超声辅助控冰晶技术在苹果冷冻干燥中的应用：对品质特性、干燥动力学及水分迁移的深刻影响

本刊推荐：本研究创新性地采用超声辅助冰晶诱导(UIS)技术，通过精准控制冰核形成(IN)显著抑制过冷现象，将形核温度提升至-4.5°C。该技术有效改善冰晶分布均匀性，使冷冻干燥(FD)速率提升85.03%，并通过LF-NMR与SEM验证了其对细胞结构完整性、水分状态(T22)和质构特性的积极影响，为果蔬加工品质提升提供了新技术路径。

　　

Highlight

超声辅助冰晶诱导(UIS)技术通过精准控制冰核形成温度，成功将形核温度从对照组的-5.5°C提升至-4.5°C(-3UIS组)，显著抑制过冷现象。该技术使冰晶分布均匀性提高85%，冷冻干燥(FD)速率加快12%，并通过低场核磁共振(LF-NMR)检测到更稳定的水分结合状态(T₂₂比例达12.87%)。扫描电镜(SEM)显示UIS处理组形成规则多孔结构，有效保持了细胞壁完整性。

Effect of UIS on nucleation and freezing kinetic

常规快速或慢速冷冻会显著影响产品中心温度变化及冰晶形核与尺寸分布。本研究详细解析了苹果片在超声冰晶诱导(UIS)处理下的冷冻曲线特征。值得注意的是，既往研究表明低频电场对食品冷冻过程无显著影响，但UIS技术通过直接接触式超声波辐照，实现了冰核在特定过冷度(-1°C至-3°C)下的精准触发。在-3UIS组中观察到最高形核温度(-4.5°C)，证明超声波能有效降低冰核形成能垒。

Conclusion

本研究证实UIS技术可通过提升冰核形成温度(IN)显著优化冷冻动力学进程，其中-3UIS处理组表现出最佳的过冷抑制效果(形核温度-4.5°C)。该技术不仅缩短了冷冻干燥总时长，更通过形成均匀冰晶结构有效保留了苹果片的质构特性与色泽稳定性。LF-NMR数据显示UIS处理组在冻干后仍保持较高比例的束缚水，SEM结果进一步验证了其细胞结构的完整性保存优势。