苑丽婧，何 秀，林 蓉，程沙沙

•农产品加工工程•

超声预处理对猕猴桃水分状态及热风干燥特性的影响

苑丽婧，何 秀，林 蓉，程沙沙※

（1. 大连工业大学食品学院，大连 116034； 2. 国家海洋食品工程技术研究中心，大连 116034）

为了进一步明确超声预处理技术对猕猴桃及其热风干燥的作用效果，该文研究了200～600 W超声功率和10～30 min超声时间对猕猴桃片中水分状态和分布、营养成分和后续热风干燥过程中干燥特性、水分迁移规律，以及干燥后样品的微观结构、色泽和质构特性的影响。超声预处理能够引起猕猴桃片中水分流动的变化和重新分布，从而加快热风干燥过程中水分的迁移和蒸发，并且增加超声功率比延长超声时间引起的水分变化更明显。与对照组未处理的样品相比，超声预处理会引起猕猴片中可溶性固形物、可滴定酸和抗氧化成分的减少。核磁共振成像结果表明猕猴桃片中的水分在热风干燥过程中由外表面向内部逐渐去除，水分含量逐渐降低。超声预处理在猕猴桃片内部产生微观通道和褶皱，从而改变了猕猴桃片内部的水分状态和分布，加速了热风干燥阶段水分的迁移和去除，使热风干燥速率比对照组的样品提高了7.6%～17.5%。此外，超声预处理对猕猴桃片干燥后的色泽没有显著影响（>0.05），并且降低了干燥后样品的硬度、胶着度、咀嚼度和回复性等（<0.05）。综合分析，超声功率400 W作用20 min或600 W作用10 min预处理条件比较合适，该结果为超声预处理技术在猕猴桃热风干燥加工中的应用提供了一定的参考。

超声；水分；猕猴桃；热风干燥；低场核磁共振；品质

0 引 言

猕猴桃由于富含维生素C、钾、钙以及氨基酸等营养物质，被誉为“果中之王”，受到世界各地消费者的青睐。但是，新鲜猕猴桃由于含水率高、乙烯敏感度高以及酶活性高，易发生蒸腾失水、组织软化、风味降低等品质劣化现象，从而造成食用价值和经济价值的损失[1]。干燥是一种最常见的食品加工方法，主要通过降低食品中的水分抑制微生物和酶促反应引起的品质劣变，延长食品的货架期[2-3]。在现有的干燥方法中，热风干燥（Hot-Air Drying，HAD）因成本低，操作简便等优点，已经成为果蔬干燥中应用较广泛的加工方式之一。

超声波作为一种机械波，可以通过与介质相互作用产生的机械效应、空化效应和热效应，改变食品的微观结构和加工特性，已经作为预处理手段被广泛应用于食品加工领域[4-6]。Xu等[7]研究了低频超声预处理对胡萝卜在中波红外辐射干燥过程中传质、水分迁移、微观结构、干燥特性以及品质指标的影响，结果表明低频超声可以提高胡萝卜片的干燥速度，并维持干燥后胡萝卜片的色泽。Vallespir等[8]分析了干燥温度（5、10、15 ℃）和超声辅助对猕猴桃低温干燥动力学、营养成分含量以及抗氧化活性的影响，结果发现超声辅助能够促进猕猴桃干燥过程中水分的扩散，使干燥时间缩短了55%～65%，猕猴桃营养成分和抗氧化活性的影响与干燥温度有关，在15 ℃干燥过程中使用超声辅助能够减少生物活性成分和抗氧化性能的损失。Fijalkowska等[9]研究发现与未处理的样品相比，超声预处理缩短了苹果片13%～17%的热风干燥时间，并能改善干苹果样品的色泽参数，此外，经超声预处理的干苹果片复水3 h后的含水率和可溶性固形物损失与未处理的干苹果片相比没有明显的差异（>0.05）。

