超声波强化空气冲击干燥技术用于提高中华猕猴桃片（Chaenomeles sinensis）的干燥效率及其理化品质

《Ultrasonics Sonochemistry》：Ultrasound strengthened air impingement drying for improving drying efficiency and physicochemical quality of Chaenomeles sinensis slices

　　王善宇|张敬寿|肖宏伟|吴敏|郑志安|刘子良
中国南昌大学食品科学与资源国家重点实验室，南昌330047

**摘要**
本研究探讨了超声波辅助预处理结合空气冲击干燥对中华猕猴桃片干燥动力学、微观结构、结晶度、色泽、总酚含量（TPC）和抗氧化能力的影响。实验结果表明，超声波预处理显著增强了热传递和质量传递，使总干燥时间比未经处理的样品缩短了12.50%至43.75%。光学显微镜和扫描电子显微镜观察发现，超声波破坏了细胞壁，松动了组织结构，并增加了孔隙率，从而形成了有利于水分扩散的微通道。X射线衍射和颜色分析表明，适度的超声波处理提高了结晶度并减少了颜色降解。此外，增加超声波处理时间和功率可以显著提高新鲜样品的总酚含量（TPC）和FRAP值。在160 W功率下处理40分钟后，干燥产品的总酚含量达到最高值，分别为8.71 mg/g；DPPH自由基清除活性和Fe3+离子还原抗氧化能力（FRAP）分别为6.14 mmol Trolox/g和23.18 mmol Trolox/g。这些发现表明，适当的超声波预处理通过改变微观结构和结晶度，有助于生物活性化合物的释放和保留，并缩短了干燥时间。总之，超声波辅助空气冲击干燥是一种有效的加工方法，能够提高中华猕猴桃片的干燥效率及其物理化学性质。

**1. 引言**
中华猕猴桃（Chinese quince），在中国俗称“Mugua”，是一种原产于温带的果实，广泛分布于中国和日本[1]。中华猕猴桃富含生物活性化合物，包括三萜类、黄酮类和抗氧化剂，具有抗菌、抗肿瘤和抗粘附作用。这些化合物还有助于预防心血管疾病，使其成为有价值的中药材料[1][2]。由于其高营养价值，中华猕猴桃越来越多地被用于生产果酒、果汁、零食和果脯等产品[1][3]。种植面积的扩大和市场需求不仅丰富了其应用领域，也为当地农民带来了经济效益。然而，由于水分含量高，新鲜猕猴桃极易变质。干燥已被证明是一种有效的采后处理技术，可以延长保质期、增加附加值并降低包装成本[4][5]。

传统上，中华猕猴桃采用日光干燥和热风对流干燥方法进行加工，因为这些方法简单且成本低廉。然而，日光干燥受天气影响较大且耗时较长，容易导致微生物污染；而对流干燥由于长时间暴露在高温下也可能导致品质显著下降[5]。近年来，微波干燥因其能够提高干燥速率和产品质量而受到关注。不过，微波干燥的主要缺点是加热不均匀，可能导致表面过热和颜色劣化[6][7]。空气冲击干燥作为一种解决方案，通过将高速空气直接喷射到产品表面，有效破坏了热边界层，增强了热传递和质量传递。这种方法特别适用于薄层材料，据报道可以提高营养成分的保留率和整体干燥效率[5][8][9][10]。

为了提高干燥效率并保持产品质量，人们在干燥过程中采用了多种预处理方法，包括化学和物理技术[11][12]。其中，超声波作为一种非热处理方法显示出巨大潜力。它利用高频声波（通常在20至100 kHz范围内）在材料中产生空化、微流和机械振动[13]。高频超声波在材料中传播时会产生收缩和膨胀的交替循环，这些效应通过破坏细胞结构和促进水分运动来增强质量传递和热传递[6][7]。在农产品干燥中，超声波已被用于加速水分去除、缩短干燥时间和降低能耗[14]。与传统热干燥方法相比，超声波辅助干燥有利于处理热敏感材料，能更好地保留产品的营养、感官和功能性品质。已有研究表明，超声波辅助干燥对诸如桔梗[15]、茄子[16]、橙皮[17]和红薯[18]等农产品有积极影响。但也有研究指出，超声波预处理对蓝莓、猕猴桃片和葡萄籽的干燥特性影响较小[19][20][21]。超声波预处理的效果因材料性质而异。中华猕猴桃的高纤维结构可能导致其响应机制与浆果不同，但相关研究尚不深入。

