超聲預處理對獼猴桃水分狀態及熱風干燥特性的影響

苑麗婧，何 秀，林 蓉，程沙沙

?農產品加工工程?

超聲預處理對獼猴桃水分狀態及熱風干燥特性的影響

苑麗婧，何 秀，林 蓉，程沙沙※

（1. 大連工業大學食品學院，大連 116034； 2. 國家海洋食品工程技術研究中心，大連 116034）

為了進一步明確超聲預處理技術對獼猴桃及其熱風干燥的作用效果，該文研究了200～600 W超聲功率和10～30 min超聲時間對獼猴桃片中水分狀態和分布、營養成分和后續熱風干燥過程中干燥特性、水分遷移規律，以及干燥后樣品的微觀結構、色澤和質構特性的影響。超聲預處理能夠引起獼猴桃片中水分流動的變化和重新分布，從而加快熱風干燥過程中水分的遷移和蒸發，并且增加超聲功率比延長超聲時間引起的水分變化更明顯。與對照組未處理的樣品相比，超聲預處理會引起獼猴片中可溶性固形物、可滴定酸和抗氧化成分的減少。核磁共振成像結果表明獼猴桃片中的水分在熱風干燥過程中由外表面向內部逐漸去除，水分含量逐漸降低。超聲預處理在獼猴桃片內部產生微觀通道和褶皺，從而改變了獼猴桃片內部的水分狀態和分布，加速了熱風干燥階段水分的遷移和去除，使熱風干燥速率比對照組的樣品提高了7.6%～17.5%。此外，超聲預處理對獼猴桃片干燥后的色澤沒有顯著影響（>0.05），并且降低了干燥后樣品的硬度、膠著度、咀嚼度和回復性等（<0.05）。綜合分析，超聲功率400 W作用20 min或600 W作用10 min預處理條件比較合適，該結果為超聲預處理技術在獼猴桃熱風干燥加工中的應用提供了一定的參考。

超聲；水分；獼猴桃；熱風干燥；低場核磁共振；品質

0 引 言

獼猴桃由于富含維生素C、鉀、鈣以及氨基酸等營養物質，被譽為“果中之王”，受到世界各地消費者的青睞。但是，新鮮獼猴桃由于含水率高、乙烯敏感度高以及酶活性高，易發生蒸騰失水、組織軟化、風味降低等品質劣化現象，從而造成食用價值和經濟價值的損失[1]。干燥是一種最常見的食品加工方法，主要通過降低食品中的水分抑制微生物和酶促反應引起的品質劣變，延長食品的貨架期[2-3]。在現有的干燥方法中，熱風干燥（Hot-Air Drying，HAD）因成本低，操作簡便等優點，已經成為果蔬干燥中應用較廣泛的加工方式之一。

超聲波作為一種機械波，可以通過與介質相互作用產生的機械效應、空化效應和熱效應，改變食品的微觀結構和加工特性，已經作為預處理手段被廣泛應用于食品加工領域[4-6]。Xu等[7]研究了低頻超聲預處理對胡蘿卜在中波紅外輻射干燥過程中傳質、水分遷移、微觀結構、干燥特性以及品質指標的影響，結果表明低頻超聲可以提高胡蘿卜片的干燥速度，并維持干燥后胡蘿卜片的色澤。Vallespir等[8]分析了干燥溫度（5、10、15 ℃）和超聲輔助對獼猴桃低溫干燥動力學、營養成分含量以及抗氧化活性的影響，結果發現超聲輔助能夠促進獼猴桃干燥過程中水分的擴散，使干燥時間縮短了55%～65%，獼猴桃營養成分和抗氧化活性的影響與干燥溫度有關，在15 ℃干燥過程中使用超聲輔助能夠減少生物活性成分和抗氧化性能的損失。Fijalkowska等[9]研究發現與未處理的樣品相比，超聲預處理縮短了蘋果片13%～17%的熱風干燥時間，并能改善干蘋果樣品的色澤參數，此外，經超聲預處理的干蘋果片復水3 h后的含水率和可溶性固形物損失與未處理的干蘋果片相比沒有明顯的差異（>0.05）。