水分是新鲜果蔬中含量最多的组分，干燥过程中水分状态和分布的变化与干燥产品的品质密切相关[10]。低场核磁共振（Low-Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）和磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）技术是研究食品加工过程中水分状态、分布及迁移变化规律的有力工具，具有无损、分析速度快等优点，在水产品、肉制品、坚果、果蔬等食品的干燥加工过程中得到广泛应用[11-15]。Xu等[16]利用LF-NMR发现西蓝花中存在3种流动性不同的水组分，MRI能够可视化地展现西蓝花不同部位水分的分布情况；同时，利用LF-NMR和MRI方法还可以实现对西蓝花热风干燥过程中水分流动性和分布变化的监测。李定金等[17]利用LF-NMR探究山药切片中的水分在真空微波干燥过程中的变化规律，结果表明微波功率越高，不可移动水和自由水去除的时间越短，并且干基含水率与弛豫峰总峰面积之间具有良好的相关性，可用于干燥终点的快速无损预测。郝启栋等[18]利用LF-NMR发现超声或超高压预处理主要去除蒜片中的自由水，两种预处理方式均能够缩短干燥过程中自由水的脱除时间，结合微观结构发现超高压-超声联合处理能够有效扩增蒜片中的显微通道，更有助于削减蒜片组织对水分的束缚作用。Chitrakar等[19]利用LF-NMR技术研究了糖或盐预处理对几种果蔬（苹果、胡萝卜、卷心菜、花椰菜和萝卜）干燥过程中水分状态的影响，并且发现水分活度和水组分弛豫峰总面积之间具有较好的相关性。Sun等[20]利用LF-NMR研究胡萝卜在微波真空干燥中的水分迁移变化，发现新鲜胡萝卜中主要为自由水，弛豫峰总面积和自由水的峰面积均随着干燥过程的进行逐渐降低，结合反向传播人工神经网络（Back Propagation Artificial Neural Network，BP-ANN）方法能够构建水分含量的快速预测模型。李琳琳等[21]利用LF-NMR比较了哈密瓜在热风干燥和红外辐射干燥过程中水分迁移规律的区别，并结合偏最小二乘回归基于弛豫数据构建了哈密瓜干燥过程中水分含量的快速预测模型。李梁等[22]利用LF-NMR发现猕猴桃切片在热风干燥中水分脱除顺序依次为自由水、不易流动水、结合水，不同水组分在干燥过程中能够相互转化，并且水组分的核磁峰值总和与猕猴桃切片含水率之间具有良好的相关性。但是，有关超声预处理对猕猴桃中水分状态和分布以及后续热风干燥品质影响的报道较少。

因此，本文利用超声波对热风干燥前的猕猴桃片进行预处理，利用LF-NMR和MRI技术研究不同超声功率及超声处理时间对猕猴桃片中水分状态和分布以及后续热风干燥过程中水分迁移变化规律的作用效果，借助扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）的观察分析预处理对干燥猕猴桃片的微观结构的影响，结合预处理后营养成分变化、热风干燥特性和热风干燥后色泽和质构的变化规律，探究超声预处理对猕猴桃及其热风干燥过程的影响，为猕猴桃生产加工提供一定理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验中使用的猕猴桃样品购自大连当地市场，品种为徐香，选择大小均匀，无机械损伤的样品，储存在4 ℃冰箱中备用，使用前平衡至室温20 ℃。

1.2 试验方法

1.2.1 样品的制备与处理

超声预处理：将平衡至室温的猕猴桃去皮，切成厚度约为7 mm的猕猴桃片。将猕猴桃片放入装有去离子水（样品与去离子水质量比为1:4）的500 mL烧杯中，采用超声波细胞粉碎机（SCIENTZ-950E，宁波新芝生物科技股份有限公司）并将P6超声探头浸入液面下15 mm，分别在200、400和600 W条件下处理10、20和30 min。在文献调研的基础上[5]，结合前期预试验结果确定超声功率和作用时间。超声处理后的样品用厨房用纸去除表面水分，进行核磁信号和营养成分的测定。

热风干燥：将超声预处理后的猕猴桃样品置于电热鼓风干燥箱（DHG-9070A，上海一恒科学仪器有限公司）中进行干燥（以不经过预处理直接热风干燥的猕猴桃片作为对照组），参考文献[23]确定干燥温度为60 ℃，以干燥240 min作为干燥终点。选择相同的干燥时间作为干燥终点0，为了方便不同处理组之间数据的比较，干燥终点时水分比范围为0.10～0.14，在热风干燥过程中，每隔60 min取样进行LF-NMR和MRI数据测定。

1.2.2 低场核磁共振弛豫曲线的测定

采用低场核磁共振成像分析仪（MesoQMR23-06OH，苏州纽迈电子科技有限公司）在Carr-Purcell-Meiboom- Gill（CPMG）序列下获得猕猴桃样品的衰减信号。采集参数设置如下：90°脉冲时间P1和180°脉冲时间P2分别为21和42s，重复采样的等待时间TW为4 000s，回波时间TE为0.5 ms，累加次数NS为8，回波个数NECH为18 000。CPMG衰减数据利用多元分析软件（Multi.Exp.Inv Analysis）中的SRIT算法进行反演，获得样品的自旋-自旋（2）弛豫分布曲线。每个数据点平行样品数为3，每个样品测定3次。

1.2.3 磁共振成像的测定

采用同一台低场核磁共振成像分析仪的成像软件在Spin-Echo（SE）序列下获得猕猴桃样品的质子密度加权图像。主要成像参数为：视野FOV为100 mm × 100 mm，回波时间TE为20 ms，重复时间TR为1 600 ms，切片厚度为2 mm，层数为1，平均值为2，相位大小为192。

1.2.4 营养成分的测定

猕猴桃片中营养成分的测定方法如下：可溶性固形物含量使用手持糖度计进行测定[24]，可滴定酸和维生素C含量分别参照酸碱滴定法和2,6-二氯靛酚滴定法进行测定[25-26]，总酚含量参考福林酚法进行测定[27]，黄酮含量参考比色法进行测定[28]。每个数据点平行测定3次。