水分蒸发是干燥过程的关键环节，显著影响农产品的物理化学性质，包括活性成分的降解和微观结构的改变[22]。水分从细胞内部穿过膜和细胞壁，最终从表面蒸发[23]。细胞结构对水分迁移具有天然屏障作用，干燥过程中的结构变化也会影响材料的机械性能，如硬度和粘弹性[24][25]。超声波预处理可能产生明显的海绵效应，从而改变材料的细胞结构。Wang等人[20]发现，超声波预处理使猕猴桃片内部形成了更大的孔隙；Liu等人[26]还观察到经过超声波预处理的大蒜片出现了微观孔隙和隧道。然而，超声波预处理结合空气冲击干燥对中华猕猴桃水分蒸发和微观结构改变的协同效应尚未有相关报道。

因此，本研究旨在：（1）评估不同超声波预处理条件对中华猕猴桃干燥特性的影响；（2）详细分析不同处理时间和功率下的物理化学性质，包括微观结构、结晶度、色泽和总酚含量及抗氧化能力；（3）研究空气冲击干燥前后中华猕猴桃的功能属性变化。本研究为开发稳定可控的超声波预处理条件提供了依据，以提升中华猕猴桃产品的品质。

**2. 材料与方法**
2.1. 原材料
新鲜中华猕猴桃样品购自中国云南省。选择大小、形状和成熟度均匀、无可见缺陷或机械损伤的果实进行实验。使用机械切片机将果实垂直于纵轴切成厚度为6 mm的均匀片状（图1a）。根据AOAC标准方法[27]测定新鲜样品片的初始水分含量为87.23% ± 1.06%（湿基）。

**2.2. 实验程序**
超声波预处理使用数字控制的超声波系统（KQ5200DE，昆山超声仪器有限公司，中国昆山）进行，工作频率为40 kHz，采用连续模式。液体介质中的声学空化作用产生了微射流、剪切力和局部湍流，有助于部分破坏细胞组织并增强后续干燥过程中的质量传递。超声处理过程中，水浴温度保持在20 ± 2°C。预处理实验中，约130 g的中华猕猴桃片浸入500 mL蒸馏水中，在以下条件下进行超声处理（图1b）：（1）处理时间分别为20、40和60分钟，功率固定为160 W；（2）超声功率分别为120、160和200 W，处理时间固定为40分钟。超声处理后，用吸水纸轻轻拍干样品表面多余的水分再进行干燥。对照组样品切片后立即进行空气冲击干燥。所有实验重复三次。

干燥实验在中国农业大学工程学院的空气冲击干燥设备中进行。干燥设备的示意图如图1c所示，具体细节由Ai等人[10]描述。该设备包括电加热器、用于气流循环的离心风扇、用于温度控制的PID控制器以及产生高速气流的圆形喷嘴。喷嘴出口与中华猕猴桃片表面的距离为120 mm。干燥条件为60°C、风速6 m/s，该组合经初步试验和先前研究证明能有效去除水分同时保持农产品的物理化学品质[4][5]。干燥室达到设定条件后，将经过超声波预处理的中华猕猴桃片均匀铺在不锈钢托盘上。使用电子天平（SP402，Ohaus公司，美国新泽西州）每15分钟记录一次样品重量，直至水分含量降至15%（湿基）以下。每个干燥实验重复三次。干燥后，将样品研磨成粉末，通过60目筛网过滤，并储存在-20°C下进行后续物理化学分析。

