海棠果(Calophyllum inophyllum L.)属蔷薇科(Rosaceae)苹果属果实直径≤5 cm的落叶灌木或小乔木[1-2],是内蒙古地区的特色农产品。海棠果营养物质丰富,含有胡萝卜素、抗坏血酸、尼克酸、核黄素、硫胺素、蛋白质、糖、脂肪、无机盐、粗纤维等,长期食用海棠果产品具有健胃、助消化、降血压、舒缓疲劳、软化血管、提神醒脑的功效[3]。然而,海棠果季节性强、易腐烂、难贮藏,造成极大的损失。目前,海棠果的开发仅限于果醋[4]、果汁[5]、果酒[6]、奶酪[7]、酵素[8]等产品,鲜果消耗量较小,不能从根本上解决鲜果腐败造成损失的问题。干燥是传统、有效的延长果品保质期的方法,且能大批量生产,可大量消耗鲜果,减小产后损失。

超声波是指振动频率大于20 kHz的声波,属于一种弹性机械波[9-11]。当超声波在液体中传播时,媒介会不断地受到拉伸和压缩,从而形成空化效应,这种效应可以提高果蔬的脱水速率[12]。NOWACKA等[13]研究表明,超声处理可以使果肉的微观结构形成微细通道,加速蔗糖溶液的渗糖速率,促进猕猴桃脱水;蒋萌蒙[14]通过对蜂蜜干燥特性的研究得出,与真空干燥技术相比,超声耦合真空干燥技术可将干燥蜂蜜的时间缩短近70%～90%,蜂蜜的干燥速率随着超声功率的增加而增强,并在干燥初期表现的最为明显;李军生等[15]研究发现,超声波对果蔬组织的结构及细胞外形不造成破坏,经过超声处理后的果蔬产品结构和外形保持良好;YANG等[16]研究表明,在超声的辅助下,干燥温度较低时可获得发芽率较高的种子,可显著改善种子的干燥特性,改变了种子的形态、结构功能等。

热风干燥过程涉及到传质和传热的过程[17-18],超声预处理下热风干燥会缩短干燥时间,必定引起果蔬细胞、空隙和孔道结构的改变,最终导致果蔬宏观结构多方面的变化[19]。韦玉龙等[20]研究发现枣果热风干制过程中宏观与微观的关系可以选择细胞面积比、细胞周长比以及空腔当量直径比作为微观参数的代表;常剑等[21]研究发现热风干燥过程中物料的细胞结构参数随含水率的变化情况,有助于干燥过程果蔬内部品质的控制;ZHANG等[22]分析了蚕豆种子脱水过程中细胞水平的变化,即细胞大小、形状分布和细胞破裂,讨论了物料宏观变化与微观结构变化之间的相关性。

目前,多数研究集中于热风干制过程中组织微观结构的变化或干制后品质指标的检测,而关于超声波预处理热风干燥方面的果蔬组织结构变化与干制后品质指标及其关系的研究尚不明确。本文以新鲜海棠果为物料,以超声波预处理辅助不同热风干燥温度处理海棠果片,观测干制品过程中的细胞组织随含水率变化及干燥后品质指标的关系,为海棠果的干制工业化提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜海棠果产自吉林省吉林市,2021年11月在吉林市昌巴区九站采购,初始含水率(85.0±1)%。经清洗后,切成厚度6 mm直径为60 mm的圆片。

二甲苯、冰乙酸、固绿,上海麦克林生化科技股份有限公司;甲醛、无水乙醇、95%乙醇,天津市北联精细化学品开发有限公司;盐酸,北京化工厂;石蜡48～50 ℃,北京索莱宝科技有限公司;吸附载玻片,江苏世泰实验器材有限公司;中性树胶,大连美仑生物技术有限公司;番红,上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

