非热预处理对苹果真空脉冲干燥的影响:动力学模型、生物活性化合物和植物化学降解

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干燥是最常见的食品加工方式之一,有助于延长农产品的保质期。然而,传统的干燥方式面临着许多挑战,包括干燥时间长,品质劣变和植物化学物质降解。因此,研究新的干燥方法和预处理技术,既能缩短干燥时间,又能保持产品和营养品质,已成为当务之急。与传统干燥方法相比,采用新型非热预处理技术——脉冲真空干燥(PVD)对苹果果实进行加工处理具有诸多优越性,如缩短干燥时间,较好地保留生物活性化合物和营养成分,以及节约能耗等。本研究旨在确定非热预处理对苹果真空脉冲干燥的影响:动力学模型,生物活性化合物和植物化学降解。第一部分研究了超声波乙醇(US-E)预处理持续时间(10、20和30 min)和不同的干燥温度(60、70和80℃)对脉冲真空干燥下苹果切片的干燥动力学的影响。研究结果表明,30 min的US-E预处理显著缩短了干燥时间,干燥时间在60、70和80℃下分别缩短了26.66%、30.77%和22.22%。水分有效扩散率(Deff)和活化能(Ea)分别在1.98×10-8-4.08×10-8 m~2/s和12.58-23.43 k J/mol的范围内。预处理时间和温度的影响了苹果切片的颜色和质地特性。此外,傅立叶变换红外光谱(FTIR)和总游离氨基酸(TFAA)结果表明,延长预处理时间和降低干燥温度可保留更高含量的功能成分和TFAA。第二部分研究了在不同的干燥温度(60、70和80℃)下超声和/或乙醇预处理对脉冲真空干燥苹果片的干燥动力学、生物活性物质含量、抗氧化性能和微观结构的影响。研究结果表明,超声乙醇(US+E)预处理缩短了干燥时间,但导致形成了多个微通道,显微镜照片显示US+E预处理下样品具有明显的大孔和细胞表面有多个微通道。与其他模型相比,Hii模型的决定系数(R~2)最高均方根误差(RMSE)和卡方(χ~2)最低,表明Hii模型可以更好地预测苹果片的干燥情况。Ea和Deff分别为17.60-29.86 k J/mol和1.52-3.60×10-8 m~2/s。与乙醇预处理、超声预处理和未预处理样品相比,US+E预处理保留总酚含量(64.89-75.75mg/100 g GAE dw)、总黄烷醇含量(45.96-56.25 mg/100 g ER dw)、DPPH+(66.85-3.34%)和ABTS+(62.58-71.17%),且FTIR结果进一步证实了这一点。乙醇和US+E预处理可以更好地保留色度值(L*、a*、b*和白度)。第三部分研究了超声辅助渗透脱水(UOD)对干燥苹果片的干燥动力学模型、热力学性质、重量减轻量、颜色和维生素C降解动力学的影响。研究结果表明,与渗透脱水(OD)、超声(US)和未预处理样品相比,UOD预处理显著改善了干燥时间并增加了重量减轻量。干燥动力学建模表明,基于R~2、RMSE和χ~2三个指标,Hii模型比其他9个数学模型更好地描述了苹果片的干燥动力学行为。与一阶动力学相比,二阶动力学可以准确预测维生素C的降解动力学。维生素C的降解动力学表现出较低的k值,较高的D值(降解90%所需的时间)和半衰期。与OD预处理和US预处理相比,UOD预处理下的维生素C含量保留更高。HPLC-UV/Vis表明在不同的预处理条件下得到的化合物浓度不同。各种FTIR光谱的相对峰高或位置关系显示了每种预处理方式下干燥样品的维生素C含量。最后,研究了双频超声辅助渗透脱水对脉冲真空干燥苹果片的干燥特性、能耗和品质的影响。结果表明,在不同的预处理(UOD、US和OD)中,UOD预处理比US和OD预处理显著缩短了苹果干片的干燥时间,降低了苹果干片的生物活性成分、抗氧化性能和维生素C含量。实验结果还表明,UOD能较好地保持苹果干片的色泽品质。
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