**2.3. 干燥特性分析**
通过绘制水分含量（MR）与时间的关系曲线来表征中华猕猴桃的干燥行为。每个时间点的水分含量（MR）根据公式（1）计算[22]：
$$MR = \frac{M_t - M_e}{M_0}$$
其中$M_0$、$M_t$和$M_e$分别表示初始水分含量、时间t时的水分含量和平衡水分含量（g/g湿基）。

干燥速率（DR）根据Ai等人的方法[5]计算：
$$DR = \frac{M_t - M_{t2}}{t_2 - t_1}$$
其中$t_1$和$t_2$表示两个连续的干燥时间（分钟），$M_{t1}$和$M_{t2}$分别为相应时间的水分含量（g/g湿基）。

**2.4. 微观结构**
2.4.1. 光学显微镜（OM）
根据Liu等人的方法[15]，研究了经过不同超声波处理的中华猕猴桃的内部微观结构。将组织样品切成厚度为10 μm的切片，在光学显微镜（CX31，奥林巴斯公司，日本）下以40倍放大倍数观察内部细胞结构。

2.4.2. 扫描电子显微镜（SEM）
使用扫描电子显微镜（SU3500，日立公司，日本）观察干燥后的中华猕猴桃片的微观结构变化。将干燥样品用手术刀片切成约4 mm × 4 mm的薄片。成像前，用溅射镀膜机在样品表面镀上一层薄金以提高导电性。在15 kV的加速电压下以100倍放大倍数观察微观结构特征。

**2.5. X射线衍射（XRD）分析**
使用X射线衍射仪（XD-3，北京普尔金杰通用仪器有限公司，中国北京）分析粉末样品的结晶特性，工作条件为36 kV和20 mA[28]。衍射数据采集范围为5°至40°，扫描速率为4°/分钟。

**2.6. 色彩参数测量**
使用LabScan XE分光光度计（Hunter Associates Laboratory，美国弗吉尼亚州雷斯顿）测量新鲜和干燥样品的CIELAB色彩参数（L*、a*、b*）。每种处理至少记录六次独立读数。总色差（ΔE）根据Jiang等人的方法[29]计算：
$$\Delta E = \sqrt{(L^* - L_0^*)^2 + (a^* - a_0^*)^2 + (b^* - b_0^*)^2}$$
其中$L^*$表示亮度（0 = 黑色，100 = 白色），$a^*$表示色度（负值为绿色，正值表示红色），$b^*$表示色度（负值为蓝色，正值表示黄色）。$L_0^*、a_0^*$和$b_0^*$分别代表新鲜中华猕猴桃片的CIELAB参数。

**2.7. 总酚含量（TPC）**
总酚含量的测定方法基于Liu等人的方法[30]稍作修改。将0.4 g中华猕猴桃与0.2 g石英砂混合在5 mL 70%甲醇中研磨成浆液，再加入20 mL 70%甲醇充分混合。将混合物在160 W功率下超声处理30分钟，然后以8000 rpm离心15分钟，收集上清液作为提取物。