HistoCore MULTICUT轮转式切片机,徕卡显微系统(上海)有限公司;BXH-130S热风干燥箱,上海博迅医疗生物仪器股份有限公司;DK-90-II电热恒温水浴锅,天津市泰斯特仪器有限公司;Nikon eclipse Ti倒置荧光显微镜,尼康映像仪器销售(中国)有限公司;SQP-QUINTIX124-1CN电子天平,赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;DHS16-A多功能红外水分测定仪,上海精密科学仪器有限公司;GR-B2471PKF冰箱,泰州乐金电子冷机有限公司;KJ-1820AL超声波清洗器,深圳市科洁超声科技有限公司;TA.new plus质构仪,上海瑞玢国际贸易有限公司;S1821A3AF良田高拍仪,深圳市新良田科技股份有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 实验设计

对照组:将海棠果片分别选用40、60、80 ℃直接进行热风干燥。每个干制温度条件下装载量为(100.00±0.1) g。

超声预处理组:将海棠果片装袋抽真空,分别选用超声功率为192、288、384、480 W,超声时间为15、30、45、60 min,置于超声波清洗器(将样品置于清洗槽底部)中预处理;其次分别选用40、60、80 ℃将超声波预处理后的海棠果片进行热风干燥。每个干制温度条件下装载量为(100.00±0.1) g。

将对照组和超声预处理组的样品分为2组,第一组为(50.00±0.05) g海棠果片,用于测量(质量法)海棠果片干制过程中的含水率,每间隔30 min进行一次测量,含水率≤10%(湿基含水率)时结束干燥;第二组为(50.00±0.05) g海棠果片,每间隔30 min进行一次硬度测定直至含水率≤10%结束,含水率比为1、0.8、0.6、0.4、0.2时随机取样制作石蜡切片进行组织观察。

1.3.2 初始含水率测定

开启显示器预热30 min,同时进行功能自检,在预热期间将待测的海棠果片切碎至小于2 mm的颗粒,待预热结束,设定加热温度105 ℃、加热时间120 min,称量切碎的物料10 g,将加热盖合上并点击开始按钮,红外水分测定仪开始工作。待测定结束,点击功能键查看物料含水率。

1.3.3 湿基含水率测定

干燥实验过程中含水率测定参考段续等[23]的方法,按公式(1)进行计算:

(1)

式中:wt为任意干燥t时刻物料湿基含水率,%;w0为物料初始湿基含水率,%;mt为任意干燥t时刻的质量,g;m0为物料初始质量,g。

含水率比:干燥时,海棠果片某一时刻的含水率与海棠果片初始含水率之比mt/m0。

1.3.4 干基含水率

干基含水率的计算如公式(2)所示:

(2)

式中:Wt为干燥t时刻海棠果干基含水率,g/g;Mt干燥t时刻海棠果质量,g;M为达到绝干条件后海棠果质量,g。

1.3.5 干燥速率

干燥速率的计算如公式(3)所示:

(3)

式中:DR干燥速率,g/(g·min);Wt1干燥t1时刻海棠果片干基含水率,g/g;Wt2干燥t2时刻海棠果片干基含水率,g/g;t1,t2分别是干燥时间。

1.3.6 质构测定

质构测定参照周新丽等[24]的方法,采用TA.new plus物性测试仪,TA/2型探头,设置测试条件为:方法类型Basic Single Test,测试模式Compression,目标值20.000 mm,前期测试速度1.00 mm/s,检测中速度0.50 mm/s,后期检测速度3.00 mm/s,触发模式Force,触发点0.049 N,停止采集点Trigger Position。其中,海棠果片硬度测定采用质构仪在测试过程中力的最大峰值表示,N。每个处理取3次平行测定。

1.3.7 收缩率

在干燥过程中,将海棠果片进行拍照记录,利用用Image Pro plus和Photoshop进行处理,得到海棠果片干燥前后的横截面面积,从而求出干燥过程中海棠果片的收缩率S。收缩率的计算如公式(4)所示:

(4)

