基于低场核磁共振技术研究不同干燥方式对海鲜菇复水及品质特性的影响

赖谱富 翁敏劼 汤葆莎 李怡彬 吴 俐 陈君琛

(福建省农业科学院农业工程技术研究所/福建省农业科学院农产品加工研究中心/国家食用菌加工技术研发分中心，福建 福州 350003)

海鲜菇(Hypsizygusmarmoreus)又名真姬菇、玉蕈、斑玉蕈、蟹味菇等，含有丰富的蛋白质、多糖、黄酮、维生素、膳食纤维等营养及功能成分，在抗肿瘤、抗氧化及调节免疫等方面具有良好功效[1-3]。海鲜菇鲜品由于含水量高导致不耐贮藏，而干品贮藏期长、易保存，是常用的保存方式[4]。海鲜菇干品在烹饪前一般都要先进行复水，复水海鲜菇的水分状态及水分分布越接近鲜品，则复水效果越好，同时也反映了干品的品质越好[5]。复水时间、温度、浸泡液等均会对干品的复水效果产生一定的影响[6]，但干品的结构形态及营养功能会随干燥方式、工艺条件的变化而发生改变，干燥方式、工艺条件对复水效果的影响更大[7]。

低场核磁共振(low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR)是一种快速、无损检测技术[8-11]，已广泛应用于食品干燥、贮藏、复水及品质监控等方面的研究[12-14]。在复水及品质监控方面，张文杰等[15]、程沙沙等[16]证实低场核磁共振及成像技术可为海参及干制虾仁复水加工过程中品质及物性研究提供一种有效方法，余铭等[5]、石芳等[17]、崔莉等[18]、王毓宁等[19]等利用低场核磁及成像技术研究不同干燥方式制备鱿鱼、香菇、木瓜片、金针菜复水过程中水分的迁移和变化规律，表明利用LF-NMR方法确定农产品复水过程中水分状态具有可行性。但鲜见不同干燥方式对海鲜菇复水及品质特性变化的影响研究。

早期海鲜菇市场全部为鲜品销售，近年来随着产能过剩及价格下跌，大部分工厂或农户在价格低时开始进行烘干，实际采取的烘干方式主要有真空冷冻干燥、热泵干燥和热风干燥。本研究基于当前海鲜菇干品的加工产业现状，采用LF-NMR技术动态监测不同干燥方式的海鲜菇干品复水特性，结合复水率和质构变化构建相关模型，探讨不同干燥方式(加热冻干、不加热冻干、热泵干燥、热风干燥)对海鲜菇干品的复水及品质特性的影响，揭示干燥方式影响海鲜菇干品复水及品质体系的机制，以期为干燥技术在海鲜菇的生产应用中提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原料系正常生长110～120 d后采收，达到商品要求，水分含量为88.2%，由福建省同兴菌业有限责任公司提供。

1.2 仪器与设备

101A型恒温鼓风干燥箱，上海市实验仪器总厂； XF-5DWLD2型超低温冰柜、ZWH-KFX-BT12型热泵烘干机，福建雪丰制冷设备有限公司；103型高速中药粉碎机，浙江瑞安市永历制药机械有限公司；SCIENTZ-30ND型冷冻干燥机，浙江宁波新芝冻干设备股份有限公司；TA.XT Express型质构仪，英国Stable Micro Systems公司；MesoMR23-60H中尺寸型核磁共振成像分析仪，苏州纽迈分析仪器股份有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品处理 将新鲜海鲜菇洗净，去除表面杂质，称取12 kg，平均分成4份，分别在真空冷冻干燥机、恒温鼓风干燥箱、热泵烘干机中进行干燥。

热风干燥：将1份新鲜海鲜菇放置在60℃、风速8 m·s-1的恒温鼓风干燥箱中干燥，干燥至水分含量5.3%左右。

热泵干燥：将1份新鲜海鲜菇放置在50℃、循环风量2 800 m3·h-1的热泵烘干机中干燥，干燥至水分含量5.3%左右。

真空冷冻干燥：将2份新鲜海鲜菇先在-40℃下速冻12 h，其中1份在无辅助加热条件下进行干燥(不加热冻干)，另1份在有辅助加热条件下进行干燥(加热冻干)：第一阶段在搁板温度-10℃下干燥2 h，第二阶段在搁板温度30℃下干燥8 h，第三阶段在搁板温度60℃下干燥至水分含量5.3%左右。

1.3.2 水分含量的测定 水分含量按《GB 5009.3-2016食品安全国家标准 食品中水分的测定》[20]中的直接干燥法测定。

1.3.3 复水率的测定 称取5 g海鲜菇干品，常温下置于纯水中进行复水试验，每隔2 min取出样品，真空冷冻干燥取样5次，热泵干燥、热风干燥取样10次。沥干水分后称重[21]。每个试验3个平行，取平均值。复水率为海鲜菇干品复水后质量与复水前质量之比。