水分是新鮮果蔬中含量最多的組分，干燥過程中水分狀態和分布的變化與干燥產品的品質密切相關[10]。低場核磁共振（Low-Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）和磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）技術是研究食品加工過程中水分狀態、分布及遷移變化規律的有力工具，具有無損、分析速度快等優點，在水產品、肉制品、堅果、果蔬等食品的干燥加工過程中得到廣泛應用[11-15]。Xu等[16]利用LF-NMR發現西藍花中存在3種流動性不同的水組分，MRI能夠可視化地展現西藍花不同部位水分的分布情況；同時，利用LF-NMR和MRI方法還可以實現對西藍花熱風干燥過程中水分流動性和分布變化的監測。李定金等[17]利用LF-NMR探究山藥切片中的水分在真空微波干燥過程中的變化規律，結果表明微波功率越高，不可移動水和自由水去除的時間越短，并且干基含水率與弛豫峰總峰面積之間具有良好的相關性，可用于干燥終點的快速無損預測。郝啟棟等[18]利用LF-NMR發現超聲或超高壓預處理主要去除蒜片中的自由水，兩種預處理方式均能夠縮短干燥過程中自由水的脫除時間，結合微觀結構發現超高壓-超聲聯合處理能夠有效擴增蒜片中的顯微通道，更有助于削減蒜片組織對水分的束縛作用。Chitrakar等[19]利用LF-NMR技術研究了糖或鹽預處理對幾種果蔬（蘋果、胡蘿卜、卷心菜、花椰菜和蘿卜）干燥過程中水分狀態的影響，并且發現水分活度和水組分弛豫峰總面積之間具有較好的相關性。Sun等[20]利用LF-NMR研究胡蘿卜在微波真空干燥中的水分遷移變化，發現新鮮胡蘿卜中主要為自由水，弛豫峰總面積和自由水的峰面積均隨著干燥過程的進行逐漸降低，結合反向傳播人工神經網絡（Back Propagation Artificial Neural Network，BP-ANN）方法能夠構建水分含量的快速預測模型。李琳琳等[21]利用LF-NMR比較了哈密瓜在熱風干燥和紅外輻射干燥過程中水分遷移規律的區別，并結合偏最小二乘回歸基于弛豫數據構建了哈密瓜干燥過程中水分含量的快速預測模型。李梁等[22]利用LF-NMR發現獼猴桃切片在熱風干燥中水分脫除順序依次為自由水、不易流動水、結合水，不同水組分在干燥過程中能夠相互轉化，并且水組分的核磁峰值總和與獼猴桃切片含水率之間具有良好的相關性。但是，有關超聲預處理對獼猴桃中水分狀態和分布以及后續熱風干燥品質影響的報道較少。

因此，本文利用超聲波對熱風干燥前的獼猴桃片進行預處理，利用LF-NMR和MRI技術研究不同超聲功率及超聲處理時間對獼猴桃片中水分狀態和分布以及后續熱風干燥過程中水分遷移變化規律的作用效果，借助掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscopy，SEM）的觀察分析預處理對干燥獼猴桃片的微觀結構的影響，結合預處理后營養成分變化、熱風干燥特性和熱風干燥后色澤和質構的變化規律，探究超聲預處理對獼猴桃及其熱風干燥過程的影響，為獼猴桃生產加工提供一定理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗中使用的獼猴桃樣品購自大連當地市場，品種為徐香，選擇大小均勻，無機械損傷的樣品，儲存在4 ℃冰箱中備用，使用前平衡至室溫20 ℃。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品的制備與處理

超聲預處理：將平衡至室溫的獼猴桃去皮，切成厚度約為7 mm的獼猴桃片。將獼猴桃片放入裝有去離子水（樣品與去離子水質量比為1:4）的500 mL燒杯中，采用超聲波細胞粉碎機（SCIENTZ-950E，寧波新芝生物科技股份有限公司）并將P6超聲探頭浸入液面下15 mm，分別在200、400和600 W條件下處理10、20和30 min。在文獻調研的基礎上[5]，結合前期預試驗結果確定超聲功率和作用時間。超聲處理后的樣品用廚房用紙去除表面水分，進行核磁信號和營養成分的測定。

