脱水香葱在不同水分活度下贮藏品质的变化规律

浦浩亮，王柳清，胡秋辉，裴 斐，杨文建*

（南京财经大学食品科学与工程学院，江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心，江苏高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室，江苏 南京 210023）

香葱（Allium ascalonicum）是一种典型的百合科类蔬菜，因其具有质地柔嫩、味清香微辣、可调味和去腥等特点，成为一种广受欢迎的食品调味品[1-2]。同时，香葱具有的抗炎抗癌等生物活性也是其被大众热捧的主要原因[3]。目前，香葱除了鲜食以外，更多的是以脱水干制品的形式进行消费和出口[3-4]。据统计，我国脱水香葱的产品年销售量近6万 t，出口量占全世界出口量的80%[5]。脱水香葱的主要加工方式以热风干燥[5]、冷冻干燥[6]、红外干燥[7]等为主，目前关于脱水香葱的研究主要集中在脱水工艺的优化、脱水过程的品质保持等方面，但脱水后干制产品在贮藏过程中的品质保持和控制还缺乏相关研究。

目前，脱水香葱存在的水分含量低、包装不合理、贮藏条件不当等问题，导致其在贮藏过程中易发生受潮吸水而变色、皱缩软化、营养损失和特征风味丧失等问题[8-11]。因此，系统研究脱水香葱在不同湿度环境下的品质变化规律，对有效控制其品质劣变、延长货架期具有重要的意义。

本实验通过测定脱水香葱在不同水分活度（water activity，aw）贮藏下的外观品质、水分含量以及水分分布、硬度、微观结构、槲皮素含量以及风味成分等指标，探讨不同水分活度环境下脱水香葱的变化规律，为脱水香葱在贮藏过程中的品质保持和货架期延长提供理论基础和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

脱水香葱 江苏兴化脱水食品集团有限公司；槲皮素 南京建成生物工程研究所；2.5%戊二醛 国药集团化学有限公司；叔丁醇、无水乙醇 南京化学试剂股份有限公司；凡士林 南京金陵石油化工公司。

1.2 仪器与设备

HH-4数显恒温水浴锅 国华电器有限公司；HWS-400恒温恒湿箱 宁波东南仪器有限公司；101-3AS型电热鼓风干燥箱 上海苏进仪器设备厂；i-mark酶标仪美国Bio-Rad公司；NMI20低场核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）仪 上海纽迈电子科技有限公司；TA-XT plus型食品物性测定仪英国Stable Micro公司；FD-IC真空冷冻干燥机 西班牙Telstar公司；TM-3000扫描电子显微镜 日本日立公司；α-Fox3000气味指纹分析仪（配有MOS传感器）法国Alpha MOS公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

采用Hatzidimitriou等[12]的方法，配制MgCl2、K2CO3、NaNO2、NaCl和KCl饱和溶液各1 000 mL，分别置于30 cm直径干燥器中，用凡士林密封并在25 ℃恒温恒湿箱中平衡2 d，形成aw分别为0.33、0.43、0.67、0.78和0.84的密闭环境。挑选大小均一、颜色鲜艳的新制备热风干燥脱水香葱200 g放入培养皿中，并放置于干燥器内50 d，不同aw环境设置10 个平行，每隔10 d取样对外观进行观察、拍照记录并进行各项指标的测定。

1.3.2 水分质量分数与水分分布的测定

根据GB 5009.3ü2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中直接干燥法测定脱水香葱水分质量分数。

水分分布的测定参照Song Yuan等[13]的方法，并作适当修改。将称取0.1 g样品放入直径15 mm样品管中，置于LF-NMR仪，测量温度为（32.0f0.1）℃。样品放入线圈中采用硬脉冲序列寻找中心频率和硬脉冲脉宽，再用硬脉冲回波序列测定脱水香葱横向弛豫时间T2，脉冲参数设定如下：相应共振频率SF＝19 MHz；光谱宽度SW＝200 kHz；回波时间TE＝0.4 ms；脉冲宽度分别为90° P1＝12 ms、180° P2＝24 ms；等待时间TW＝400 ms；扫描重复次数NS＝64；射频延迟时间RFD＝0.5 ms；模拟增益RG1＝20 db；数字增益DRG1＝3。