简要步骤如下：取0.2 mL上清液与0.5 mL Folin-Ciocalteu试剂混合，加入5.8 mL蒸馏水后静置10分钟，再加入1.5 mL 20% Na2CO3溶液充分混合。反应在室温下进行1小时。使用分光光度计（Pursee General Instrument Co. Ltd.，北京）在750 nm波长处测量吸光度。总酚含量经过计算，并以每100克鲜重（mg/100 g FW）的没食子酸当量表示。每个样本进行了三次分析。2.8. 抗氧化能力为了评估干燥样本的抗氧化能力，采用了与总酚含量测定相同的提取程序。抗氧化能力通过2,2-二苯基-1-吡啶基肼（DPPH）自由基清除试验和铁离子还原抗氧化能力（FRAP）试验来评估。这两种方法均按照Liu等人[25]所述的方案进行。所有实验均重复三次以确保数据的可靠性。2.9. 统计分析实验结果使用SPSS软件（版本27.0，SPSS Inc.，芝加哥，IL，美国）进行单因素方差分析（one-way ANOVA）。均值比较采用Duncan的多重范围检验（multiple range test），统计显著性标准为p < 0.05。数据以至少三次重复实验的平均值±标准差（SD）表示。3. 结果与讨论3.1. 干燥曲线图2全面展示了不同超声时间和功率对C. sinensis空气冲击干燥特性的影响。如图2a所示，所有样本在初始干燥阶段都表现出MR的快速下降。干燥60分钟后，经过60分钟超声预处理的样本的MR约为0.29，而未经处理的样本仍保持在约0.38。总干燥时间从对照组的240分钟显著缩短至经过20分钟、40分钟和60分钟预处理的样本的195分钟、165分钟和150分钟，表明随着超声时间的增加，干燥速率逐渐提高。类似的研究也在藏红花中进行过，其中30秒和60秒的超声预处理分别使远红外干燥时间减少了7.90%和21.05%[31]。值得注意的是，与40分钟的超声预处理相比，60分钟的超声预处理对干燥性能的提升较为有限，这表明40分钟可能是能量输入和干燥效率之间的最佳平衡。这些结果表明，超声预处理显著加速了干燥初期的水分扩散，从而缩短了干燥时间[29]。图2b进一步显示了在不同超声时间下样本的干燥速率变化。超声处理显著提高了干燥速率，处理时间越长，效果越明显。经过60分钟预处理的样本在整个水分含量范围内始终表现出最高的干燥速率，其次是经过40分钟和20分钟预处理的样本，而未经超声处理的样本则表现出最低的速率。这种提升可以归因于空化引起的机械效应，这些效应产生了微通道，破坏了细胞壁，并松动了细胞间基质。这些结构变化增加了有效孔隙度，降低了结合水的阻力，促进了内部扩散和表面蒸发[32]，[33]。下载：下载高分辨率图像（296KB）下载：下载全尺寸图像图2. 不同超声条件下C. sinensis的水分比曲线（a, c）和干燥速率曲线（b, d）。如图2c所示，随着超声功率从0增加到200 W，干燥时间从240分钟减少到135分钟，减少了43.75%。经过200 W超声预处理的样本达到目标水分比的速度明显快于低功率处理或未经超声处理的样本，表明更高的超声强度增强了空化作用，导致更强的剪切力、更大的细胞变形和组织中的更多微裂纹，从而提高了水分的流动性[33]。da Silva等人[34]和Jahanbakhshi等人[35]在BRS Vitória葡萄和开心果核的干燥过程中也报告了类似的结果。在整个干燥过程中，超声处理的样本始终表现出比对照组更高的干燥速率，尤其是在较高水分含量时（图2d）。经过200 W超声处理的样本显示出最高的干燥速率，其次是经过160 W和120 W处理的样本，这表明超声功率与质量传递效率之间存在正相关。总体而言，这些结果表明，超声预处理通过改变组织微观结构、增加毛细管渗透性和促进快速内部水分迁移，显著提高了C. sinensis的干燥性能[36]，[37]。3.2. 微观结构分析3.2.1. 光学显微镜图像分析图3显示了新鲜和经过超声预处理的C. sinensis的光学显微镜图像。新鲜样本（图3a和图4a）显示出密集且紧密排列的细胞，细胞形态保存良好。许多细胞间空气间隙（用白色圆圈标出）可见，这是新鲜水果组织的典型特征。经过20分钟超声处理后（图3b），观察到细胞凝聚力的部分破坏。尽管细胞整体形状相对完整，但不规则空气空隙的出现表明了初始的声学空化效应，这可能通过破坏细胞间粘附来增强水分扩散性[11]。有趣的是，随着超声时间的增加（图3b-d），C. sinensis细胞逐渐膨胀，细胞间空气间隙变得不那么明显。这表明超声促进了细胞间空气从组织基质中的排出，从而降低了C. sinensis组织内的内外压力差[14]。压力梯度的减小可能有助于改善结构松弛和减少光散射，使样本看起来更加透明[15]。此外，本研究和先前的报告都表明，长时间的超声处理促进了细胞壁的破坏，从而增强了细胞内成分的释放。在草莓和猕猴桃等其他水果中也观察到了类似的现象[38]，[39]。随着超声功率的增加（图3e-f），样本组织的细胞结构发生了明显的变化。在120 W的超声功率下，细胞相对完整，边界清晰可见。当功率增加到200 W时，细胞明显膨胀，同时细胞壁的崩塌和微观结构的破坏也很明显（图4b）。如图3f所示，超声处理破坏了细胞壁并产生了明显的微通道。这些结构改变使得细胞间空气被蒸馏水取代，有效增加了质量传递的接触表面积[15]。这一观察结果证实，超声预处理不仅改变了组织形态，还促进了水分和溶质的迁移，从而验证了超声在提高质量传递效率中的作用[40]。下载：下载高分辨率图像（529KB）下载：下载全尺寸图像图3. 不同处理下的C. sinensis的光学显微镜图像和细胞结构图。（a）新鲜；（b）20分钟和160 W；（c）40分钟和160 W；（d）60分钟和160 W；（e）40分钟和120 W；（f）40分钟和200 W。下载：下载高分辨率图像（182KB）下载：下载全尺寸图像图4. C. sinensis的细胞结构示意图。（a）新鲜；（b）超声处理。3.2.2. SEM图像分析图5展示了在不同超声预处理条件下C. sinensis的微观结构变化。图5a中，未经处理的样本的微观结构显得相对紧凑且塌陷，孔隙度不明显，细胞间空间扁平。这种结构紧凑性限制了内部水分的迁移，增加了质量传递阻力，这与桃子和Cistanche切片观察到的较低干燥速率一致[41]，[42]。相比之下，经过超声处理的样本显示出明显的微观结构变化。如图5b-d所示，经过超声预处理的样本显示出略微扩大的微观结构和逐渐变薄的细胞壁。随着超声时间的增加，更强烈的声学空化产生了反复的微气泡，这些微气泡在组织表面附近崩塌，产生了局部剪切力和微喷射。这些机械应力削弱了中间层，破坏了富含果胶的区域，并部分断裂了纤维素-半纤维素网络，从而导致细胞壁逐渐变薄。