《Food Chemistry》：Effects of different drying methods on drying kinetics, quality characteristics and untargeted metabolomics of tiger nut
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摘要为了研究适合虎坚果的机械化干燥技术，本研究从干燥动力学、微观结构、质构特性、复水比、相对电导率、主要营养品质和非靶向代谢组学方面，对自然干燥（ND）、热风干燥（HAD）、热泵干燥（HPD）、红外干燥（ID）和射频干燥（RFD）进行了比较。结果表明，机械干燥显著提高了干燥效
摘要
为了研究适合虎坚果的机械化干燥技术，本研究从干燥动力学、微观结构、质构特性、复水比、相对电导率、主要营养品质和非靶向代谢组学方面，对自然干燥（ND）、热风干燥（HAD）、热泵干燥（HPD）、红外干燥（ID）和射频干燥（RFD）进行了比较。结果表明，机械干燥显著提高了干燥效率，其中热泵干燥所需干燥时间最短（12 h）。改良Page模型对虎坚果干燥过程中水分含量变化的描述拟合效果更好。热风干燥和热泵干燥在维持组织连续性方面更为有效，所得产品的硬度和咀嚼性更高，而射频干燥造成的结构破坏最为严重。红外干燥在蛋白质、淀粉和灰分保留方面更具优势，而热风干燥更有利于脂质的保留。热泵干燥在总膳食纤维保留率和整体营养平衡方面表现更优。非靶向代谢组学分析共注释了3977种代谢物，并鉴定了5条关键代谢通路。这些研究结果为优化虎坚果干燥技术、促进采后加工和利用提供了参考。
引言
虎坚果（Cyperus esculentus L.）是一种富含脂质、淀粉和蛋白质的油料兼粮食作物。由于虎坚果耐旱、适应贫瘠土壤且营养价值高，近年来受到了越来越多的关注（Rebezov et al., 2023）。然而，鲜虎坚果含水量高，收获后极易发生霉变和腐烂，严重限制了其储存、运输和进一步加工，如榨油和制粉（He et al., 2025）。因此，干燥是虎坚果采后加工的关键步骤，可有效降低含水量、延长货架期，并为后续加工提供稳定的原料。选择合适的干燥方法直接影响干燥效率和最终产品质量。
目前，自然干燥（ND）仍是虎坚果应用最广泛的干燥方法。虽然该方法操作简单、易于实施，但存在一些局限性，包括易受环境污染、干燥时间长和工艺可控性差，难以满足大规模加工对效率和品质稳定性的要求（Li, Han, Yarley, et al., 2024）。因此，开发高效且可控、适宜保持虎坚果品质的机械化干燥技术具有重要的现实意义。
近年来，各种机械干燥方法，包括热风干燥（HAD）、热泵干燥（HPD）、红外干燥（ID）和射频干燥（RFD），已逐渐应用于农产品的脱水处理。由于热量和质量传递机理不同，不同的干燥方法可能导致最终产品在干燥效率、物理结构、质构特性、营养品质和微观结构方面产生差异（Piskov et al., 2022）。已有部分研究开始探讨干燥方法对虎坚果品质的影响。例如，Chen等（2025）报道热风温度显著影响虎坚果的干燥品质，60 °C更有利于品质保持。Osae等（2023）发现，与日晒干燥（SD）和热风干燥（HAD）相比，红外干燥处理的虎坚果总酚含量和抗氧化活性更高。同样，Li、Tian、Fan等（2024）报道，与天然干燥相比，射频干燥显著提高了虎坚果粉的抗氧化能力。
尽管这些研究为虎坚果的干燥和加工提供了重要参考，但大多数现有研究仅关注单一干燥方法、有限的干燥参数或少数质量指标。因此，不同常用干燥方法下虎坚果干燥动力学、微观结构、质构特性和主要营养品质属性之间的关系仍有待深入研究。此外，干燥可能通过改变代谢物组成进一步影响材料的营养价值和加工适用性（Xiao et al., 2025）。然而，关于虎坚果的代谢组学研究仍然有限，不同干燥方法对其代谢物谱及差异代谢物形成的影响尚未得到系统阐明。
基于上述背景，本研究旨在：（1）以自然干燥为对照，比较四种机械干燥方法——热风干燥、热泵干燥、红外干燥和射频干燥——对虎坚果干燥动力学、微观结构、质构特性、复水比、相对电导率和营养品质的影响；（2）探究不同干燥方法对虎坚果代谢物的影响，并与鲜虎坚果进行对比。研究结果有望为选择适合虎坚果的干燥方法、优化复合干燥工艺以及促进其后续加工利用提供理论依据。
章节摘要
材料与试剂
中油莎1号，于2025年10月采收自中国新疆喀什地区，并立即运送至河南工业大学实验室。选择大小均匀、饱满、表面完整且无明显生理损伤的薯块，干燥实验前仔细清除表面泥土。初始干基含水率采用105 °C烘箱干燥法测定，为0.61 ± 0.10 g/g。
本研究中使用的所有试剂，包括
含水率比与干燥速率
五种干燥方法对虎坚果含水率比（MR）和干燥速率（DR）的影响如图1所示。如图1(A)所示，在所有处理条件下，虎坚果的含水率比随干燥时间的延长持续下降。在五种干燥方法中，自然干燥组的含水率比曲线最为平缓，需要190 h才能达到干燥终点，显著长于热泵干燥（12 h）、射频干燥（12.5 h）、热风干燥（16 h）和红外干燥（19 h）的干燥时间（P < 0.05）。这可归因于自然干燥
结论
不同干燥方法显著影响了虎坚果的品质属性和代谢谱。与自然干燥相比，机械干燥显著缩短了干燥时间，其中热泵干燥所需时间最短（12 h），而自然干燥所需时间最长（190 h）。所有处理的干燥过程均以减速干燥期为主。干燥动力学建模显示，改良Page模型对描述虎坚果干燥过程中水分含量变化的拟合效果最佳
CRediT作者贡献声明
张婷婷：撰写—审阅与编辑、方法学、概念化。曹鑫茹：方法学。毛佳瑶：数据整理。乔玉轩：调查研究。李羽飞：数据整理。李祥：数据整理。陈鹏晓：监督、获取研究资金。朱文雪：撰写—初稿、获取研究资金。王伟：数据整理。
资助来源
本研究得到农产品初级加工重点实验室开放项目（KLAPPP-2023-02）、河南省重点研发及推广计划（222102110367）和中国国家重点研发计划（2019YFD1002605）的资助。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
张婷婷|曹鑫茹|毛佳瑶|乔玉轩|李羽飞|李祥|陈鹏晓|朱文雪|王伟