式中:At为样海棠果片在t时刻的面积,mm2;A0为样海棠果片干燥前的初始面积,mm2。

1.3.8 石蜡切片及图像处理

石蜡切片法制备海棠果组织的微观结构[25],切片厚度10～12 μm,番红、固绿二重染色,中性树胶封片,用荧光倒置显微镜放大200倍对切片进行观察,并利用NIS-Elements成像系统捕捉原始图像,分辨率为1 636×1 088 pixels。在相同大小的视野下对海棠果组织进行拍照,要求图像中的细胞横截面的轮廓清晰完整,选取视野时避开材料的非自然边界。

1.3.9 细胞测量与计算

采用Images Pro Plus软件对海棠果的微观组织的横截面面积、周长进行测量,不完整的细胞组织不计在内。利用Excel 2019、IBM SPSS Statistics 23软件对所得数据进行统计分析。

1.3.10 细胞当量直径计算

与所测物料面积相同的圆的直径,计算如公式(5)所示:

(5)

式中:D为海棠果片细胞横截面面积的当量直径,μm;A为海棠果片细胞横截面的面积,μm2。

2 结果与分析

2.1 超声波预处理对海棠果片干制过程中干燥特性的影响

不同超声预处理条件下热风干燥的湿基含水率变化曲线,如图1所示。随着干燥时间的推进,超声预处理后的海棠果片的湿基含水率逐渐下降。对照组,干燥温度为40、60、80 ℃条件下,海棠果片干燥到终点的时间分别是1 110、510、300 min,干燥温度为80 ℃时干燥时间比干燥温度为40 ℃时缩短了72.97%;超声功率384 W,超声时间30 min,干燥温度为40、60、80 ℃条件下,海棠果片干燥到终点的时间分别是600、450、240 min,与对照相比干燥时间分别缩短了45.95%、11.76%、20.00%;超声功率384 W,干燥温度60 ℃,超声时间为15、30、45、60 min条件下,海棠果片干燥到终点的时间分别是510、450、840、510 min,与对照相比超声时间为15 min和60 min时干燥时间不变,超声时间30 min时干燥时间缩短了11.76%,超声时间45 min时干燥时间延长了64.71%;超声时间30 min,干燥温度60 ℃,超声功率为192、288、384、480 W条件下,海棠果片干燥到终点的时间分别是780、420、450、510 min,与对照相比超声功率为480 W时干燥时间不变,超声功率为288 W和384 W时干燥时间分别缩短了17.65%、11.76%,超声功率192 W时干燥时间延长52.94%。超声预处理可显著影响海棠果片的干燥时间,适当的超声波会产生空化效应或者组织破碎,从而形成微孔道使得海棠果中的水分顺利逸出;而超声功率过大可能造成海棠果片的内部组织破坏剧烈,堵塞微孔道,反而不利于水分的溢出。适当的超声波机械作用时间的延长,海棠果细胞膜通透性增加,且海棠果片内部组织逐渐形成海绵状疏松结构,从而使细胞内水分蒸发,在热风干制过程中利于通道的形成,从而增加海棠果片的失水率。

不同超声预处理条件下热风干燥的干燥速率曲线如图2所示。干燥速率随干燥温度的增加而增加。对照组,干燥温度为40、60、80 ℃条件下,海棠果片干燥到终点的速率分别是3.99×10-5、1.93×10-4、5.77×10-4 g/(g·min);超声功率384 W,超声时间30 min,干燥温度为40、60、80 ℃条件下,海棠果片干燥到终点的干燥速率分别是1.96×10-4、3.88×10-4、1.77×10-3 g/(g·min),与对照相比干燥速率分别提升了391.23%、101.34%、206.75%;超声功率384 W,干燥温度60 ℃,超声时间为15、30、45、60 min条件下,海棠果片干燥到终点的干燥速率分别是2.46×10-4、3.88×10- 4、2.98×10-4、2.30×10-4g/(g·min),与对照组相比干燥速率分别提升了27.46%、101.34%、54.40%、19.17%;超声时间30 min,干燥温度60 ℃,超声功率为192、288、384、480 W条件下,海棠果片干燥到终点的干燥速率分别是1.06×10-4、3.34×10-4、3.88×10-4、2.45×10-4g/(g·min),与对照组相比,288、384、480 W的干燥速率分别提升了73.06%、101.34%、26.94%,192 W的干燥速率则降低了45.08%。