熱風干燥：將超聲預處理后的獼猴桃樣品置于電熱鼓風干燥箱（DHG-9070A，上海一恒科學儀器有限公司）中進行干燥（以不經過預處理直接熱風干燥的獼猴桃片作為對照組），參考文獻[23]確定干燥溫度為60 ℃，以干燥240 min作為干燥終點。選擇相同的干燥時間作為干燥終點0，為了方便不同處理組之間數據的比較，干燥終點時水分比范圍為0.10～0.14，在熱風干燥過程中，每隔60 min取樣進行LF-NMR和MRI數據測定。

1.2.2 低場核磁共振弛豫曲線的測定

采用低場核磁共振成像分析儀（MesoQMR23-06OH，蘇州紐邁電子科技有限公司）在Carr-Purcell-Meiboom- Gill（CPMG）序列下獲得獼猴桃樣品的衰減信號。采集參數設置如下：90°脈沖時間P1和180°脈沖時間P2分別為21和42s，重復采樣的等待時間TW為4 000s，回波時間TE為0.5 ms，累加次數NS為8，回波個數NECH為18 000。CPMG衰減數據利用多元分析軟件（Multi.Exp.Inv Analysis）中的SRIT算法進行反演，獲得樣品的自旋-自旋（2）弛豫分布曲線。每個數據點平行樣品數為3，每個樣品測定3次。

1.2.3 磁共振成像的測定

采用同一臺低場核磁共振成像分析儀的成像軟件在Spin-Echo（SE）序列下獲得獼猴桃樣品的質子密度加權圖像。主要成像參數為：視野FOV為100 mm × 100 mm，回波時間TE為20 ms，重復時間TR為1 600 ms，切片厚度為2 mm，層數為1，平均值為2，相位大小為192。

1.2.4 營養成分的測定

獼猴桃片中營養成分的測定方法如下：可溶性固形物含量使用手持糖度計進行測定[24]，可滴定酸和維生素C含量分別參照酸堿滴定法和2,6-二氯靛酚滴定法進行測定[25-26]，總酚含量參考福林酚法進行測定[27]，黃酮含量參考比色法進行測定[28]。每個數據點平行測定3次。

1.2.5 干燥曲線的測定

獼猴桃初始干基含水率參考GB5009.3-2016中的直接干燥法進行測定[29]，為（6.52±0.25）g/g。干燥過程中每隔20 min取樣稱質量，根據質量損失計算取樣時間點獼猴桃片的含水率，然后根據公式（1）和（2）進行水分比及干燥速率（g/(g·min））的計算。每個數據點平行測定5次。

式中M為干燥時間時樣品的含水率，g/g；M為最終平衡含水率，g/g（平衡含水率表示物料失水和吸水達到動態平衡，水分不能繼續除去，其數值較小，相對于M其數值是可忽略的，因此在進行水分比的計算時，可將平衡含水率視為0，從而將水分比的計算公式簡化）；0為初始含水率，g/g；M1為干燥時間1時樣品的含水率，g/g；M2為干燥時間2時樣品的含水率，g/g。

1.2.6 微觀結構的測定

首先將干燥后的獼猴桃切成薄片，然后用導電膠將切好的薄片固定到SEM（SU8010，日本日立公司）的樣品臺上，樣品進行噴金處理后，送樣至SEM觀察腔中，在1 000倍的放大倍數下進行獼猴桃樣品微觀結構的觀察。

1.2.7 色澤的測定

獼猴桃片表面顏色采用測色儀（UltraScan Pro，美國HunterLab公司）進行測定，測定結果以*、*和*值表示，并根據公式（3）、（4）和（5）進行褐變指數（Browning Index，BI）和總色差（Δ）的計算。每個數據點平行樣品數為3，每個樣品選擇8個表面部位進行測定。

