《Applied Food Research》：Performance and Quality Assessment of Microwave-Pre-treated Solar Drying of Potato Slices Using an Arc'Teryx Dryer
编辑推荐：
摘要：提高干燥效率同时保持品质仍是高水分马铃薯（Solanum tuberosum L.）块茎加工中的主要挑战。本研究具体探讨了微波预处理后接太阳能干燥对干燥效率和马铃薯粉品质的影响。研究人员研究了切片厚度（3–7 mm）和微波预处理时间（0–6 min）的联
摘要：提高干燥效率同时保持品质仍是高水分马铃薯（Solanum tuberosum L.）块茎加工中的主要挑战。本研究具体探讨了微波预处理后接太阳能干燥对干燥效率和马铃薯粉品质的影响。研究人员研究了切片厚度（3–7 mm）和微波预处理时间（0–6 min）的联合效应对太阳能干燥马铃薯粉干燥性能和品质的影响。采用双因素因子设计评估了干燥动力学、理化与功能性质以及营养保留率。切片厚度和微波预处理显著（p < 0.05）影响干燥行为。最短干燥时间（5.67 h）、最高干燥速率和最大水分损失出现在3 mm切片与6 min微波预处理组合中，表明传热传质增强。干燥性能的改善归因于微波诱导的马铃薯组织结构修饰，促进了后续太阳能干燥过程中的内部水分迁移。干燥过程完全发生在降速阶段，表明水分去除受扩散控制。品质评价显示，优化干燥条件改善了颜色、亮度及维生素C保留率（高达10.40 mg/100 g），而近似组成和矿物质含量基本保持不变。功能性质也得到改善，吸水能力（高达271.53%）和吸油能力增加，表观密度降低，表明复水性和操作性更好。交互效应进一步证实，微波预处理通过结构修饰增强了内部水分迁移。总体而言，微波预处理后接太阳能干燥有效生产了高品质马铃薯粉，提高了干燥效率并具有理想品质属性，减少了采后损失。
**论文解读文章**
**研究背景**
马铃薯（Solanum tuberosum L.）是全球第四大重要粮食作物，年产量超过3.7亿吨，对粮食和营养安全具有关键作用。然而，马铃薯块茎含水量高（约76%），极易腐烂，采后损失高达30%–50%。在埃塞俄比亚等资源有限地区，不当的采后处理、储存和加工基础设施加剧了这些损失，导致季节性供应过剩和价格下跌。干燥是延长货架期、稳定供应的有效方法，但传统开放日晒和热风干燥存在干燥时间长、能耗高、污染风险大以及营养和感官品质损失显著等问题。太阳能干燥作为一种环保且经济的替代方案受到关注，但传统太阳能干燥器热效率低、干燥时间长。因此，在不大幅增加加工成本的前提下，增强太阳能干燥过程中的传热传质成为重要研究方向。微波预处理技术通过介电加热产生体积加热，可改变材料内部细胞结构，促进后续太阳能干燥中的水分迁移，从而减少干燥时间并提高品质。然而，关于微波预处理结合太阳能干燥，特别是在埃塞俄比亚等发展中国家适用条件下的研究有限，且切片厚度和微波预处理时间对干燥性能和产品品质的综合影响尚不充分明确。因此，本研究旨在系统评估微波预处理时间和马铃薯切片厚度对近似组成、功能性质、维生素C、矿物质组成、干燥动力学以及Arc'Teryx太阳能干燥器热性能的影响，为优化微波预处理太阳能干燥技术提供科学依据，以减少采后损失、改善产品质量并支持可持续的农产品加工系统。
**主要技术方法**
研究人员采用双因素因子设计，包括三个马铃薯切片厚度（3、5和7 mm）和四个微波预处理时间（0、2、4和6 min），共12个处理组合，按完全随机设计（CRD）排列，每组三次重复。新鲜马铃薯（Belete品种）取自埃塞俄比亚Adet农业研究中心。微波预处理在1000 W家用微波炉（Panasonic NN-ST342M）中进行，随后将样品转移至Arc'Teryx太阳能干燥器（间接太阳能干燥系统）完成干燥。干燥性能通过测定水分含量、水分比、干燥速率和有效水分扩散系数（Deff）评估；理化性质包括pH、水分活度、颜色（L*、a*、b*）、近似组成（水分、蛋白质、脂肪、纤维、灰分、碳水化合物）、维生素C（2,6-二氯酚靛酚分光光度法）和矿物质（钙、铁、钾、锌、钠，原子吸收分光光度法）；功能性质包括吸水能力（WAC）、吸油能力（OAC）、膨胀能力（SC）和表观密度（BD）。数据采用双因素方差分析，均值比较使用Tukey多重比较检验（p < 0.05）。