由干燥速率曲线得知海棠果片的干燥主要经历了加速与降速2个阶段,降速期长于加速期。说明在干燥后期,干燥温度比干燥前期对试样水分扩散速率有较大影响。其主要原因是干燥过程以降速阶段为主,海棠果片干燥时内部水分扩散起主导作用,直接调控海棠果片的干燥速率,符合大多数高糖物料如苹果和猕猴桃的干燥特性。

2.2 超声波预处理对海棠果片干制过程中质构特性的影响

不同超声预处理条件下热风干燥的质构柱状图,如图3所示。对照组,干燥温度为40、60、80 ℃条件下,海棠果片干燥到终点的硬度、脆度分别是4.02、5.67、7.91 N;超声功率384 W,超声时间30 min,干燥温度为40、60、80 ℃条件下,海棠果片干燥到终点的硬度、脆度分别是3.79、5.17、5.38 N,与对照相比硬度、脆度分别降低了5.72%、8.82%、31.98%;超声功率384 W,干燥温度60 ℃,超声时间为15、30、45、60 min条件下,海棠果片干燥到终点的硬度分别是5.27、5.17、13.00、5.79 N,与对照相比15、30 min时硬度、脆度分别降低了7.05%、8.82%,45、60 min分别增加了129.28%、2.12%;超声时间30 min,干燥温度60 ℃,超声功率为192、288、384、480 W条件下,海棠果片干燥到终点的硬度、脆度分别是10.10、4.55、5.16、5.00 N,与对照相比288、384、480 W时硬度、脆度分别降低了19.75%、8.99%、11.82%,192 W增加了78.13%。超声处理时间为15、30、45min时,硬度值和脆度值相等;超声处理时间达到60min时,脆度值为4.72,硬度值为5.79,脆度值较硬度值降低了18.5%,这与超声对海棠果片内部物理结构改变有关。超声波预处理后海棠果内部组织可能形成海绵状疏松结构与对照组相比更加松软。适当的超声波功率使水分快速溢出,干燥时间短硬度相对更小。相反干燥时间长相对应硬度更大。

2.3 超声波预处理对海棠果片干制过程中面积收缩率的影响

不同超声预处理条件下热风干燥的收缩率曲线,如图4所示。对照组,干燥温度为40、60、80 ℃条件下,海棠果片干燥到终点的收缩率分别是47.44%、54.40%、45.69%;超声功率384 W,超声时间30 min,干燥温度为40、60、80 ℃条件下,海棠果片干燥到终点的收缩率分别是40.13%、43.29%、42.31%,与对照相比收缩率分别降低了18.22%、25.66%、7.99%;超声功率384 W,干燥温度60 ℃,超声时间为15、30、45、60 min条件下,海棠果片干燥到终点的收缩率分别是48.13%、43.29%、41.51%、48.17%,与对照相比收缩率15、30、45、60 min分别降低了13.03%、25.66%、31.05%、12.93%;超声时间30 min,干燥温度60 ℃,超声功率为192、288、384、480 W条件下,海棠果片干燥到终点的收缩率分别是43.81%、42.00%、43.29%、43.45%,与对照相比收缩率分别降低了24.17%、29.52%、25.66%、25.20%。

