《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Intermittent Drying With Heated Air and Microwaves of Dragon Fruit Foams Formulated With Different Protein Sources
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本研究旨在通过泡沫垫干燥（foam mat drying）制备红火龙果粉末，将单纯形质心混料设计（simplex centroid mixture design）用于泡沫配方优化，并结合间歇对流干燥（intermittent conve
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本研究旨在通过泡沫垫干燥（foam mat drying）制备红火龙果粉末，将单纯形质心混料设计（simplex centroid mixture design）用于泡沫配方优化，并结合间歇对流干燥（intermittent convective drying）与间歇微波干燥（intermittent microwave drying）。研究人员评估了白蛋白、豌豆蛋白和大豆蛋白作为乳清蛋白替代发泡剂的可行性，以密度、膨胀率（overrun）和孔隙率为响应进行优化，同时以排液稳定性作为定性筛选参数。将优化后的豌豆蛋白泡沫和乳清蛋白对照泡沫分别在40°C和60°C下采用两种间歇方式进行干燥。研究人员评价了干燥动力学、粉末特性、颜色、蛋白质含量、酚类物质、黄酮类物质、甜菜碱（betalains）、抗氧化活性及能量指标。豌豆蛋白在泡沫响应中表现出最佳平衡，可获得低密度泡沫（0.14 g/mL）、470.75%的膨胀率和0.82的孔隙率。间歇对流干燥在40°C下需要长达233 min，在60°C下需要127 min，而间歇微波干燥在相应温度下最大干燥时间分别缩短了65.67%和78.74%。在实验室条件下，间歇微波干燥提高了单位能耗除湿量（specific moisture extraction rate，SMER）（由0.0286升至0.3764 kg/kWh），并降低了单位能耗（specific energy consumption，SEC）（由31.4380降至3.5805 kWh/kg）。所有粉末的水活度均低于0.50。40°C干燥有利于生物活性物质保留，总酚含量为177.83–216.80 mg GAE/100 g，甜菜碱含量为40.609–61.880 mg/100 g，DPPH自由基清除率为56.190%–64.242%，ABTS自由基清除率为55.745%–62.478%。上述研究结果表明，在测试条件下豌豆蛋白表现出与乳清蛋白相当的性能，而间歇微波干燥为获得富含生物活性化合物的火龙果（pitaya）粉末提供了一条更快且更节能的途径。
**论文解读文章**
**一、研究背景与问题**
火龙果（Pitaya，*Hylocereus* spp.，异名*Selenicereus* spp.）以其独特的感官特性和复杂的营养基质而著称，富含维生素、矿物质、膳食纤维和酚类化合物。其中，甜菜碱作为含氮水溶性色素，不仅赋予火龙果果皮和果肉鲜艳的色泽，还具有显著的抗氧化活性和潜在抗炎作用。然而，新鲜水果的高水活度和高糖含量加速了其腐败变质和衰老进程，因此需要采用能够延长货架期的加工技术。泡沫垫干燥通过将空气引入食品基质，增大了暴露表面积，降低了水分扩散阻力，从而有利于水分脱除，已被确立为将果浆和提取物转化为粉末的适宜替代方法。发泡剂在该过程中至关重要，乳清蛋白因其成熟的界面性能被广泛使用，而豌豆蛋白和大豆蛋白等植物蛋白则作为更具可持续性的素食替代品受到关注。此外，泡沫孔隙虽有利于传质，但间歇操作在改善过程控制、降低能耗和保持粉末品质方面具有潜力。然而，现有研究多集中于单一发泡剂或常规干燥策略，尚无研究评估间歇微波干燥应用于红火龙果泡沫及其与间歇对流干燥的对比。因此，本研究旨在通过单纯形质心混料设计系统评估替代蛋白源在红火龙果泡沫优化中的作用，并比较两种间歇干燥方法的性能。
**二、研究内容与结论**
研究人员分两个阶段开展研究。第一阶段以白蛋白、豌豆蛋白和大豆蛋白为混合组分，依据单纯形质心混料设计配制红火龙果泡沫，以密度、膨胀率和孔隙率为响应变量进行优化，排液稳定性作为定性筛选参数；第二阶段将优化泡沫与乳清蛋白对照泡沫在40°C和60°C下分别进行间歇对流干燥和间歇微波干燥，系统评价干燥动力学、能量性能、粉末物理特性、颜色、蛋白质含量、酚类、黄酮类、甜菜碱、抗氧化活性及微观结构。结果表明，豌豆蛋白泡沫在各项响应中性能最优，与乳清蛋白对照无显著差异；间歇微波干燥显著缩短了干燥时间并降低了能耗，在40°C下更有利于生物活性物质的保留。