式中0*、0*、0*和*、*、*分別為未處理和干燥后獼猴桃片的亮暗度、紅綠度和黃藍度值。（沒有具體定義，只是中間的一個計算公式）

1.2.8 質構的測定

使用物性測試儀（TA.XT.plus，英國 Stable Micro System 公司）對經過不同預處理的獼猴桃片干燥后的質構性質進行測定，測試模式設為TPA，參數設定為：測試前期、中期、后期的速度分別為2、1、2 mm/s，每個樣品經過兩次50%的壓縮循環，時間相隔5 s。每個數據點平行樣品數為5。

1.3 數據處理

所有數據以平均值±標準差的形式表示，數據間的差異顯著性采用單因素方差分析（ANOVA）方法（SPSS 19軟件）進行分析，<0.05表示存在統計學上的差異。使用Origin 8.5軟件繪制圖形。

2 結果與分析

2.1 超聲預處理對獼猴桃片中水分狀態的影響

首先利用LF-NMR研究獼猴桃片中的水分狀態在超聲預處理過程中的變化，結果如圖1所示。圖1a是對照未超聲處理的和200、400和600 W超聲預處理10 min時獼猴桃片的2弛豫分布曲線圖。從圖中可以看出，對照組未超聲處理的獼猴桃片中主要含有三種水組分：其中流動性最低的21為細胞壁中的水分，流動性居中的22為細胞質和胞外間隙中的水分，流動性最強的23為液泡中的水分[30-31]。與對照組未超聲處理的獼猴桃片相比，超聲預處理會引起23弛豫峰出現右移現象，同時峰值降低，說明超聲預處理會引起獼猴桃片內部水分流動性的增加和水分含量的減少。另外，超聲功率越大，23峰值降低的幅度越明顯，并出現23峰的分裂。圖1b、圖1c和圖1d分別是超聲功率200、400和600 W分別預處理10、20和30 min時獼猴桃片的2弛豫分布曲線圖。200 W超聲預處理條件下，超聲時間的延長會進一步引起獼猴桃片中的23水組分含量的降低；而400和600 W作用10 min時，23弛豫峰信號幅值出現明顯下降，但進一步延長超聲作用時間卻不會引起峰值的更明顯的降低，但會引起22與23弛豫峰的融合。以上結果說明超聲預處理會引起獼猴桃片內部水分狀態和分布的改變，這可能與超聲波的機械作用和空化作用有關[32]。通過不同超聲功率處理10 min和相同超聲功率作用不同時間的低場核磁共振弛豫曲線的變化結果比較得出，超聲功率的增加比超聲時間的延長對獼猴桃片中水分狀態和分布的影響更明顯，尤其是比較23弛豫峰的變化，超聲功率400和600 W時，超聲作用10 min時23的信號幅值降低較明顯，繼續延長超聲時間僅引起略微的變化。

2.2 超聲預處理對獼猴桃片營養成分的影響

2.2.1 可溶性固形物和可滴定酸

圖2a和2b分別展示了超聲預處理對獼猴桃片中可溶性固形物和可滴定酸的影響。對照組未超聲處理的獼猴桃片中可溶性固形物和可滴定酸的質量分數分別為16.5%和1.60%。超聲預處理會引起可溶性固形物和可滴定酸含量的降低：相同超聲功率時，超聲時間越長，可溶性固形物和可滴定酸含量下降越明顯；相同超聲作用時間時，超聲功率越大，總體上可溶性固形物和可滴定酸含量下降也越明顯，但沒有延長超聲時間引起的下降明顯。這可能是由于超聲預處理引起了獼猴桃片和超聲介質之間的物質的交換和轉移[32]。