2.4 超声波预处理影响下的海棠果片细胞横截面面积分布曲线

不同超声预处理条件下热风干燥细胞横截面面积概率密度曲线,如图5所示。含水率不同时各参数均有变化,含水率比为1时(鲜样)的细胞横截面面积为10 000～30 000 μm2,其峰值为18 771.49 μm2。随着干燥过程的进行,细胞孔道之间的游离水被蒸发,含水率稍有下降即含水率比达到0.8时,高温下细胞发生收缩和形变,概率密度曲线略左移,细胞横截面面积均值较小。当含水率比为0.6、0.4时,干燥进入中期阶段,由于外界热力作用的压力,细胞开始失去结合水,迅速的失水收缩、破裂。干燥的最后阶段,即当含水率比为0.2时,细胞横截面面积收缩到最小,整个干燥过程中细胞横截面面积的平均值是降低的。

2.5 超声波预处理影响下的海棠果片细胞横截面周长分布曲线

不同超声预处理条件下热风干燥细胞横截面周长概率密度曲线,如图6所示。鲜样细胞周长分布范围为460～1 000 μm,其峰值为615.79 μm。在干燥初期时,含水率比降至0.8时,细胞在干燥过程中部分发生了变形,导致细胞周长减小,其周长分布在250～745 μm。在干燥中期,当含水率比减小到0.6、0.4时,细胞周长频率最大值点向左偏移,随着干燥过程的进行,细胞总体变小、细胞壁面随之收缩折叠,对应的细胞周长减小。在干燥后期,与面积相对应得细胞发生破裂收缩的比例上升,周长概率密度分布曲线峰值向左偏移,细胞横截面周长概率密度峰值变小。

2.6 超声波预处理影响下的海棠果片细胞当量直径分布曲线

细胞当量直径即将细胞横截面面积当做圆形面积时所计算出的直径,其概率密度分布曲线的变化趋势与面积概率密度分布曲线整体上来说较为一致,如图7所示。鲜样的当量直径130～210 μm,其峰值为154.60 μm。干燥初期含水率比降至0.8时,细胞当量直径概率密度分布范围72～157.60 μm,直径较大的细胞略有减小。进行至干燥中期时,因为细胞收缩,其直径位于150 μm以下的细胞数增加。干燥后期细胞当量直径概率密度左移,随着干燥的进行,直径分布范围是在缩小,其峰为61.90 μm。

2.7 超声波预处理的干制过程中宏观参数与微观参数的关系

不同超声波预处理海棠果片热风干制过程中,不同含水率条件下海棠果片细胞横截面面积、周长、当量直径等微观结构参数的变化不尽相同,探究微观结构参数与宏观参数的关系,选择含水率比作为宏观参数指标。

干制过程中海棠果片的微观结构参数会随含水率的减少并未呈现出良好的线性关系。为了使拟合方程简单易用,所以采用非线性关系式进行拟合,计算如公式(6)所示:

Y=aX3+bX2+cX+d

(6)

式中:Y表示各参数比(A/A0为横截面面积比、L/L0为横截面周长比,D/D0为当量直径比,下标“0”表示各参数干燥前的初始均值),无量纲;X表示含水率比,无量纲;a、b、c、d为系数,不同的干制条件选择不同的系数。由表1可知,Y与X的决定系数R2均在0.989 9以上,表明非线性模型能够很好地模拟各微观参数在不同条件下随含水率的变化情况。从标准偏差方面来看,非线性模型对细胞横截面的周长比、当量直径比、面积比模拟效果较好。所以在建立超声预处理海棠果片热风干制过程宏观与微观关系式时,可以选择细胞横截面面积比、周长比以及当量直径比作为微观参数的代表。

