中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院肖紅偉教授課題組圍繞農(nóng)產(chǎn)品真空脈動(dòng)干燥技術(shù)發(fā)表系列論文

　　中國(guó)農(nóng)大新聞網(wǎng)訊 近期，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院肖紅偉教授課題組在食品科學(xué)知名期刊《Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety》、《Food Chemistry》以及《Food Research International》上圍繞農(nóng)產(chǎn)品真空脈動(dòng)干燥技術(shù)（Pulsed vacuum drying, PVD）發(fā)表系列論文，系統(tǒng)闡釋真空脈動(dòng)干燥技術(shù)在果蔬和中藥材等農(nóng)產(chǎn)品干燥中的研究現(xiàn)狀、品質(zhì)變化機(jī)制及優(yōu)化調(diào)控策略。

 

　　真空脈動(dòng)干燥技術(shù)（PVD）是基于“真空-常壓”交替循環(huán)的動(dòng)態(tài)壓力調(diào)控策略的新型干燥方法，通過(guò)顯著加速物料內(nèi)部水分遷移速率，實(shí)現(xiàn)干燥速率、產(chǎn)品品質(zhì)及能效的全面提升。PVD技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從實(shí)驗(yàn)室研究到工業(yè)應(yīng)用的三個(gè)階段。通過(guò)開(kāi)發(fā)溫濕度調(diào)控系統(tǒng)、多層碳纖維紅外板PID加熱系統(tǒng)、自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃優(yōu)化算法，確保干燥過(guò)程中的精準(zhǔn)控制和提質(zhì)增效。并且隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，已在葡萄、枸杞、山藥、茯苓等水果、蔬菜和中藥材的干燥中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室和產(chǎn)地加工試驗(yàn)，驗(yàn)證該技術(shù)在縮短干燥時(shí)間、降低能耗及保持產(chǎn)品風(fēng)味與外觀品質(zhì)方面具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。此外，PVD技術(shù)的數(shù)學(xué)模型在描述PVD過(guò)程中復(fù)雜的熱、質(zhì)量和動(dòng)量傳遞方面仍面臨挑戰(zhàn)。未來(lái)研究需重點(diǎn)關(guān)注優(yōu)化過(guò)程參數(shù)、開(kāi)發(fā)更精確的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合先進(jìn)的控制系統(tǒng)，以進(jìn)一步提高PVD技術(shù)的可擴(kuò)展性和適用性。PVD技術(shù)仍面臨一些挑戰(zhàn)，如較高的初始投資成本和操作復(fù)雜性。未來(lái)的研究方向包括開(kāi)發(fā)更高效的加熱系統(tǒng)、降低能耗、優(yōu)化設(shè)備設(shè)計(jì)以及探索PVD與其他干燥技術(shù)的集成應(yīng)用等。該研究以“Pulsed vacuum drying of fruits, vegetables, and herbs: Principles, applications and future trends”（果蔬和中藥材真空脈動(dòng)干燥技術(shù)：原理，應(yīng)用和未來(lái)趨勢(shì)）為題發(fā)表在綜述類期刊《Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety》上。

 

　　在枸杞干燥加工過(guò)程中，存在干燥不均勻、產(chǎn)品品質(zhì)不均一等突出問(wèn)題，嚴(yán)重影響消費(fèi)者接受程度和市場(chǎng)價(jià)值。真空脈動(dòng)干燥技術(shù)已應(yīng)用于枸杞干制，具有干燥效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，但在加工過(guò)程中物料的成熟度差異及由此所帶來(lái)的影響容易被忽略。因此，揭示成熟度對(duì)枸杞真空脈動(dòng)干燥行為和品質(zhì)的影響規(guī)律對(duì)于優(yōu)化干燥工藝具有重要的啟示。試驗(yàn)結(jié)果表明，不同的成熟度（I、II和III）對(duì)枸杞真空脈動(dòng)干燥特性和干后品質(zhì)具有顯著影響。低成熟度Ⅰ的干燥時(shí)間最短，較高成熟度Ⅱ和Ⅲ分別縮短了13.95%和28.85%，主要與其初始理化性質(zhì)差異（物理尺寸、單果重、可溶性固形物、可滴定酸和硬度）、超微結(jié)構(gòu)變化和水分分布狀態(tài)改變有關(guān)。隨著成熟度的增加，枸杞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)顯著變薄，高成熟度階段細(xì)胞骨架崩解果肉組織變?yōu)闊o(wú)定形態(tài)，水分遷移通道坍塌。同時(shí)，果膠組分的鍵合狀態(tài)和溶解度在成熟過(guò)程中隨著細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的完整性而發(fā)生變化，從而延長(zhǎng)干燥時(shí)間。雖然低成熟度Ⅰ干燥時(shí)間最短，但會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的褐變，主要影響因素有酚類物質(zhì)的酶促和非酶促反應(yīng)、色素降解以及Maillard反應(yīng)等。此外，果膠組分轉(zhuǎn)化及降解產(chǎn)物（如不飽和尿苷酸和糖基）也直接或間接通過(guò)參與其他化學(xué)反應(yīng)形成褐變。其中，酚類物質(zhì)是導(dǎo)致不同成熟度枸杞褐變行為差異的主要因素。因此，有必要在干燥前對(duì)枸杞成熟度進(jìn)行分級(jí)，提高干燥品質(zhì)和均勻性、降低能耗。該研究結(jié)果以“Effect of the ripening stage on the pulsed vacuum drying behavior of goji berry （Lycium barbarum L.）： Ultrastructure, drying characteristics, and browning mechanism”（成熟度對(duì)枸杞真空脈動(dòng)干燥行為的影響：超微結(jié)構(gòu)、干燥特征和褐變機(jī)理）為題發(fā)表在食品科學(xué)知名期刊《Food Chemistry》上，該文發(fā)表半年來(lái)已被國(guó)內(nèi)外學(xué)者引用16次，入選ESI高被引論文。