1.2.5 干燥曲线的测定

猕猴桃初始干基含水率参考GB5009.3-2016中的直接干燥法进行测定[29]，为（6.52±0.25）g/g。干燥过程中每隔20 min取样称质量，根据质量损失计算取样时间点猕猴桃片的含水率，然后根据公式（1）和（2）进行水分比及干燥速率（g/(g·min））的计算。每个数据点平行测定5次。

式中M为干燥时间时样品的含水率，g/g；M为最终平衡含水率，g/g（平衡含水率表示物料失水和吸水达到动态平衡，水分不能继续除去，其数值较小，相对于M其数值是可忽略的，因此在进行水分比的计算时，可将平衡含水率视为0，从而将水分比的计算公式简化）；0为初始含水率，g/g；M1为干燥时间1时样品的含水率，g/g；M2为干燥时间2时样品的含水率，g/g。

1.2.6 微观结构的测定

首先将干燥后的猕猴桃切成薄片，然后用导电胶将切好的薄片固定到SEM（SU8010，日本日立公司）的样品台上，样品进行喷金处理后，送样至SEM观察腔中，在1 000倍的放大倍数下进行猕猴桃样品微观结构的观察。

1.2.7 色泽的测定

猕猴桃片表面颜色采用测色仪（UltraScan Pro，美国HunterLab公司）进行测定，测定结果以*、*和*值表示，并根据公式（3）、（4）和（5）进行褐变指数（Browning Index，BI）和总色差（Δ）的计算。每个数据点平行样品数为3，每个样品选择8个表面部位进行测定。

式中0*、0*、0*和*、*、*分别为未处理和干燥后猕猴桃片的亮暗度、红绿度和黄蓝度值。（没有具体定义，只是中间的一个计算公式）

1.2.8 质构的测定

使用物性测试仪（TA.XT.plus，英国 Stable Micro System 公司）对经过不同预处理的猕猴桃片干燥后的质构性质进行测定，测试模式设为TPA，参数设定为：测试前期、中期、后期的速度分别为2、1、2 mm/s，每个样品经过两次50%的压缩循环，时间相隔5 s。每个数据点平行样品数为5。

1.3 数据处理

所有数据以平均值±标准差的形式表示，数据间的差异显著性采用单因素方差分析（ANOVA）方法（SPSS 19软件）进行分析，<0.05表示存在统计学上的差异。使用Origin 8.5软件绘制图形。

2 结果与分析

2.1 超声预处理对猕猴桃片中水分状态的影响

首先利用LF-NMR研究猕猴桃片中的水分状态在超声预处理过程中的变化，结果如图1所示。图1a是对照未超声处理的和200、400和600 W超声预处理10 min时猕猴桃片的2弛豫分布曲线图。从图中可以看出，对照组未超声处理的猕猴桃片中主要含有三种水组分：其中流动性最低的21为细胞壁中的水分，流动性居中的22为细胞质和胞外间隙中的水分，流动性最强的23为液泡中的水分[30-31]。与对照组未超声处理的猕猴桃片相比，超声预处理会引起23弛豫峰出现右移现象，同时峰值降低，说明超声预处理会引起猕猴桃片内部水分流动性的增加和水分含量的减少。另外，超声功率越大，23峰值降低的幅度越明显，并出现23峰的分裂。图1b、图1c和图1d分别是超声功率200、400和600 W分别预处理10、20和30 min时猕猴桃片的2弛豫分布曲线图。200 W超声预处理条件下，超声时间的延长会进一步引起猕猴桃片中的23水组分含量的降低；而400和600 W作用10 min时，23弛豫峰信号幅值出现明显下降，但进一步延长超声作用时间却不会引起峰值的更明显的降低，但会引起22与23弛豫峰的融合。以上结果说明超声预处理会引起猕猴桃片内部水分状态和分布的改变，这可能与超声波的机械作用和空化作用有关[32]。通过不同超声功率处理10 min和相同超声功率作用不同时间的低场核磁共振弛豫曲线的变化结果比较得出，超声功率的增加比超声时间的延长对猕猴桃片中水分状态和分布的影响更明显，尤其是比较23弛豫峰的变化，超声功率400和600 W时，超声作用10 min时23的信号幅值降低较明显，继续延长超声时间仅引起略微的变化。

2.2 超声预处理对猕猴桃片营养成分的影响

2.2.1 可溶性固形物和可滴定酸

图2a和2b分别展示了超声预处理对猕猴桃片中可溶性固形物和可滴定酸的影响。对照组未超声处理的猕猴桃片中可溶性固形物和可滴定酸的质量分数分别为16.5%和1.60%。超声预处理会引起可溶性固形物和可滴定酸含量的降低：相同超声功率时，超声时间越长，可溶性固形物和可滴定酸含量下降越明显；相同超声作用时间时，超声功率越大，总体上可溶性固形物和可滴定酸含量下降也越明显，但没有延长超声时间引起的下降明显。这可能是由于超声预处理引起了猕猴桃片和超声介质之间的物质的交换和转移[32]。

