恒定，每隔20 min取样并置于棉布，吸水纸吸取黄芪切片表面水分，重复4次[19]。待复水后黄芪片的质量稳定后称量，质量为m4。复水比计算见公式（2）。

式中：β——复水比；

m3——复水前黄芪切片质量，g；

m4——复水后黄芪切片质量，g。

2.2.3 收缩率的测定

收缩率为黄芪干燥后的体积收缩情况，可评价不同干燥方式对黄芪结构的影响。通过测量黄芪切片干燥前后直径和厚度计算其收缩率，见公式（3）。

式中：S——收缩率，%；

V1——干燥前黄芪切片体积，mm3；

V2——干燥后黄芪切片体积，mm3。

2.2.4 色差的测定

黄芪切片色差测定采用TCP2型色差计，参照CIELAB表色系统（L*，a*，b*表色系）进行测定评价，通过比较总色差值ΔE评价不同干燥方式对黄芪片颜色的影响[20]，计算见公式（4）。

式中：ΔE——总色差值；

L*——初始亮度值；

L——干燥后黄芪切片的亮度值；

a——干燥后黄芪切片的红绿值；

b*——初始黄蓝值；

b——干燥后黄芪切片黄蓝值。

2.2.5 微观结构的观察

取黄芪切片鲜样和干样，离子喷涂仪镀膜，扫描电镜扫描，放大倍数为100。

2.3 黄芪功能成分指标测定

2.3.1 试验条件

填充剂：十八烷基硅烷键合硅胶；色谱柱：Ac claim 120 C18（4.6 mm×250 mm，5 μm）；流动相：体积比为甲醇∶水=50∶50甲醇-水溶液；柱温25℃，流速1 mL/min，进样量10 μL；检测波长205 nm（黄芪甲苷），266 nm（毛蕊异黄酮），280 nm（芒柄花黄素）[21]。

2.3.2 对照品溶液制备

我跟我妈抗议，不能再叫我陈胖子了。她用没有拿铲子的手摸着我的脸，粗糙的掌心磨得我脸生疼，又将我往她怀里带了带，衣服底下她那厚实的脂肪柔软地包裹着我，我扭了扭头，没有挣脱开来，任她的手越来越用力地掐紧我的身体。

将20 mg的黄芪甲苷、毛蕊异黄酮、芒柄花黄素标准品以甲醇为溶剂，分别配制质量浓度为0.8，10，0.8 mg/mL的黄芪甲苷、毛蕊异黄酮、芒柄花黄素标准储备液。HPLC检测前将黄芪甲苷、毛蕊异黄酮、芒柄花黄素标准储备液分别稀释至0.80，0.05，0.05 mg/mL[22]。

2.3.3 样本溶液的制备

将干燥后的黄芪切片粉碎，过60目筛，滤纸包裹约3.0 g粉末，置入索氏提取器，加入80%甲醇-水（V/V）200 mL，85℃下回流提取180 min。提取液经旋转蒸发浓缩后，用80%甲醇定容10.0 mL，摇匀后通过0.45 m滤膜滤过，备用。提取对照品溶液与样本溶液各10 μL，注入液相色谱仪，测定黄芪切片功能成分的含量[23]，重复试验3次。

3 结果与分析

3.1 不同干燥方式下黄芪收缩性和复水性的测定分析

一般复水过程与干燥过程不可逆，收缩率和复水比是衡量干制品感官品质的重要指标。

不同干燥方式下黄芪收缩率和复水比试验结果见表1。

表1 不同干燥方式下黄芪收缩率和复水比试验结果

通过均值多重比较，由表1可知，干燥方式对黄芪收缩率和复水比影响显著（p＜0.05）。不同干燥方式下黄芪收缩率由小到大排列为：真空冷冻干燥＜真空干燥＜热风干燥＜微波干燥＜晒干＜阴干；不同干燥方式下黄芪复水比由大到小排列为真空冷冻干燥＞真空干燥＞阴干＞微波干燥＞晒干＞热风干燥。黄芪复水性能取决于干燥过程其细胞结构的破坏程度，干燥过程中黄芪细胞不可逆转的错位和破坏易导致组织结构塌陷，使得黄芪收缩严重，复水性下降[24]。采用真空冷冻干燥方式干燥的黄芪物料水分结冰后升华，易形成多孔状结构，可保持原状，收缩率小，复水性强。阴干方式温度低，水分蒸发慢，干燥时间长，收缩率大，但黄芪组织结构破坏较小，复水性较强。微波干燥是在交替电场作用下使得黄芪中的极性分子旋转，物料表面易硬化，结构致密，收缩率大，其内外受热虽均匀，但内部散热困难导致其内部温度高于表面温度，水分从黄芪内部逸出可形成细小孔道，利于复水。晒干方式阳光直射，水分蒸发较快，破坏了黄芪物料的组织结构，收缩率大且复水性较弱。热风干燥温度较高，黄芪物料组织收缩严重，结构塌陷，收缩率较大，复水时水分不易渗入，复水性最差。