2.2.2 抗氧化成分

超聲預處理對獼猴桃片中維生素C、總酚和黃酮含量的影響如圖3所示。從圖3a中可以看出，與對照組未超聲處理的樣品相比，超聲預處理會引起維生素C的降低，超聲時間越長，下降得越顯著，600 W預處理30 min時獼猴桃片中維生素C的含量最低。這可能與維生素C的溶出以及氧化降解有關，因為超聲空化作用能引起羥基自由基的產生[33]。從圖3b可以看出，200、400和600 W功率下分別作用10、20和30 min時，總酚含量均隨超聲時間的延長先升高后降低，在作用20 min時達到最高，但低于對照組未超聲處理的獼猴桃片中的總酚含量。這一結果表明適當延長超聲預處理時間可以增加對獼猴桃片中的總酚物質的提取，可能是超聲對細胞壁起到了一定的破壞作用，促進了結合酚類成分的釋放[34]。從圖3c可以看出，超聲預處理均會引起獼猴桃片中黃酮含量的降低，超聲功率400和600 W時，隨著超聲時間的增加，黃酮含量呈現先增大后減小的趨勢，原因可能是高功率處理對細胞壁的破壞作用一方面能夠促進黃酮類物質的釋放，另一方面釋放出的黃酮類物質容易氧化，引起損失[35]。

2.3 超聲預處理對獼猴桃片熱風干燥特性的影響

圖4是不同超聲預處理的獼猴桃片在熱風干燥過程中水分比和干燥速率的變化情況。與以前報道一致[22]，在熱風干燥過程中，隨著獼猴桃片中水分的蒸發散失，水分比逐漸減小。未超聲預處理的對照組樣品，干燥240 min后的水分比為0.13±0.04；200 W超聲預處理對獼猴桃片熱風干燥過程中水分比的影響較小，處理10、20和30 min的樣品干燥240 min后的水分比分別為0.14±0.04、0.13±0.04和0.14±0.06；400 W超聲預處理的獼猴桃片干燥后的水分比均低于對照組，隨超聲預處理時間增加其數值分別為0.11±0.04、0.12±0.04和0.12±0.04；600 W超聲預處理10、20和30 min的獼猴桃片干燥終點時的水分比分別為0.13±0.06、0.10±0.05和0.10±0.04。與對照組相比，超聲預處理組干燥終點時的水分比差異不顯著（>0.05）；不同超聲預處理會引起獼猴桃片含水率的變化，熱風干燥初始的含水率范圍為5.95～6.88 g/g。

由干燥速率曲線可以看出，獼猴桃片的熱風干燥過程主要為降速干燥，各組樣品的干燥速率均在干燥20 min后達到最大值，隨著干燥過程的持續進行和水分含量的逐漸降低，組織收縮程度增大，對水分的束縛力和阻力也隨之增大，獼猴桃片內部水分向外層轉移的速度低于表面水分的蒸發速度，致使干燥速率不斷減小。和對照組相比，200 W作用10、20和30 min后的平均干燥速率分別提高了7.6%、9.7%和11.3%；400 W作用10、20和30 min后的平均干燥速率分別提高了14.6%、11.4%和17.5%；600 W作用10、20和30 min后的平均干燥速率分別提高了14.1%、16.0%和16.7%。這與超聲產生的機械效應和空化效應以及超聲引起的微觀通道的形成、細胞間隙的增大和組織結構的擴張有關，從而加速了水分的遷移擴散，實現了對獼猴桃片熱風干燥過程的強化[18,36]。

2.4 超聲預處理對獼猴桃片熱風干燥過程中水分狀態的影響

根據圖1中超聲預處理對獼猴桃片水分分布和狀態的影響結果，400 和600 W作用10 min時23弛豫峰基本上已達到最低，繼續增加超聲時間不會進一步引起23弛豫峰的變化，因此對照組和200、400和600 W超聲預處理選擇10 min的獼猴桃片在熱風干燥過程中的2弛豫分布曲線，如圖5所示。從圖中可以看出，無論是否進行超聲預處理，隨著干燥過程的持續進行，2弛豫峰整體向左下方移動，橫向弛豫時間縮短，峰值幅度減小，表明在干燥階段獼猴桃片中的水分流動性和水分含量不斷下降。超聲功率對獼猴桃片熱風干燥過程也會產生影響，隨著超聲預處理功率增加，弛豫峰的左移程度和信號幅值的下降幅度逐漸增大，說明大功率超聲預處理能夠加快獼猴桃片中水分的蒸發。圖6是對照和200、400和600 W超聲預處理10 min的獼猴桃片在熱風干燥240 min時的2弛豫分布曲線，從圖6中可以看出，和對照組相比，200 W預處理10 min對干燥終點水分狀態和水分含量的影響不明顯，而400和600 W預處理10 min均能夠減小干燥終點的水分流動性和水分含量，其中600 W時2弛豫峰信號值最低。基于2.1部分的結果，200 W預處理時延長超聲時間能夠引起獼猴桃片中水分含量的進一步降低，因此在圖7中比較了200 W分別作用10、20和30 min對獼猴桃片熱風干燥過程中的2弛豫分布曲線的影響。