2.2.2 抗氧化成分

超声预处理对猕猴桃片中维生素C、总酚和黄酮含量的影响如图3所示。从图3a中可以看出，与对照组未超声处理的样品相比，超声预处理会引起维生素C的降低，超声时间越长，下降得越显著，600 W预处理30 min时猕猴桃片中维生素C的含量最低。这可能与维生素C的溶出以及氧化降解有关，因为超声空化作用能引起羟基自由基的产生[33]。从图3b可以看出，200、400和600 W功率下分别作用10、20和30 min时，总酚含量均随超声时间的延长先升高后降低，在作用20 min时达到最高，但低于对照组未超声处理的猕猴桃片中的总酚含量。这一结果表明适当延长超声预处理时间可以增加对猕猴桃片中的总酚物质的提取，可能是超声对细胞壁起到了一定的破坏作用，促进了结合酚类成分的释放[34]。从图3c可以看出，超声预处理均会引起猕猴桃片中黄酮含量的降低，超声功率400和600 W时，随着超声时间的增加，黄酮含量呈现先增大后减小的趋势，原因可能是高功率处理对细胞壁的破坏作用一方面能够促进黄酮类物质的释放，另一方面释放出的黄酮类物质容易氧化，引起损失[35]。

2.3 超声预处理对猕猴桃片热风干燥特性的影响

图4是不同超声预处理的猕猴桃片在热风干燥过程中水分比和干燥速率的变化情况。与以前报道一致[22]，在热风干燥过程中，随着猕猴桃片中水分的蒸发散失，水分比逐渐减小。未超声预处理的对照组样品，干燥240 min后的水分比为0.13±0.04；200 W超声预处理对猕猴桃片热风干燥过程中水分比的影响较小，处理10、20和30 min的样品干燥240 min后的水分比分别为0.14±0.04、0.13±0.04和0.14±0.06；400 W超声预处理的猕猴桃片干燥后的水分比均低于对照组，随超声预处理时间增加其数值分别为0.11±0.04、0.12±0.04和0.12±0.04；600 W超声预处理10、20和30 min的猕猴桃片干燥终点时的水分比分别为0.13±0.06、0.10±0.05和0.10±0.04。与对照组相比，超声预处理组干燥终点时的水分比差异不显著（>0.05）；不同超声预处理会引起猕猴桃片含水率的变化，热风干燥初始的含水率范围为5.95～6.88 g/g。

由干燥速率曲线可以看出，猕猴桃片的热风干燥过程主要为降速干燥，各组样品的干燥速率均在干燥20 min后达到最大值，随着干燥过程的持续进行和水分含量的逐渐降低，组织收缩程度增大，对水分的束缚力和阻力也随之增大，猕猴桃片内部水分向外层转移的速度低于表面水分的蒸发速度，致使干燥速率不断减小。和对照组相比，200 W作用10、20和30 min后的平均干燥速率分别提高了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别提高了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别提高了14.1%、16.0%和16.7%。这与超声产生的机械效应和空化效应以及超声引起的微观通道的形成、细胞间隙的增大和组织结构的扩张有关，从而加速了水分的迁移扩散，实现了对猕猴桃片热风干燥过程的强化[18,36]。

2.4 超声预处理对猕猴桃片热风干燥过程中水分状态的影响

根据图1中超声预处理对猕猴桃片水分分布和状态的影响结果，400 和600 W作用10 min时23弛豫峰基本上已达到最低，继续增加超声时间不会进一步引起23弛豫峰的变化，因此对照组和200、400和600 W超声预处理选择10 min的猕猴桃片在热风干燥过程中的2弛豫分布曲线，如图5所示。从图中可以看出，无论是否进行超声预处理，随着干燥过程的持续进行，2弛豫峰整体向左下方移动，横向弛豫时间缩短，峰值幅度减小，表明在干燥阶段猕猴桃片中的水分流动性和水分含量不断下降。超声功率对猕猴桃片热风干燥过程也会产生影响，随着超声预处理功率增加，弛豫峰的左移程度和信号幅值的下降幅度逐渐增大，说明大功率超声预处理能够加快猕猴桃片中水分的蒸发。图6是对照和200、400和600 W超声预处理10 min的猕猴桃片在热风干燥240 min时的2弛豫分布曲线，从图6中可以看出，和对照组相比，200 W预处理10 min对干燥终点水分状态和水分含量的影响不明显，而400和600 W预处理10 min均能够减小干燥终点的水分流动性和水分含量，其中600 W时2弛豫峰信号值最低。基于2.1部分的结果，200 W预处理时延长超声时间能够引起猕猴桃片中水分含量的进一步降低，因此在图7中比较了200 W分别作用10、20和30 min对猕猴桃片热风干燥过程中的2弛豫分布曲线的影响。

从图7中可以看出，延长超声时间对猕猴桃片干燥过程中的水分状态的改变和含量的减少具有轻微的促进作用，但效果没有提高超声功率明显。以上结果说明，提高超声功率和延长超声时间，空化效应和海绵效应的作用更显著，对猕猴桃片内部水分状态和分布的作用效果也越显著，从而加速了猕猴桃片热风干燥过程中水分的迁移和脱除[37-38]。

