微波辅助黑胡萝卜汁泡沫垫干燥：优化、动力学建模与粉末质量 开放获取

《Sustainable Food Technology》：Microwave-Assisted Foam-Mat Drying of Black Carrot (Daucus carota L.) Juice: Optimization, Kinetic Modelling, and Powder QualityOpen Access

　　

黑胡萝卜（Daucus carota L. ssp. sativus var. atrorubens Alef）汁液中含有高浓度的酰化花青素。然而，其较高的水分含量限制了储存稳定性，并给粉末的制备带来困难。本研究探讨了利用微波辅助泡沫垫干燥技术来制备稳定的黑胡萝卜粉末。首先将浓度为7°Brix的胡萝卜汁与麦芽糊精（10% w/v）、蛋清粉（EWP，2–6% w/v）以及羧甲基纤维素（CMC，0.1–0.5% w/v）混合，然后根据Box–Behnken设计进行不同时间（3–9分钟）的搅拌处理。以泡沫形成能力及泡沫半衰期作为响应变量，最终确定最优配方为：含6%的蛋清粉、0.5%的羧甲基纤维素，搅拌时间为9分钟，此时泡沫形成能力可达81.35 ± 2.25%，泡沫半衰期为132 ± 4分钟。接着用功率在100至800瓦特之间的微波对所得泡沫进行干燥处理：功率越高，干燥时间越短，从116分钟缩短至9.5分钟，同时有效水分扩散率也从1.09×10??上升至1.33×10?? m2 s?1。研究还通过六阶薄层方程、人工神经网络以及自适应神经模糊推理系统对干燥过程进行了建模。在传统方程中，Midilli-Kucuk模型拟合效果最佳（R2值大于0.997），而在100-800瓦特范围内，人工神经网络和自适应神经模糊推理系统的拟合精度更高（R2值更高，均方根误差和卡方值更低）。更高的微波功率显著提升了粉末的质量：功率从100瓦特提升至800瓦特时，粉末中的水分含量从7.74%降至3.19%，Carr指数从17.72降至7.71，这意味着粉末的流动性从“一般”提升到了“优异”水平，其润湿时间也从575秒缩短至约28秒。在700-800瓦特功率下，粉末的总酚含量和DPPH自由基清除能力达到最大值，其中DPPH清除率至少可达到92%（比新鲜胡萝卜汁的78.7%高出约17%），总酚含量则比新鲜汁液高出约27%；而花青素和维生素C的含量仍低于新鲜汁液的水平。综合各项质量指标来看，采用700瓦特功率的微波辅助泡沫垫干燥技术可制得具有较高抗氧化性能的易流动黑胡萝卜粉末。关键词：黑胡萝卜；酰化花青素；人工神经网络；自适应神经模糊推理系统；抗氧化活性

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? 2026 作者。由英国皇家化学学会出版

2026

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