南瓜籽热风干燥过程中的热变形行为与微观结构响应机制研究

本文系统研究了南瓜籽在不同热风干燥温度（35-70℃）下的水分演化、应变场分布（通过数字图像相关法DIC分析）及细胞形态响应。结果表明，70℃干燥时间仅为35℃的2/9，变形呈现明显各向异性（短轴应变εx达-0.072），50℃为弹性向塑性变形的临界温度。研究为优化种子干燥工艺、减少损伤提供了重要理论依据。

　　

Highlight

尽管热风干燥在种子加工中广泛应用，南瓜籽在干燥过程中由热诱导的变形行为与微观结构响应机制尚未明确。本研究通过数字图像相关法（DIC）和细胞形态学分析，系统解析了不同干燥温度（35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃和70℃）下种子水分含量演变、应变场分布及细胞结构响应。

Experimental materials

新鲜采收的南瓜籽初始干基水分含量约为25.0%，呈椭圆形形态，定义长轴为水平方向，短轴为垂直方向（图1）。为增强表面纹理对比度以利于变形测量，实验前进行了人工散斑制备。选取四粒种子——

Evolution of moisture content and drying rate under different drying temperature

图4显示了不同干燥温度下南瓜籽的水分含量曲线。所有温度条件下，水分含量随干燥时间延长持续下降，表明热风加热能有效去除水分。达到目标水分含量的干燥时间随温度升高呈指数下降趋势：35℃时需9小时，而70℃时仅需2小时（约为35℃时间的2/9）。干燥速率随温度升高显著加快，尤其在较高温度段（50–70℃）更为明显。

Conclusion

本研究通过热风干燥实验结合数字图像相关法（DIC），定量表征了南瓜籽在不同温度下的变形行为与微观结构响应，系统揭示了温度对种子水分演化、变形行为及细胞形态变化的影响机制。

温度升高从干燥动力学层面提升了干燥效率。达到安全水分含量（9.0 ± 0.5%）的干燥时间随温度升高而缩短，70℃时仅为35℃的2/9。南瓜籽变形表现出明显的各向异性，短轴方向应变绝对值（ε_x，35℃时-0.017 ~ -0.056，70℃时-0.011 ~ -0.072）高于长轴方向（ε_y，35℃时-0.016 ~ -0.036，70℃时-0.029 ~ -0.056）。50℃及以下温度以可逆弹性收缩为主，50–70℃干燥温度下进入塑性变形阶段。应变场异质性增强反映了种子核心与边缘的协同相互作用。孔隙率随温度升高持续增加，而平均细胞面积、Feret直径及周长减小。弹性向塑性变形的转变发生在约50℃，该温度可作为临界阈值。本研究为优化南瓜籽热风干燥工艺提供了基础，为农业应用中最小化损伤的种子与食品干燥提供了实践指导。