同时，崩塌引起的压力扩大了细胞间空间，形成了更加明显的蜂窝状多孔结构，其中包含相互连接的微通道[43]。Zang等人[33]在桃子切片的超声预处理中也观察到了类似的现象。空化驱动的结构改变提供了额外的扩散途径，促进了水分迁移和细胞内生物活性化合物的释放。然而，当超声功率进一步增加到200 W时，组织显示出过度压缩和变形的迹象（图5f）。在这些条件下产生的强烈空化事件导致了严重的结构损伤，包括细胞壁的破裂和内部基质的崩塌。虽然这种破坏可能在短期内增强了水分去除，但可能会损害最终干燥产品的机械完整性和质地特性。Wu等人[42]在Cistanche切片的超声处理中也报告了类似的现象，其中高强度超声由于强烈的空化作用导致了显著的细胞破坏，进而降低了再水化能力。下载：下载高分辨率图像（393KB）下载：下载全尺寸图像图5. 不同超声预处理的微观结构。（a）对照组；（b）20分钟和160 W；（c）40分钟和160 W；（d）60分钟和160 W；（e）40分钟和120 W；（f）40分钟和200 W。对照组指未经超声处理的新鲜样本。3.3. XRD分析图6展示了干燥样本的XRD图谱。所有样本都显示出宽且相对低强度的特征衍射峰，主要反射峰出现在约2θ = 21.5°处，这与Sucheta等人的研究结果一致[44]。如图6a所示，未经处理的样本显示出最低的结晶度，即13.83%。经过超声处理后，结晶度最初随处理时间的增加而增加，在40分钟后达到最大值15.49%，然后在60分钟时下降到14.09%。图6b中也观察到了类似的趋势，即随着超声功率的增加，结晶度先增加后减少。干燥产品的最高结晶度出现在160 W时，为15.49%。Rotaru等人[45]报告称，超声处理促进了短纤维（1–2 μm）的重新排列，从而提高了材料的结晶度。然而，超声可能会引起机械破碎，破坏结晶域，最终降低了较长纤维（20 μm）的结晶度。这些结果表明，适度的超声预处理可以通过声学空化和机械微流促进结晶态生物聚合物链（如淀粉和纤维）的重新排列，从而提高结晶度[46]，[47]。下载：下载高分辨率图像（321KB）下载：下载全尺寸图像图6. 不同超声预处理时间（a）和功率（b）下干燥C. sinensis样本的X射线衍射（XRD）图谱。对照组指未经超声处理的新鲜样本。3.4. 颜色分析使用CIELAB测量法评估了超声预处理对干燥C. sinensis颜色属性的影响（表1）。空气冲击干燥导致未经超声预处理的样本发生了显著的颜色变化。L*、a*和b*值分别从62.95增加到74.15、1.33增加到3.97、20.63增加到23.80。这些变化反映了由于长时间干燥、组织塌陷、内源性色素浓缩以及热应力下的非酶促褐变而增强的光散射[48]。de Medeiros等人[49]和da Silva等人[50]在比较新鲜和脱水芒果和甜瓜时也观察到了相同的趋势。表1. 超声预处理对C. sinensis颜色属性的影响。处理L*a*b*ΔE新鲜62.95 ± 1.92c1.33 ± 0.49e20.63 ± 1.19c——对照组74.15 ± 1.44a3.97 ± 0.59ab23.80 ± 0.84a12.01 ± 1.09a20分钟 & 160 W71.28 ± 1.13b3.37 ± 0.39cd21.17 ± 1.20bc8.73 ± 1.10d40分钟 & 160 W73.12 ± 1.65a2.91 ± 0.43d21.99 ± 1.39b10.48 ± 1.58bc60分钟 & 160 W71.33 ± 1.82b3.83 ± 0.52bc23.28 ± 1.34a9.24 ± 1.89cd120分钟 & 40分钟73.79 ± 1.63a3.96 ± 0.57ab21.25 ± 1.28bc11.26 ± 1.58ab160分钟 & 40分钟73.12 ± 1.65a2.91 ± 0.43d21.99 ± 1.39b10.48 ± 1.58bc200分钟 & 40分钟72.87 ± 1.39a4.44 ± 0.76a21.63 ± 1.62bc10.57 ± 1.42bc注意：同一列中不同的字母（a-e）表示根据Duncan检验（p < 0.05）存在显著差异。对照组指未经超声处理的新鲜样本。所有样本都经过了干燥处理，除了新鲜组。超声时间和功率对干燥C. sinensis切片的颜色参数有显著影响。所有经过超声预处理的样本的L*值（71.28–73.79）略低于对照组，但仍高于新鲜组织。这可能归因于超声预处理通过减轻干燥过程中通常由结构塌陷引起的过度亮度来部分保留原始颜色。干燥样本的较高L*值主要归因于水分去除和干燥过程中的结构变化。水分损失增加了内部孔隙和空气-固体界面，增强了光散射，从而提高了表观亮度[14]。L*的降低在20分钟和60分钟组中更为明显。20分钟组的干燥时间较长，由于结构破坏不足，导致脱水过程中的氧化增加，从而降低了亮度。相比之下，60分钟的处理导致了过度的空化损伤，增强了光吸收，降低了表面反射率，尽管干燥时间较短[48]。对于a*值，所有预处理样本的值都高于新鲜样本，表明干燥后红色加深。在200瓦的功率下观察到了最高的a*值（4.44），而中等处理（40分钟和160瓦）产生的a*值显著较低，为2.91，这反映了更好的颜色保持能力。这些差异可能归因于脱水过程中色素暴露和氧化的变化。不充分的预处理，如20分钟或120瓦的处理，可能导致干燥时间延长，从而加剧酚类和类胡萝卜素色素的酶促和非酶促氧化，导致a*值升高。过度的超声处理，如60分钟或200瓦，会产生广泛的气泡诱导结构损伤，使更多的可氧化色素暴露于氧气和热应力下，进一步加剧了红棕色[11]。b*值在不同处理之间有显著差异。对照组显示出最高的b*值，为23.80，表明过长的干燥时间可能导致严重的颜色退化[51]。经过60分钟超声处理的组也显示出类似的较高b*值，为23.28，这意味着长时间的超声处理可能导致细胞壁过度损伤，并加速干燥过程中的褐变反应。相比之下，其他经过超声处理的样品显示出较低的b*值，范围在21.17到21.99之间。这些相对较低的数值表明，适度的超声预处理有效地保持了色素的完整性，并限制了不必要的黄变。这一结果也得到了Liu等人[15]在他们对Platycodon grandiflorum超声辅助干燥研究中的证实。至于ΔE值，对照组显示出最高的值，即12.01，表明与新鲜样品颜色的偏差最大，这可能是由于干燥过程中的色素降解和褐变[22]，[28]。相比之下，超声预处理显著降低了ΔE值。20分钟的预处理实现了最低的ΔE值，为8.73，紧随其后的是40分钟和160瓦处理的10.48。这些发现表明，适度的超声处理可以通过提高热传递和质量传递效率以及限制氧化损伤和结构破坏来减轻干燥过程中的颜色退化[50]。

