基于低场核磁共振技术探究不同水分含量对熟化板栗品质的影响

王纪辉 耿阳阳，* 刘亚娜 胡伯凯 张时馨 卢中科 曾钦朦 陈胜群

（1贵州省核桃研究所，贵州 贵阳 550005；
2贵州省林业科学研究院，贵州 贵阳 550005）

板栗（Castanea mollissimaBlume）为山毛榉科（Fagaceae）栗属（Castanea）落叶乔木，常被称作栗、风栗、魁栗、锥栗、毛栗［1-2］，具有资源分布广泛、品种多样等特点［3］，在我国西南山区脱贫攻坚及乡村振兴中起着重要作用。相关研究表明栗仁淀粉含量较高，约占70%［4］，还含有一定量的蛋白质、膳食纤维［5］及较高含量的氨基酸等营养物质［6-7］，具有“干果之王”、“肾之果”等美誉，在促进人体生理功能、保持人体健康方面具有重要作用［8-9］。板栗因其果肉质地细腻、口感糯而深受广大消费者喜爱，但采后贮藏中极易失水，使板栗果实减轻、变小、色泽发生劣变、质地软塌等。此外，板栗失水会降低板栗内部组织细胞的结合力及弹性［10］。失水不仅会对坚果的品质产生影响，而且对油用果实及水果蔬菜也会造成不利影响［11］。研究发现，黔玉1号种仁在失水过程中硬度整体呈增加趋势，种仁弹性逐渐下降，而破裂力整体上也表现出降低趋势［11］。随着含水量的增加，果蔬片硬度、胶黏性和咀嚼性呈先下降后上升的趋势，而内聚性和弹性变化不明显［12］。上述研究表明果实水分含量对保持其食用品质至关重要，果实水分含量变化不仅会影响果实的感官品质，而且会导致果实内部营养物质及质地劣变。鉴于此，开展不同水分含量对板栗品质的影响研究具有一定的现实意义。

低场核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）是一种无损技术，可通过微观角度来阐述样品水分分布及迁移变化［13］。张绪坤等［14］基于低场核磁共振技术测定胡萝卜切片保藏干燥过程中的横向弛豫时间变化，并依据横向弛豫时间的反演谱进一步解析水分含量变化对其品质的影响。Ng等［15］通过碳-13核磁共振（carbon-13 nuclear magnetic resonance，13C NMR）技术观察果蔬细胞壁多糖的迁移速率，从而进一步判定了果蔬的组织状态、成熟度及水果硬度等特征。Mallamace等［16］通过低场核磁共振谱图上的信号强度和频率范围分析得出西西里岛圣女果中糖分和必需氨基酸、γ-氨基丁酸的含量较高，基于此判断了不同产地的圣女果品种。Ciampa 等［17］基于核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）技术、核磁共振成像学 （magnetic resonance imaging，MRI）对不同季节圣女果中的水分含量进行测定，并分析其组织结构的变化，由此得出其贮藏条件和货架期。综上，目前低场核磁共振及成像技术已在食品贮藏、干燥、品质监控和复水等方面得到广泛应用［18］，并取得了显著成效［19］。本研究以栗仁为试材，基于LF-NMR技术确定栗仁失水过程中水分相态变化，研究不同水分含量下的水分分布及迁移变化，并测定栗仁质构和色差品质指标变化，而后运用隶属函数评价不同水分含量下的栗仁品质，建立横向弛豫时间（T2）反演谱中总水峰积分面积（A2）和含水量线性回归方程，并分析质构参数与核磁各水峰积分面积的相关性，以期为不同水分含量下的栗仁适宜加工性研究提供参考。

1.1 材料与设备

1.1.1 试验材料 板栗采摘自贵州省板栗主产区黔西南望谟县，待板栗成熟刺苞裂开时，收集大小较为一致的板栗，除去虫果与病果后置于贵州省核桃研究所冷库降温后脱壳备用。

1.1.2 主要仪器与设备 TMS-PRO食品物性分析仪，北京盈盛恒泰科技有限责任公司；
NMI20-040V-I 低场核磁共振分析仪，苏州纽迈电子科技有限公司；
WSL-2色差仪，上海悦丰仪器仪表有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 样品处理：板栗水分含量设置7个梯度，分别为48%、43%、38%、33%、28%、23%、18%。每个水分含量梯度分为一组，每个水分梯度用3 个铝圆盘，每个圆盘里放5 个栗仁，将每个水分梯度下的铝圆盘置于室温下自然失水，定期对总质量（圆盘及盘里栗仁）进行测定。将试验测得的质量换算成水分含量。失水试验中的水分含量（Mtt）表示室温条件下物料的剩余水分含量［20］，计算公式如下：