3 结论

本文对不同超声预处理对海棠果片的干燥特性、品质变化及干燥过程中微观结构的影响进行了研究,得到以下结论:

a)提高超声功率相比延长超声时间对海棠果片内部水分迁移的促进效果更明显。

b)超声预处理使干燥速率提高了19.17%～391.23%。超声预处理能够使海棠果片干燥后的硬度、脆度减小(P<0.05),但是对收缩率没有显著影响(P>0.05)。

c)不同超声预处理功率(192～480 W)、时间(15～60 min)的海棠果片热风干燥(40～80 ℃)过程中随着含水率的降低,海棠果片的果肉细胞结构参数的变化趋势均不具有一致性或连续性。不同温度相比之下,低温、高温干制过程对海棠果微观形态的变化均有较大的影响,且高温(384 W-80 ℃-30 min)条件影响更大。不同温度热风干燥过程中,海棠果片的微观细胞结构改变所引起的组织收缩和扩增同时存在,高温对细胞组织收缩和扩增影响更大。在海棠果片实际加工中应避免低温(40 ℃)或高温(60 ℃)的干燥条件下干制,以防在干制过程中果肉细胞过度收缩及影响果肉质地。

d)通过采用非线性模型描述海棠果的各微观参数在不同条件下随含水率的变化情况发现,非线性模型对细胞周长均值比的模拟效果较好(R2>0.999 9),但对面积均值比的模拟效果较差(R2>0.989 9)。所以在建立超声预处理海棠果片热风干燥过程宏观与微观关系式时可以选择细胞周长均值比、细胞当量直径比作为微观参数的代表。

综合分析,超声预处理对海棠果中水分状态、品质特征和后续热风干燥过程中干燥特性、水分迁移规律有影响,超声功率288 W作用30 min较适宜海棠果片的热风干燥预处理,其结果为超声预处理在海棠果片热风干燥中的应用提供实验依据。

参考文献

[1] 张鹏, 李鑫, 李江阔, 等.1-MCP处理对海棠果常温货架品质和风味的影响[J].保鲜与加工, 2017, 17(1):1-6.ZHANG P, LI X, LI J K, et al.Effects of 1-MCP on quality and flavor of crabapples during shelf life at ambient temperature[J].Storage and Process, 2017, 17(1):1-6.

[2] HAQUE M R, ISLAM M, KUDDUS M R.In vitro and in vivo evaluation of pharmacological potential of Begonia barbata Wall[J].Future Journal of Pharmaceutical Sciences, 2020, 6(1):112.

[3] DING H B, GONG Y X, PAN R, et al.A new tuberous species of Begonia L.(Begoniaceae) from southern Yunnan, China[J].Phytotaxa, 2020, 474(1):81-86.

[4] 翟红月, 苏乐萍, 屈磊, 等.高酸海棠果麸皮果醋酒精发酵工艺优化及品质分析[J].食品工业, 2019, 40(3):83-88.ZHAI H Y, SU L P, QU L, et al.Fermentation technique optimization and quality analysis of high acid begonia fruit vinegar with wheat bran[J].The Food Industry, 2019, 40(3):83-88.

[5] 童观珍, 樊莹润, 李泽林, 等.响应面设计优化丽江海棠果果汁饮料配方[J].食品研究与开发, 2019, 40(24):85-91.TONG G Z, FAN Y R, LI Z L, et al.Formula optimization for Malus rockii Rehd.juice beverage by box-Behnken design[J].Food Research and Development, 2019, 40(24):85-91.

[6] 王兴凯, 赵新节, 孙玉霞.酿造工艺对海棠果酒挥发性香气成分的影响[J].食品工业, 2018, 39(6):1-6.WANG X K, ZHAO X J, SUN Y X.The effects of brewing technology on the volatile aroma components of crabapple fruit wine[J].The Food Industry, 2018, 39(6):1-6.

[7] 徐海祥, 陈籽达, 刘灵灵.海棠果再制奶酪配方及加工工艺优化[J].食品研究与开发, 2022, 43(6):106-116.XU H X, CHEN Z D, LIU L L.Optimization of formula and processing technology for plum-leaved crab apple processed cheese[J].Food Research and Development, 2022, 43(6):106-116.