1.3.4 质构的测定 海鲜菇样品的硬度、咀嚼度采用质构仪测定。探头采用A/mors，测前、测中及测后速度分别为2、1、10 mm·s-1。每个样品分菇帽、中间段及菇脚进行测定，重复测定15次，结果取平均值。

1.3.5 低场核磁共振检测 参照Li等[22]的方法，海鲜菇的横向驰豫时间采用自旋回波脉冲序列进行测试，将海鲜菇菇帽、中部、菇脚分别置于25℃水浴中，分别在间隔2、4、6、8、10、12、14、16、18、20 min时取出，在空气中擦干表面水分，用载床置于磁场中心位置的射频线圈中心，利用自由感应衰减脉冲序列信号调节低场核磁共振中心频率，然后进行自旋回波脉冲序列扫描试验，其中共振频率为23 MHz，磁场强度为0.5 T ，线圈直径为25 mm，磁体温度为32℃，其他自旋回波脉冲序列试验参数如下：90度射频脉冲11 μs，180度射频脉冲21.52 μs，信号采样点数150 004，接收机带宽125 kHz，射频延时0.08 ms，重复采样等待时间3 000 ms，模拟增益30，数字增益1，重复采样次数32，回波时间0.1 μs，回波个数8 000。

1.4 数据处理

采用SPSS 20.0软件进行数理统计及线性回归分析，Microsoft Excel 2010进行作图。

2 结果与分析

2.1 干燥方式对海鲜菇复水过程中低场核磁共振图谱的影响

由图1可知，4种干燥方式制备的海鲜菇在不同复水时间中均存在3个峰，表示均存在3种状态的水分，从左到右分别代表结合水(T21，与大分子物质结合紧密的水)、不易流动水(T22，蛋白质和细胞内部中结合相对较弱的水)和自由水(T23，蛋白质和细胞外部以游离状态存在的水)，加热冻干和不加热冻干的横向弛豫时间分别为0.1～50 ms(T21)、50～300 ms(T22)、300～3 000 ms(T23)，热泵干燥和热风干燥的横向弛豫时间分别为0. 1～1 ms(T21)、1～100 ms(T22)、100～1 000 ms(T23)，每种干燥方式中菇帽、中部、菇脚的变化趋势基本一致。

注：A1：加热冻干海鲜菇菇帽，A2：加热冻干海鲜菇中部，A3：加热冻干海鲜菇菇脚；B1：不加热冻干海鲜菇菇帽，B2：不加热冻干海鲜菇中部，B3：不加热冻干海鲜菇菇脚；C1：热泵干燥海鲜菇菇帽，C2：热泵干燥海鲜菇中部，C3：热泵干燥海鲜菇菇脚；D1：热风干燥 海鲜菇菇帽，D2：热风干燥海鲜菇中部，D3：热风干燥海鲜菇菇脚。Note: A1: Hypsizygus marmoreus cap with heating vacuum freeze-drying, A2: Hypsizygus marmoreus middle with heating vacuum freeze-drying, A3: Hypsizygus marmoreus feet with heating vacuum freeze-drying. B1: Hypsizygus marmoreus cap with vacuum freeze-drying without heating, B2: Hypsizygus marmoreus middle with vacuum freeze-drying without heating, B3: Hypsizygus marmoreus feet with vacuum freeze-drying without heating. C1: Hypsizygus marmoreus cap with heat pump drying, C2: Hypsizygus marmoreus middle with heat pump drying, C3: Hypsizygus marmoreus feet with heat pump drying. D1: Hypsizygus marmoreus cap with hot air drying, D2: Hypsizygus marmoreus middle with hot air drying, D3: Hypsizygus marmoreus feet with hot air drying.图1 海鲜菇复水过程中横向弛豫时间 T2反演图谱Fig.1 Refutation of transverse relaxation time T2 for Hypsizygus marmoreus during rehydration

4种干燥方式制备海鲜菇复水后，不易流动水(T22)的信号幅度不断增加，表明复水过程中进入海鲜菇内部的水迅速转化为不易流动水。同时4种干燥方式制备海鲜菇横向弛豫图谱均随着复水时间的增加而向右迁移，表明复水过程中进入海鲜菇内部的水分束缚力逐渐降低，水分自由度逐渐增大，从而流动性更佳，且不易流动水(T22)的峰向右移动幅度依次为热风干燥>热泵干燥>加热冻干>不加热冻干，说明热风干燥海鲜菇复水过程中束缚水的能力最小，不加热冻干最大。