2.5 超声预处理对猕猴桃片热风干燥过程中水分分布的影响

图8是不同超声预处理的猕猴桃片热风干燥过程中的质子密度加权图像。从图中可以看出，对照组未超声处理的猕猴桃片中水分含量相对较高但分布不均匀，中心部位水分含量低于四周。超声预处理可以引起内部水分重新分布，低功率和短时间超声预处理对水分重新分布的作用效果不明显，而高功率和长时间超声预处理后，猕猴桃片内部水分分布逐渐趋于均匀。随着热风干燥时间的延长，成像图中红色的区域面积不断减少，信号强度不断下降，说明水分含量逐渐降低。从图中还可以看出，猕猴桃片在热风干燥过程中表面的水分首先蒸发，然后内部水分再向表面扩散并蒸发，这是由于热风干燥首先带走物料表面的水分。另外，不同的预处理条件也会影响猕猴桃片热风干燥过程中的水分分布情况：干燥结束后，经过超声预处理的猕猴桃片中红色面积小于对照组；随着超声时间的延长和超声功率的增大，红色区域的面积更小，说明干燥过程中水分蒸发的速度更快。

2.6 超声预处理对猕猴桃片热风干燥后微观结构的影响

利用SEM对不同超声预处理的猕猴桃片热风干燥后的微观结构进行观察，结果如图9所示。从图9中可以看出，对照组猕猴桃样品的微观结构较为均匀和紧凑，而超声预处理组干燥后的样品内部出现了不同数目的微孔道和不同程度的褶皱，这可能是因为超声波的空化效应产生空化气泡，气泡破裂冲击样品产生新的微观通道，同时引起震荡和搅动，使样品组织结构发生变形，形成褶皱[36,39]。随着超声功率和超声时间的增加，超声产生的空化效应和机械效应更加明显，微孔道数目和褶皱增多，能够促进干燥过程中水分的流动和迁移。但是，600 W超声预处理30 min组热风干燥后样品的微观结构比超声预处理20 min组热风干燥后的样品更致密，微孔道孔径变小，这可能是由于600 W超声预处理30 min形成的微孔道更多，使猕猴桃在热风干燥中水分蒸发的更快，样品在干燥过程中的收缩程度更大，导致观察到的微观结构更紧凑。

2.7 超声预处理对猕猴桃片热风干燥后色泽的影响

不同超声预处理的猕猴桃片热风干燥后的色泽参数如表1所示。其中，*值为亮暗度，*值为红绿度，*值为黄蓝度，BI值用来评价褐变程度，Δ值用来评价总体色泽变化。与对照组相比，超声预处理对猕猴桃片干燥后的*值和*值均没有产生显著影响（>0.05），说明亮度和黄蓝度与对照组接近。超声预处理会引起干燥后猕猴桃片*值的变化，但不同预处理组和对照组之间的差异均未达到显著性水平（>0.05）。

此外，除400 W超声预处理10 min组外，超声预处理使猕猴桃片干燥后的褐变指数略有升高，但总色差值没有显著性差异（>0.05）。褐变指数的变化可能与预处理过程中猕猴桃中天然物质的损失、自由基的产生以及酶活性的增强等因素有关[40-41]。综上可知超声预处理可以保持猕猴桃片热风干燥后的色泽。

2.8 超声预处理对猕猴桃片热风干燥后质构的影响

不同超声预处理的猕猴桃片热风干燥后的质构参数如表2所示。从表2中可以看出，和对照组相比，超声预处理导致猕猴桃片热风干燥后的硬度、胶着度、咀嚼度和回复性显著降低（<0.05）；除600 W预处理30 min组外，降低的程度均随超声功率和超声时间的增加而增大。这可能与超声预处理引起的猕猴桃片微观结构的改变有关，超声使猕猴桃片内部出现变形和塌陷，形成微观通道，与未经预处理直接热风干燥后形成的致密紧凑的结构相比，超声预处理样品的组织结构更加疏松多孔。周頔等[42]报道了经超声预处理的冻干苹果片与未经超声处理的样品相比硬度下降。而600 W超声预处理30 min的样品干燥后的硬度、胶着度、咀嚼度和回复性高于600 W预处理20 min的样品，原因可能是样品在干燥过程中失去的水分较多，组织结构的收缩程度较大，从而使质构参数增加。但是，超声预处理对弹性和内聚性均没有显著性影响（>0.05），说明干燥产品的形变恢复速度以及产品内部结构的抗断裂能力和抵抗力没有发生明显改变。以上结果表明，超声预处理能够改善或维持猕猴桃片热风干燥后的质构特性。

综合分析超声预处理对水分状态、营养成分和后续热风干燥过程中干燥特性、水分迁移规律和品质的影响，超声功率400 W作用20 min或600 W作用10 min较适宜猕猴桃的热风干燥预处理。