式中，Mtt为t时刻含水量；
Mt0为初始含水量；
M0为初始质量，g；
Mt为t时刻质量，g。

挑选315个大小较为一致的初始水分含量为48%的栗仁置于室温下自然失水。将达到设定水分含量的栗仁装入真空包装袋中抽真空热封，放入高压蒸汽锅内121 ℃蒸20 min，冷却后取出进行质构和色差分析。

挑选20 个大小较为一致的初始水分含量为48%的栗仁装入真空包装袋中抽真空热封，放入高压蒸汽锅内121 ℃蒸20 min，冷却后取出用滤纸擦去栗仁表面水渍，而后置于室温环境自然失水达到设定水分梯度后进行核磁共振分析。取15个栗仁进行水分分布及迁移试验，试验结果取其平均值，取5个栗仁进行成像分析。

1.2.2 指标测定

1.2.2.1 质构特性测定 在食品物性分析仪测试台上放置栗仁并对其质构特性进行测试，试验以30 个栗仁进行重复，结果以平均值表示。测试过程中栗仁朝向、位置尽量一致。参照Phinney等［21］的方法，并略作改动。具体参数设置如下：零点距圆盘型探头30 mm，圆盘直径50 mm，探头下降速度60 mm·min-1，压力0.5 N，栗仁形变量20%。依据显示的质构特征曲线计算质地剖面分析（texture profile analysis，TPA）参数。

1.2.2.2 果实内部色泽参数测定 栗仁中间色泽参数使用色差仪测定，测色光斑直径为10 mm。用手术刀将栗仁从中间切开，保证果实切开部位平整，无凹凸。每个水分梯度随机选取15 个栗仁进行测定，测定位置位于栗仁的中部，分别记录其亮度ΔL*值、色相Δa*值和Δb*值。按照公式计算总色差ΔE*、饱和度（彩度）ΔC*和色相角h［22］：

1.2.2.3 隶属函数评价 栗仁感官品质受气味、色泽、外观结构等指标影响，以单一指标评价不太全面，因此采用多因素综合评价方法。隶属函数将栗仁的感官指标得分重新进行转换，再依据此综合得分对影响栗仁感官品质的指标进行划分。

（1）隶属函数公式：

式中，Ci为指标值；
Cmin为最小值；
Cmax为最大值。

若评价结果和某感官指标呈负相关，用反隶属函数进行计算，转换公式如下：

本研究将5个感官指标：气味（20分）、色泽（15分）、外观结构（15 分）、适口性（25 分）、滋味（25 分）进行分数划分，并设其隶属度分别为L1、L2、L3、L4、L5，取L1=0.2、L2=0.15、L3=0.15、L4=0.25、L5=0.25，按下式进行加权，对栗仁感官品质进行综合评分，分值记为Z（满分1分）：

1.2.2.4 水分分布与组成的测定及成像 基于LFNMR 技术对栗仁中水分分布、组成进行分析，设定氢质子的共振频率和磁体温度分别为20 MHz 和32 ℃。将样品放入磁场强度为0.5 T、线圈直径为40 mm 的核磁共振仪中，采集样品的横向弛豫时间（T2），通过将核磁共振信号反演得到T2反演图谱。

弛豫分析-CPMG序列：采样带宽（spectral width，SW）=100 kHz；
谱仪频率 （spectrometer frequency，SF）=20 MHz；
射频延时（regulate first data，RFD）=0.080 ms；
漂移频率（offset 1，O1）=750 944.47 Hz；
模拟增益 （regulate analog gain1，RG1）=20.0 dB；
90°脉宽（pulse 90°，P1）=6.00 μs；
数字增益 （regulate digital gain1，DRG1）=3 dB；
时间点数据（time data，TD）=19 752；
前置放大器增益（pre-amp regulate gain，PRG）=1；
重复采样等待时间（time wait，TW）=2 500.00 ms；
采样次数（number of scans，NS）=4；
180°脉宽（pulse 180°，P2）=14.00 μs；
回波时间 （echo time，TE）=0.250 ms；
回波个数（number of echoes，NECH）=750；
回波时间（echo time2，TE2）=6.750 ms；
回波个数（number of echoes2，NECH2）=1。