[8] 刘维兵. 益生菌复合发酵制得葡萄海棠果酵素及其降血脂机制研究[D].乌鲁木齐:新疆农业大学, 2020.LIU W B.Study on fermented grape begonia produced by probiotics combined fermentation and its mechanism of lowering blood lipids[D].Urumchi:Xinjiang Agricultural University, 2020.

[9] 苑丽婧, 何秀.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.YUAN L J, HE X, 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, 2021, 37(13):263-272.

[10] 王海鸥, 陈守江, 扶庆权, 等.超声波处理对草莓片真空冻结失水特性与品质的影响[J].食品科技, 2018, 43(10):55-59.WANG H O, CHEN S J, FU Q Q, et al.Effect of ultrasonic treatment on water loss characteristics and quality of vacuum frozen strawberry slices[J].Food Science and Technology, 2018, 43(10):55-59.

[11] 任广跃, 靳力为, 段续, 等.超声处理对果蔬干燥速率及品质的影响[J].食品与生物技术学报, 2020, 39(4):9-17.REN G Y, JIN L W, DUAN X, et al.Effect of ultrasonic treatment on drying rate and quality of fruits and vegetables[J].Journal of Food Science and Biotechnology, 2020, 39(4):9-17.

[12] GÖKÇE KOCABAY Ö.The experimental study and modelling the drying kinetics of mussels using ultrasound assisted vacuum drying[J].Journal of the Indian Chemical Society, 2021, 98(10):100148.

[13] NOWACKA M, TYLEWICZ U, LAGHI L, et al.Effect of ultrasound treatment on the water state in kiwifruit during osmotic dehydration[J].Food Chemistry, 2014, 144:18-25.

[14] 蒋萌蒙. 超声耦合真空干燥蜂蜜及其强化干燥机理的研究[D].镇江:江苏大学, 2021.JIANG M M.Study on ultrasonic vabuum drying of honey and its enhanced drying mechanism[D].Zhenjiang:Jiangsu University, 2021.

[15] 李军生, 何仁, 侯革非, 等.超声波对果蔬渗糖及组织细胞的影响[J].食品与发酵工业, 2002, 28(8):32-36.LI J S, HE R, HOU G F, et al.Effect of ultrasonic wave on sugar permeability and cell tissue completeness of candied fruit and vegetable[J].Food and Fermentation Industries, 2002, 28(8):32-36.

[16] YANG Z Y, YANG Z, YU F, et al.Ultrasound-assisted heat pump intermittent drying of adzuki bean seeds:Drying characteristics and parameter optimization[J].Journal of Food Process Engineering, 2020, 43(10):e13501.

[17] 罗燕. 当归切片真空远红外干燥特性及传热传质机理研究[D].兰州:甘肃农业大学, 2021.LUO Y.Study on dry characteristics and heat and mass transfer mechanism of angelica sinensis slices in vacuum far infrared drying[D].Lanzhou:Gansu Agricultural University, 2021.

[18] 刘格含, 王鹏, 吴小华, 等.农产品热风干燥传热传质数值模拟研究进展[J].食品工业科技, 2020, 41(22):342-350;357.LIU G H, WANG P, WU X H, et al.Numerical simulation of heat and mass transfer by hot air drying of agricultural products[J].Science and Technology of Food Industry, 2020, 41(22):342-350;357.

[19] WANG J, XIAO H W, YE J H, et al.Ultrasound pretreatment to enhance drying kinetics of kiwifruit (Actinidia deliciosa) slices:pros and cons[J].Food and Bioprocess Technology, 2019, 12(5):865-876.

[20] 韦玉龙, 于宁, 许铭强, 等.热风干制温度对枣果微观组织结构的影响[J].农业工程学报, 2016, 32(7):244-251.WEI Y L, YU N, XU M Q, et al.Effect of hot air drying temperature on microstructure of Chinese jujube[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2016, 32(7):244-251.