图2 海鲜菇复水过程中不同状态水横向弛豫时间的变化Fig.2 Transverse relaxation time changes of different states water for Hypsizygus marmoreus during rehydration

2.2 干燥方式对海鲜菇复水过程中不同状态水横向弛豫时间的影响

由图2可知，4种干燥方式处理海鲜菇复水过程中结合水(T21)保持相对稳定的状态，表明结合水发生的变化不大，这可能是因为结合水是海鲜菇细胞内极性基团与水分子以共价键紧密结合的水分子层，这与程沙沙等[16]、崔莉等[18]关于虾仁、木瓜的研究结果一致，程沙沙等[16]利用低场核磁及成像技术对干制虾仁复水过程中的水分含量、分布及状态变化进行研究，结果显示随着复水时间的延长，干制虾仁T21变化较小；崔莉等[18]利用LF-NMR技术比较了不同干燥方式(真空冷冻干燥和热风干燥)制备的木瓜片复水过程中水分状态的变化情况，发现复水过程中不易流动水明显增加，结合水和自由水变化不大。同时不易流动水(T22)、自由水(T23)整体呈上升趋势，表明不易流动水、自由水的自由度不断增加，流动性增强。

2.3 干燥方式对海鲜菇复水过程中峰积分面积的影响

由图3可知，海鲜菇干品复水前水分均以结合态存在为主，复水过程中结合水占比先缓慢增大后急剧增大，不易流动水占比的变化趋势则相反，最终不易流动水和结合水占比分别为1%～8%和86%～97%。加热冻干和不加热冻干海鲜菇复水过程中不易流动水占比明显高于热泵干燥和热风干燥，且不易流动水占比从高到低依次为不加热冻干、加热冻干、热泵干燥、热风干燥。

2.4 干燥方式对海鲜菇复水率的影响

复水率是最常用的复水特性参数，反映了干制品复水后恢复到鲜品的程度，是检验干制品品质的重要指标[23]。由表1可知，不同干燥方式对海鲜菇复水率有显著影响，热泵干燥、热风干燥海鲜菇复水率与冻干处理存在显著差异(P<0.05)，热泵干燥、热风干燥处理海鲜菇复水率无显著差异(P>0.05)，不加热冻干、加热冻干2种冻干处理海鲜菇复水率无显著差异(P>0.05)。相同干燥方式处理海鲜菇菇帽、中部、菇脚在同一复水时间的复水率无显著差异(P>0.05)。复水前期(0～2 min)海鲜菇干品快速吸水，复水率增加趋势明显，后期吸水缓慢，复水率增加趋势不明显；冻干处理海鲜菇复水在10 min趋于平衡，复水率较大(达8以上)，热泵干燥、热风干燥处理海鲜菇则需20 min才达到复水平衡，复水率较小(2%～4%之间)。

表1 不同干燥方式海鲜菇的复水率Table 1 Rehydration ratio of Hypsizygus marmoreus by different drying methods

2.5 干燥方式对海鲜菇复水过程中质构特性的影响

由表2 可知，不同干燥方式对复水过程中海鲜菇质构特性有显著影响，不加热冻干、加热冻干2种冻干处理海鲜菇的硬度、咀嚼度无显著差异(P>0.05)。复水过程中冻干处理海鲜菇硬度、咀嚼度较小，热风干燥、热泵干燥海鲜菇硬度、咀嚼度较大。

表2 不同干燥方式海鲜菇的质构特性Table 2 Texture properties of Hypsizygus marmoreus by different rehydration time

表2(续)

2.6 海鲜菇复水过程中核磁参数与质构参数、复水率的相关性分析

由表3可知，热风干燥海鲜菇菇帽、中部、菇脚复水率与T21、A23均具有显著相关性(P<0.05)，与A21、A22均呈现极显著相关性(P<0.01)；热泵干燥海鲜菇菇帽、中部、菇脚复水率与A23均具有一定的显著相关性(P<0.05)，与A21、A22均呈现显著相关性(P<0.01)；不加热冻干海鲜菇菇帽、中部复水率与T21呈现极显著相关性(P<0.01)，与T23、A21、A22、A23具有显著相关性(P<0.05)；加热冻干海鲜菇菇帽、中部咀嚼度与T23、A21、A22、A23具有显著相关性(P<0.05)。

表3 海鲜菇复水过程中核磁参数与质构参数、复水率的线性回归分析Table 3 Linear regression analyses between LF-NMR parameters and texture parameters，rehydration ratio for Hypsizygus marmoreus during rehydration

