基于动力学模型与功能-生物活性综合评价优化枣渣干燥温度的研究

本研究针对枣渣干燥过程中品质控制难题，通过建立干燥动力学模型并结合功能特性与生物活性综合评价体系，系统探究了50-80°C干燥温度对枣渣粉(DPP)品质的影响。研究发现Page模型最能准确描述干燥过程，60°C干燥的DPP在持水性、颗粒均匀度、色泽亮度和生物活性等方面达到最佳平衡，为高附加值食品开发提供了理论依据和技术支撑。

　　

在全球气候变化和粮食安全挑战日益严峻的背景下，食品加工副产物的高值化利用已成为可持续发展的重要方向。枣作为中东和北非地区最具代表性的经济作物，2022年全球产量达974万吨，其在加工过程中产生的枣渣副产品通常被丢弃或用作动物饲料，不仅造成资源浪费，其高水分特性还易引发环境问题。枣渣富含膳食纤维(42-49 g/100g)、多酚化合物和矿物质元素，具有开发功能性食品配料的巨大潜力。然而，干燥作为枣渣粉(DPP)生产的关键环节，温度控制不当易导致营养成分降解和功能特性丧失，如何通过精准控制干燥温度来平衡加工效率与产品质量成为行业技术瓶颈。

为系统解决这一问题，由Bhawna Sobti领衔的研究团队在《Applied Food Research》发表了创新性研究，通过整合干燥动力学建模与多维度品质评价体系，揭示了不同干燥温度对DPP综合品质的影响规律，为枣渣的高值化利用提供了科学依据和技术路径。

本研究采用四个干燥温度梯度(50°C、60°C、70°C、80°C)进行实验，运用五种薄层干燥模型(Newton、Page、Midilli、Henderson and Pabis、Logarithmic)对干燥动力学进行拟合分析。通过测定水分活度(a_w)、溶胀能力(SC)、持水能力(WHC)、持油能力(OHC)、色泽参数(L、a、b^*)、粒径分布等理化指标，并结合总酚含量(TPC)和ABTS抗氧化活性等生物活性指标，建立了基于相关性分析的复合评分体系。所有实验均采用三重重复，数据通过方差分析和Tukey多重比较进行统计处理，模型拟合采用非线性回归方法。

3.1. DPP干燥动力学特性

干燥动力学分析显示，枣渣干燥主要经历降速阶段，无恒速干燥期。随着温度从50°C升至80°C，干燥时间从465分钟显著缩短至255分钟，最终水分含量从12.60%降至8.79%。Page模型在四个温度下均表现出最优的拟合效果(R2＞0.9966，RMSE＜0.0174，χ2＜0.0003)，其预测值与实验值高度吻合，残差随机分布 around zero，表明该模型能准确描述DPP的干燥行为。Midilli模型虽拟合度相当，但因参数过多(4个)易导致过拟合，因此Page模型被推荐为DPP干燥过程的最优模型。

3.2. 不同温度下DPP的理化特性

水活性(a_w)随干燥温度升高而显著降低(P＜0.05)，所有样品a_w≈0.4，达到微生物安全标准。溶胀能力在低温(50-60°C)下较高，在70-80°C时显著降低，这与粒径分布变化相关。持水能力(WHC)从50°C的6.69±0.151 g/g降至80°C的5.83±0.182 g/g，而持油能力(OHC)在不同温度间无显著差异。值得注意的是，DPP的WHC值显著高于橙渣(3.03 g/g)、苹果渣(1.62-1.87 g/g)和蓝葡萄渣(2.95 g/g)，显示出优异的复水特性。

3.3. 枣渣粉色泽与粒径分析

干燥温度对DPP的色泽参数(L、a、b^*)无显著影响(P＞0.05)。粒径分析显示，中值直径Dx(50)在70°C时最大(177 μm)，在80°C时降至160 μm。Span值(粒径分布宽度指标)随温度升高从1.9(50°C)增加至2.1(80°C)，表明高温导致粒径分布更分散，均匀性下降。

3.4. 枣渣粉总酚含量与抗氧化活性

总酚含量(TPC)和抗氧化活性呈现明显的温度依赖性增长趋势。TPC从50°C的87.34 mg GAE/100g显著增加至80°C的130.12 mg GAE/100g，ABTS抗氧化活性也从14.68 mg GAE/100g升至25.72 mg GAE/100g。这种增长归因于高温更有效破坏细胞壁结构，释放结合态酚类化合物，同时较短的热处理时间减少了酚类物质的降解。

3.5. 理化特性与生物活性的相关性分析

Pearson相关性热图显示，干燥温度与a_w呈强负相关(r≈-0.98)，与TPC(r≈0.96)、ABTS活性(r≈0.84)和Span值(r≈0.89)呈正相关。TPC与ABTS活性间存在强正相关(r＞0.9)，证实多酚化合物是DPP抗氧化活性的主要贡献者。a_w与TPC和ABTS均呈负相关，反映低温干燥虽有利于保持较低水活性，但不利于生物活性成分的保留。

3.6. 基于相关性指导的复合评分评价

研究创新性地建立了包含水活性、水合指数(SC+WHC)、颗粒均匀性指数、亮度(L^*)和生物活性指数(TPC+ABTS)的复合评分体系。60°C干燥的DPP获得最高综合评分，在 hydration capacity、particle uniformity、lightness、bioactivity和microbiological stability间达到最佳平衡。80°C虽在生物活性方面表现优异，但功能特性有所下降；50°C则相反。这种温度依赖性的品质权衡使60°C成为DPP生产的最优选择。

本研究通过系统的干燥动力学建模和多维品质评价，确立了60°C为枣渣粉(DPP)生产的最优干燥温度。Page模型被证明是描述DPP干燥过程的最适模型，其简单结构和准确预测能力为工业化放大提供了理论基础。研究揭示的温度-品质关系表明，虽然高温(80°C)有利于生物活性成分的提取，但中等温度(60°C)能在功能特性、生物活性和微生物安全性间达到最佳平衡。复合评分方法的建立为食品粉末产品的综合品质评价提供了新思路，其相关性指导的指标选择策略避免了传统加权方法的主观性。

该研究的实际意义在于为枣加工行业提供了具体的技术参数，60°C的干燥条件不仅能保证产品微生物安全(a_w≈0.4)，还能最大限度地保留DPP的功能特性和生物活性，为其在烘焙食品、肉制品、保健品等领域的应用奠定了品质基础。未来研究可比较不同干燥技术(冻干、真空干燥、微波辅助干燥)对DPP品质的影响，并开展储存稳定性研究，进一步推动枣渣副产物的高值化利用和可持续发展。