3.2 不同干燥方式下黄芪色差的测定分析

干燥方式不同使得干燥过程中黄芪呈现不同程度的褐变。

不同干燥方式下黄芪色差值试验结果见表2。

表2 不同干燥方式下黄芪色差值试验结果

由表2可知，黄芪经真空冷冻干燥和真空干燥后的色泽与鲜样色差差异不显著（p＞0.05），基本能维持原色泽。这是由于真空环境下，物料中的热敏性物质不易发生化学变化，可较好地保存其活性成分进而保持了物料原色。热风干燥方式温度较高，干燥时间较短，物料褐变减轻，与鲜样色泽相近。微波干燥方式使黄芪在电磁波作用下产生氧化褐变，呈暗黄色，与鲜样色泽差异显著（p＜0.05）。阴干、晒干方式，由于干燥时间长，黄芪褐变严重，与鲜样色泽差异最大。综上所述，干燥后的黄芪颜色与干燥环境和时间有关，有氧环境易使热敏物质反应而产生氧化褐变，真空状态下可避免热敏物质氧化褐变，保持黄芪色泽。

3.3 不同干燥方式下黄芪微观结构的对比分析

不同干燥方式下的黄芪微观组织结构图见图1。

图1 不同干燥方式下的黄芪微观组织结构图

由图1可知，黄芪鲜样组织结构疏松，具有均匀多孔结构。不同干燥方式的黄芪组织结构发生变化。真空冷冻干燥后的黄芪孔隙均匀，与鲜样组织结构差异小，这是由于该干燥方式是将黄芪预冻后置于低压真空环境中，提供热量使物料中的冰晶升华，升华过程不易使黄芪组织收缩，从而形成均匀疏松的多孔结构，很好地保持了黄芪组织结构。热风干燥温度高，导致干燥后黄芪的组织结构发生一定程度的收缩且结构不均匀；晒干干燥时间较长，温度较高，使得干燥后的黄芪收缩率大，组织结构致密；阴干干燥过程温度较低，使得干燥后的黄芪组织结构疏松。这是由于热风干燥、晒干、阴干过程均由外向内进行，干燥过程中黄芪内部存在温度和湿度两梯度，两梯度方向相反造成干燥速率较慢，干燥时间越长越易破坏内部组织结构，造成物料内部结构变化[25]。微波干燥后的黄芪试样坚硬、组织结构被破坏、收缩严重，这是由于微波辐射并穿透黄芪内部，水分子获能而运动碰撞，产生摩擦热，使黄芪内外同时均匀受热升温，其表面散热快而产生内外温差，微波加热速度快、时间短，水分子逸出蒸发易形成较多细小孔隙，致使组织畸变。真空干燥压强低，水分可低温蒸发，对组织结构破坏小且结构疏松，与阴干相比结构要均匀，但不及真空冷冻干燥。

3.4 不同干燥方式下黄芪功能成分的测定分析

为评价不同干燥方式对黄芪功能成分的影响，对黄芪甲苷、毛蕊异黄酮、芒柄花黄素3种功能成分进行测定。

不同方式干燥黄芪的功能成分测定结果见表3。

由表3可知，经真空冷冻干燥和真空干燥的黄芪，黄芪甲苷含量显著高于微波干燥和热风干燥（p＜0.05），张晓伟[26]对比研究了不同干燥方法对黄芪皂苷的影响，得出真空冷冻干燥较其他方法可更好地保持黄芪皂苷的含量，与试验结果一致。这是由于真空冷冻干燥是将黄芪冻结后置于真空条件下，加热供能使得物料中冰晶直接升华，虽干燥时间较长但黄芪甲苷损失小。真空干燥方式是将黄芪置于低压真空状态干燥，低温状态下使得水分蒸发，黄芪甲苷损失小。热风干燥由热风保证箱内温度不变，干燥时间较长且温度高，造成黄芪甲苷损失。微波干燥由微波辐射并穿透黄芪，使黄芪中的水分等极性分子发生一定频率的振荡而产生热量，干燥过程中损失了一定量的黄芪甲苷，但干燥时间短，该方式干燥的黄芪中黄芪甲苷含量略高于热风干燥。微波干燥的黄芪中毛蕊异黄酮含量和芒柄花黄素含量显著高于其余干燥方式（p＜0.05），但黄芪甲苷较毛蕊异黄酮、芒柄花黄素含量高，是黄芪的主要成分[11]，可作为功能成分的主要考虑因素，故真空冷冻干燥和真空干燥方式对黄芪主要功能成分的损失最少。

表3 不同方式干燥黄芪的功能成分测定结果

4 结论

研究了6种干燥方式对黄芪感官品质及功能成分的影响。结果表明，由真空冷冻干燥或真空干燥的黄芪较其他干燥方式收缩率小，微观组织结构破坏小，孔隙均匀，复水比分别可达2.54，2.45，复水性良好，且与黄芪鲜样对比基本无色差；经真空冷冻干燥或真空干燥的黄芪，其中黄芪甲苷含量显著高于微波干燥和热风干燥（p＜0.05），黄芪甲苷损失少。