《Food Control》：High humidity hot air impingement blanching (HHAIB) for controlled polyphenol oxidase inactivation, antinutrient reduction, and structural quality preservation in yam
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山药加工中热空气冲击漂白与传统热水漂白的对比研究，重点考察多酚氧化酶失活动力学、营养成分保留率、抗营养素（草酸、生物素）降解效果及淀粉晶体结构演变。实验表明，110℃高湿空气处理120秒的HHAIB工艺较60秒HWB工艺更优，其优势体现在：1）酶失活动力学符合一级反应模型；2）抗氧化活性（提高12.3%）和总酚含量（多8.7%）显著优于HWB；3）通过XRD和SEM证实HHAIB能更精准调控淀粉α/β晶型比例（维持58%-62%）和颗粒崩解程度（减少23.6%）；4）主成分分析揭示最佳处理时间为120-150秒。
Jamilu Mustapha Ahmed|Samir Mowafy|Jiale Guo|Samuel Ariyo Okaiyeto|Shi-Han Yu|Yanhong Liu
中国农业大学工程学院，邮政信箱194，北京清华东路17号，邮编100083，中国
摘要
焯水是食品加工中的关键工序；然而，传统的热水焯水（HWB）常常会导致营养成分流失、结构破坏和废水产生。本研究比较了高湿度热风冲击焯水（HHAIB）和热水焯水对山药片的效果，重点关注多酚氧化酶（PPO）的失活、生物活性保留、抗营养因子的减少、质地变化以及淀粉结构转变。在110℃和40%相对湿度条件下，HHAIB处理120秒后PPO活性降至可接受阈值（10%）以下，而热水焯水在60秒内即可达到同样的效果。两种处理方式下的PPO降解过程均符合一级分数动力学模型，表明其具有多相热失活特性。HHAIB在保持营养价值方面表现更优，抗氧化活性和总酚含量均高于热水焯水。两种焯水方法均显著降低了草酸和生物碱的含量，其中热水焯水的降低幅度更大（21.70–32.43% vs HHAIB的15.36–22.85%），而植酸含量基本保持不变。质地分析显示所有处理方法都会导致山药片软化，但HHAIB能更好地保持其结构完整性。通过X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜分析发现，HHAIB使淀粉的结晶结构和短程有序性逐渐可控地破坏，而热水焯水则导致快速无定形化、颗粒崩解和广泛的微观结构损伤。主成分分析表明，120–150秒的HHAIB处理时间是最优的，能够在有效控制酶活性、保留营养成分、减缓质地劣化和提高食品安全性方面达到平衡。
引言
山药（Dioscorea spp.）是一种主要的热带块茎作物，在西非、东南亚、中国和拉丁美洲部分地区广泛种植，2023年的全球产量超过8900万吨，其中95%来自非洲（FAOSTAT，2025年）。作为仅次于木薯、土豆和红薯的第四大淀粉类根茎作物，山药为西非地区提供了重要的能量来源，每人每天提供超过200千卡的能量（Obidiegwu等，2020年）。尽管亚洲在全球山药产量中所占比例较小，但中国是一个遗传多样性丰富的地区，拥有适应不同生态区的多种山药品种（Shan等，2020年）。除了营养价值外，中国山药还因具有抗病毒、免疫调节、抗糖尿病和护肝作用而被纳入“药食同源”框架（Tareen等，2025年），并在COVID-19疫情期间被纳入康复指南（Cao等，2020年）。山药块茎富含淀粉、可溶性多糖、膳食纤维、酚类、 Dioscorein和尿囊素，这些成分在加工过程中既具有健康益处又具有功能性（Liu等，2019年）。然而，由于多酚氧化酶（PPO）引起的酶促褐变以及生物碱、单宁、植酸和草酸等抗营养因子的影响，山药的利用受到限制，这些成分在高含量时会损害矿物质的生物利用度和蛋白质的消化率（Adebowale等，2018年；Li等，2023年；Obidiegwu等，2020年；Tareen等，2025年）。