從圖7中可以看出，延長超聲時間對獼猴桃片干燥過程中的水分狀態的改變和含量的減少具有輕微的促進作用，但效果沒有提高超聲功率明顯。以上結果說明，提高超聲功率和延長超聲時間，空化效應和海綿效應的作用更顯著，對獼猴桃片內部水分狀態和分布的作用效果也越顯著，從而加速了獼猴桃片熱風干燥過程中水分的遷移和脫除[37-38]。

2.5 超聲預處理對獼猴桃片熱風干燥過程中水分分布的影響

圖8是不同超聲預處理的獼猴桃片熱風干燥過程中的質子密度加權圖像。從圖中可以看出，對照組未超聲處理的獼猴桃片中水分含量相對較高但分布不均勻，中心部位水分含量低于四周。超聲預處理可以引起內部水分重新分布，低功率和短時間超聲預處理對水分重新分布的作用效果不明顯，而高功率和長時間超聲預處理后，獼猴桃片內部水分分布逐漸趨于均勻。隨著熱風干燥時間的延長，成像圖中紅色的區域面積不斷減少，信號強度不斷下降，說明水分含量逐漸降低。從圖中還可以看出，獼猴桃片在熱風干燥過程中表面的水分首先蒸發，然后內部水分再向表面擴散并蒸發，這是由于熱風干燥首先帶走物料表面的水分。另外，不同的預處理條件也會影響獼猴桃片熱風干燥過程中的水分分布情況：干燥結束后，經過超聲預處理的獼猴桃片中紅色面積小于對照組；隨著超聲時間的延長和超聲功率的增大，紅色區域的面積更小，說明干燥過程中水分蒸發的速度更快。

2.6 超聲預處理對獼猴桃片熱風干燥后微觀結構的影響

利用SEM對不同超聲預處理的獼猴桃片熱風干燥后的微觀結構進行觀察，結果如圖9所示。從圖9中可以看出，對照組獼猴桃樣品的微觀結構較為均勻和緊湊，而超聲預處理組干燥后的樣品內部出現了不同數目的微孔道和不同程度的褶皺，這可能是因為超聲波的空化效應產生空化氣泡，氣泡破裂沖擊樣品產生新的微觀通道，同時引起震蕩和攪動，使樣品組織結構發生變形，形成褶皺[36,39]。隨著超聲功率和超聲時間的增加，超聲產生的空化效應和機械效應更加明顯，微孔道數目和褶皺增多，能夠促進干燥過程中水分的流動和遷移。但是，600 W超聲預處理30 min組熱風干燥后樣品的微觀結構比超聲預處理20 min組熱風干燥后的樣品更致密，微孔道孔徑變小，這可能是由于600 W超聲預處理30 min形成的微孔道更多，使獼猴桃在熱風干燥中水分蒸發的更快，樣品在干燥過程中的收縮程度更大，導致觀察到的微觀結構更緊湊。

2.7 超聲預處理對獼猴桃片熱風干燥后色澤的影響

不同超聲預處理的獼猴桃片熱風干燥后的色澤參數如表1所示。其中，*值為亮暗度，*值為紅綠度，*值為黃藍度，BI值用來評價褐變程度，Δ值用來評價總體色澤變化。與對照組相比，超聲預處理對獼猴桃片干燥后的*值和*值均沒有產生顯著影響（>0.05），說明亮度和黃藍度與對照組接近。超聲預處理會引起干燥后獼猴桃片*值的變化，但不同預處理組和對照組之間的差異均未達到顯著性水平（>0.05）。