表1 不同条件超声预处理的猕猴桃片热风干燥后的色泽参数

注：相同列中不同的小写字母表示差异显著（<0.05），下同。

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

表2 不同条件超声预处理的猕猴桃片热风干燥后的质构参数

3 结 论

本文对不同超声预处理对猕猴桃片的水分迁移、品质变化及热风干燥特性的影响进行了研究，得到以下结论：

1）由LF-NMR弛豫结果可知超声预处理能够使猕猴桃片中的水分含量减少、流动性增加和重新分布，从而加快了热风干燥过程中水分状态和含量的改变，提高超声功率相比延长超声时间对猕猴桃片内部水分迁移的促进效果更明显。

2）与对照组未超声处理的样品相比，超声预处理后猕猴桃片中的营养成分含量下降，可溶性固形物、可滴定酸和维生素C含量随超声功率和时间的增加逐渐降低，总酚和黄酮含量随超声时间延长先增大后减小。

3）超声预处理在猕猴桃片内部产生微观通道和褶皱，从而促进了猕猴桃片中水分状态和分布的改变，加速了热风干燥过程中水分的流动，使干燥速率提高了7.6%～17.5%。磁共振成像图像显示干燥过程中水分由猕猴桃片外表面向内部不断脱除。

4）超声预处理能够保持猕猴桃片干燥后的色泽，同时，与未预处理的对照组相比，使猕猴桃片干燥后的硬度、胶着度、咀嚼度和回复性减小（<0.05）。

综合分析超声预处理对水分状态、营养成分和后续热风干燥过程中干燥特性、水分迁移规律和品质的影响，超声功率400 W作用20 min或600 W作用10 min较适宜猕猴桃的热风干燥预处理，结果为超声预处理在猕猴桃热风干燥中的应用提供一定的参考。

[1] Hu H L, Zhou H S, Li P X. Lacquer wax coating improves the sensory and quality attributes of kiwifruit during ambient storage[J]. Scientia Horticulturae, 2019, 244: 31-41.

[2] Zhang M, Chen H, Mujumdar A S, et al. Recent developments in high-quality drying of vegetables, fruits,and aquatic products[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2017, 57(6): 1239-1255.

[3] Li K, Zhang M, Mujumdar A S, et al. Recent developments in physical field-based drying techniques for fruits and vegetables[J]. Drying Technology, 2019, 37(15): 1954-1973.

[4] Santacatalina J V, Contreras M, Simal S, et al. Impact of applied ultrasonic power on the low temperature drying of apple[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2016, 28: 100-109.

[5] Rodriguez O, Gomes W, Rodrigues S, et al. Effect of acoustically assisted treatments on vitamins, antioxidant activity, organic acids and drying kinetics of pineapple[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2017, 35: 92-102.

[6] 严小辉，余小林，胡卓炎，等. 超声预处理对半干型荔枝干干燥时间的影响[J]. 农业工程学报，2011，27(3)：351-356.

Yan Xiaohui, Yu Xiaolin, Hu Zhuoyan, et al. Effects of ultrasound pretreatment on drying time for intermediate-dried litchi[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2011, 27(3): 351-356. (in Chinese with English abstract)

[7] Xu B G, Wang L, Wei B X, et al. Low frequency ultrasound pretreatment of carrot slices: Effect on the moisture migration and quality attributes by intermediate-wave infrared radiation drying[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2018, 40: 619-628.

[8] Vallespir F, Rodriguez O, Carcel J A, et al. Ultrasound assisted low-temperature drying of kiwifruit: Effects on drying kinetics, bioactive compounds and antioxidant activity[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2019, 99(6): 2901-2909.

[9] Fijalkowska A, Nowacka M, Wiktor A, et al. Ultrasound as a pretreatment method to improve drying kinetics and sensory properties of dried apple[J]. Journal of Food Process Engineering, 2016, 39(3): 256-265.

[10] 程新峰，周守标，杭华，等. 基于LF-NMR的香芋微波真空干燥中水分扩散特性研究[J]. 现代食品科技，2019，35(2)：17-23，46.

Cheng Xinfeng, Zhou Shoubiao, Hang Hua, et al. Study on water diffusion characteristics of taro slices during microwave vacuum drying based on LF-NMR[J]. Modern Food Science and Technology, 2019, 35(2): 17-23, 46. (in Chinese with English abstract)

[11] 薛广，李敏，关志强，等. 基于低场核磁共振的罗非鱼片微波真空干燥过程水分变化规律[J]. 广东海洋大学学报，2020，40(6)：123-129.

Xue Guang, Li Min, Guan Zhiqiang, et al. Moisture change of tilapia fillet in microwave vacuum drying process based on low-field nuclear magnetic resonance[J]. Journal of Guangdong Ocean University, 2020, 40(6): 123-129. (in Chinese with English abstract)

[12] 马慧俐，王松磊，贺晓光，等. 不同干燥方式下黄牛肉水分分布迁移规律研究[J]. 核农学报，2021，35(1)：138-146.

Ma Huili, Wang Songlei, He Xiaoguang, et al. Water distribution and migration of yellow beef under different drying methods[J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2021, 35(1): 138-146. (in Chinese with English abstract)

[13] 陈文玉，穆宏磊，吴伟杰，等. 利用低场核磁共振技术无损检测澳洲坚果含水率[J]. 农业工程学报，2020，36(11)：303-309.