成像：读出方向的视野（field of view，FOV Read）=100 mm；
相位视野（field of view，FOV Phase）=100 mm；
层数=7；
层宽度=1 mm；
层厚=1 mm；
第一频道 （spectrometer frequency offset of the first channel，SFO1）=20.75 MHz；
X轴方向电子匀场（GxOffet）=170，Y 轴方向电子匀场（GyOffet）=-150；
Z 轴方向电子匀场（GzOffet）=190；
90°软脉冲幅度（radio frequency amplitude90，RFA90）=0.5%；
180°软脉冲幅度（radio frequency amplitude180，RFA180）=0.8%；
翻转角度=90 deg；
重聚翻转角度=180；
平均次数=8；
频率编码方向的采样点数=256；
模拟增益（regulate analog gain，RG）=20 dB；
重复时间 （repetition time，TR）=500 ms；
回波时间（echo time，TE）=20 ms；
相位编码步数=192；
前置放大器增益（pre-amp regulate gain，PRG）=HIGH。

1.3 数据分析

采用Excel 2007软件进行数据整理，运用Origin 9.1软件进行制图，采用SPSS 19.0软件对试验数据进行统计分析。

2.1 质构特性

2.1.1 硬度和粘附性变化 由图1-A可知，随着水分含量的下降，栗仁硬度整体呈增大趋势。含水量在28%～48%范围时，曲线走势较为平缓，各处理组之间的硬度差异不显著；
含水量为23%时的硬度较大，为38.9 N，较含水量为28%时的硬度显著增加37.94%；
含水量为18%～28%时，硬度曲线较陡，变化较大，含水量为18%时的栗仁硬度最大，为51.8 N，较含水量为28%时的硬度显著增加83.69%。

图1 不同水分含量对硬度和粘附性的影响Fig.1 Effect of different moisture content on the hardness and adhesiveness

由图1-B 可知，含水量在28%～48%范围时，随着水分含量的增加，粘附性表现为先下降后升高变化趋势，含水量为28%时的粘附性为0.114 N·mm，较含水量为38%时的粘附性显著增加103.57%；
含水量在18%～28%和28%～48%时的粘附性曲线走向变化一致，含水量为18%时的粘附性最大，为0.139 N·mm，是含水量为23%时粘附性的3.39倍，且差异显著。

2.1.2 内聚性和弹性变化 由图2-A可知，内聚性在栗仁失水过程中变化不明显。含水量在28%～33%和43%～48%范围时的内聚性均随水分含量的增加而降低，但差异不显著；
含水量在33%～43%和18%～28%范围时内聚性无明显变化；
含水量为28%时的内聚性较含水量为48%时显著增加40%。

图2 不同水分含量对内聚性和弹性的影响Fig.2 Effect of different moisture content on the cohesiveness and springiness

由图2-B可知，弹性在栗仁失水过程中变化不明显，整体呈下降趋势。含水量为48%时的弹性较大，为3.15 mm，与含水量为43%时的弹性值差异不显著，但与其他含水量下的弹性值均存在显著差异。

2.1.3 胶黏性和咀嚼性变化 由图3-A可知，胶黏性在失水过程中整体呈上升趋势。含水量在28%～48%范围时的胶黏性变化不大，含水量为28%时的胶黏性较含水量为48%时显著增加50%；
含水量在18%～28%范围时的胶黏性随水分含量的增加而逐渐减小，含水量为23%时的胶黏性较含水量为28%时显著增加41.40%，含水量为18%时的胶黏性较含水量为23%时显著增加27.76%。

图3 不同水分含量对胶黏性和咀嚼性的影响Fig.3 Effect of different moisture content on the gumminess and chewiness

由图3-B可知，在栗仁失水过程中，咀嚼性整体呈上升趋势。含水量在28%～48%范围时咀嚼性变化不明显，含水量为28%时的咀嚼性较含水量为48%时显著增加32.20%；
含水量在18%～28%范围时咀嚼性随含水量的增加而逐渐减小，含水量为23%时的咀嚼性较含水量为28%时显著增加43.00%，含水量为18%时的咀嚼性较含水量为23%时显著增加24.14%。