此外，除400 W超聲預處理10 min組外，超聲預處理使獼猴桃片干燥后的褐變指數略有升高，但總色差值沒有顯著性差異（>0.05）。褐變指數的變化可能與預處理過程中獼猴桃中天然物質的損失、自由基的產生以及酶活性的增強等因素有關[40-41]。綜上可知超聲預處理可以保持獼猴桃片熱風干燥后的色澤。

2.8 超聲預處理對獼猴桃片熱風干燥后質構的影響

不同超聲預處理的獼猴桃片熱風干燥后的質構參數如表2所示。從表2中可以看出，和對照組相比，超聲預處理導致獼猴桃片熱風干燥后的硬度、膠著度、咀嚼度和回復性顯著降低（<0.05）；除600 W預處理30 min組外，降低的程度均隨超聲功率和超聲時間的增加而增大。這可能與超聲預處理引起的獼猴桃片微觀結構的改變有關，超聲使獼猴桃片內部出現變形和塌陷，形成微觀通道，與未經預處理直接熱風干燥后形成的致密緊湊的結構相比，超聲預處理樣品的組織結構更加疏松多孔。周頔等[42]報道了經超聲預處理的凍干蘋果片與未經超聲處理的樣品相比硬度下降。而600 W超聲預處理30 min的樣品干燥后的硬度、膠著度、咀嚼度和回復性高于600 W預處理20 min的樣品，原因可能是樣品在干燥過程中失去的水分較多，組織結構的收縮程度較大，從而使質構參數增加。但是，超聲預處理對彈性和內聚性均沒有顯著性影響（>0.05），說明干燥產品的形變恢復速度以及產品內部結構的抗斷裂能力和抵抗力沒有發生明顯改變。以上結果表明，超聲預處理能夠改善或維持獼猴桃片熱風干燥后的質構特性。

綜合分析超聲預處理對水分狀態、營養成分和后續熱風干燥過程中干燥特性、水分遷移規律和品質的影響，超聲功率400 W作用20 min或600 W作用10 min較適宜獼猴桃的熱風干燥預處理。

表1 不同條件超聲預處理的獼猴桃片熱風干燥后的色澤參數

注：相同列中不同的小寫字母表示差異顯著（<0.05），下同。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant differences (<0.05), the same below.

表2 不同條件超聲預處理的獼猴桃片熱風干燥后的質構參數

3 結 論

本文對不同超聲預處理對獼猴桃片的水分遷移、品質變化及熱風干燥特性的影響進行了研究，得到以下結論：

1）由LF-NMR弛豫結果可知超聲預處理能夠使獼猴桃片中的水分含量減少、流動性增加和重新分布，從而加快了熱風干燥過程中水分狀態和含量的改變，提高超聲功率相比延長超聲時間對獼猴桃片內部水分遷移的促進效果更明顯。

2）與對照組未超聲處理的樣品相比，超聲預處理后獼猴桃片中的營養成分含量下降，可溶性固形物、可滴定酸和維生素C含量隨超聲功率和時間的增加逐漸降低，總酚和黃酮含量隨超聲時間延長先增大后減小。

3）超聲預處理在獼猴桃片內部產生微觀通道和褶皺，從而促進了獼猴桃片中水分狀態和分布的改變，加速了熱風干燥過程中水分的流動，使干燥速率提高了7.6%～17.5%。磁共振成像圖像顯示干燥過程中水分由獼猴桃片外表面向內部不斷脫除。

4）超聲預處理能夠保持獼猴桃片干燥后的色澤，同時，與未預處理的對照組相比，使獼猴桃片干燥后的硬度、膠著度、咀嚼度和回復性減小（<0.05）。

綜合分析超聲預處理對水分狀態、營養成分和后續熱風干燥過程中干燥特性、水分遷移規律和品質的影響，超聲功率400 W作用20 min或600 W作用10 min較適宜獼猴桃的熱風干燥預處理，結果為超聲預處理在獼猴桃熱風干燥中的應用提供一定的參考。

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Effects of ultrasound pretreatment on water state and hot-air drying characteristics of kiwifruit