**三、主要关键技术方法**
本研究采用的关键技术方法包括：单纯形质心混料设计（simplex-centroid mixture design）用于泡沫配方优化；间歇对流干燥系统（实验室内自行搭建，空气流速2.2 m/s，功率约600 W）；间歇微波干燥系统（改装家用微波炉，实际功率732.7 W，基于热电偶的启停控制）；扫描电子显微镜（scanning electron microscopy，SEM）用于粉末微观结构观察；Fick第二定律简化模型计算表观有效水分扩散系数（apparent effective moisture diffusivity，Deff）；以及能量指标计算（单位能耗除湿量SMER和单位能耗SEC）。生物活性物质测定包括Fast Blue法总酚、直接分光光度法总黄酮、甜菜碱含量测定以及DPPH和ABTS自由基清除活性评估。样本原料为巴西拉夫拉斯地区（21°14′43″ S；44°59′59″ W）当地种植的红皮红肉火龙果（*Hylocereus polyrhizus*）。
**四、研究结果**
**4.1 泡沫性质与优化**
通过单纯形质心混料设计发现，蛋白质组成对火龙果泡沫物理性质具有决定性影响。大豆蛋白增加了泡沫密度并降低了膨胀率和孔隙率，而白蛋白和豌豆蛋白表现出更优越的空气夹带性能。所有泡沫配方在测试条件下均保持100%稳定性，这主要归因于火龙果浆基质和固定浓度黄原胶的稳定作用。基于期望函数优化，最佳配方为单独使用豌豆蛋白（5% w/w），其泡沫密度为0.14 g/mL，膨胀率470.75%，孔隙率0.82，与乳清蛋白对照无显著差异。
**4.2 干燥过程**
干燥方法对干燥性能影响显著。间歇微波干燥比间歇对流干燥更快，在40°C和60°C下分别使干燥时间缩短60.35%–65.67%和75.00%–78.74%。微波干燥的表观有效水分扩散系数更高，且显著降低了单位能耗（SEC）并提高了单位能耗除湿量（SMER）。干燥温度从40°C升至60°C加速了水分去除，但能量效率改善依赖于干燥方法。发泡剂类型（乳清蛋白与豌豆蛋白）对干燥时间、能耗和扩散系数无显著影响，表明豌豆蛋白具有替代乳清蛋白的潜力。
**4.3 微观结构分析**
扫描电镜显示，对流干燥粉末结构较为致密、表面相对光滑，而微波干燥粉末呈现多孔、不规则和破碎的微观结构，表面粗糙并存在内部空腔。40°C干燥有利于保持结构完整性，60°C则加剧结构坍塌和聚结。豌豆蛋白配方粉末较乳清蛋白配方表现出更粗糙、更不均匀的表面。
**4.4 理化参数**
干燥方法、温度和泡沫配方对产量无显著影响（约50%）。微波干燥粉末的松密度和振实密度低于对流干燥粉末，与多孔微观结构一致。所有粉末的流动性和内聚性指标（Carr指数CI和Hausner比率HR）处于可接受范围内。微波干燥粉末的溶解度（WSI）低于对流干燥粉末，但吸水指数（WAI）较高，表现出海绵效应。微波干燥粉末的吸湿性较低，有利于储存稳定性。豌豆蛋白配方粉末的润湿时间较短。所有粉末最终水分含量无显著差异，水活度均低于0.60，满足微生物稳定性要求。
**4.5 颜色参数**
颜色参数受干燥方法、温度和泡沫配方共同影响。T2-MW60处理（豌豆蛋白+微波60°C）表现出最低的L*值、较低的a*值和最高的b*值与色相角（h°），产生更暗、红色强度降低并偏黄的粉末。40°C干燥普遍更好地保留了火龙果特征性红色。颜色变化与甜菜碱降解及可能的辅色作用有关。
**4.6 蛋白质含量与生物活性物质**
40°C干燥处理普遍产生更高的酚类、黄酮类和甜菜碱含量以及更高的抗氧化活性。微波干燥在40°C下有利于酚类和黄酮的保留，但在60°C下导致甜菜碱含量显著降低，尤其是在豌豆蛋白配方中。蛋白质含量受三因素交互影响，豌豆蛋白微波干燥粉末（40°C）蛋白质含量最高。DPPH活性仅受干燥方法和温度影响，而ABTS活性对配方和交互作用更敏感。
**4.7 主成分分析**
主成分分析（principal component analysis，PCA）前两个因子解释了总方差的69.07%。因子1区分干燥方法，对流干燥与高SEC、长干燥时间、高密度和吸湿性相关；微波干燥与高SMER、高WAI和高扩散系数相关。因子2区分干燥温度，40°C处理与高酚类、黄酮类含量及高抗氧化活性强相关。同一干燥条件下，乳清蛋白和豌豆蛋白配方在得分图上位置接近，表明两者性能相似。
**五、讨论总结与结论翻译**
**讨论总结：** 豌豆蛋白在泡沫形成和干燥性能方面均可与乳清蛋白媲美，这归因于其有利的界面吸附能力和形成的均匀蛋白膜。黄原胶在稳定泡沫结构中发挥了关键作用，弱化了蛋白质种类间的差异。微波干燥的优势在于体加热机制促进了内部水分快速汽化和扩散，但60°C下甜菜碱的显著降解表明热敏感化合物的保留需要在干燥效率和温和条件之间寻求平衡。所有粉末水活度均低于0.60，具有良好的储存稳定性。
**结论翻译：** 本研究结果表明，泡沫垫干燥可用于在实验条件下获得具有适宜理化性质、生物活性物质保留和抗氧化活性的火龙果粉末。混料设计显示，在所评估的替代蛋白源中，豌豆蛋白优于大豆蛋白和白蛋白。此外，优化后的豌豆蛋白泡沫与乳清蛋白对照在主要泡沫性质上无统计学显著差异，表明豌豆蛋白在测试配方条件下表现出与乳清蛋白相当的性能。在评估的干燥方法中，间歇微波辅助干燥，尤其是在40°C下，显著减少了过程时间和能耗，同时促进了生物活性物质（包括酚类、黄酮类、甜菜碱）的保留和抗氧化活性。总体而言，将豌豆蛋白作为发泡剂与40°C间歇微波干燥相结合，是生产具有改善干燥性能和保持生物活性物质火龙果粉末的一种有前景的方法。但鉴于实验在实验室规模条件下进行，仍需进一步研究评估工艺放大、工业可行性、能量性能和经济性。