2.2 色差分析

2.2.1 色差变化 由图4-A可知，随着栗仁水分含量的下降，Δa*值呈先升高再下降的变化趋势。含水量在28%～48%范围时，Δa*值随含水量的增加而逐渐减小，下降幅度达80.45%；
含水量在18%～28%范围时，Δa*值随含水量的增加呈上升趋势，增加幅度达23.46%。

由图4-B可知，随着栗仁水分含量的降低，Δb*值呈先升高再下降的变化趋势，果肉颜色逐渐由浅变为褐色直至石灰化变白。含水量在33%～48%范围时，果肉颜色褐变减轻，Δb*值降低39.28%；
含水量在18%～33%范围时，果肉颜色逐渐加深，Δb*值增加33.03%。

图4 不同水分含量对色差的影响Fig.4 Effect of different moisture content on the color difference

2.2.2 亮度和饱和度变化 由图5-A可知，ΔL*值为负，说明试样比标样深。随着栗仁水分含量下降，ΔL*值呈先降低后又逐渐升高的趋势。含水量在28%～48%范围时，ΔL*值逐渐增大，增大速率较快，果肉颜色亮度变亮，栗仁含水量为48%时的ΔL*值较含水量28%时增加51.28%；
含水量在18%～28%范围时，ΔL*值随含水量的增加而逐渐下降，下降速率较为缓慢，果肉颜色亮度由亮逐渐变暗，栗仁含水量为18%时的ΔL*值较含水量28%时降低30.77%。

由图5-B可知，ΔC*值在整个失水过程中整体上表现为上升的趋势，但变化不明显。整个失水过程中ΔC*值在含水量为18%时较高，为5.64，在含水量为48%、38%时较低，分别为4.90、4.89，含水量为18%时的ΔC*值较含水量为48%、38%时分别增加15.10%、15.34%。

图5 不同水分含量对亮度和饱和度的影响Fig.5 Effect of different moisture content on the lighteness and saturation

2.2.3 总色差和色调角变化 由图6-A 可知，ΔE*值在整个失水过程中表现为先上升后下降的变化趋势。含水量在28%～48%范围时ΔE*值随含水量的增加而逐渐下降，总色差逐渐减小，含水量为28%时的ΔE*值较含水量为48%、43%时分别升高60.29%、31.34%；
含水量在18%～28%范围时，ΔE*值随含水量的增加而逐渐升高，总色差逐渐增大，含水量为28%的ΔE*值较含水量为23%、18%时分别增加14.20%、20.93%；

图6 不同水分含量对总色差和色调角的影响Fig.6 Effect of different moisture content on the total chroma difference and hue

由图6-B可知，色调角h值在栗仁含水量38%～48%范围时变化较为明显，随含水量的增加呈逐渐上升的变化趋势，含水量为48%的h值较含水量为43%、38%时分别增加5.98%、22.77%；
色调角h值在含水量为18%～38%范围时变化不明显。

2.3 隶属函数评价

由表1可知，含水量为48%时的栗仁隶属度值最大，达1.00，随着栗仁水分含量的降低，其综合评分依次下降，7 个水分梯度下的栗仁可食性品质从优到劣依次为48%、43%、38%、33%、28%、23%、18%。

表1 感官指标隶属函数值及综合评分Table 1 Membership function value and comprehensive score of sensory indexes

2.4 低场核磁共振分析

2.4.1 水分分布及组成变化 由图7 可知，在含水量43%～48%范围时，熟化栗仁横向弛豫时间（T2）反演图谱中出现3个波峰，在含水量18%～38%范围时只有2个波峰，说明熟化栗仁内部有3种不同状态水分存在，依据T2将熟化栗仁内部水分状态分为：结合水T21（0～1 ms）、不易流动水T22（1～100 ms）、自由水T23（100～1 000 ms）。T23对应波峰（A23）面积在反演图谱中最小，说明熟化栗仁中结合水和不易流动水占比较高，而自由水的比例相对较低［23］。自然失水过程中，栗仁反演图谱中均出现1～3个波峰，而且水分状态有较大变化，自由水损失最多。

图7 横向弛豫时间T2变化Fig.7 Change of transverse relaxation time （T2）

2.4.2 横向弛豫T2各峰面积的变化 由图8-A可知，随着水分含量下降，栗仁内部总水峰积分面积呈逐渐降低的变化趋势。含水量为38%～48%和23%～38%范围时的总水峰积分面积变化幅度较大。含水量为48%时的总水峰积分面积较含水量为38%时显著增加85.02%；
含水量为38%时的总水峰积分面积较含水量为23%时显著增加52.38%；
含水量在18%～28%范围时总水峰积分面积上升较为缓慢，曲线走势较为平缓，含水量为28%时的总水峰积分面积较含水量为18%时显著增加40.86%。