1.3.3 硬度的测定

硬度的测定采用TA-XT plus型食品物性测定仪，参考Wang Liuqing等[14]的方法并略作调整。使用P/25探头，测前速率1.0 mm/s，测中速率0.5 mm/s，测后速率0.5 mm/s，压缩量40%。每个样品重复10 次取平均值。

1.3.4 微观结构的测定

微观结构的测定采用Wu Yuanyue等[15]的方法并略作调整。将样品浸没于体积分数2.5%戊二醛，静置2 h固定。然后分别用体积分数30%、50%、70%、80%和90%叔丁醇依次静置脱水15 min，后用真空冷冻干燥机冷冻干燥。再将干燥后的样品用导电胶带固定在样本台上，用日立TM-3000扫描电子显微镜放大800 倍观察微观结构并且拍照记录。

1.3.5 槲皮素含量的测定

槲皮素含量的测定参考刘维信等[16]的方法。将样品加液氮速冻，粉碎后准确称取1.00 g样品置于50 mL的离心管中，加10 mL、体积分数80%乙醇溶液，放入65 ℃的HH-4数显恒温水浴锅内温浴2 h；量取滤液1 mL，添加体积分数80%乙醇溶液2 mL，混匀，制备成测试样品。样品放置于酶标仪内，在波长362 nm处测定吸光度，根据标准曲线计算出样品滤液中槲皮素含量。

1.3.6 电子鼻分析

为分析aw对于脱水香葱风味的影响，对贮藏0、50 d的脱水香葱风味进行电子鼻分析，具体操作参考Song Yuan等[13]的方法。将样品研磨粉碎后取2 g密封放置于20 mL的密闭小瓶中，在50 ℃条件下加热10 min，使用配有12 种传感器类型（MOS传感器）的电子鼻对样品进行风味分析（表1）。分析条件：载气为洁净干燥空气，流速150 mL/min；顶空产生参数：产生时间60 s，产生温度60 ℃，搅动速率250 r/min；顶空注射参数：注射体积2 500 μL，注射速率2 500 μL/s；获得参数：获得时间360 s；延滞时间120 s。

表1 α-FOX 3000型电子鼻MOS传感器的敏感性和分离性[17]Table1 Sensitivity and selectivity of MOS sensors used in α-FOX 3000 electronic nose[17]

1.4 数据处理与分析

使用AlphaSoft V9.1软件的主成分分析（principal component analysis，PCA）功能分析电子鼻数据。用SPSS 18.0软件中最小显著性差异法（least significant differences，LSD）对数据进行显著性分析（P＜0.05）。采用Microsoft Excel和Origin 8.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 脱水香葱在不同aw贮藏期间的外观品质变化

图1 脱水香葱在不同aw贮藏期间的外观变化Fig.1 Change in visual appearance of dried A. ascalonicum stored at different aw levels

经过25 ℃的50 d贮藏，不同aw下脱水香葱外观变化明显（图1）。高aw样品在贮藏过程中出现了变色现象。随着贮藏时间的延长，葱叶颜色逐渐转变成暗淡的棕绿色，且贮藏末期变为灰褐色，葱白颜色在贮藏过程中逐渐变黄，皱缩的现象严重，且随着环境aw升高而加剧。这种色泽显著变化的原因可能是绿色植物含有的天然色素如叶绿素等在高湿度环境下降解，生成黄褐色或深褐色产物，造成其外观色泽劣变[18]。在贮藏过程中，aw为0.33、0.43环境下的脱水香葱外观品质变化不明显，葱叶翠绿、葱白洁白，并且未观察到皱缩现象。实验结果说明aw为0.33、0.43的环境延缓了脱水香葱色泽劣变、抑制其皱缩，有利于脱水香葱在贮藏过程中维持其外观品质。

2.2 脱水香葱在不同aw贮藏期间的水分质量分数和水分分布变化

图2 脱水香葱在不同aw下水分质量分数（A）和水分状态（B）Fig.2 Moisture content (A) and moisture signal intensity (B) of dried A. ascalonicum stored at different aw levels

脱水香葱在不同aw环境下的水分质量分数如图2A所示。结果表明，随着贮藏时间的延长，脱水香葱的水分质量分数总体上呈现上升趋势。同时贮藏终点的水分质量分数随着aw增加而上升，且出现了超过干制品安全水分范围（10%～15%）的现象[19]。然而，aw＝0.33和aw＝0.43环境下的脱水香葱在贮藏过程中始终保持在安全水分范围。

