《Food Bioscience》：Mechanism of water regulation-flexible extrusion in promoting garlic peeling: cell wall disruption and adhesion weakening
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本研究通过结合水分调节与柔性挤出预处理，显著提升气动去皮效率至97.4%，同时减少 garlic 质量损失。水分调节破坏表皮蜡层和多糖网络结构，削弱中胶层粘附；柔性挤出诱导表皮开裂，协同提升去皮效果。该技术为处理不规则且热敏感农产品的去皮提供新思路。
何高群|王新硕|杨文健|夏书勤|Khizar Hayat|崔和平|余静扬|Shahzad Hussain
江南大学食品科学与技术学院食品科学与资源国家重点实验室，食品安全与质量控制协同创新中心，中国江苏省无锡市蠡湖路1800号，214122
摘要
剥皮是大蒜加工中的关键步骤，直接影响产品质量和经济效益。本研究开发了一种结合水分调节和柔性挤压的预处理方法，以提高气力剥皮效率，并探讨了其作用机制。对流干燥（40°C/8小时）将蒜皮含水量降至10.3%（湿基），随后进行10-15 N/7秒的柔性挤压处理，气力剥皮率达到97.4%，且品质损失最小。水分调节过程中有效去除了蒜皮细胞壁中的水分，破坏了其多糖网络结构。同时，蒜皮的机械强度和果胶分子量也有所降低。此外，水分去除还破坏了表皮蜡层，导致细胞收缩和塌陷，从而削弱了中间层的粘附力。柔性挤压还在蒜皮上产生了裂纹，便于蒜皮的破碎和去除。这些结果为不规则和热敏性农产品的有效剥皮提供了理论基础。
引言
大蒜（Allium sativum L.）是全球第二大葱属作物，年产量超过3200万吨（FAO数据）。其独特的风味和生物功能性使其在食品和制药领域的应用不断扩大（Wang等人，2024年）。剥皮是大蒜深加工中的基本预处理步骤，对产品质量和经济价值具有重要影响（Zhou等人，2025年）。然而，蒜皮薄而易碎，且蒜瓣形状不规则，导致传统剥皮方法效率低下且组织损伤严重。因此，开发能够保持大蒜品质特性的高效剥皮方法仍是研究的重点。
传统的手工剥皮劳动强度高，难以实现工业化生产；而机械化剥皮方法也存在固有局限性（Zhou等人，2025年）。机械化剥皮方法主要分为湿法和干法两类。与使用热水、蒸汽或碱性溶液的湿法剥皮相比，干法剥皮减少了废水处理负担，避免了化学残留物的产生，并防止了生物活性化合物的热降解（Zhang等人，2024年）。干法剥皮包括机械法和气力法。机械剥皮器由于工具与材料直接接触时的摩擦和冲击，常会导致细胞损伤和较高的剥皮损失（Kohli等人，2021年）。虽然气力剥皮法避免了上述缺点，但其性能受湿度影响较大，且对于小蒜瓣的剥皮效率较低。因此，开发新型的气力剥皮预处理方法对于削弱蒜瓣与蒜皮的粘附力至关重要。
水分是大多数新鲜植物性食品的主要成分。新鲜大蒜的含水量约为70%（湿基）（Wang等人，2025年）。先前的研究表明，通过水分梯度引起的结构塌陷，可以降低细胞膨压和中间层粘附力，从而显著提高剥皮效率（Eskandari等人，2018年；Joardder等人，2017年）。同时，水分含量会显著改变材料的硬度和破裂力，进而影响材料损伤和剥皮所需的机械强度（Wo?niak等人，2023年）。因此，在剥皮前适当脱水可以削弱蒜皮与蒜瓣的粘附力，使剥皮更加容易且损伤更小。但过度脱水会增加能耗、质量损失和品质下降（Chumroenphat等人，2021年）。尽管当前研究主要集中在机械优化上，但对脱水引起的品质风险和水分调节机制的系统评估仍不充分。为克服过度脱水的缺点，我们提出了一种结合水分调节和柔性挤压的预处理方法。柔性挤压利用聚合物介质对蒜皮进行处理，能够高效分离表皮层，同时减少产量损失。挤压后蒜皮破裂，通过后续摩擦作用将其去除。这种方法已被证明适用于玉米和核桃的剥皮，其核心挑战在于分离脆性的外层和富含水分的果核而不造成损伤（Liu等人，2021年；Yang等人，2021年）。基于这一原理，我们推测柔性挤压同样适用于大蒜剥皮。但由于需要复杂的预处理和精密系统，该方法的操作复杂性较高且成本效益较低。通过结合水分调节和柔性挤压，可以优化剥皮效率，同时最大限度地减少大蒜品质损失。
本研究旨在通过结合水分调节和柔性挤压的预处理方法来提高气力剥皮效率。分析了预处理过程中水分分布、表皮机械性质、果胶分子量和微观结构的变化，以揭示表皮粘附力变化的物理化学机制。研究结果将为新型高效剥皮技术提供理论指导。
材料
多瓣大蒜来自中国潍坊的潍坊新达农业发展有限公司。半胱氨酸、三氯乙酸（TCA）、磷酸氢钠（Na?HPO?）、磷酸二氢钠（NaH?PO?）、硫酸铵（(NH?)?SO?）、丙酮酸钠和无水乙醇均购自中国上海的国药化学试剂有限公司。Aliin和N-(2-羟乙基)哌嗪-N-(2-乙烷磺酸）（HEPES）购自上海玉源生物科技有限公司。
干燥过程中的水分含量和水分状态变化
在食品工业中，对流干燥因其操作简单、加热均匀和适用材料广泛而成为最常用的脱水方法（Llavata等人，2024年）。本研究根据大蒜的热性质和干燥动力学，设计了不同的温度-时间组合，通过对流干燥获得不同的水分含量。
结论
研究表明，结合水分调节和柔性挤压的预处理方法显著提高了气力剥皮效率，同时保持了大蒜品质。40°C下对流干燥8小时后，蒜皮含水量降至10.3%，随后施加10-15 N的挤压力7秒，剥皮率达到97.4%。水分状态和分布的变化表明，水分去除破坏了多糖网络的结构完整性。
作者贡献声明
王新硕：撰写初稿、软件使用、实验设计、数据分析、概念化。
何高群：审稿与编辑、撰写初稿、数据可视化、方法验证、实验设计、数据分析、概念化。
崔和平：审稿与编辑、数据可视化、数据分析。
Khizar Hayat：审稿与编辑。
夏书勤：审稿与编辑、撰写初稿。
未引用文献
Liu等人，2023年。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
数据获取
数据可应要求提供。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（2023YFD2100500）的支持。作者感谢沙特阿拉伯利雅得国王沙特大学的在研研究资助计划（ORF-2025-1073）的支持。
