通过采用即时控制压降（DIC）技术结合茶多酚负载的海藻酸钠涂层预处理方法，提高热泵干燥的扇贝闭壳肌的干燥效率和质量

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Enhancing the drying efficiency and quality of heat pump dried scallop adductor muscles via employing instant controlled pressure drop (DIC) coupled with pretreatments involving tea polyphenol-loaded sodium alginate coating

热泵干燥 scallops 预处理优化：通过瞬时压力降与茶多酚/海藻酸钠涂层协同预处理，显著提升干燥效率（缩短29.6%时间）、减少体积收缩（12.7%）和脂质氧化（11.8%），同时增强蛋白质保留（63.66%）和风味物质保留（61.9%）。

　　

Yoon Hlaine Barani|Ya Zhao|Zhuo Zhang|Mohammad Molaveisi|Qilong Shi

山东工业大学农业工程与食品科学学院，中国山东省淄博市 255000

摘要

由于蛋白质变性和脂质氧化，热泵干燥（HPD）通常会损害扇贝的质地完整性和质量。本研究提出了一种双重预处理策略，结合了瞬时控制压力降（DIC）和茶多酚-海藻糖-海藻酸钠（TP/TR/SA）涂层预处理方法，以解决这些问题。扇贝闭壳肌（SAMs）经过四种不同的处理方法：(1) 对照组：仅进行HPD处理；(2) HPD-DIC组：首先通过HPD处理至水分含量（MC）为0.82 kg/kg（干重），然后进行DIC处理（80°C，20分钟，持续真空条件下），最后完成HPD处理；(3) EC1组：先涂覆TP/TR/SA，再通过HPD处理至水分含量为0.82 kg/kg，随后进行DIC处理，最后完成HPD处理；(4) EC2组：先通过HPD处理至水分含量为0.82 kg/kg，然后涂覆TP/TR/SA，接着进行DIC处理，最后完成HPD处理。系统分析了SAMs的脂质氧化情况、游离巯基含量、蛋白质保留率、物理化学性质（如颜色、收缩率、孔隙率）、微观结构以及挥发性化合物。与单独使用HPD相比，EC1组干燥时间减少了29.6%，收缩率降低了12.7%，同时粗蛋白含量提高了63.66%。脂质氧化标志物减少了11.8%，游离巯基含量增加了61.9%（p<0.05）。微观结构分析显示，EC1组样品具有多孔结构，这有助于提高复水能力和风味活性醛类的保留率（62.9%）。DIC的结构修饰作用与EC1的抗氧化屏障功能相结合，为优质干燥产品提供了一种可扩展的解决方案，能够在保持干燥效率的同时提升产品质量。

引言

扇贝（Argopecten irradians）由于其细腻的蛋白质-脂质基质和易受酶解的特性，需要针对性的脱水处理才能保持其商业价值（Wu, Zhao, Shi, Liu, & Fang, 2023）。目前，传统的干燥方法（如自然干燥、热风干燥、盐干燥）和先进的脱水技术（如冷冻干燥、微波干燥、电水动力干燥、红外干燥、射频干燥等）已被广泛用于水产品的脱水（Zeng et al., 2024）。然而，这些方法存在干燥效率低、过程耗时、环境条件难以控制以及在日晒干燥过程中容易受到微生物污染等缺点（Tran et al., 2022）。热泵干燥（HPD）作为一种有前景的替代方案，可以替代质量较差的热风干燥方法，同时也优于成本较高的冷冻干燥技术（Liu, Zhao, Shi, Wu, & Fang, 2023）。尽管HPD具有较高的能源效率，但由于长时间的热处理会导致蛋白质变性和外壳硬化（Zhao, Wu, & Shi, 2024）。此外，体积收缩是传统对流干燥（包括HPD）中的常见现象，会加剧这些问题，因为内部水分被滞留，加速了品质恶化（Liu, Zhao, Molaveisi, & Shi, 2024）。因此，需要先进的预处理技术来改变组织微观结构，提高脱水效率（Bassey, Cheng, & Sun, 2021）。

瞬时控制压力降（法语称为Détente Instantanée Contr?lée，简称DIC）是一种通过快速降压至真空状态来诱导的热机械过程，可导致体积膨胀和质地改变（Lyu et al., 2021）。最新研究表明，DIC作为联合干燥过程中的预处理方法具有潜力，能够改善材料的原始微观结构。例如，在间歇式微波干燥前进行DIC处理可提高虾零食的质地，使其孔隙率增加92.83%，结构均匀性得到改善（Mounir, Amami, Allaf, Mujumdar, & Allaf, 2020）。Cheng, Zhao, Shi和Barani（2024）的研究表明，DIC处理可以抑制体积收缩，提高干燥效率，并增强热泵干燥扇贝闭壳肌（SAMs）的复水性能。然而，现有研究仅关注了水分含量（MC）在35%到65%范围内对SAMs质地、干燥效率和品质的影响。实际上，DIC处理的效果受多种因素影响，如材料的初始水分含量、处理容器内的压力、保持时间和真空水平（Kaur et al., 2023）。此外，还需要优化热处理参数以减少营养成分的降解（Thao et al., 2023）。因此，需要进一步探讨在DIC预处理过程中改变处理温度和保持时间对后续HPD处理的影响。另一个关键问题是，DIC预处理过程中形成的孔隙会增加富含蛋白质/脂质的基质的氧化敏感性，这一问题在之前的植物基材料研究中较少被关注（Hu, Bi, Jin, & van der Sman, 2022）。