从图2B1可以看出，脱水香葱的T2图谱主要呈现3 个分布峰，分别为T21（1～10 ms）、T22（10～100 ms）和T23（100～1 000 ms），分别表示脱水香葱结合水（T21）、不易流动水（T22）和自由水（T23）3 个水分状态，这3 种水分别存在于细胞壁、细胞质和细胞间或细胞内的液泡中[20]。其中T21为主峰，说明结合水是脱水香葱中的主要水分状态，这类水不易于参与到化学反应中且不容易被微生物利用。在贮藏过程中，T21峰面积变化明显，而T22和T23峰面积变化不明显，说明结合水是脱水香葱贮藏过程中主要发生变化的水分。在aw＝0.33和aw＝0.43环境下，T21峰面积随贮藏时间延长都出现了下降的现象，证明此时脱水香葱的结合水含量减少。然而，在高aw下样品T21峰面积在贮藏过程中明显增加，表明结合水含量上升，可能是香葱中纤维素和糖类等亲水性物质在高水分环境下易吸收外界水分引起的[20-21]。在aw＝0.67、aw＝0.78和aw＝0.84下的贮藏末期，T21增加（峰向右移动），这说明结合水的流动性上升，此时水分的存在状态由结合水向不易流动水转移。同时，贮藏环境的aw越高，T21值和峰面积增加量越大，说明结合水流动性和含量随着aw上升而增加。这种水分的变化可以使水分更容易参与到氧化反应、酶促反应等化学反应中，从而造成品质的变化[22]。

2.3 脱水香葱在不同aw贮藏期间的硬度变化

硬度是体现脱水香葱商品价值的重要指标之一[23]。由图3可以看出，在贮藏期间，脱水香葱的硬度随着贮藏时间的延长而呈现下降的趋势。其中，在aw分别为0.67、0.78、0.84的环境下，脱水香葱的硬度在贮藏10 d后分别下降56.93%、71.88%以及81.13%，然后趋于平稳或缓慢下降至贮藏期结束。这种高aw环境下脱水香葱硬度的下降被认为与纤维素和糖类等亲水性物质吸水引起组织软化有关[21]。与之相比，低aw环境下的脱水香葱的硬度总体下降速度较平缓，aw＝0.33和aw＝0.43环境下的样品在贮藏终点硬度仅下降50.75%和56.09%。实验结果说明aw＝0.33和aw＝0.43环境延缓了脱水香葱硬度的下降，从而较好地保持了脱水香葱的质地。

图3 脱水香葱在不同aw贮藏期间的硬度变化Fig.3 Hardness of dried A. ascalonicum stored at different aw levels

2.4 脱水香葱在不同aw贮藏期间的微观结构变化

图4 脱水香葱在不同aw下扫描电子显微镜图Fig.4 Scanning electron microscopic images of dried A. ascalonicum at different aw levels

从图4可以看出脱水香葱在贮藏过程中微观结构的变化。高aw下，脱水香葱在贮藏过程中组织结构遭到破坏，管状组织出现了明显的黏连皱缩，侧表面平坦的结构向内凹陷，这种现象随着aw升高变得更加明显，可能是因为高aw环境下，脱水香葱亲水性物质与水分子结合，造成微观组织皱缩[24]。Hernando等[24]认为微观结构的破坏不利于干制品的复水，会对干制品的商业价值产生负面影响。在aw＝0.33和aw＝0.43环境下，脱水香葱的微观结构相对于高aw下样品变化不明显，在贮藏过程中管状组织保持了原有的饱满挺立，有轻微的黏连皱缩现象，从侧表面可以观察到光滑平坦的规则结构。实验表明aw＝0.33和aw＝0.43环境维持了脱水香葱的微观结构，保持了脱水香葱的品质。

