热风干燥冬瓜片的贮藏稳定性*

李瑜，李娜，安娟

(河南农业大学食品科学技术学院，河南郑州，450002)

冬瓜为一年生葫芦科草本植物［1］，具有营养丰富，易栽培，产量高等优点。热风干燥是一种有效控制水分，延长冬瓜保存期的方法，冬瓜干制品保持了冬瓜原有的营养，便于运输、贮存，在一定程度能提高冬瓜的加工和利用率。干制冬瓜粉应用广泛、实用性强，可作为基料在面制品、营养保健品等［2］食品中添加，拓宽了冬瓜产品深加工的种类。

在食品加工和贮藏过程中水分活度是的一种重要控制参数，通过吸附等温线能进行食品贮藏时间的预测、贮藏条件的选择、干燥工艺的优化以及合适的包装材料的确定等［3］。在相同贮藏条件下，食品水分活度越大越易变质［4］。近年的研究表明［5］，水分活度作为评估食品安全贮藏标准存在一定的局限性，因此提出了玻璃化转变理论。研究表明，水分活度和玻璃化转变2种理论结合已应用在果蔬［6-7］、粮油制品［8］等产品中，但是目前将其应用于研究热风干燥冬瓜片贮藏稳定性很少报道。

本试验以热风干燥冬瓜片为原料，结合水分活度保藏理论和玻璃化转变理论，研究含水率对冬瓜干制品水分活度以及玻璃化转变温度的影响，并通过拟合冬瓜干制品的吸附等温线和玻璃化转变温度的状态图，探讨干制冬瓜片干基含水率、水分活度与玻璃化转变温度间的关系。

1 材料与方法

1.1 实验材料

市售新鲜无病虫害冬瓜，于4℃冰箱中保存。

1.2 仪器与设备

DHG-9143BS-Ⅲ电热恒温鼓风干燥箱，上海新苗医疗器械制造有限公司;JA6102电子天平，上海精天电子仪器厂;FA2004A电子天平，上海精天电子仪器厂;Aqua Lab Series4TE型水分活度仪，美国Decagon仪器公司;Smart TracⅡ型水分测定仪，美国CEM公司;差示扫描量热仪DSC204F1，德国Netzsch仪器公司;DGF-80型高速万能粉碎机，上海树立仪器仪表有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品处理

将冬瓜洗净后去皮、去籽，切成厚约2 mm、长约3 cm、宽约2 cm的均匀片状，平铺于塑料托盘中，利用电热鼓风干燥箱，在60℃条件下，将冬瓜干燥至质量恒定后，将其粉碎后置入密封袋中，于干燥器内保存。称量3 g干制样品于密封袋中，向其加入预先计算好的定量蒸馏水，立即将袋密封，摇匀后，将密封袋置于4℃的冰箱内保存。每隔1 d取出摇匀，连续平衡120 h，以获得预设水分含量的样品。

1.3.2 吸附等温线的测定

试验时取出密封袋，将其置于25℃室温中平衡24 h后，利用水分测定仪在最高温度为100℃下测定其准确的水分含量，并称取2 g样品，置于水分活度仪的样品盒中，采用水分活度仪测定25℃条件下的水分活度。每个试验重复3次，计算平均值。

1.3.3 玻璃化转变温度的测定

采用DSC测定吸附含水率分别为5%、7%、9%、11%、13%和15%左右的样品玻璃化转变温度。利用铟(熔点156.6℃，ΔHm28.44 J/g)和蒸馏水(熔点0℃，ΔHm333 J/g)对仪器进行校准。称取5～10 mg样品密封于坩埚内，置于DSC样品池内，以空坩埚作为对照。高纯N2作为载气(50 mL/min)，采用液氮冷却样品。样品的DSC扫描程序为:10℃/min由-80℃加热至80℃［9］。采用DSC软件分析热流密度曲线，得到初始(Tgs)、中点(Tgm)、拐点(Tgi)和终点(Tge)的玻璃化转变温度，样品玻璃化转变温度取其拐点值Tgi。

1.4 模型拟合

1.4.1 吸附等温线的模型预测

参考国内外相关文献［10-12］，选取理论研究中应用较好的6种数学模型对冬瓜的吸附等温线数据进行拟合，见表1。表1中，Xeq为干基含水率，aw为水分活度，A、B、C均为模型常数。