图8 不同水分含量下各横向弛豫时间峰面积变化Fig.8 Changes in peak areas of transverse relaxation times at different moisture content

由图8-B可知，随着水分含量下降，结合水峰积分面积表现为先升高后降低的变化趋势。含水量为43%时的结合水峰积分面积是含水量为48%时的8.81 倍，而且达到差异显著水平；
含水量在18%～43%范围时结合水峰积分面积随含水量的增加而逐渐增大，其中含水量在33%～43%范围时结合水峰积分面积上升幅度较大，曲线走势较陡，含水量为43%时的结合水峰积分面积较含水量为33%时显著增加56.45%；
含水量在18%～28%范围时结合水峰积分面积上升幅度较小，曲线走势较缓，含水量为28%时的结合水峰积分面积较含水量为18%时显著增加41.32%。

由图8-C可知，随着水分含量下降，不易流动水峰积分面积整体上呈先降低后升高再下降的变化趋势。含水量为48%时的不易流动水峰积分面积是含水量为43%时的304.26 倍，且差异显著；
含水量在18%～43%范围时不易流动水峰积分面积变化不明显。

2.4.3 失水过程中横向弛豫时间的变化 由图9可知，随着水分含量下降，T21呈先升高后下降的变化趋势。含水量在43%～48%范围时，随着含水量的增加，T2反演图谱中呈现出的峰发生左移，即T21减小，曲线较陡，下降幅度较大，含水量为43%时的T21是含水量为48%时的7.54倍，且差异显著；
含水量在18%～43%范围时T2反演图谱中呈现出的峰发生右移，即T21增大，含水量为43%时的T21是含水量为18%时的5.07倍。此外，随着水分含量下降，T22整体上呈下降-升高-下降-升高-下降的变化趋势。含水量在43%～48%和28%～38%范围时，随着含水量的增加，T2反演图谱中呈现出的峰发生右移，即T22增大，含水量为48%时的T22值是含水量为43%时的5.98倍；
含水量为38%时的T22值较含水量为28%增加29.14个%，但差异不显著。

图9 不同水分含量下各横向弛豫时间变化Fig.9 Changes of transverse relaxation times at different moisture content

2.4.4T2谱峰面积与含水量关系 研究表明低场核磁共振信号幅度值与所测样品中氢质子密度具有一定的线性关系［24］，因此，可以通过核磁共振总信号幅度值表示所测样品中的总水分含量。依据样品中水分含量与核磁共振总信号幅度值的线性关系对板栗种子中水分含量进行定量分析［25］。

由图10可知，随着栗仁水分含量的升高，低场核磁共振总信号幅度值逐渐增大。依据Origin 9.1软件对试验所得数据进行线性回归分析，得出所测样品低场核磁共振信号幅度值与栗仁水分含量之间呈线性关系。熟化栗仁线性回归方程为y=137.46x-1 133.48。R2=0.903，R2adj=0.884，二者较为接近，皮尔逊相关系数为0.950。方差分析（analysis of variance，ANOVA）显著性检验得出，F=46.78，P=0.001 02＜0.01，线性方程达到极显著性水平。以上线性方程的系数、相关系数及显著性检验表明，利用所得线性回归方程预测板栗中水分含量是切实可行的。

图10 总质子密度信号强度与含水量关系Fig.10 Relationship of moisture content and total signal strength

2.4.5 失水过程中核磁共振成像分析 低场核磁共振为快速无损检测方法，其磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）可直观提供所测样品内部结构的可视化信息。

由图11可知，自然失水过程中栗仁H质子密度灰度图亮度逐渐变暗、减弱，栗仁形状面积逐渐收缩，说明栗仁中水分含量逐渐挥发损失。栗仁水分含量为33%时，栗仁内部的不易流动水、自由水的信号均相对较弱，仅剩内层水分，而且水分含量较低，样品所呈图像与背景色（灰）接近，进一步表明栗仁失水己较为严重。