3.5. 总酚含量（TPC）
如图7所示，超声预处理显著影响了未干燥（图7a, b）和干燥样品（图7c, d）的TPC。未干燥样品的TPC随着超声时间从0增加到60分钟而从8.98毫克/克稳步上升，随着超声功率从0增加到200瓦而从8.98毫克/克上升到12.47毫克/克。上升趋势表明，长时间的超声处理和更高的超声功率增强了酚类的提取，这可能是由于细胞壁结构的破坏和促进了质量传递的微通道的形成[37]，[43]。具体来说，气泡诱导的循环压缩和膨胀促进了与结构成分（例如纤维素、果胶）结合的酚类的释放，这与之前在猕猴桃汁和草莓中的发现一致，其中超声有效地提高了酚类化合物的可用性[39]，[52]。

然而，干燥样品的TPC在超声时间和功率增加时首先上升，随后下降（图7c, d）。在40分钟和160瓦的功率下观察到了最高的TPC，即8.71毫克/克，然后在60分钟和200瓦时下降。这表明，尽管适度的超声预处理在干燥过程中促进了酚类的保留，但过度的超声处理（≥60分钟）或强度（≥200瓦）会损害酚类的稳定性。这种效应可能是由于超声诱导的活性氧（ROS）的产生和细胞结构的破坏，这两者共同加速了干燥过程中的酚类氧化和热降解[53]。Terefe等人[40]强调，超声预处理对酚含量的影响并非总是积极的，且高度依赖于食品基质和处理参数，包括超声频率、持续时间、温度和样品体积。这与观察结果一致，即40分钟/160瓦是最大化干燥C. sinensis切片中TPC保留的最佳预处理条件。