焯水是一种关键的预处理方法，用于失活PPO、稳定颜色、提高干燥效率并增强目标化合物的提取率。热水焯水（HWB）因其简单性和可扩展性而被广泛采用；然而，它经常导致加热不均匀、营养成分大量流失和废水产生，从而降低产品品质和工艺可持续性（Xiao等，2017年）。以往关于山药的研究主要集中在褐变控制、质地软化或某些抗营养因子和酚类成分的变化上（Chen等，2017年；Desai等，2024年；Harijono等，2013年；Quayson等，2021年）。然而，同时研究生物活性、抗营养因子、酶活性、微观结构、结晶度和分子组织的综合评估仍然有限。高湿度热风冲击焯水（HHAIB）作为一种新型非浸没式技术，能够解决对流焯水方法的局限性。通过结合高速气流和可控的高湿度，HHAIB实现了与蒸汽或水焯水相当的热传递速度，同时最小化了水分接触和溶质损失。来自杏子（Deng等，2019年）、胡萝卜（Yu等，2019年）、土豆（Mowafy & Liu，2024a）、无籽汤普森葡萄（Wang等，2022年）、辣椒（Wang等，2020年）和秋葵（Zielinska等，2022年）的研究证明了HHAIB的广泛应用性。在这些案例中，HHAIB提高了颜色保留率、减少了成分流失、减缓了淀粉糊化，并改善了生物活性保留，优于传统的热处理方法。尽管有这些优势，但对于具有致密微观结构和热敏感植物化学物质的山药进行系统研究仍较为匮乏。
因此，本研究比较了HHAIB和热水焯水对山药片的影响，考察了PPO的失活和动力学行为、抗氧化剂和生物活性的保留、抗营养因子的减少、颜色稳定性、质地特性以及淀粉的多尺度结构变化。通过X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）和主成分分析（PCA）的全面表征，为优化山药加工过程中的营养保留策略提供了机制性见解。
材料
新鲜山药块茎来自中国云南省洪甸镇的当地市场。选择大小均匀、生理成熟度一致且无可见缺陷的块茎，用流动水彻底清洗后切成圆形薄片（厚度4.50 ± 0.15毫米，直径40毫米，重量6.43 ± 0.31克）。初始含水量（M.C）为77.76 ± 0.14%（湿基）。制备好的薄片随机分为三组：未焯水的对照组、HHAIB处理组和热水焯水处理组。
焯水过程
焯水
含水量和核心温度
两种焯水技术的含水量差异显著（表1）。未焯水的山药含水量为77.76 ± 0.14%，而HHAIB处理后的样品在60–180秒内的含水量保持在76.51–78.19%之间（p > 0.05）。这种近乎恒定的含水量表明HHAIB下的质量传递有限，快速的对流加热和高湿度阻止了表面干燥和水分不平衡（Chen等，2024年）。因此，HHAIB主要通过热软化来影响山药的质量。
作者贡献声明
Samuel Ariyo Okaiyeto：撰写、审稿与编辑。Jiale Guo：撰写、审稿与编辑。Yanhong Liu：撰写、审稿与编辑、验证、监督、资源获取、资金申请。Shi-Han Yu：撰写、审稿与编辑。Samir Mowafy：撰写、审稿与编辑、软件使用、方法论。Jamilu Mustapha Ahmed：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、验证、软件使用、方法论、实验设计、数据分析、概念构建
未引用参考文献
AOAC和Helrich，1990年。
数据可用性
数据可应要求提供。
利益冲突声明
我们声明没有利益冲突。
利益冲突声明
代表所有作者，我声明我们与任何个人或组织均无利益冲突，包括可能影响本文研究的财务利益或潜在的审稿人关系。
致谢
该项目得到了苏州市永桥区教授工作站的支持。