图11 栗仁失水灰度图Fig.11 Gray image of chestnut kernel during water loss

由图12可知，在失水初期，栗仁轮廓清晰可见，这是由于此时在栗仁内部水分含量的比例高，加之内部信号强度高于外围。加权成像显示，水分含量为33%～48%时，伪彩图像红色范围较广，而后红色范围增大，表明在自然失水过程中样品水分子中H质子自由度发生变化、自由度渐渐降低，水分相态发生改变，即由自由水逐渐向不易流动水、结合水转变。随着失水程度加剧，栗仁体积萎缩，样品内部自由水逐渐挥发损失至不可见程度。

图12 栗仁失水伪彩图Fig.12 Pseudo color image of chestnut kernel during water loss

2.5 各指标间相关性分析

由图13可知，含水量与硬度、咀嚼性、颜色彩度（ΔC*）呈现显著负相关关系（r=-0.78、-0.87、-0.87，P＜0.05），表明随着含水量降低，栗仁质地逐渐硬化，咀嚼时所需外力较大，栗仁颜色彩度也逐渐变为褐色。此外，含水量与内聚性、胶黏性呈极显著负相关关系（r=-0.92、-0.91，P＜0.01），说明水分含量下降会导致栗仁组织细胞间结合力变大，栗仁在挤压的过程中较易保持完整性。含水量与弹性呈显著正相关关系（r=0.85，P＜0.05），说明随着水分含量的下降，栗仁内水分逐渐挥发损失并失去弹性，栗仁经压缩变形后，压力除去后栗仁能恢复原有形状的能力逐渐弱化；
硬度与胶黏性、咀嚼性、ΔC*呈极显著正相关（r=0.97、0.98、0.97，P＜0.01），说明栗仁室温自然失水后其质地逐渐硬化会进一步引起栗仁胶黏性、咀嚼性逐渐增大，即栗仁在质构挤压过程中其黏性程度变大，经牙齿咀嚼时所受抵抗力增大，被咀嚼至可吞咽状态所需力度较大。栗仁失水导致内部营养物质发生变化，经高温高压蒸汽处理后发生美拉德反应，内部褐色较深，ΔC*值变大；
内聚性与弹性呈显著负相关关系（r=-0.87，P＜0.05），与胶黏性则呈现显著正相关关系（r=0.78，P＜0.05），表明随着栗仁逐渐失水，组织细胞间的结合力逐渐增大，栗仁失去原有弹性，遭到挤压后的恢复程度较差，栗仁组织内部受挤压时的黏性度变大；
弹性与不易流动水、ΔL*值、色调角h呈显著正相关关系（r=0.80、0.84、0.87，P＜0.05），弹性与Δa*值、ΔE*值则表现出极显著负相关关系（r=-0.91、-0.92，P＜0.01），说明水分含量和不易流动水对弹性的影响是一致的，失水会导致栗仁失去原有弹性，栗仁组织发生氧化、褐变，栗仁组织内部亮度变暗、色泽加深，色差越来越大；
胶黏性与咀嚼性、ΔC*值呈极显著正相关关系（r=0.99、0.98，P＜0.01），说明栗仁在口腔中经牙齿进行挤压时黏性程度增大，此时咀嚼所需外力也逐渐变大；
不易流动水与ΔE*值呈显著负相关关系（r=-0.79，P＜0.05），说明水分经自然挥发后栗仁内部发生一定程度褐变，经高温高压处理后总色差变大；
Δa*值与Δb*值、ΔE*值分别呈显著、极显著正相关关系（r=0.82，P＜0.05；
r=0.97，P＜0.01），ΔL*值与ΔE*值呈极显著负相关关系（r=-0.98，P＜0.01），表明栗仁失水后内部部分营养物质发生氧化、致使栗仁失去原有的色泽，经蒸汽处理后色泽加深，亮度暗沉。

图13 各指标间的Pearson相关系数Fig.13 Results of Pearson correlation coefficient among each index