**研究结果**
**3.1 太阳能干燥器内的环境条件**
太阳能干燥器内部温度呈现典型日变化模式，第一天温度范围为25.01–59.94°C，相对湿度（RH）为60.49%–18.07%；第二天温度略高（25.40–62.51°C），RH更低（57.10%–15.80%）。温度与RH呈明显反比关系，高温低湿条件有利于提高干燥效率，且温度范围适合热敏性农产品，避免过度热降解。
**3.2 微波辅助Arc’Teryx太阳能干燥的性能**
**3.2.1 切片厚度和微波预处理时间对干燥性能的影响**
方差分析显示，切片厚度和微波预处理时间对干燥时间、水分损失、平衡水分含量、干燥速率、水分比和有效水分扩散系数（Deff）均有显著影响（p < 0.05）。3 mm切片（6 min预处理）表现出最佳干燥性能：最短干燥时间（5.67 h）、最高水分损失（92.57%）、最低平衡水分含量（5.66%）和最高干燥速率（0.99 g H?O/g干固体·h）。微波预处理时间从0 min增至6 min，干燥时间从11.83 h降至8.33 h，干燥速率从0.30增至0.59 g H?O/g干固体。交互效应显著，3 mm切片与6 min预处理组合协同增强干燥效率。干燥曲线显示整个干燥过程处于降速阶段，表明水分去除受扩散控制。有效水分扩散系数（Deff）随切片厚度增加而增加（1.49×10?1?–16.70×10?1? m2/s），但整体干燥时间仍更长，因为扩散路径长度起主导作用。
**3.3 生马铃薯和马铃薯粉的理化性质分析**
**3.3.1 生马铃薯的理化与矿物质组成**
生马铃薯水分含量为76.17 ± 0.23%，pH 5.75，水分活度（a
w）0.9648，表明易腐烂。近似组成：蛋白质4.91%、脂肪0.12%、纤维2.14%、灰分1.16%、碳水化合物16.64%，维生素C含量19.63 mg/100 g。矿物质中钾含量最高（1031.23 mg/100 g），其次为钠（38.52 mg/100 g）、钙（26.41 mg/100 g）、铁（24.96 mg/100 g）和锌（8.73 mg/100 g）。
**3.3.2 马铃薯粉的理化性质**
颜色参数（L*、a*、b*）受切片厚度和微波预处理显著影响。3 mm切片与6 min预处理组合获得最高亮度（L* = 88.28）和最低红度（a* = 0.21）和黄度（b* = 4.55），表明颜色保留更好。水分活度（a
w）降至0.374–0.375，pH保持酸性（5.38–5.44）。近似组成中，水分含量显著降低（8.54%–9.04%），蛋白质、脂肪、纤维、灰分和碳水化合物因浓缩效应略有增加。维生素C含量在3 mm切片中最高（11.02 mg/100 g），6 min预处理组保留率最高（10.40 mg/100 g），表明适当微波预处理可通过缩短干燥时间保护维生素C。矿物质含量（钾、钠、钙、铁、锌）在不同处理间基本稳定，表明矿物质在干燥过程中无明显损失。
**3.4 切片厚度和微波预处理时间对马铃薯粉功能性质的影响**
切片厚度显著影响所有功能性质。3 mm切片粉末的WAC最高（243.40%），OAC最高（114.57%），SC最高（35.83%），BD最低（0.86 g/mL）。微波预处理时间显著增加WAC（从184.50%增至216.32%）和OAC（从101.14%增至110.35%），但对SC和BD无显著影响。交互效应显示，3 mm切片与6 min预处理组合获得最高WAC（271.53%）和OAC，表明协同增强。
**讨论与结论**
讨论部分指出，微波预处理通过介电加热产生内部蒸汽压，破坏细胞结构，形成微观孔隙，降低扩散阻力，从而加速水分迁移。切片厚度决定了扩散路径长度，较薄切片缩短了扩散距离，提高了干燥效率。功能性质的改善归因于微波诱导的淀粉糊化、蛋白质变性及孔隙增加，暴露更多亲水基团和疏水基团。维生素C保留率取决于干燥时间缩短（保护效应）与微波直接热降解（破坏效应）之间的平衡。结论部分总结：降低切片厚度和增加微波预处理时间可提高干燥效率，改善颜色、维生素C保留和功能性质（WAC、OAC增加，BD降低），而近似组成和矿物质含量基本稳定。微波预处理后接太阳能干燥是生产高品质马铃薯粉的有效节能方法，有助于减少采后损失，特别适用于资源有限地区。论文发表于《Applied Food Research》。