蛋白质变性和氧化以及脂质氧化会显著影响水产品的质量（Zeng et al., 2024）。因此，在水产品干燥过程中，保持蛋白质结构和防止氧化的方法对于获得高质量干燥产品至关重要。可食用涂层是一种非热处理方法，具有增强营养和功能特性的优势，通过在干燥过程中形成保护屏障来减少氧化（Bassey et al., 2021）。已知可食用涂层预处理可以改善颜色和质地，并减少降解和生物活性化合物的释放（Suo et al., 2025）。然而，关于在干燥前使用涂层进行预处理的研究较少，例如在HPD前对扇贝闭壳肌（SAMs）进行海藻酸钠涂层处理（Shi, Tian, Zhu, & Zhao, 2019），或对SAMs进行爆炸膨化干燥（Sui et al., 2022）。最近，活性可食用涂层作为一种旨在提高干燥性能和质量的可持续预处理方法，在食品干燥领域引起了广泛关注（Malakar, 2024）。Barani, Zhao, Cheng, Zhang和Shi（2025）的开创性研究表明，海藻酸钠涂层经海藻糖/茶多酚处理后，可以显著提升热泵干燥SAMs的品质。值得注意的是，可食用涂层可以与其他新型预处理方法结合使用，进一步提高干燥效率，并保留营养成分和生物活性化合物，例如在脉冲喷射微波真空干燥姜黄（Curcuma longa L.）前使用羧甲基纤维素/果胶涂层和超声波预处理（An et al., 2022），或在樱桃果实干燥过程中使用羧甲基纤维素和海藻酸钠涂层结合超声波真空远红外线射频分段干燥（Zang et al., 2025），以及在HPD前使用水胶体涂层（包括海藻酸钠、低甲氧基果胶和gum ghatti）和超声波预处理（Zhao, Zhu, Shi, & Liu, 2022）。

因此，我们假设DIC与活性涂层预处理的结合可以有效提高干燥效率，并保持热泵干燥SAMs的品质。本研究的目的在于：(i) 优化DIC预处理参数（瞬时降压后的加热温度和真空保持时间）和活性涂层预处理程序（在HPD前或后进行涂层处理）；(ii) 研究DIC与活性涂层预处理对SAMs的微观结构、物理化学性质（如体积收缩率、孔隙率、蛋白质变性和脂肪氧化）、风味化合物的协同效应；(iii) 通过多元分析确定风味化合物和品质特性的变化。本研究的新颖之处在于解决了使用DIC预处理导致的SAMs体积收缩问题，并通过活性涂层预处理减少了其热变性。本研究为水产品（尤其是扇贝闭壳肌）的脱水提供了新的预处理方法，提高了干燥效率，减少了蛋白质变性和脂肪氧化，同时改善了风味和品质。

材料与化学品

新鲜扇贝（Argopecten irradians）从当地市场（中国山东省淄博市）购买。手动去除扇贝的外壳和裙边，得到闭壳肌。每个闭壳肌（n=20）的平均重量、长度和直径分别为4.21±0.01克、1.45±0.01厘米和1.35±0.04厘米。新鲜闭壳肌的平均水分含量通过DHG-9140 A对流空气干燥机（Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.）进行称重测定。

DIC预处理条件的优化（方案I）

为了开发一种既能最大化干燥效率又能提升产品质量的扇贝干燥工艺，系统评估了多种DIC预处理参数，包括加热温度（70、80和90°C）和真空保持时间（10、20和30分钟）。下面讨论了这些参数对干燥动力学和干燥后SAMs品质的影响：

结论

本研究表明，在HPD前先进行可食用活性涂层预处理（EC1），再结合DIC预处理，是提高干燥效率和保持干燥SAMs多种品质的有效方法。通过对多个品质参数的系统性评估，发现EC1方案显著优于单独使用HPD、HPD-DIC和EC2方案。相关性分析表明，这种处理方式有助于维持肌原纤维的结构完整性。

CRediT作者贡献声明

Yoon Hlaine Barani：撰写原始稿件、软件开发、数据整理。Ya Zhao：方法设计、数据整理、概念构思。Zhuo Zhang：验证、软件开发、实验设计。Mohammad Molaveisi：撰写、审稿与编辑。Qilong Shi：撰写、审稿与编辑、项目监督、方法设计、资金获取、概念构思。

未引用参考文献

Niu, Zhao, Guo and Yin, 2019

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了山东省自然科学基金（-->ZR2020MC215-->）的支持。