表面温度和水分特性对铁棍山药片远红外热泵干燥过程非酶褐变的影响机制

Non-enzymatic browning reaction during drying process can directly impact the quality of iron bars Chinese yam chip. Surface temperature and moisture characteristics are two important factors affect the extent of the reaction, however, it is unclear that the quantitative relationship between them as well as the effect mechanism on non-enzymatic browning. This project is proposed to 1) quantify the surface moisture and temperature distribution of iron bars Chinese yam chips dried by far infrared heat pump system using infrared thermal imaging, establish the mathematical relationship between surface temperature and moisture distribution and browning degree and determine the critical moisture content for browning reaction. 2) analyze the main reactants of non-enzymatic browning through modern spectroscopy instruments and chemical methods, find the quantitative relationship between the reactant changes and the surface temperature and moisture content of yam. 3) investigate the distribution and migration behavior of moisture molecule in different states using low-field nuclear magnetic resonance technology. Consequently, clarify the impact mechanism of non-enzymatic browning by surface temperature and moisture change characteristic of iron bars Chinese yam chips during far infrared heat pump drying process from both of the macroscopic and microscopic aspects. The results may help to accurately determine the drying-end point based on the degree of browning in the actual production and provide more scientific information to further research anti-browning drying technology, control the extent of non-enzymatic browning of iron bars Chinese yam chips during drying process radically, and furnish safe and high-quality food.

非酶褐变直接影响铁棍山药片干燥品质。表面温度和水分特性是影响干燥过程非酶褐变的两个重要因素，但其定量关系以及对非酶褐变的影响机理还不清楚。 本项目将采用红外热成像技术量化铁棍山药片远红外热泵干燥过程中表面水分和温度分布，并建立与褐变度的数学关系，确定发生非酶褐变的临界含水率。通过现代谱学仪器及化学手段确定参与非酶褐变的主要物质，进而建立其与表面温度和含水率之间作用的定量关系。利用低场核磁共振技术对水分分布状态和迁移行为进行分析，从宏观和微观两个层面，阐明表面温度和水分特性对铁棍山药片远红外热泵干燥过程非酶褐变的影响机制。确定生产中以褐变度为依据的干燥终点判定方法，为优化防褐变干燥工艺提供科学依据。有望从根本上控制铁棍山药片干燥过程非酶褐变的发生，为人们提供安全的高品质食品。

铁棍山药是山药资源中的特有种质。非酶褐变是干燥过程中的不可逆变化，直接影响铁棍山药片干燥品质。导致颜色不可接受，产生异味，甚至失去营养价值。控制非酶褐变是实现热敏材料干燥过程最优化的有效手段，但前提是对非酶褐变机理的深入理解。. 本项目研究了不同干燥工况条件下铁棍山药片表面温度与水分分布确定及其对非酶褐变的影响。分别在不同工艺条件下对铁棍山药片进行干燥处理，采用热处理工艺使铁棍山药中的多酚氧化酶、过氧化物酶等易发生酶促褐变的反应底物钝化，直至失活，以消除酶促褐变对实验结果的影响。分析并比较了干燥曲线、水分有效扩散系数、硬度、脆度、体积收缩率、复水率和色差等指标。经实验分析和理论论证，基本确定引起山药在远红外热泵快速干燥过程中非酶褐变成因以美拉德反应为主。此外，确定了影响非酶褐变程度的主要因素为温度和水分，直接影响褐变程度的首要因素为温度，物料干燥温度的准确控制直接影响产品最终含水量以及产品品质。采用红外热成像技术量化铁棍山药片远红外热泵干燥过程中表面水分和温度分布，并建立与褐变度的数学关系，确定发生非酶褐变的临界含水率。通过现代谱学仪器及化学手段确定参与非酶褐变的主要物质为还原糖和氨基酸，建立其与表面温度和含水率之间作用的定量关系。利用低场核磁共振技术对水分分布状态和迁移行为进行分析，从宏观和微观两个层面，分析了表面温度和水分特性对铁棍山药片远红外热泵干燥过程非酶褐变的影响机制。. 研究结果为深入研究最优防褐变干燥工艺提供一定的科学依据，有望有效控制铁棍山药片干燥过程非酶褐变的发生，为人们提供安全的高品质食品。