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为解决胡萝卜干燥过程中品质下降问题，研究人员开展超声预处理冷冻干燥对其品质影响的研究。通过对比不同超声频率（20、30、40 kHz）和时间（3、5、7 分钟）处理，发现 30 kHz、5 分钟处理可提升 β- 胡萝卜素、总酚等含量，改善微观结构，为胡萝卜干燥提供新方法。
胡萝卜干燥新技术：超声预处理冷冻干燥的品质革新之路
胡萝卜作为富含维生素（B1、B2、B6）、类胡萝卜素（如具有抗氧化和抗癌作用的 β- 胡萝卜素）及多种矿物质的蔬菜，近年来因其含有的聚乙炔和类胡萝卜素而备受青睐。然而，高水分含量限制了其保质期，传统干燥方式如晒干和热风干燥虽成本低，但易导致甜味和生物活性化合物减少、颜色改变及产生异味，且高温会影响食品的流变和物理性质，出现结壳等问题，还会降低生物活性化合物和植物化学物质的提取率。现代低温干燥技术如冷冻干燥虽能较好保持品质，但成本较高。在此背景下，超声预处理作为一种新兴的非热预处理技术，能否改善胡萝卜干燥品质成为研究焦点。为探索这一问题，来自相关研究机构的研究人员开展了超声预处理冷冻干燥胡萝卜的研究，该研究成果发表在《Applied Food Research》。
研究关键技术方法
研究主要采用以下关键技术方法：
- 超声处理：使用 1.5 kW 的超声波处理器，对 250 g 胡萝卜切片施加 20、30、40 kHz 频率和 3、5、7 分钟时间的超声处理。
- 干燥方法：包括晒干（S1）、热风干燥（S2）、冷冻干燥（S3），以及超声预处理后的冷冻干燥（S4-S12）。
- 检测分析：通过分光光度法和扫描电子显微镜（SEM）分析生物活性化合物、抗氧化活性和微观结构；采用 AOAC 方法测定脂肪、灰分；用凯氏定氮法测定蛋白质；利用原子吸收光谱仪和火焰光度法分析矿物质；通过特定方法提取和测定 β- 胡萝卜素、总酚、黄酮类等。
研究结果
3.1 超声预处理冷冻干燥对胡萝卜营养价值的影响
超声处理和干燥方法影响胡萝卜的营养价值。冷冻干燥产品的脂肪（1.45%）和蛋白质（8.5%）含量较高，30 kHz、5 分钟超声处理的矿物质含量较高。超声处理可提高胡萝卜的无机成分，增加灰分含量，但过高的超声频率和时间可能因热效应导致脂肪含量下降，且超声处理会使蛋白质分子改变，导致蛋白质含量有所降低。
3.2 矿物质概况评估
不同处理对胡萝卜矿物质含量影响显著。冷冻干燥的钙（Ca）含量较高，30 kHz、5 分钟超声处理的 Ca 含量最高；钾（K）含量在对照干燥中较高，且随超声处理时间延长而降低；铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）含量在超声预处理样品中较高，表明超声预处理可改变胡萝卜的矿物质分布。
3.3 超声处理对 β- 胡萝卜素提取的影响
超声处理显著影响 β- 胡萝卜素的提取。30 kHz、3 分钟超声处理的 β- 胡萝卜素含量最高（988.9 mg/100g），晒干和热风干燥产品的 β- 胡萝卜素含量较低（分别为 933.6 mg/100g 和 951.4 mg/100g）。超声预处理通过改变内部结构，促进了 β- 胡萝卜素的提取，而高温干燥因 β- 胡萝卜素对光、热和氧敏感，导致其含量降低。
3.4 超声预处理冷冻干燥对物理性质的影响
- 收缩率：冷冻干燥产品的收缩率较低，超声预处理样品的收缩率略高于未预处理的冷冻干燥产品。
- 硬度：冷冻干燥胡萝卜的硬度高于晒干和热风干燥产品，超声预处理对硬度影响较小，可能与细胞变形和水分扩散加快有关。
- 复水率：冷冻干燥产品的复水率较高，超声预处理进一步提高了复水率，表明其形成了更多孔的结构，有利于水分吸收。
- 颜色属性：冷冻干燥产品的 L值较高，颜色更亮，超声处理会使 L值略有降低，a和 b值增加，且超声频率和时间会影响颜色变化，冷冻干燥产品的颜色差异（ΔE）较小。
3.5 生物活性化合物和抗氧化活性的影响
- 总酚和黄酮类：30 kHz、5 分钟超声处理的总酚（3.74 mg/100g）和黄酮类（9.45 mg/100g）含量最高，超声处理可促进酚类化合物的提取，但过长时间会导致其氧化降解。
- 抗坏血酸：冷冻干燥产品的抗坏血酸含量高于晒干和热风干燥产品，超声预处理对其影响较小。
- 抗氧化活性：冷冻干燥产品的抗氧化活性较高，30 kHz、5 分钟超声处理的抗氧化活性最强，过高的超声频率和时间会因酚类化合物氧化而降低抗氧化活性。
3.6 微观结构
扫描电子显微镜观察显示，冷冻干燥样品具有均匀的多孔结构，超声处理会改变微观结构，较高的超声功率会导致更多的孔隙和细胞变形，表明超声预处理通过物理作用改变了胡萝卜的细胞结构，促进了水分迁移。
研究结论与意义
本研究表明，超声预处理冷冻干燥可显著改善胡萝卜干的品质。30 kHz、5 分钟的超声预处理在保留营养成分（如提高 β- 胡萝卜素、总酚、黄酮类含量）、改善物理性质（如增加复水率、形成多孔结构）和抗氧化活性方面效果最佳。该研究为胡萝卜等蔬菜的干燥提供了一种高效的预处理方法，有助于提高脱水蔬菜的品质，延长保质期，为食品加工行业提供了新的技术思路，具有重要的实际应用价值和理论意义。