[21] 常剑, 杨德勇, 路倩倩, 等.热风干燥对果蔬薄壁组织细胞结构的影响[J].农业工程学报, 2012, 28(14):262-268.CHANG J, YANG D Y, LU Q Q, et al.Effect of hot-air drying on cell structure of fruit and vegetable parenchyma[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2012, 28(14):262-268.

[22] ZHANG X L, ZHU K, WANG Y B, et al.Coupling effect of dehydration characteristics and microstructure of broad bean seeds under low-temperature vacuum environment[J].Drying Technology, 2022, 40(2):230-242.

[23] 段续, 刘文超, 任广跃, 等.双孢菇微波冷冻干燥特性及干燥品质[J].农业工程学报, 2016, 32(12):295-302.DUAN X, LIU W C, REN G Y, et al.Drying characteristics and quality of button mushrooms during microwave freeze drying[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2016, 32(12):295-302.

[24] 周新丽, 申炳阳, 张三强, 等.超声波辅助冷冻干燥对胡萝卜品质的影响[J].食品与发酵工业, 2018, 44(8):196-202.ZHOU X L, SHEN B Y, ZHANG S Q, et al.Effect of ultrasonic assisted freeze drying on the quality of carrot[J].Food and Fermentation Industries, 2018, 44(8):196-202.

[25] 张乐道, 曹世英, 王国泽, 等.石蜡切片改良技术及其在怀山药干燥中的应用[J].食品与发酵工业, 2023, 49(1):238-243.ZHANG L D, CAO S Y, WANG G Z, et al.Application of paraffin sectioning technique in the drying of Dioscorea opposita[J].Food and Fermentation Industries, 2023, 49(1):238-243.

Effect of ultrasonic pretreatment on microstructure and quality of hot-air dried begonia fruit (Calophyllum inophyllum L.)

CAO Shiying, ZHANG Ledao*, WANG Guoze, CHENG Likun, LU Jun

(School of Life Science and Technology, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, China)

ABSTRACT 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 enzymatic reactions.To further clarify the effect of ultrasonic pretreatment on the hot-air dried begonia fruit, the effects of ultrasonic power of 192 to 480 W and ultrasonic time of 15 to 60 min on the drying characteristics, texture characteristics, shrinkage, and microstructure of begonia fruit slices during hot-air drying were studied.Results showed that the ultrasonic pretreatment produced microscopic channels and folds, which changed the water state and distribution, accelerated the migration and removal of water at the hot air drying stage, and increased the hot air drying rate by 19.17% to 391.23%.Ultrasonic pretreatment had no significant effect on the shrinkage rate of dried plum-leaf crab slices but reduced their hardness and brittleness (P<0.05).There was a linear correlation between the ratio of each cell structure parameter and the water ratio in the microstructure.The mathematical model could be used to predict the change in the cell structure of plum-leaf crabs with water content in the process of hot air drying by ultrasonic pretreatment.According to the comprehensive analysis, under the condition of pretreatment with ultrasonic power of 288 W for 30 min, a better shape of plum-leaf crab slices could be obtained.The research results can provide a theoretical basis for the control of ultrasonic pretreatment technology to establish the mathematical model of the drying process of plum-leaf crabs under the condition of hot air drying.

Key words plum-leaf crab; ultrasound; microstructure; quality; hot-air drying

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.036063

引用格式：曹世英,张乐道,王国泽,等.超声波预处理对海棠果片热风干燥微观结构及品质的影响[J].食品与发酵工业,2026,52(8):103-112;121.CAO Shiying,ZHANG Ledao,WANG Guoze, et al.Effect of ultrasonic pretreatment on microstructure and quality of hot-air dried begonia fruit (Calophyllum inophyllum L.)[J].Food and Fermentation Industries,2026,52(8):103-112;121.

第一作者：硕士研究生(张乐道副教授为通信作者,E-mail:nmzld2005@126.com)

基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目(52006109)

收稿日期：2023-05-08,改回日期:2023-07-13