GBXeFAstLab水分活度儀評價不同干燥溫度與厚度對蘋果片干燥動力學的影響

 土耳其帕穆卡萊大學食品工程系的Engin Demiray團隊在《Journal of Food Quality》期刊上發表了題為“The Effect of Drying Temperature and Thickness on the Drying Kinetic, Antioxidant Activity, Phenolic Compounds, and Color Values of Apple Slices”的研究論文。該研究探討了熱風干燥過程中不同干燥溫度（45、55、65°C）和蘋果切片厚度（1.5 mm和5 mm）對干燥動力學、抗氧化活性、總酚類化合物以及顏色變化的影響。

摘要

水果干片是重要、健康且受歡迎的零食，因其高營養含量而日益受到重視。在此背景下，本研究主要關注生產健康蘋果脆片零食，并測定在三種不同溫度（45、55和65°C）和樣品厚度（1.5和5 ± 0.5 mm）的對流熱風干燥過程中，抗氧化活性、總酚類化合物和蘋果脆片零食顏色值的降解動力學。同時計算了干燥動力學、解吸等溫線、活化能和蘋果脆片零食的半衰期。Page模型和GAB模型分別是確定蘋果零食干燥行為（R2 > 0.992）和解吸行為（R2 > 0.9979）的最佳模型，具有最高的R2值。所有樣品的干燥均發生在降速階段。有效水分擴散系數（D_eff）值隨空氣溫度和切片厚度的增加而增加。厚度為5 mm樣品的抗氧化活性、總酚類化合物和總顏色變化遵循一級反應動力學。在厚度（1.5 mm）和溫度（45°C）較低的條件，觀察到了較高的抗氧化活性、酚類化合物、L值以及較低的半衰期值。計算得到的總酚類化合物的活化能值高于抗氧化活性的活化能值。結果表明，選擇低溫低切片厚度可以生產出高營養價值的蘋果脆片零食。

實驗材料與儀器

實驗材料

蘋果（儲存條件：4°C冰箱中保存至干燥實驗開始）

試劑：70%乙醇、甲醇、DPPH（2,2-二苯基-1-苦基肼）、Trolox、Folin-Ciocalteu試劑、碳酸鈉、沒食子酸。

實驗儀器

干燥柜、游標卡尺、 GBX eFAst Lab水分活度儀、超聲水浴、軌道搖床、離心機、分光光度計、色差儀、分析天平

GBX eFAst Lab水分活度儀

實驗過程

樣品準備：蘋果清洗、去皮、去除不可食用部分，用刀具切成1.5 mm和5 ± 0.5 mm厚度的薄片。

熱風干燥：將蘋果切片置于干燥柜中，在45、55、65°C三個溫度下干燥，空氣流速恒定0.2 m/s。每隔30分鐘將托盤取出稱重并記錄數據。干燥結束后，樣品在室溫下于干燥器中放置30分鐘，再于4°C放置1小時，最后在-20°C冷卻凍結。干燥過程中每30分鐘測定抗氧化活性、總酚類化合物和顏色值。

GBX eFAst Lab水分活度儀

蘋果切片干燥過程中含水量值的變化（（a）=1.5 0.5 mm厚度，（b）=5 0.5 mm厚度）

蘋果片干燥速率與含水量的變化關系（（a）=1.5土0.5 mm厚度，（b）=5 0.5mm厚度）

解吸等溫線建模：選用GAB、BET、Oswin、Henderson、Halsey模型。

提取液制備：取約2 g蘋果樣品研磨，加入10 mL 70%乙醇，超聲處理10分鐘，軌道搖床振蕩15分鐘，離心（10°C, 7450 rpm, 10分鐘），取上清液，重復提取一次，合并后用70%乙醇定容至25 mL，-20°C保存。

抗氧化活性測定（DPPH法）：DPPH甲醇工作液吸光度調至1.20 ± 0.02，Trolox制作標準曲線。取150 μL樣品或標準品與2850 μL DPPH工作液混合，避光反應60分鐘，515 nm讀取吸光度。

總酚類化合物測定（Folin-Ciocalteu法）：FC試劑按1:10稀釋，碳酸鈉溶液20%。沒食子酸制作標準曲線（5-100 mg/L）。取2 mL樣品或標準品，加10 mL稀釋FC試劑，1-8分鐘內加8 mL 20%碳酸鈉，避光反應2小時，760 nm讀取吸光度。

顏色測定：使用色差儀測量L、a、b值，計算色相角、彩度和總顏色變化ΔE。

降解動力學建模：采用零級、一級、二級反應動力學模型（公式7-9），計算反應速率常數k、Q??值、半衰期t?/?和活化能E_a。

統計分析：實驗設兩個平行、三次重復，使用SPSS 20.0進行Duncan多重比較檢驗，p ≤ 0.05。

實驗結論

干燥動力學

初始水分含量為6.74 kg水/kg干物質，初始水活度0.962。干燥后1.5 mm厚樣品水活度為0.348（45°C）、0.278（55°C）、0.299（65°C）；5 mm厚樣品為0.425（45°C）、0.396（55°C）、0.353（65°C）。

干燥時間隨溫度升高和厚度減小而縮短：1.5 mm厚度干燥時間120-180分鐘，5 mm厚度180-330分鐘。65°C下1.5 mm樣品從6.74降至0.27 kg水/kg干物質需120分鐘。

Page模型擬合最佳（R2 > 0.992），干燥均處于降速階段。

D_eff值：1.5 mm厚度下為3.37E-07至4.29E-07 m2/s，5 mm厚度下為3.07E-06至4.31E-06 m2/s，隨溫度和厚度增加而增大。

活化能：1.5 mm厚度為10.56 kJ/mol，5 mm厚度為14.70 kJ/mol。

解吸等溫線

GAB模型為最佳擬合模型（R2最高），k值隨溫度升高而增加，單層水分含量無一致趨勢。

抗氧化活性與總酚類化合物

新鮮蘋果切片抗氧化活性為289.24 μmol Trolox當量/100g DM，總酚類化合物為957.63 mg沒食子酸當量/100g DM。

干燥后抗氧化活性損失約90%，總酚類化合物損失約55%。1.5 mm厚度、55°C條件下抗氧化活性最高（34.44 μmol TE/100g DM）；45°C、1.5 mm條件下總酚類化合物最高（411.90 mg GAE/100g DM）。

降解動力學：5 mm厚度樣品的抗氧化活性和總酚類化合物遵循一級反應；1.5 mm厚度抗氧化活性遵循二級反應，總酚類化合物遵循零級反應。

Q??值顯示65-55°C區間溫度敏感性高于45-55°C區間。半衰期隨溫度升高而降低，隨厚度增加而增加?？偡宇惢衔锏幕罨芨哂诳寡趸钚浴?/span>

總結

生產蘋果脆片時，1.5 mm薄片干燥速度更快，生物化學品質保留更好。45°C低溫比65°C更有利于保留抗氧化活性、酚類化合物和顏色。低溫低厚度條件對保留蘋果脆片零食的品質特性具有優勢。該研究結果為蘋果片干燥工藝中品質保持的條件選擇提供了依據。

參考文獻

1. Rasooli Sharabiani, V., Kaveh, M., Abdi, R., Szymanek, M., & Tana?, W. (2021). Estimation of moisture ratio for apple drying by convective and microwave methods using artificial neural network modeling. Scientific Reports, 11(1), 9155.  

2. Arora, B., Sethi, S., Joshi, A., Sagar, V. R., & Sharma, R. R. (2018). Antioxidant degradation kinetics in apples. Journal of Food Science and Technology, 55(4), 1306-1313.