超声波预处理联合真空干燥技术提升青椒干燥效率与品质的机制研究

本研究针对青椒传统干燥方法能耗高、时间长、品质差等问题，创新性地采用超声波预处理（150-450 W）联合真空干燥（45-75°C）技术，系统探究其对干燥动力学及品质的影响。结果表明，150 W超声波预处理使干燥时间缩短11.76%-40.00%，能耗降低0.31%-12.02%，并显著提升有效水分扩散系数（Deff）、色泽（ΔE）、复水率及维生素C保留率（8.92%-24.59%）。通过Logarithmic模型拟合和SEM显微结构分析，揭示了超声波通过微孔通道促进水分迁移的协同机制，为果蔬节能干燥技术开发提供理论依据。

　　

青椒（Capsicum annuum）作为茄科植物的代表，因其丰富的维生素C和酚类物质备受青睐，但高达93%的含水量使其极易腐败。传统热风干燥虽能延长保质期，却面临能耗高、色泽劣变、营养流失等瓶颈问题。如何实现高效节能的干燥工艺，同时保留其“绿色”外观和功能性成分，成为产业亟待突破的“卡脖子”难题。

重庆三峡大学机械工程学院团队在《LWT》发表的研究，巧妙地将超声波的空化效应与真空低温干燥结合，通过多尺度实验设计揭示了“物理场协同增效”的奥秘。研究人员设置4个超声波功率梯度（0-450 W）和4个温度梯度（45-75°C），采用干燥动力学分析、扫描电镜（SEM）、色差仪和TPA质构测试等技术，系统评估了干燥效率与品质参数的关联性。

3.1 干燥特性

研究发现150 W超声波预处理使D_eff提升49.53%，75°C下干燥时间最短仅需300分钟。通过Logarithmic模型（R²>0.99）精准预测水分比变化，证实超声波产生的微孔通道显著加速水分迁移。电镜显示150 W处理组形成“糖葫芦串”状孔隙结构，而450 W则导致细胞塌陷成海绵状，印证了“适度空化”的优化区间。

3.3 物理特性

色差分析表明150 W组ΔE降低20%，55°C时复水率达7.17，硬度提升13.07%。质构特性呈现“先增后减”规律，说明超声波与温度的协同存在阈值效应——150 W促进细胞适度松弛，而300 W以上则引发纤维素链断裂。

3.4 化学特性

低温（45-55°C）结合150 W超声波使维生素C和总酚保留率分别提高24.59%和8.25%，但75°C高温导致维生素C损失74.61%，揭示热敏感成分的“温度悬崖效应”。相关性分析显示，超声功率与营养保留呈显著负相关（p≤0.0001），而干燥温度与能耗的相关系数达-0.92。

这项研究首次阐明超声波-真空干燥的“功率-温度-品质”三维调控机制，提出的150 W+55°C优化组合，为绿色蔬菜的低碳加工提供新技术路径。其创新性在于：通过物理场耦合突破传统干燥的热传导壁垒；建立的Logarithmic模型可实现工艺精准调控；微观结构证据链为农产品加工装备设计提供理论支撑。该成果对实现“双碳”目标下的食品工业转型升级具有示范意义。