通过红外辅助折射率窗口干燥技术开发番茄洋葱复合烹饪原料

番茄洋葱混合物折射窗口（RW）与红外辅助（RW+IR）干燥技术及冻干（FD）对干燥速率、水分活度、抗氧化活性及感官品质的影响。研究发现RW+IR干燥时间减少22%，50-50比例混合物在槲皮素保留和抗氧化活性方面最优，感官评价与新鲜样品无显著差异，表明RW+IR技术能高效保留功能性成分，适用于开发优质番茄洋葱调味料。

　　
番茄与洋葱混合物的干燥技术研究及其功能性评价

番茄和洋葱作为全球广泛种植的蔬菜，其加工技术对食品工业具有重要价值。本研究聚焦于番茄-洋葱混合物在新型干燥技术（折射窗干燥RW、红外辅助折射窗干燥RW+IR）与冷冻干燥（FD）下的品质变化，旨在探索高效加工与营养保留的平衡点。

### 1. 研究背景与意义
番茄和洋葱富含抗氧化物质，如番茄红素（番茄特有）和槲皮素（洋葱主要成分）。这些生物活性物质具有抗炎、心血管保护等健康效益。然而，传统干燥技术（如热风干燥）易导致热敏性成分降解，且能耗较高。折射窗干燥（RW）通过利用水-物料界面折射特性，实现高效传热，特别适合保持热敏性成分。进一步引入红外辐射（RW+IR）可协同提升干燥效率与成分保留。研究采用两种混合比例（50-50和70-30 w/w）模拟实际应用场景，评估不同干燥技术对功能性成分及感官品质的影响。

### 2. 实验设计与关键发现
#### 2.1 原料与干燥工艺
选用哥伦比亚本地品种（Chonto番茄、Yellow Granex洋葱），经巴氏杀菌（85℃×10分钟）后制备成两种混合物：M1（50%番茄+50%洋葱）、M2（70%番茄+30%洋葱）。干燥设备包括常规RW系统、红外辅助RW+IR系统及FreeZone?冷冻干燥仪。重点考察以下指标：
- **干燥动力学**：RW+IR较传统RW缩短22%干燥时间（70分钟 vs 90分钟），较FD缩短98%（2880分钟），且保持相近水分含量（0.13-0.16 g/g dwb）。
- **水分活度（Aw）**：RW+IR处理样本Aw值（0.25-0.26）与FD接近，显著低于新鲜样本（0.30-0.31），表明其微生物稳定性优异。
- **微观结构**：SEM显示RW和RW+IR样本表面致密（孔隙率<5%），而FD样本呈现松散多孔结构（孔隙率>15%），可能与升华过程破坏细胞结构有关。

#### 2.2 营养成分保留
- **番茄红素（Lycopene）**：70-30 M2经RW+IR处理后，番茄红素含量达127.74 mg/100 g dw，较新鲜样本提高62.89%，显著高于FD处理（61.23 mg/100 g dw）。红外辐射促进脂溶性色素释放，同时缩短高温暴露时间（ RW+IR热暴露时间仅1.5小时 vs FD的48小时）。
- **槲皮素（Quercetin）**：50-50 M1经RW+IR处理后，槲皮素含量达53.65 mg/100 g dw，较新鲜样本损失率仅3.2%。红外辅助干燥通过选择性加热破坏细胞壁，使黄酮类物质更易溶出。
- **多酚与抗氧化活性**：RW+IR处理样本的DPPH抗氧化值（22.65 μmol TEAC/g dw）和ORAC值（145.12 μmol TEAC/g dw）与FD相当，但ORAC值在50-50 M1经RW+IR处理时达到峰值（217.4 μmol TEAC/g dw），较新鲜样本保留率82.3%。表明RW+IR在脂溶性（番茄红素）与水溶性（槲皮素）成分协同保留方面具有优势。

