蒸制处理对多花黄精脉冲真空干燥特性及风味品质的影响研究

《Food Chemistry: X》：Effect of steaming processing on the pulsed vacuum drying characteristics and flavor quality of Polygonatum cyrtonema

　　

蒸制处理改善了多花黄精（Polygonatum cyrtonema，PC）的味觉丰富度。蒸制处理使干燥时间较未蒸制PC样品延长了314.28%。蒸制处理降低了多糖含量，同时提高了还原糖含量。蒸制处理减少了与刺激性风味相关的挥发性成分。蒸制处理软化了PC组织并改变了其微观结构。本研究旨在探究不同蒸制时间对多花黄精后续脉冲真空干燥（pulsed vacuum drying，PVD）特性及理化品质的影响，并整合理化参数（包括色泽、多糖、还原糖、5-羟甲基糠醛（5-HMF）及抗氧化活性）与气相色谱-离子迁移谱（GC–IMS）和电子舌分析，表征不同蒸制处理下PC的变化，进一步揭示蒸制时间、干燥特性与品质演变之间的关联。研究结果表明，蒸制处理显著改变了PC的组织结构和水分状态，延长了后续干燥时间，同时改善了风味品质，减少了刺激性成分，为确定PC适宜的蒸制时间及优化蒸制-干燥联用工艺提供了理论依据。

论文解读

一、研究背景与意义

多花黄精（Polygonatum cyrtonema，PC）为百合科黄精属多年生草本植物的干燥根茎，是我国常用的药食同源植物，广泛分布于江西、湖南、安徽、云南、山西等省份，国外亦见于韩国及俄罗斯东西伯利亚地区。PC富含多糖、皂苷等生物活性成分，具有抗氧化、调节糖脂代谢及免疫调节等功效，在医药、保健食品、养生茶饮及日用化工护肤品等领域应用广泛。

新鲜PC含水量高（湿基≥70%），采后极易腐烂变质。此外，直接食用生PC因其刺激性成分会引起口腔麻木和咽喉不适。蒸制和干燥因此成为改善其安全性、贮藏稳定性和食用品质的关键初加工环节。已有研究表明，蒸制可显著降低草酸钙针晶和己醛等刺激性因子，改变PC微观结构，并影响多糖、皂苷、黄酮、多酚及草酸钙针晶的含量。然而，蒸制后的PC仍需后续干燥以获得稳定产品，而蒸制对其后续干燥行为的影响尚不清楚。蒸制过程中的持续热处理可诱导组织结构和化学成分变化，可能改变后续干燥过程中的传质行为，但PC组织结构和水分状态如何随蒸制时间变化，以及这些变化如何影响后续脉冲真空干燥特性和水分迁移，仍缺乏系统研究。

基于此，本研究的主要目标为：（1）探究不同蒸制时间对PC后续脉冲真空干燥特性及理化品质的影响；（2）整合色泽、多糖、还原糖、5-HMF、抗氧化活性等理化参数与GC–IMS和电子舌分析，表征不同蒸制处理下PC的变化，并进一步揭示蒸制时间、干燥特性与品质演变之间的关联。研究结果为确定PC适宜的蒸制时间提供了依据，有助于优化其初加工过程中的蒸制-干燥联用工艺。

二、主要技术方法

研究人员从江西省抚州市PC种植基地采购新鲜PC（三年生、同一生长年限、大小成熟度相近、无机械损伤），初始含水量为70.19%±0.42%（湿基）。样品切片厚度统一为4 mm，分别在100°C水蒸气条件下蒸制0、30、60、90、120、180和240 min，以未蒸制样品（0 min）为对照。蒸制后样品在脉冲真空干燥机中进行干燥，干燥温度60°C，脉冲比12:3，干燥至湿基含水量10%。研究采用质构仪穿刺测试表征蒸制程度，采用扫描电子显微镜观察微观结构，采用低场核磁共振（LF-NMR）测定干燥过程中横向弛豫时间（T?）以分析水分状态分布，采用GC–IMS表征挥发性风味化合物，采用电子舌评价味觉响应，并测定色泽、多糖、还原糖、5-HMF含量及DPPH、ABTS、FRAP抗氧化活性。

三、研究结果

蒸制对干燥特性的影响。 蒸制处理显著延长了PC的脉冲真空干燥时间，蒸制240 min样品的干燥时间较未蒸制样品延长了314.28%。随着蒸制时间延长，水分比下降速率减慢，干燥速率降低。蒸制引起的组织软化和结构改变影响了水分迁移路径，导致有效水分扩散系数下降。蒸制时间越长，组织越致密，水分扩散阻力越大。

蒸制对质构和微观结构的影响。 质构分析表明，随着蒸制时间延长，PC切片硬度显著降低，组织逐渐软化。扫描电镜观察显示，蒸制破坏了PC的细胞壁结构，使组织变得疏松多孔，但过度蒸制又导致结构塌陷和孔隙减少，这可能解释了长时间蒸制后干燥速率下降的现象。

蒸制对水分状态的影响。 低场核磁共振分析显示，蒸制改变了PC内部水分的结合状态和分布。蒸制后结合水比例增加，自由水比例减少，水分与基质结合更紧密，增加了后续干燥过程中水分脱除的难度。

蒸制对化学成分的影响。 蒸制处理降低了多糖含量，同时提高了还原糖含量，表明蒸制过程中多糖发生降解转化为还原糖。5-HMF含量随蒸制时间延长而增加，这与美拉德反应和焦糖化反应有关。蒸制还影响了PC的色泽，使其颜色加深。抗氧化活性方面，蒸制对DPPH、ABTS和FRAP抗氧化能力的影响因蒸制时间不同而异。

蒸制对风味品质的影响。 GC–IMS分析鉴定出蒸制PC中的多种挥发性香气成分，蒸制减少了与刺激性风味相关的挥发性成分（如己醛等），改善了风味品质。电子舌分析表明，蒸制改善了PC的味觉丰富度，使其味觉特征更加饱满协调。

四、讨论与结论

讨论部分指出，蒸制引起的组织结构变化是影响后续干燥行为的关键因素。蒸制导致的组织软化和微观结构改变改变了水分迁移路径，延长了干燥时间；同时，蒸制促进了多糖向还原糖的转化，减少了刺激性风味成分，改善了风味品质。研究整合了微观结构、水分状态、干燥动力学及理化风味属性，系统阐明了不同蒸制时间对PC后续干燥行为和品质形成的影响。

研究结论认为，蒸制处理虽延长了PC的脉冲真空干燥时间，但显著改善了其风味品质，减少了刺激性成分，提高了食用安全性。蒸制时间的选择需在干燥效率和品质提升之间取得平衡。本研究为PC初加工中蒸制时间的确定提供了科学依据，为蒸制-干燥联用工艺的优化提供了理论支持。