中國農大新聞網(wǎng)訊 近期，中國農業(yè)大學工學院肖紅偉教授課題組在食品科學知名期刊《Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety》、《Food Chemistry》以及《Food Research International》上圍繞農產品真空脈動干燥技術(Pulsed vacuum drying, PVD)發(fā)表系列論文，系統(tǒng)闡釋真空脈動干燥技術在果蔬和中藥材等農產品干燥中的研究現(xiàn)狀、品質變化機制及優(yōu)化調控策略。
真空脈動干燥技術(PVD)是基于“真空-常壓”交替循環(huán)的動態(tài)壓力調控策略的新型干燥方法，通過顯著加速物料內部水分遷移速率，實現(xiàn)干燥速率、產品品質及能效的全面提升。PVD技術的發(fā)展經歷了從實驗室研究到工業(yè)應用的三個階段。通過開發(fā)溫濕度調控系統(tǒng)、多層碳纖維紅外板PID加熱系統(tǒng)、自適應動態(tài)規(guī)劃優(yōu)化算法，確保干燥過程中的精準控制和提質增效。并且隨著技術的不斷進步，已在葡萄、枸杞、山藥、茯苓等水果、蔬菜和中藥材的干燥中進行實驗室和產地加工試驗，驗證該技術在縮短干燥時間、降低能耗及保持產品風味與外觀品質方面具備獨特優(yōu)勢。此外，PVD技術的數(shù)學模型在描述PVD過程中復雜的熱、質量和動量傳遞方面仍面臨挑戰(zhàn)。未來研究需重點關注優(yōu)化過程參數(shù)、開發(fā)更精確的數(shù)學模型，并結合先進的控制系統(tǒng)，以進一步提高PVD技術的可擴展性和適用性。PVD技術仍面臨一些挑戰(zhàn)，如較高的初始投資成本和操作復雜性。未來的研究方向包括開發(fā)更高效的加熱系統(tǒng)、降低能耗、優(yōu)化設備設計以及探索PVD與其他干燥技術的集成應用等。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干燥技術：原理，應用和未來趨勢)為題發(fā)表在綜述類期刊《Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety》上。
在枸杞干燥加工過程中，存在干燥不均勻、產品品質不均一等突出問題，嚴重影響消費者接受程度和市場價值。真空脈動干燥技術已應用于枸杞干制，具有干燥效率高、能耗低等優(yōu)點，但在加工過程中物料的成熟度差異及由此所帶來的影響容易被忽略。因此，揭示成熟度對枸杞真空脈動干燥行為和品質的影響規(guī)律對于優(yōu)化干燥工藝具有重要的啟示。試驗結果表明，不同的成熟度(I、II和III)對枸杞真空脈動干燥特性和干后品質具有顯著影響。低成熟度Ⅰ的干燥時間最短，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)、超微結構變化和水分分布狀態(tài)改變有關。隨著成熟度的增加，枸杞細胞壁結構顯著變薄，高成熟度階段細胞骨架崩解果肉組織變?yōu)闊o定形態(tài)，水分遷移通道坍塌。同時，果膠組分的鍵合狀態(tài)和溶解度在成熟過程中隨著細胞壁結構的完整性而發(fā)生變化，從而延長干燥時間。雖然低成熟度Ⅰ干燥時間最短，但會發(fā)生嚴重的褐變，主要影響因素有酚類物質的酶促和非酶促反應、色素降解以及Maillard反應等。此外，果膠組分轉化及降解產物(如不飽和尿苷酸和糖基)也直接或間接通過參與其他化學反應形成褐變。其中，酚類物質是導致不同成熟度枸杞褐變行為差異的主要因素。因此，有必要在干燥前對枸杞成熟度進行分級，提高干燥品質和均勻性、降低能耗。該研究結果以“Effect of the ripening stage on the pulsed vacuum drying behavior of goji berry (Lycium barbarum L.)： Ultrastructure, drying characteristics, and browning mechanism”(成熟度對枸杞真空脈動干燥行為的影響：超微結構、干燥特征和褐變機理)為題發(fā)表在食品科學知名期刊《Food Chemistry》上，該文發(fā)表半年來已被國內外學者引用16次，入選ESI高被引論文。
對于枸杞干果而言，保存和延長保質期至關重要。研究比較了采用PVD脫水的枸杞干果與傳統(tǒng)熱風干燥(HWD)脫水的枸杞干果在加速儲存期間的儲存穩(wěn)定性，重點研究了包裝條件與物理化學成分之間的復雜相互作用。結果表明，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-羥甲基糠醛在內的中間產物，同樣受到角質層蠟質的影響。結構方程模型和皮爾遜分析表明，美拉德反應產物是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的積累，與酚類物質和中間化合物有關。研究結果表明，干燥方法的選擇對于確定枸杞干果的適宜儲存條件至關重要，這為未來選擇合適的干燥和儲存方法以提高產品質量和穩(wěn)定性提供了科學指導。該結果以“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)表在食品科學知名期刊《Food Research International》上。
工學院已畢業(yè)博士生張衛(wèi)鵬(現(xiàn)任北京工商大學副教授)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，康奈爾大學農業(yè)與生命科學學院助理教授陳暢博士、北京市農林科學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家自然科學基金(No.32372014)、中國農業(yè)大學2115人才發(fā)展計劃、新疆維吾爾自治區(qū)重點研發(fā)計劃(2023B02009-2)等項目的資助。
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.
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