2.5 脱水香葱在不同aw贮藏期间的槲皮素含量变化

槲皮素作为一种天然黄酮类化合物，是香葱中典型的营养功能成分，具有抗癌、抗炎等和抗氧化作用[25]。由图5可以看出，在贮藏期间，脱水香葱槲皮素含量在不同aw下均呈现下降趋势，其中aw为0.67、0.78和0.84的高水分条件下，其含量下降最明显，在贮藏终点槲皮素含量下降了60%左右。有研究表明，槲皮素易在贮藏过程中发生氧化反应，造成槲皮素降解[26]。结合水含量和水分流动性的增加会加速食品中各类化学反应的进行[21]，这可能是促进黄酮类物质氧化损失的主要原因[27]。然而，aw＝0.33和aw＝0.43环境下，脱水香葱槲皮素含量下降速度明显降低，其含量在贮藏终点仅下降了19.76%和19.97%。实验表明，aw＝0.33和aw＝0.43环境抑制了脱水香葱中槲皮素的降解，从而保持了脱水香葱的营养品质。

图5 不同aw下脱水香葱槲皮素含量Fig.5 Quercetin contents of dried A. ascalonicum at different aw levels

2.6 脱水香葱在不同aw贮藏条件下的电子鼻分析

电子鼻是通过气体传感器阵列的响应值来实现对气体的识别，其可以对样品的气体信息进行对比分析[28]。电子鼻根据连接各传感器间的相应数值，建立雷达指纹图谱。图6A中的电子鼻传感器强度曲线代表了各样品的风味强度。不同aw下脱水香葱的PA/2、T70/2、P40/1、P10/2和T30/1的信号值为正值，在0.2～0.8之间，而且各传感器的响应值基本随着aw上升而呈增加的趋势，这说明酮类、醇类、有机胺、含硫化合物、芳香族化合物、烃类和酸类等物质相对含量随aw的增加而增加。在不同aw下脱水香葱的雷达图曲线具有相似的轮廓，但在aw＝0.84下脱水香葱在大多数传感器上的响应值与其他的样品差异较大，说明在aw＝0.84下的脱水香葱与其他样品相比，风味成分存在差异。在aw＝0.84环境下贮藏50 d后，脱水香葱的PA/2和T30/1信号值明显高于其他样品，说明脱水香葱出现了明显的土霉味[29]，其他aw下样品的雷达曲线与第0天样品几乎重合，说明脱水香葱在其他aw下贮藏50 d后风味成分变化不明显。

图6 脱水香葱在不同aw环境下雷达图（A）和PCA图（B）Fig.6 Radar fi ngerprint chart (A) and PCA plot (B) of dried A. ascalonicum at different aw levels

电子鼻的PCA可以对不同样品中挥发性化合物进行快速区分[30]。从图6B中可以看到，第1主成分贡献率为90.837%，第2主成分的贡献率为7.739%，总贡献率为98.576%，超过85%，表明该图可以体现主成分的数据[31]。随着aw的增加，脱水香葱的信号值的PC2值总体上呈现下降的趋势。在aw＝0.84环境下贮藏50 d后，脱水香葱的信号值离第0天的样品最远，说明此时脱水香葱风味与原始风味相比差距较大[32]。与之相比，其他样品与第0天的样品存在类似的风味成分，与图6A的结果相同。同时，aw越低，脱水香葱的信号值距离第0天样品越近，表明了降低aw环境可以使脱水香葱能更好地保持其原有风味成分。

3 结 论

本实验研究了不同aw环境下脱水香葱外观、水分质量分数、水分状态、微观结构、硬度、槲皮素含量和风味物质的变化。结果证明了结合水是脱水香葱中主要的水分状态，在高aw环境下其含量和流动性上升，导致脱水香葱外观变成灰褐色，加剧了脱水香葱微观结构的管状组织黏连、硬度下降和风味劣变。然而，aw＝0.33和aw＝0.43贮藏环境下，脱水香葱的结合水含量随贮藏时间延长降低，水分质量分数始终保持在安全范围，维持了其良好的外观品质和微观结构；该贮藏环境延缓了脱水香葱硬度的下降，并使得槲皮素含量的损失控制在20%以内；同时有利于脱水香葱保持其原有风味成分。

综上所述，结合水是影响脱水香葱品质的主要水分状态，aw＝0.33和aw＝0.43环境下结合水含量随贮藏时间延长降低，有利于保持脱水香葱的贮藏品质。本研究为控制香葱干制品贮藏过程中的食用品质、延长其货架期提供了理论依据。