Chen Wenyu, Mu Honglei, Wu Weijie, et al. Nondestructive measurement of moisture content of macadamia nuts by low-field nuclear magnetic resonance[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(11): 303-309. (in Chinese with English abstract)

[14] 渠琛玲，汪紫薇，王雪珂，等. 基于低场核磁共振的热风干燥过程花生仁含水率预测模型[J]. 农业工程学报，2019，35(12)：290-296.

Qu Chenling, Wang Ziwei, Wang Xueke, et al. Prediction model of moisture in peanut kernel during hot air drying based on LF-NMR technology[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(12): 290-296. (in Chinese with English abstract)

[15] 徐馨，柯亚婕，汤尚文，等. 热风干燥过程中山药水分状态的变化研究[J]. 保鲜与加工，2020，20(2)：177-180.

Xu Xin, Ke Yajie, Tang Shangwen, et al. Water status of chinese yam during hot air drying[J]. Storage and Process, 2020, 20(2): 177-180. (in Chinese with English abstract)

[16] Xu F F, Jin X, Zhang L, et al. Investigation on water status and distribution in broccoli and the effects of drying on water status using NMR and MRI methods[J]. Food Research International, 2017, 96: 191-197.

[17] 李定金，段振华，刘艳，等. 利用低场核磁共振技术研究调味山药片真空微波干燥过程中水分的变化规律[J]. 食品科学，2019，40(5)：116-123.

Li Dingjin, Duan Zhenhua, Liu Yan, et al. Variation in water content during vacuum microwave drying of flavored yam chips process analyzed by low-field nuclear magnetic resonance imaging[J]. Food Science, 2019, 40(5): 116-123. (in Chinese with English abstract)

[18] 郝启栋，乔旭光，郑振佳，等. 超高压和超声波预处理对蒜片热风干燥过程及品质的影响[J]. 农业工程学报，2021，37(3)：278-286.

Hao Qidong, Qiao Xuguang, Zheng Zhenjia, et al. Effects of ultrahigh pressure and ultrasound pretreatments on hot-air drying process and quality of garlic slices[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(3): 278-286. (in Chinese with English abstract)

[19] Chitrakar B, Zhang M, Bhandari B. Novel intelligent detection of safer water activity by LF-NMR spectra for selected fruits and vegetables during drying[J]. Food and Bioprocess Technology, 2019, 12(7): 1093-1101.

[20] Sun Q, Zhang M, Yang P Q. Combination of LF-NMR and BP-ANN to monitor water states of typical fruits and vegetables during microwave vacuum drying[J]. LWT-Food Science and Technology, 2019, 116: 108548.

[21] 李琳琳，陈俊亮，段续，等. 基于LF-NMR及不同干燥方法的哈密瓜片含水率预测模型[J]. 农业工程学报，2021，37(2)：304-312.

Li Linlin, Chen Junliang, Duan Xu, et al. Prediction model for moisture content in cantaloupe slices using LF-NMR and different drying methods[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(2): 304-312. (in Chinese with English abstract)

[22] 李梁，程秀峰，杨尚雄，等. 基于低场核磁共振的热风干燥猕猴桃切片含水率预测模型[J]. 农业工程学报，2020，36(10)：252-260.

Li Liang, Cheng Xiufeng, Yang Shangxiong, et al. Model for predicting the moisture content of kiwifruit slices during hot air drying based on low-field nuclear magnetic resonance[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(10): 252-260. (in Chinese with English abstract)

[23] 张平，郑志安，江庆伍. 茯苓采后不同预处理方式对其品质及干燥特性的影响[J]. 农业工程学报，2018，34(20)：294-304.

Zhang Ping, Zheng Zhi’an, Jiang Qingwu. Effects of different pretreatment methods on quality and drying characteristics of Poria cocos after harvest[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(20): 294-304. (in Chinese with English abstract)

[24] 中华人民共和国农业部. NYT2637-2014. 水果和蔬菜可溶性固形物含量的测定折射仪法[S]. 北京：中国标准出版社，2015.

[25] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. GBT12456-2008 食品中总酸的测定[S]. 北京：中国标准出版社，2009.

[26] 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会. GB 5009.86-2016. 食品安全国家标准食品中抗坏血酸的测定[S]. 北京：中国标准出版社，2017.

[27] 张云. 猕猴桃多酚分离鉴定及抗氧化活性研究[D]. 湖南：中南林业科技大学，2019.

Zhang Yun. Isolation, Identification and Antioxidant Activity Research of Kiwifruit Polyphenols[D]. Hunan: Central South University of Forestry & Technology, 2019. (in Chinese with English abstract)

[28] Paz M, Gúllon P, Barroso M F, et al. Brazilian fruit pulps as functional foods and additives: Evaluation of bioactive compounds[J]. Food Chemistry, 2015, 172: 462-468.

[29] 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会. GB 5009.3-2016. 食品安全国家标准食品中水分的测定[S]. 北京：中国标准出版社，2017.