 

　　對(duì)于枸杞干果而言，保存和延長(zhǎng)保質(zhì)期至關(guān)重要。研究比較了采用PVD脫水的枸杞干果與傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥（HWD）脫水的枸杞干果在加速儲(chǔ)存期間的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，重點(diǎn)研究了包裝條件與物理化學(xué)成分之間的復(fù)雜相互作用。結(jié)果表明，PVD脫水的枸杞干果的褐變程度高于HWD脫水的枸杞干果。這種差異歸因于類胡蘿卜素、酚類、還原糖等酶促和非酶促前體以及包括 5-羥甲基糠醛在內(nèi)的中間產(chǎn)物，同樣受到角質(zhì)層蠟質(zhì)的影響。結(jié)構(gòu)方程模型和皮爾遜分析表明，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物是PVD脫水枸杞干果顏色劣變的主要因素，而HWD脫水枸杞的褐變主要是由于醌類物質(zhì)的積累，與酚類物質(zhì)和中間化合物有關(guān)。研究結(jié)果表明，干燥方法的選擇對(duì)于確定枸杞干果的適宜儲(chǔ)存條件至關(guān)重要，這為未來(lái)選擇合適的干燥和儲(chǔ)存方法以提高產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性提供了科學(xué)指導(dǎo)。該結(jié)果以“Enhancing shelf-life of dried goji berry: Effects of drying methods and packaging conditions on browning evolution”（提高枸杞干燥后的貨架期：干燥方法和包裝條件多褐變演化的影響）為題發(fā)表在食品科學(xué)知名期刊《Food Research International》上。

 

　　工學(xué)院已畢業(yè)博士生張衛(wèi)鵬（現(xiàn)任北京工商大學(xué)副教授）和在讀博士生張安安為上述論文的第一作者，肖紅偉教授為上述論文的通訊作者，康奈爾大學(xué)農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)學(xué)院助理教授陳暢博士、北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜所助理研究員謝龍博士等參與了研究工作為部分論文的共同第一或共同通訊作者，上述系列研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（No.32372014）、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)2115人才發(fā)展計(jì)劃、新疆維吾爾自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023B02009-2）等項(xiàng)目的資助。

 

　　論文信息：

 

　　1. Zhang Wei-Peng#, Chen Chang#, Ju Hao-Yu, Okaiyeto Samuel Ariyo, Sutar Parag Prakash, Yang Li-Yi, . . . Xiao Hong-Wei* （2024）。 Pulsed vacuum drying of fruits, vegetables, and herbs: Principles, applications and future trends. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 23（5）， e13430. https://doi.org/10.1111/1541-4337.13430.

 

　　2. Zhang An-An, Xie Long, Wang Qing-Hui, Xu Ming-Qiang, Pan Yan, Zheng Zhi-An, . . . Xiao Hong-Wei*（2024）。 Effect of the ripening stage on the pulsed vacuum drying behavior of goji berry （Lycium barbarum L.）： Ultrastructure, drying characteristics, and browning mechanism. Food Chemistry, 442, 138489. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.138489.

 

　　3. Zhang An-An, Shu Can, Xie Long*, Wang Qing-Hui, Xu Ming-Qiang, Pan Yan, . . . Xiao, Hong-Wei* （2025）。 Enhancing shelf-life of dried goji berry: Effects of drying methods and packaging conditions on browning evolution. Food Research International, 201, 115648. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2024.115648.