3.6. 抗氧化能力
C. sinensis的抗氧化能力通过DPPH自由基清除活性和FRAP来评估，如图7所示。在未干燥样品（图7a, b）中，DPPH和FRAP的趋势存在差异，DPPH在40分钟/160瓦时达到峰值后下降，而FRAP随着超声时间和功率的增加而逐渐增加。这种差异归因于两种检测方法在检测机制上的内在差异以及它们对超声诱导的酚类变化的不同敏感性。对于DPPH活性，适度的超声空化可能通过破坏细胞结构来增强抗氧化成分的释放，从而实现最高的自由基清除能力[53]。然而，长时间的超声处理（60分钟）或更高的强度（200瓦）抵消了这一益处：长时间空化过程中积累的ROS与DPPH自由基竞争抗氧化剂，而超声机械振动和局部高温导致DPPH敏感的多酚成分（例如黄酮类）的选择性结构损伤，破坏了它们的共轭系统或活性位点[54]。这些变化降低了酚类清除DPPH自由基的能力，尽管TPC继续增加（第3.5节）。相比之下，FRAP值与TPC的趋势一致，因为FRAP主要评估电子转移能力，这一性质与酚类羟基的数量有很强的正相关性。即使一些酚类在长时间超声处理过程中发生了结构变化，它们的酚类羟基仍然保持完整，维持或增强了FRAP检测到的还原能力[54]。这种一致性支持了超声诱导的细胞壁破坏促进了酚类释放的假设，这也已在草莓和李子中得到报道[52]，[55]。