表1 吸附模型Table 1 Adsorption models

模型的拟合优度采用决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和残差平方和(RSS)进行评价。

1.4.2 玻璃化转变温度模型拟合

热风干燥冬瓜玻璃化转变温度Tg采用Gordon-Taylor方程进行拟合［13］

式中:Tgs为溶质的玻璃化转变温度，℃;Tgw为水的玻璃化转变温度，取-135℃;Xs为溶质湿基含量，%;Xw为湿基含水率，%;k为模型参数。

1.5 数据分析

采用Origin9.0和1stopt1.0软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 冬瓜吸附等温线

冬瓜25℃的吸附等温线见图1。吸附过程中的平衡水分含量随水分活度的增加逐渐增加。从图1中可看出，冬瓜的吸附等温线属于Ⅲ型等温线［14］。

图1 冬瓜吸附等温线Fig.1 Adsorption isotherm of wax gourd

2.2 冬瓜吸附等温线模型拟合及其评价

采用表1中的6种模型对冬瓜吸附等温线试验数据进行非线性回归拟合，拟合结果见表2。

表2 吸附等温线的拟合结果Table 2 Results of fitting of adsorption isotherm

由表2可知，GAB模型对吸附等温线的拟合效果最好，6种模型的拟合效果按照统计参数对比从优到次的顺序为 GAB、Hendenson、Oswin、Halsey、BET、Smith。因此可用GAB模型来描述冬瓜的吸附等温线，其模型常数 A、B、C分别为0.099、0.996、9.487，将其代入模型表达式，得到的模型方程为

为验证模型的准确性，将吸附等温线最优模型(GAB模型)的拟合曲线与试验测定的吸附数据进行比较，见图2。可以看出，由吸附试验数据组成的数据点分布在模型拟合曲线上或其附近。表明GAB模型能较好的拟合吸附试验结果。

图2 冬瓜吸附等温线与模型预测Fig.2 Moisture adsorption isotherms of wax gourd and predicted model

2.3 冬瓜玻璃化转变温度及模型拟合

典型的冬瓜DSC曲线如图3所示。热流密度曲线的基线变化前后曲线切线与基线的交点所对应的温度为其玻璃化转变温度Tg。由图3可知，样品的DSC曲线与张雨、石启龙等所报道的基本一致［15-16］。

图3 冬瓜干制品DSC曲线Fig.3 Typical DSC thermogram for dried-wax gourd

不同含水率样品的玻璃化转变温度Tg如表3所示。从表3中数据可以看出，冬瓜的玻璃化转变温度Tg随着含水率的增加而降低。冬瓜的湿基含水率由5.67%增加至15.07%时，Tg由33.9℃降低至2.1℃。

表3 冬瓜的玻璃化转变温度Table 3 Glass transition temperature of wax gourd

采用Gordon-Taylor方程对冬瓜的Tg数据进行非线性拟合，得到的模型参数值如表4所示。

表4 Gordon-Taylor方程参数值Table 4 Parameters of Gordon-Taylor equations

2.4 水分活度和玻璃化温度对冬瓜贮藏稳定性的影响

冬瓜的含水率、水分活度和玻璃化转变温度与冬瓜的贮藏稳定性有着密切的关系，而三者之间也存在着相互影响的作用。为考察三者之间的关系，探讨冬瓜的贮藏条件，根据试验所得数据以及水分吸附特性的最优拟合模型GAB模型和Gordon-Taylor方程，构建冬瓜的状态图，如图4所示。

图4 干制冬瓜粉状态图Fig.4 State diagram of dried-wax gourd powder

由图4可以得出，当温度为25℃，冬瓜保持玻璃态贮藏时，根据Gordon-Taylor方程(式1)得到对应25℃的临界水分活度CWA为0.2374;根据GAB模型(式3)得到样品临界水分活度时对应的含水率，即临界干基含水率CWC为9.67%。因此，为使冬瓜处于玻璃态，贮藏环境的最高相对湿度为23.74%，冬瓜的临界干基含水率为9.67%。

3 结论

冬瓜的吸附等温线类型属于Ⅲ型等温线。通过非线性曲线拟合分析，确定GAB模型是描述冬瓜水分吸附特性的最优模型，其决定系数R2为0.999。干制冬瓜产品的玻璃化转变温度Tg随着含水率的增加而降低。根据aw-Xeq-Tg关系图可知，当贮藏温度为25℃时，贮藏环境的最高相对湿度为23.74%，冬瓜的临界干基含水率为9.67%。

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