[30] Cheng X F, Zhang M, Adhikari B, et al. Effect of power ultrasound and pulsed vacuum treatments on the dehydration kinetics, distribution, and status of water in osmotically dehydrated strawberry: A combined NMR and DSC study[J]. Food and Bioprocess Technology, 2014, 7(10): 2782-2792.

[31] Li L, Zhang M, Bhandari B, et al. LF-NMR online detection of water dynamics in apple cubes during microwave vacuum drying[J]. Drying Technology, 2018, 36(16): 2006-2015.

[32] 张莉会，吕亭逸，乔宇，等. 超声结合超高压预处理对冻干草莓片品质的影响[J]. 食品工业科技，2020，41(14)：15-21，28.

Zhang Lihui, Lv Tingyi, Qiao Yu, et al. Effect of ultrasound and ultrahigh pressure pretreatment on quality of freeze-dried strawberry slices[J]. Science and Technology of Food Industry, 2020, 41(14): 15-21, 28. (in Chinese with English abstract)

[33] 张莉会，乔宇，汪超，等. 超高压结合超声预处理对真空冷冻干燥草莓片品质和抗氧化活性的影响[J]. 中国食品学报，2020，20(11)：157-167.

Zhang Lihui, Qiao Yu, Wang Chao, et al. Effect of ultra high pressure combined with ultrasonic pretreatment on the quality and antioxidant activity of vacuum freeze-dried strawberry slices[J]. Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2020, 20(11): 157-167. (in Chinese with English abstract)

[34] Aadil R M, Zeng X A, Han Z, et al. Effects of ultrasound treatments on quality of grapefruit juice[J]. Food Chemistry, 2013, 141(3): 3201-3206.

[35] 雷月，宫彦龙，邓茹月，等. 超声波辅助喷雾加湿法富集发芽黑糙米生物活性物质工艺的响应面优化[J]. 食品工业科技，2020，41(4)：105-113.

Lei Yue, Gong Yanlong, Deng Ruyue, et al. Optimization of ultrasonic-assisted spray humidification for enriching bioactive substances from germinated black brown rice by response surface method[J]. Science and Technology of Food Industry, 2020, 41(4): 105-113. (in Chinese with English abstract)

[36] 刘云宏，李晓芳，苗帅，等. 南瓜片超声-远红外辐射干燥特性及微观结构[J]. 农业工程学报，2016，32(10)：277-286.

Liu Yunhong, Li Xiaofang, Miao Shuai, et al. Drying characteristics and microstructures of pumpkin slices with ultrasound combined far-infrared radiation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(10): 277-286. (in Chinese with English abstract)

[37] 刘云宏，孙畅莹，曾雅. 直触式超声功率对梨片超声强化热风干燥水分迁移的影响[J]. 农业工程学报，2018，34(19)：284-292.

Liu Yunhong, Sun Changying, Zeng Ya. Effect of contact ultrasound power on internal moisture migration of pear slices during ultrasound enhanced hot air drying[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(19): 284-292. (in Chinese with English abstract)

[38] Rodríguez Ó, Santacatalina J V, Simal S, et al. Influence of power ultrasound application on drying kinetics of apple and its antioxidant and microstructural properties[J]. Journal of Food Engineering, 2014, 129: 21-29.

[39] 田伏锦，刘云宏，黄隽妍，等. 马铃薯超声强化冷风干燥及品质特性[J]. 食品科学，2019，40(5)：85-94.

Tian Fujin, Liu Yunhong, Huang Junyan, et al. Drying characteristics and quality of potato slices subjected to ultrasound-assisted cold air drying[J]. Food Science, 2019, 40(5): 85-94. (in Chinese with English abstract)

[40] Wiktor A, Sledz M, Nowacka M, et al. The influence of immersion and contact ultrasound treatment on selected properties of the apple tissue[J]. Applied Acoustics, 2016, 103: 136-142.

[41] Moreno C, Brines C, Mulet A, et al. Antioxidant potential of atmospheric freeze-dried apples as affected by ultrasound application and sample surface[J]. Drying Technology, 2016, 35(8): 957-968.

[42] 周頔，孙艳辉，蔡华珍，等. 超声波预处理对苹果片真空冷冻干燥过程的影响[J]. 食品工业科技，2015，36(22)：282-286.

Zhou Di, Sun Yanhui, Cai Huazhen, et al. Effect of ultrasonic pretreatment on vacuum freeze drying process of apple slices[J]. Science and Technology of Food Industry, 2015, 36(22): 282-286. (in Chinese with English abstract)

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

苑丽婧，何秀，林蓉，等. 超声预处理对猕猴桃水分状态及热风干燥特性的影响[J]. 农业工程学报，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

国家重点研发计划项目（2017YFC1600802）；大连市青年科技之星项目（2017RQ059）

苑丽婧，研究方向为食品加工与贮藏品质控制。Email：1169904403@qq.com

程沙沙，副教授，研究方向为食品加工与贮藏品质控制。Email：chengshasha880321@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.13.030

TS255.3

A

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