#### 2.3 感官特性优化
- **风味物质保留**：70-30 M2经RW+IR处理的洋葱硫苷（alliinase）活性保留率（97.5%）显著高于RW（89.2%）和FD（76.3%）。红外辅助使挥发性硫化物（如二丙基硫醚）损失减少40%。
- **质地与接受度**：RW+IR处理的样本在炒蛋应用中呈现最佳综合评价（总分4.8/5），其酥脆度（Crunchiness）达3.2/5，较FD样本提升27%。感官分析显示，50-50比例经RW+IR处理的样本在"番茄味"（3.9/7）和"焦糖风味"（4.1/7）评分最高，且"刺激性"（Spicy）得分（2.1/7）与新鲜样本无差异。
- **质构特性**：RW+IR处理的样本颗粒密度（1.2 g/cm3）较FD（0.8 g/cm3）提高50%，更适合作为烹饪基料。

### 3. 技术优势与产业化应用
#### 3.1 RW+IR干燥技术突破
- **能效提升**：与传统RW相比，IR辅助使干燥速率（kg水/m2·h）从2.97提升至3.82，能耗降低40%。
- **成分保留机制**：红外辐射（波长3-15 μm）精准作用于水分子（主要吸收波段4-8 μm），促进内部水分迁移，减少表面过热。例如，番茄红素在RW+IR处理时异构化率仅8.7%，而FD样本达23.4%。
- **设备适应性**：现有RW设备经改造添加红外模块后，可处理混合基质，投资回报周期约18个月（基于哥伦比亚原料成本）。

#### 3.2 混合比例的协同效应
- **50-50比例**：洋葱（富含槲皮素）与番茄（富含番茄红素）的协同作用使ORAC值达到217.4 μmol TEAC/g dw，较单一原料分别提高45%和30%。感官评价中"综合风味接受度"达4.5/5，优于FD处理（3.8/5）。
- **70-30比例**：番茄红素浓度达峰值（127.74 mg/100 g dw），但槲皮素含量仅35.23 mg/100 g dw，ORAC值（135.6 μmol TEAC/g dw）低于50-50 RW+IR样本，显示洋葱比例对黄酮类保留的关键作用。

#### 3.3 产业化潜力分析
- **成本效益**：RW+IR干燥成本较FD降低60%（单位成本$0.75/kg dw vs $1.90/kg dw），且干燥时间缩短98%，适合处理批量原料。
- **产品形态**： RW+IR处理的薄片状结构（厚度4mm）更适合即食应用，而FD粉末（粒径15-30 μm）更适用于饮品基料。
- **市场定位**：50-50 RW+IR样本在快餐行业（如沙拉配菜、汤料基料）中具有价格竞争力（BOP成本$2.5/kg vs FD的$4.8/kg）。

### 4. 技术优化方向
- **动态温度控制**：现有研究在80℃恒温下进行，未来可开发分段控温系统，使表面温度维持在50-60℃（番茄红素热稳定性临界点），内部温度不超过65℃。
- **混合基质优化**：实验表明洋葱比例>50%时，槲皮素溶出度提升至82%；番茄比例>60%时，番茄红素光降解风险增加30%。建议开发梯度混合工艺，实现成分平衡。
- **设备改进**：现有红外灯间距20cm导致热斑效应，可优化为多光谱红外阵列（覆盖2.5-25 μm），预计使干燥均匀性提升至95%以上。

### 5. 结论
该研究证实折射窗红外辅助干燥技术（RW+IR）在番茄-洋葱混合物加工中具有显著优势：干燥时间缩短至传统方法的1/4，同时保持82%以上的番茄红素和89%的槲皮素活性。50-50比例样本在抗氧化活性（ORAC值217.4 μmol/g dw）和感官接受度（4.5/5）方面表现最优，适合开发功能性食品基料。技术改进方向包括动态温度调控、多光谱红外辅助及梯度混合工艺优化，为后续产业化应用奠定基础。