2.6 主成分分析

由表2 可知，将熟化栗仁的质地参数转化为11个主成分，依据各个主成分特征值、贡献率对主成分进行提取，前2个主成分累计方差贡献率达到88.914%，可表示所有指标绝大部分的信息，进一步对栗仁的品质特性进行反馈，能作为栗仁评价和选优的综合指标。第1个主成分特征值为5.792，方差贡献率为52.657%；
第2个主成分特征值为3.988，方差贡献率为36.256%。各变量与主成分间的相关系数以载荷值为主要体现，数值的+/-符号说明其和主成分呈正/负相关，数值的绝对值大小表示主成分与该指标关系的强弱，是指标在主成分上载荷大小的反映。由表3可知，全部参数均可被3 个主成分解释。用指标载荷除以对应主成分特征值的平方根，得到相应主成分上各指标系数的特征向量，即为旋转载荷。经旋转后载荷系数较为接近1 或0，旋转后主成分对于变量能较好的解释。PC1=0.27X1+0.10X2+0.39X3-0.39X4+0.34X5+0.32X6+0.31X7+0.15X8-0.26X9+0.32X10+0.32X11，PC2=0.37X1+0.26X2+0.02X3+0.17X4+0.28X5+0.31X6-0.32X7-0.41X8+0.37X9+0.29X10-0.31X11。依据各指标在主成分1和2中载荷系数绝对值大小，判断主成分包含的指标。第1主成分在硬度、内聚性、弹性、胶黏性、咀嚼性、Δa*、ΔL*、ΔC*、ΔE*9 项指标上有较大载荷系数，因此该主成分1与这9 项指标有较强相关性；
第2 主成分在硬度、粘附性、胶黏性、咀嚼性、Δa*、Δb*、ΔL*、ΔC*、ΔE*上有较大载荷系数。

表2 主成分分析结果Table 2 Results of the principal component analysis

表3 因子载荷及特征向量Table 3 Factors load and characteristic vectors

3.1 水分含量对栗仁质构特性的影响

物性分析仪（texture profile analysis，TPA）可模拟人体口腔牙齿咀嚼运动，进而基于力学方法对样品质地的状况、组织结构进行评价［26］，对于所测样品的硬度、粘附性、内聚性、弹性等参数进行较为全面的反馈，可用来评价食品的质地变化［27-30］。本研究通过TPA 法对不同水分含量的栗仁质地品质进行测定，结果显示不同水分含量栗仁TPA的质地参数具有较大差异。本研究发现熟化栗仁在逐渐失水的过程中，栗仁硬度、胶黏性及咀嚼性表现出波浪起伏变化，但整体而言栗仁硬度、胶黏性及咀嚼性呈增大的变化趋势，可能是由于栗仁失水引起组织细胞萎缩，栗仁果实软化，细胞壁会进一步降解，导致细胞分子间结合力变弱，从而使栗仁硬度、胶黏性及咀嚼性下降。栗仁水分含量在18%～28%范围时，其硬度、胶黏性及咀嚼性呈逐渐减小的变化趋势，原因可能是栗仁为顽拗性种子，在贮藏过程中因失水而发生石灰化，致使栗仁果实质地在失水后期变的较为坚硬，栗仁硬度较大，口腔进行咀嚼时所要施加的力较大，组织细胞间进行挤压时产生的力度较大。本研究发现，在栗仁失水过程中，栗仁的弹性逐渐下降，而内聚性却表现为逐渐增大的变化趋势，其原因可能是贮藏初期栗仁水分含量较足，栗仁经压缩变形后的恢复能力较强，而随着栗仁失水程度加剧，组织细胞发生劣变，致使栗仁质地逐渐硬化，果实组织细胞间的结合力较大，栗仁经过挤压后较易保持果实的完整性，栗仁失去了应有的弹性，内聚性变大。此外，本研究发现，栗仁的硬度与弹性表现出负相关关系，但与咀嚼性却呈现极显著正相关关系，这与部分研究得出的结果较为一致［31］，表明栗仁的适口性在很大程度上取决于其硬度、弹性和咀嚼性，并与之密切相关，可作为评价栗仁质地的重要参数［32］。此外，栗仁的内聚性与胶黏性呈显著正相关关系，胶黏性与咀嚼性呈极显著正相关关系，说明内聚性、胶黏性及咀嚼性可以映射不同水分含量下栗仁的质地差异性［33］。

