《Food and Bioprocess Technology》：Mechanistic Insights into Texture and Microstructure Evolution During Intermittent Microwave-Convective Drying of Cellular Plant-Based Food Material
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植物基食品材料干燥过程中的物理或质构转变是常见现象，且可与硬度、弹性模量和断裂应力等动态变化的力学特性密切相关。尽管这些特性具有重要意义，但将其与水分变化相关联的研究仍不充分，且往往缺乏对实际干燥条件下的分析。特别是，随含水量降低的断裂应力演变，以及不同干燥条
植物基食品材料干燥过程中的物理或质构转变是常见现象，且可与硬度、弹性模量和断裂应力等动态变化的力学特性密切相关。尽管这些特性具有重要意义，但将其与水分变化相关联的研究仍不充分，且往往缺乏对实际干燥条件下的分析。特别是，随含水量降低的断裂应力演变，以及不同干燥条件下外部和内部微观结构及表面硬化效应的综合分析，在很大程度上仍未得到探讨。针对这些问题，研究人员系统研究了在对流干燥（CD）和间歇微波-对流干燥（IMCD）过程中含水量与关键力学特性——硬度、弹性模量和断裂应力——之间的关系，同时评估了苹果样品的表面硬化行为。结果表明，硬度和弹性模量随水分损失先下降，随后在低含水量（CD和IMCD分别约为1.06?kg/kg和0.971?kg/kg干基）时急剧上升，反映了结构硬化的开始。值得注意的是，断裂仅发生在CD的早期阶段（压缩程度为样品瞬时高度的50%–65%，含水量最高达2.85?kg/kg干基），而IMCD样品在整个干燥过程中均未发生断裂，表现出优异的结构韧性。表面硬化分析进一步显示，两种方法在45?°C下形成的硬壳层均比60?°C时更厚，且IMCD产生的硬壳层始终比CD更薄、刚性更低。这些发现为干燥过程中力学特性、断裂行为和微观结构的耦合演变提供了新见解，为基于质构的质量评估和植物基食品材料节能干燥工艺的优化提供了坚实基础。
干燥是延长易腐食品保质期的常用方法，植物基食品含水量高达80%–95%，易受微生物腐败影响。然而，干燥过程中水分持续移除会引发细胞结构塌陷、表面硬化等质构变化，最终影响产品品质。已有研究多关注室温下的力学测试，未能在实际干燥条件下动态评估硬度、弹性模量和断裂应力随含水量的变化，尤其缺少不同干燥方法下断裂行为和表面硬化的系统对比。为此，研究人员以Granny Smith苹果为细胞型植物基食品材料代表，系统研究了对流干燥（CD）和间歇微波-对流干燥（IMCD）在45?°C和60?°C下的质构演变与微观结构变化，论文发表于《Food and Bioprocess Technology》。
研究人员开展的实验样品来自澳大利亚布里斯班本地市场，初始含水量为6.6?±?0.12?kg/kg干基。主要关键技术包括：采用CD和IMCD干燥装置（微波功率1100?W，脉冲比1:4，10?s开/40?s关）进行干燥；使用CTX质构分析仪在干燥条件下进行单轴压缩测试，测定硬度（压缩20%瞬时高度）、弹性模量和断裂应力；利用扫描电子显微镜（SEM）观察样品外部和内部微观结构；通过ImageJ软件计算硬壳层厚度。
**干燥动力学**：结果表明，达到相同最终含水量时，CD所需时间显著长于IMCD。IMCD利用微波体加热使内部水分快速向表面迁移，减少了表面硬化对传热传质的阻碍，从而缩短了干燥时间。
**微观结构变化**：SEM图像显示，CD样品外表面出现细胞塌陷和破裂，60?°C条件下尤为严重；IMCD样品外表面孔隙更多、固体基质塌陷较少，整体结构更接近新鲜组织。内部表面方面，所有样品均比外表面具有更均匀的孔隙和更有序的结构，但CD样品的孔隙存在塌陷和刚性变形，而IMCD样品在两种温度下均呈现均匀孔隙分布。
**表面硬化**：CD样品硬壳层更厚且更靠近内部，而IMCD样品硬壳层薄且靠近壳层的区域存在更多孔隙。两种干燥方法中，45?°C干燥形成的硬壳层均厚于60?°C。IMCD样品的硬壳层厚度为0.426–0.483?mm，CD样品为0.843–0.880?mm。这归因于45?°C时干燥温度低于低水分样品的玻璃化转变温度（T
g），导致材料更易形成致密硬壳。
**力学特性与含水量变化的关系**：硬度与弹性模量随含水量下降先指数减小，在低含水量时（CD为1.06?kg/kg干基，IMCD为0.971?kg/kg干基）因橡胶态-玻璃态转变而急剧上升。CD期间硬度从约0.4?MPa降至0.015?MPa，弹性模量从5?MPa降至0.18?MPa；IMCD对应值分别约为0.4–0.008?MPa和5–0.07?MPa。断裂应力方面，CD样品的断裂应力随含水量降低从0.540?MPa增至0.686?MPa，断裂仅发生在干燥第1–4小时（压缩度为瞬时高度的50%–65%，含水量≥1.99?kg/kg干基）；之后样品转为多孔橡胶态，即使压缩至80%也不断裂。IMCD样品在所有含水量和压缩度（50%–80%）下均未发生断裂，应力随含水量降低从0.5?MPa降至0.097?MPa，表明其具有优异的结构韧性和应力吸收能力。
讨论部分指出，IMCD通过内部体加热促进了水分重新分配，降低了表面与核心之间的水分梯度，从而抑制了表面硬化和局部应力集中，减少了断裂发生。但单一干燥条件不能普遍最优，干燥温度、微波功率和脉冲比对样品质量存在交互影响。研究结论为：IMCD干燥苹果不发生断裂、硬壳层更薄且结构更柔韧，显著优于CD；该研究为基于质构的质量评价和节能干燥工艺优化提供了坚实的理论基础，并为未来建立过程-结构-性质关系提供了科学依据。