3 讨论

横向弛豫时间(T2)反映的是样品中水分的自由程度和分布情况，其变化可以表征不同干燥方式制备的样品各状态水分的分布情况[24-25]。本试验利用LF-NMR研究4种不同干燥方式对海鲜菇复水过程中低场核磁共振图谱的变化情况，结果显示，4种不同干燥方式制备的海鲜菇均存在结合水(T21)、不易流动水(T22)、自由水(T23)，但真空冷冻干燥(加热冻干和不加热冻干)海鲜菇与热泵干燥、热风干燥的横向弛豫时间范围不同；真空冷冻干燥组的弛豫信号明显强于热泵干燥和热风干燥，复水效果最好，热风干燥弛豫信号相对最弱，复水效果最差。这可能是因为热风干燥导致海鲜菇内部组织分布不均匀且结构被破坏，复水时水分再进入内部组织的能力下降，而海鲜菇干制品在真空冷冻干燥过程中形成了疏松均匀的多孔结构，有利于复水过程中水分的再次渗入。

图3 海鲜菇复水过程中不同状态水峰面积占比的变化Fig.3 Peak area ratio changes of different states water for Hypsizygus marmoreus during rehydration

本试验利用LF-NMR研究4种不同干燥方式海鲜菇在复水过程中水分状态的变化情况，结果显示海鲜菇在复水过程中不易流动水占比从高到低依次为不加热冻干、加热冻干、热泵干燥、热风干燥，且不易流动水在海鲜菇干品中占比最大，表明真空冷冻干燥(不加热冻干和加热冻干)海鲜菇复水特性最好，热风干燥海鲜菇复水特性最差，这与余铭等[5]、崔莉等[18]关于鱿鱼干、木瓜片的复水研究结果一致。余铭等[5]通过低场核磁共振动态分析发现真空冷冻干燥鱿鱼干的复水效果明显好于自然晒干、热风干燥、热泵干燥，热泵干燥的效果与自然干燥的接近，热风干燥的效果最差。崔莉等[18]研究发现真空冷冻干燥的木瓜片在复水过程中不易流动水比热风干燥增加更快，复水特性优于热风干燥。这可能是由于真空冷冻干燥内部组织较为均匀，有利于水分的再吸收和保持，而热风干燥海鲜菇在干燥过程中前期干燥速率较快，水分在内部无法及时转移，导致密度不同，内部密度不同使复水过程中效果较差[17]。

在干燥过程中，物料内部细胞受温度、失水等因素影响可能会导致不可逆的损伤，从而破坏物料细胞的完整性，导致物料的亲水性下降[26]。本试验中复水前期海鲜菇干品的复水速率较快，随后进入稳定的吸水阶段并达到复水平衡，这可能是因为复水前期水分快速渗入海鲜菇干品内部，与海鲜菇菌丝紧密结合后以不易流动水的形式存在，同时随着复水时间的延长，海鲜菇菌丝水分达到饱和状态，复水后期的复水率保持稳定，与Giri等[27]研究干香菇的复水特性结果一致。真空冷冻干燥(加热冻干、不加热冻干)海鲜菇的复水率最大，热泵干燥次之，热风干燥最小，这可能是因为真空冷冻干燥制备的海鲜菇纤维结构仍保持比较完整的状态，拥有疏松的小孔结构，使其复水及容纳水分的能力较强，表现出较大的复水率[28]；热风干燥海鲜菇内部结构相对紧密，复水过程中水分不易渗入，同时加热不仅破坏海鲜菇细胞壁的渗透性，而且使蛋白质发生变性进而导致丧失再吸水的能力[24]。

不同干燥方式对海鲜菇的质构特性有显著影响，热风干燥海鲜菇的硬度、咀嚼度均最大，冻干处理海鲜菇硬度、咀嚼度较小[29]。当海鲜菇干品复水时，收缩的海鲜菇由于水分的渗入进而部分回弹，不同程度地恢复原状从而变软。真空冷冻干燥海鲜菇复水后硬度、咀嚼度均较小，说明真空冷冻干燥海鲜菇泡水后易恢复到新鲜状态，质地较柔软且食用时更好处理。

4 结论

本试验采用LF-NMR技术研究不加热冻干、加热冻干、热泵干燥、热风干燥4种干燥方式对海鲜菇复水及品质特性的影响，结果表明4种干燥方式制备的海鲜菇在复水过程中均出现结合水、不易流动水和自由水3个组分峰，随着复水时间的增加，不易流动水、自由水含量呈显著上升趋势，结合水含量变化不大。真空冷冻干燥(不加热冻干和加热冻干)海鲜菇复水特性最好，热风干燥海鲜菇复水特性最差。复水过程中冻干处理海鲜菇硬度、咀嚼度较小，热风干燥、热泵干燥海鲜菇硬度、咀嚼度较大。不同干燥方式对海鲜菇复水及品质特性的具有显著影响，真空冷冻干燥有利于海鲜菇干制。