预处理优化与混合真空冷冻-热风干燥联用技术提升菊芋片品质及挥发性成分特征

本研究针对菊芋片加工过程中存在的色泽劣变、复水性差及不良风味等问题，通过响应面法优化了热烫时间(67 s)、NaCl浓度(0.97%)和麦芽糊精浓度(8.35%)的联合预处理工艺，结合真空冷冻-热风混合干燥技术，使产品L*值提升至79.8±0.9，复水比达3.9±0.1，同时通过GC-MS代谢组学分析发现理想果香挥发物提升4.4倍，含氮异味物质降低90倍，为功能性根茎类零食开发提供了创新解决方案。

　　

在健康零食市场蓬勃发展的背景下，菊芋（Helianthus tuberosus L.）因其富含菊粉（inulin）等益生元成分而备受关注。然而，这种"非粮能源作物"在加工过程中面临严峻挑战：传统干燥技术会导致色泽褐变、质地硬化，更棘手的是会产生含氮化合物等不良风味物质，严重制约其商业化应用。目前关于菊芋片加工的系统研究几乎空白，特别是如何平衡产品质量与生产成本成为产业化的关键瓶颈。

甘肃省农业科学院的研究团队在《Journal of Agriculture and Food Research》发表的研究中，创新性地将预处理优化与混合干燥技术相结合。通过响应面法（RSM）建立数学模型，确定了热烫、NaCl和麦芽糊精预处理的最佳参数组合，并采用真空冷冻干燥（FD）与热风干燥（HD）的混合工艺，最终实现了菊芋片品质的全面提升。研究运用了Box-Behnken实验设计、色差仪测定Lab*值、质构仪测定硬度、扫描电镜（SEM）观察微观结构，以及基于GC-MS/MS的代谢组学分析等技术手段，对来自兰州大学种质资源圃的"兰芋1号"菊芋品种进行了系统研究。

单因素实验揭示关键参数阈值
研究发现热烫时间存在"双刃剑"效应：90秒处理时L值达峰值77.9±0.5，但超过150秒会导致硬度激增至2,290±140 g。NaCl在0.8%浓度时既有效抑制酶促褐变（L值76.2±0.3），又避免过咸口感。麦芽糊精在10%浓度时形成最佳保护膜，使复水比保持在2.8±0.1。

响应面模型验证协同效应
三维响应面显示热烫时间与NaCl浓度对L*值影响存在显著交互作用（p<0.01）。验证实验证实最优参数组合（67 s热烫+0.97% NaCl+8.35%麦芽糊精）使产品亮度（79.8±0.9）较未处理组（66±1）显著提升，复水比从3.0±0.1增至3.9±0.1。

微观结构阐明品质改良机制
SEM图像显示混合干燥样品具有更完整的蜂窝状结构，表面裂纹较纯冷冻干燥样品减少50%以上。麦芽糊精形成的凝胶网络有效防止了细胞壁塌陷，这解释了复水性能提升的原因。

代谢组学解码风味调控奥秘
GC-MS鉴定出256种挥发性物质，其中(E,E)-2,4-癸二烯醛等呈香物质含量提升4.4倍（Log₂FC=4.28），而3H-1,2,4-三唑-3-酮等异味物质锐减90倍。KEGG分析表明该处理特异性激活了单萜生物合成通路（p<0.01），同时抑制了氨基酸降解途径。

这项研究建立了菊芋片加工的标准化工艺体系，其创新点在于：首次将NaCl的渗透调节、麦芽糊精的成膜特性与分段干燥的节能优势相结合，通过多靶点调控实现了"降本增效"。该技术使产品兼具冻干品质和热风干燥的经济性，能量消耗预计比纯冻干降低40%，为菊芋从田间到零食的转化提供了可复制的技术模板。从更广泛的视角看，这种"预处理-干燥"协同策略可拓展应用于其他根茎类作物，对推动非粮作物高值化利用、丰富功能性食品供给具有重要示范意义。