分段变频超声协同热风干燥技术提升肉苁蓉干燥效率与品质的机制研究

本研究针对单频和多频超声辅助干燥的局限性，创新性提出分段变频超声(SFCU)策略辅助热风干燥(HAD)肉苁蓉切片。通过系统比较SFCU-HAD与单频超声(SFU-HAD)的效果，发现SFCU使干燥时间缩短27.3%，显著提升总酚、黄酮、多糖含量及抗氧化活性，同时改善产品色泽与微观结构。该研究为超声技术在食品干燥领域的应用提供了新思路，具有重要工业转化价值。

　　

干燥技术的革新：分段变频超声如何重塑肉苁蓉加工未来

在传统中药材加工领域，肉苁蓉(Cistanche deserticola Ma)因其卓越的药用价值被称为"沙漠人参"。这种寄生植物富含苯乙醇苷、环烯醚萜等活性成分，具有抗衰老、增强免疫等功效。然而，新鲜肉苁蓉含水量高达72.7%，糖类物质丰富，在常规干燥过程中极易发生酶促褐变和成分降解。虽然热风干燥(HAD)是常用方法，但长时间加热会导致活性成分大量损失；自然干燥(ND)则面临周期长、品质不可控等问题。更棘手的是，现有超声辅助技术中，单频超声(SFU)存在空化强度不足、能量分布不均等缺陷，而多频超声(MFU)又可能因共振效应导致组织损伤。如何突破这些技术瓶颈，实现高效与品质的平衡，成为食品干燥领域亟待解决的难题。

针对这一挑战，来自甘肃某高校的研究团队在《LWT》发表创新成果。他们设计了一种分段变频超声(SFCU)策略，通过智能调节超声频率时序，将25kHz、28kHz和40kHz三种频率在干燥过程的关键节点进行动态组合。研究采用两种变频模式：基于干燥速率变化的RFC系列（120/180分钟节点）和基于品质变化的QFC系列（150/210分钟节点），系统评估了不同模式对干燥特性、活性成分保留和微观结构的影响。关键技术包括：使用THD-T1超声发生器（25-40kHz可调）配合55°C热风干燥；通过干燥动力学模型分析水分迁移规律；采用HPLC测定苯乙醇苷含量；结合扫描电镜(SEM)观察微观结构变化；并运用DPPH法评估抗氧化活性。

干燥特性分析揭示变频优势
通过单因素实验发现，40kHz超声(US40)干燥速率最快，较25kHz(US25)缩短27.3%时间。理论分析表明，低频超声(25kHz)能产生更大空化气泡，释放更强机械能，而高频(40kHz)则促进更多微气泡形成。SFCU巧妙整合两者优势：RFC1模式（40→28→25kHz）实现最短干燥时间（240分钟），较US40再缩短30分钟。干燥速率曲线显示，变频时产生的"阶跃式"提升现象，源于低频段新生空化核对高频段的协同增强效应。

品质提升的变频密码
在活性成分保留方面，SFCU展现出惊人潜力：QFC1模式使总酚含量(TPC)达66.43mg/g，较US40提升26.29%；QFC2模式下总黄酮(TFC)达79.04mg/g，增幅38.82%。多糖含量(PC)在QFC1达到峰值404.6mg/g，这归因于变频超声对细胞壁的阶梯式破坏，促进亲水基团暴露。值得注意的是，DPPH自由基清除率与TPC呈正相关，QFC1组最高达77.87%，印证了酚类物质对抗氧化活性的主导作用。HPLC分析显示，变频处理能有效保护苯乙醇苷类成分，其中异类叶升麻苷在QFC1达0.27mg/g，毛蕊花糖苷在QFC2为0.33mg/g。

结构-功能关系的微观证据
SEM图像直观揭示了作用机制：ND样品表面致密无孔，HAD组出现组织塌陷；而SFCU处理组呈现均匀蜂窝结构，QFC1的孔径分布尤为理想。这种多孔结构既加速水分扩散，又为活性成分释放创造通道。但RFC系列出现局部结构损伤，提示频率转换节点的选择需平衡效率与损伤风险。色泽分析显示，所有超声处理ΔE>5（除QFC1），主要源于超声空化加速的美拉德反应和色素降解。

这项研究开创性地证明，通过精准控制超声频率时序，SFCU-HAD能同步实现"效率跃升"与"品质增值"。其科学价值在于揭示了频率动态调节对空化效应的调控机制，技术价值在于建立了基于干燥动力学与品质变化的变频节点选择策略。对于肉苁蓉这类高值药用植物，该技术可减少活性成分损失30%以上，为中药材现代化加工提供新范式。未来研究可针对不同物料特性开发定制化变频方案，并探索该技术在果蔬干燥等更广领域的应用潜力。