干燥后（图7c, d），TPC、DPPH和FRAP显示出相似的变化趋势。所有峰值都出现在40分钟超声时间和160瓦功率下，然后在更强烈的条件下下降。这种趋势的标准化是由空气冲击干燥过程中加剧的热应力和氧化[14]，[40]所驱动的，这放大了过度超声处理的不利影响。如第3.5节所讨论的，60分钟/200瓦处理中预先破坏的细胞结构使酚类直接暴露于高温和高速气流中，加速了热降解（例如酚类羟基的断裂）和非酶促氧化（增加的氧气接触）。相比之下，40分钟/160瓦组保持了相对完整的细胞结构，封装了酚类，减轻了干燥过程中的损失。

4. 结论
在本研究中，探讨了超声辅助空气冲击干燥对C. sinensis干燥动力学、微观结构、结晶度、颜色、总酚含量和抗氧化特性的影响。与未经处理的样品相比，超声预处理显著提高了热传递和质量传递，将总干燥时间减少了多达43.75%。通过OM和SEM的微观结构观察，以及结晶度的提高和颜色保持能力的改善，表明超声促进了干燥过程中的理想物理化学变化。此外，超声预处理改善了生物活性化合物的保留和释放，特别是在160瓦功率下处理40分钟时，表现为TPC和抗氧化能力（DPPH和FRAP值）的增加。相反，过度的超声处理时间或功率（60分钟或200瓦）导致富含纤维的细胞基质严重崩溃，加速了酚类的损失并降低了抗氧化能力。总体而言，超声辅助空气冲击干燥是一种有前景的方法，可以提高干燥效率，同时保持干燥C. sinensis切片的功能和物理化学质量，为工业规模加工提供了机制上的见解和实际指导。本研究通过将微观结构、结晶度和功能质量联系起来，对超声对C. sinensis干燥过程的影响进行了多维度分析。然而，未评估酶活性、除酚类以外的营养成分保留以及与超声干燥过程相关的能量消耗。未来的研究应专注于超声辅助干燥的能量高效整合，并全面评估营养和功能质量，以指导工业规模的应用。

5. 作者声明
我们声明本手稿是原创的，之前未发表过，目前也没有被其他地方考虑发表。我们确认所有列出的作者都已阅读并批准了本手稿，并且没有其他符合作者资格但未列出的人。我们进一步确认手稿中列出的作者顺序已得到所有作者的批准。我们理解通讯作者Zi-Liang Liu教授是编辑过程的唯一联系人，负责与其他作者沟通手稿进展、修订提交和最终校对批准。

CRediT作者贡献声明：
Shan-Yu Wang：写作——审阅与编辑，写作——原始草稿，可视化，软件，方法学，正式分析。
Jing-Shou Zhang：方法学，调查。
Hong-Wei Xiao：写作——审阅与编辑，验证，监督，概念化。
Min Wu：写作——审阅与编辑，监督，资金获取。
Zhi-An Zheng：写作——审阅与编辑，监督，资源获取。
Zi-Liang Liu：写作——审阅与编辑，项目管理，方法学，资金获取，数据管理，概念化。