Yuan Lijing, He Xiu, Lin Rong, Cheng Shasha※

(1. School of Food Science and Technology, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China; 2. National Engineering Research Center of Seafood, Dalian 116034, China)

drying is one of the most commonly used food processing methods. It can prolong the shelf life by reducing water activity and inhibiting quality degradation caused by microbial and enzyme reactions. In order to further clarify the effect of ultrasonic pretreatment on the quality of kiwifruit, the effects of ultrasonic power (200-600 W) and ultrasonic time (10-30 min) on the water state and distribution and nutritional components (total soluble solids, titratable acids, vitamin C, total phenols and total flavonoids) of kiwifruit slices were studied.In this paper, drying characteristics and moisture migration during subsequent hot-air drying, as well as the microstructure, color and texture characteristics of dried samples were investigated.The water state, distribution and migration of kiwifruit slices were monitored by Low Field Nuclear Magnetic Resonance (LF-NMR) and Magnetic Resonance Imaging (MRI), and the microstructure of kiwifruit slices was observed by Scanning Electron Microscope (SEM).The results of LF-NMR relaxation showed that there were three water components in kiwifruit, labeled21,22and23, respectively. They represented the water with the lowest fluidity in the cell wall, the water in the cytoplasm and extracellular space, and the water with the highest fluidity in the vacuole. Ultrasonic pretreatment could lead to the splitting of23relaxation peak and the decrease of23peak amplitude, suggesting the redistribution of water in kiwifruit slices. At the same time, the greater the ultrasonic power, the longer the ultrasonic time, and the more obvious the drying effect. Compared with untreated samples, ultrasonic pretreatment reduced the contents of total soluble solids, titratable acids, vitamin C, total phenols and total flavonoids in kiwifruit slices. The LF-NMR results of hot air drying showed that the water redistribution caused by ultrasonic pretreatment could accelerate the moisture migration during hot air drying. MRI found that the brightness area of kiwi slices decreased with the extension of drying time, and the red gradually decreased, indicating the decrease of water during drying. In addition, MRI images also showed that the moisture on the surface of kiwifruit slices was first removed during hot air drying, and then the internal moisture migrated to the surface for evaporation. Scanning Electron Microscope (SEM) images showed that micro channels and folds were formed in kiwifruit slices after ultrasonic pretreatment. These channels and folds led to the changes of water state and distribution, and accelerated the migration and removal of water during hot air drying. Compared with the control sample, ultrasonic pretreatment increased the drying rate of hot air drying process by 7.6% - 17.5%. In addition, ultrasonic pretreatment had no significant effect on the total color difference of dried kiwifruit slices (>0.05), but decreased the hardness, cohesiveness, chewiness and resilience of dried kiwifruit slices (<0.05). The results showed that ultrasonic pretreatment could accelerate the hot air drying speed and improve the texture characteristics of kiwifruit by changing the microstructure, water state and distribution of kiwifruit, but it would cause the loss of some nutrients. On this basis, the pretreatment conditions of ultrasound power 400 W for 20 min or 600 W for 10 min were more suitable. The research results provide a reference for the application of ultrasonic pretreatment in the hot-air drying of kiwifruit.

ultrasound; moisture; kiwifruit; hot-air drying; low-field nuclear magnetic resonance; quality

苑麗婧，何秀，林蓉，等. 超聲預處理對獼猴桃水分狀態及熱風干燥特性的影響[J]. 農業工程學報，2021，37(13)：263-272.

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.13.030 http://www.tcsae.org

Yuan Lijing, He Xiu, Lin Rong et al. Effects of ultrasound pretreatment on water state and hot-air drying characteristics of kiwifruit[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(13): 263-272. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.13.030 http://www.tcsae.org

2021-04-14

2021-06-07

國家重點研發計劃項目（2017YFC1600802）；大連市青年科技之星項目（2017RQ059）

苑麗婧，研究方向為食品加工與貯藏品質控制。Email：1169904403@qq.com

程沙沙，副教授，研究方向為食品加工與貯藏品質控制。Email：chengshasha880321@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.13.030

TS255.3

A

1002-6819(2021)-13-0263-10