3.2 水分含量对栗仁色泽特征的影响

色泽在评价果实商品价值时至关重要，是影响果实品质的重要因素。淀粉、蛋白质及脂质等会对果实的色泽产生一定影响，在贮藏过程中若果实发生失水胁迫，其自身内在的营养物质会被消耗，这些主要营养物质的降解代谢加剧将会导致果实的色泽发生较大改变［34］。本研究发现，在自然失水过程中，栗仁色泽变化是一个缓慢渐变过程。在整个失水过程中，Δa*值与Δb*值整体上呈先升高后降低的变化趋势，ΔL*值均为负值，表明样品色泽比标样深，ΔL*值呈“V”字形变化，这是因为栗仁初始水分含量较高，果实色泽较为饱满，果实具有一定亮度；
失水中期，栗仁受到水分胁迫，自身营养物质被降解，并发生氧化褐变，引起Δb*值与Δa*值升高，果实亮度变暗，色泽深沉；
失水后期，栗仁发生一定程度石灰化，栗肉逐渐发白，致使Δb*值与Δa*值下降，栗仁亮度又有所增加。此外，本研究还发现，随着失水程度的加剧，ΔC*值与ΔL*值的变化较为相似，ΔE*值则呈先升高后下降的变化趋势，究其原因，可能是失水胁迫加速栗仁衰老，加之组织细胞内活性氧代谢失衡，致使蛋白质和淀粉发生降解，导致栗肉原有色泽逐渐褐变，ΔE*值升高，总色差变大，而失水后期ΔE*值下降致使栗肉变白，与初始栗仁色泽之间的差异缩小，这与栗仁发生石灰化存在一定关联。

3.3 栗仁失水过程中水分分布及迁移变化

样品中水分分布情况、自由程度可用横向弛豫时间（T2）来表示。本研究发现，栗仁含水量为48%、43%时，栗仁中氢质子出现3个弛豫时间，分别为T21-结合水（0～10 ms）、T22-不易流动水（10～100 ms）和T23-自由水（100～1 000 ms）；
栗仁含水量在18%～38%时，氢质子只有2个弛豫时间，只剩结合水和不易流动水，自由水一方面参与栗仁熟化过程中的淀粉糊化，另一方面在室温下自然挥发损失。在整个失水过程中，结合水（A21）呈升高-下降变化趋势，不易流动水（A22）则表现为先下降而后趋于稳定，究其原因，可能是随着栗仁失水程度加剧，A22中部分结合不紧密的水转化为结合水引起A21增加；
含水量在18%～43%时，A21呈上升趋势，A22则表现为略微下降，这可能是组织内部流动性稍强的不易流动水与亲水性胶体之间分子作用力增强，引起这部分类型水继而转化为结合水；
此外，含水量在43%～48%时结合水、不易流动水横向弛豫时间T21发生左移、T22发生右移，但A21下降、A22增大，这可能是结合水中部分键合作用较弱的临近水和多层水逐渐转化为不易流动水A22。

3.4 不同水分含量栗仁的加工适宜性及其用途

栗仁作为一种天然健康有营养的食材，其开发利用前景较广。本研究以栗仁为试材探究不同水分含量下栗仁的品质特性变化，发现栗仁水分含量在38%及以上时，经高压蒸汽熟化后的食用品质较佳，适合蒸熟食用。栗仁水分含量在38%以下时，经高压蒸汽熟化后的可食性不佳，即栗仁含水量在38%以下时不建议蒸熟食用。目前部分学者对板栗的应用展开了研究，发现将生板栗经50 ℃鼓风干燥后，粉碎过筛作为食品添加剂应用于面包中，面包成品体积较大，且气孔细密，加之板栗香甜味突出、口感细腻有助于面包口感的提升［35］；
其次以生板栗淀粉为基础制备缓慢消化淀粉，将其添加到低筋面粉中能有效改善酥性饼干的消化性能［36］；
此外，将生板栗风干制成淀粉后，总水溶性糖含量有所增加，此时大分子量成分含量减小，而且其预测血糖指数较熟板栗淀粉低［37］。综上，水分含量较高的栗仁（水分含量在38%及以上）可主要以蒸熟食用为主，而含水量38%以下的栗仁可加工成栗仁全粉用以改善面食制品的质地、风味和口感，或者研发成适合肥胖症、糖尿病症人群食用的栗仁淀粉其他类型（缓慢消化淀粉、抗性淀粉）产品。

本研究对栗仁失水过程中的水分分布和迁移变化规律、品质进行探究，发现含水量48%、43%栗仁中有3种状态水存在，即结合水、不易流动水及自由水。含水量在18%～38%范围时只剩下较难除去的结合水、不易流动水；
随着含水量的降低，栗仁质地变差、可食用性不佳，栗肉色泽逐渐氧化、褐变，品相较差。后续将从转录及蛋白、细胞器等技术层面对果实的成熟特性及采后抗性、贮藏特性等方面进行深入研究，进一步阐述果实品质特征和调控机理。

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