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超声预处理对热泵干燥菠萝品质的影响

文档作者：张振亚韩琭丛金听祥彭钰航文档来源：郑州轻工业大学能源与动力工程学		更新日期： 2026年04月11日	点击数：
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研究报告
2022 年第 48 卷第 12 期(总第 456 期) 　111
DOI:10. 13995 / j. cnki. 11 - 1802 / ts. 028242
引用格式:张振亚,韩琭丛,金听祥,等. 超声 预 处 理 对 热 泵 干 燥 菠 萝 品 质 的 影 响 [J]. 食 品 与 发 酵 工 业,2022,48(12):111 - 116.
ZHANG Zhenya,HAN Lucong,JIN Tingxiang, et al. Experimental study the effect of ultrasonic pretreatment on the quality of
pineapple dried by heat pump[J]. Food and Fermentation Industries,2022,48(12):111 - 116.
超声预处理对热泵干燥菠萝品质的影响
张振亚,韩琭丛,金听祥∗ ,彭钰航
(郑州轻工业大学 能源与动力工程学院,河南 郑州,450002)
摘　 要　 该文以菠萝为研究对象,以干基含水率、色泽、质构特性、显 微 结 构、感 官 评 价 为 指 标,研 究 了 不 同 切 片
厚度下超声预处理温度(30、40、50、60 ℃ ) 对其热泵干燥品质的影响。 结果表明,与未采用预处理的干燥过程相
比( 对照组) ,超声预处理可以让菠萝更快地达到干燥标准,其中切片厚度为 6 mm、7 mm 的实验组经过 50 ℃ 超
声预处理后干燥时间缩短 35% 左右,8 mm、9 mm 的实验组经过 60 ℃ 超声预处理后干燥时间缩短 30% 左右;超
声预处理后菠萝片的色差明显小于对照组,与鲜果更为接近;菠萝片经过超声预处理后弹性几乎没有变化,但是
硬度、胶着性和咀嚼性均明显大于对照组;超声预处理会显著提升菠萝片的色泽、形态和整体可接受度。 综合分
析可知,厚度为 9 mm、超声预处理温度为 60 ℃ 的菠萝片整体品质最佳。
关键词　 超声波预处理;热泵干燥;菠萝;干燥特性;品质
第一作者:博士,讲师(金听祥教授为通信作者,E-mail:txjin@ 126. com)
　 　 基金项目:2021 年河南省研究生教育创新培养基地 项 目 (YJS2021JD05);大 学 生 创 新 创 业 训 练 计 划 项 目 (S202010462031);河 南 省 教 育 厅 高
等学校科研项目(20A470012)
收稿日期:2021-06-10,改回日期:2021-08-19
　 　 菠萝又称凤梨,是脍炙人口的热带水果,岭南四
大名果之一。 菠萝风味独特,果肉多汁味美,深受国
内外消费者的青睐。 菠萝经过干燥等方式处理后仍
能高度还原鲜果口感,因此被广泛用于水果加工。 但
是我国对菠萝干制品的开发程度不高,深加工技术匮
乏,会造成一定的资源浪费。
干燥是用来延长食品储藏时间的重要的方法之
一。 目前,菠萝干燥的主要方法有:真空冷冻干燥、热
泵干燥、微波干 燥 等 技 术[1 - 4] 。 其 中,热 泵 干 燥 技 术
具有成本低、能耗小、适用范围广、干燥效果好和环境
污 染 小 等 特 点, 可 用 于 粮 食、 水 果 等 农 产 品 的 干
燥[5 - 7] 。 但是热泵干燥耗时长,得到的干制品存在褐
变、质地变硬等品质劣变问题。 现有研究表明,预处
理结合干燥技术能够改善产品的品质,在热泵干燥前
进行预处理可以解决干燥过程中物料发生褐变、营养
成分流失以及干燥时间长等问题。
预处理技术现已用于提高鲜切菠萝的贮藏品质,
部分研究人员针对不同预处理方式对菠萝贮藏品质
的影响 展 开 了 深 入 研 究。 方 宗 壮 等[8] 用 200 mg/ L
NaClO 和 20 mg/ L ClO2 进 行 浸 泡 处 理,发 现 可 以 将
鲜切菠萝的贮藏期延长至 10 d 和 8 d;用 60 ℃ 的水
进行漂烫预处理,可使 贮 藏 期 延 长 至 7 d。 2 种 预 处
理方 式 都 能 有 效 地 抑 制 多 酚 氧 化 酶 (polyphenol oxidase,
PPO)、过氧化物酶(peroxidase,POD)的活性,防
止褐变的发生,更好地保持鲜切菠萝的感官品质。 覃
海元等[9] 发现 将 菠 萝 进 行 冷 冻 处 理、用 异 抗 坏 血 酸
钠和菠萝酸进行浸泡预处理都会对鲜切菠萝的质量
产生显著影响,其中冷冻处理会明显影响菠萝质量。
邵远志等[10] 发现 0 ~ 4 ℃ 贮藏能够使菠萝的鲜切产
品的品质劣变得到抑制,并大大延长贮藏时间。 以上
预处理方式提升了菠萝的色泽、改善了菠萝的感官评
分,但是并不能提高菠萝的热泵干燥速率,也不能使
菠萝更快达到需要的干基含水率。
一些研究表明,超声波预处理[11 - 13] 结合干燥技术
应用于农产品中不仅可以提高干燥速率,缩短干燥时
间,更有利于得到高品质干制品[14] 。 林平等[15] 发现
经过功率为 250 W 的超声波处理 10 min 后的胡萝卜,
复水比均在 5. 1 以上,复水性较好,感官性状也较好。
周頔等[16] 发现经过功率为 200 W 的超声波,超声温度
35 ℃处理 10 min 后,苹果的真空冷冻干燥总时间缩短
22% ,干制品维生素 C 保留量更高、颜色更加洁白。 杨
菊芳等[17] 发现酸奶经过功率为 55% 的超声波(总功率
为 900 W)处理 1. 5 h 后,干燥时间缩短了 15. 75 h,减
少 49. 2% 。 GAMBOA-SANTOS 等[18] 发现经过不同功
率的超声波预处理后的草莓,干燥时间比空白对照组
减少 13% ~44% 不等。 孙悦等[19] 发现紫薯经超声波
食品与发酵工业 FOOD AND FERMENTATION INDUSTRIES
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预处理后,总酚和总黄酮含量提高,随超声波功率及干
燥 温 度 的 提 高,干 燥 时 间 呈 现 下 降 趋 势。 OSCAR
等[20] 发现,经过功率为 90 W 的超声波预处理,苹果的
热泵干燥时间最多可减少 53. 8% 。
在热泵干燥前进行超声预处理可以显著提高产
品质量,但超声预处理技术应用于菠萝干燥方面的研
究鲜有报道。 本实验采用不同温度的超声波对不同
厚度的菠萝片进行预处理,然后进行热泵干燥,分析
超声预处理对热泵干燥菠萝片的干燥速率、色泽、质
构特性、微观结构、感官评价的影响,以期改善菠萝片
的品质,为菠萝的干制技术提供理论依据。
1　 材料与方法
1. 1　 实验材料
实验样品选用果型大小适中、无机械损伤、无病
虫害的新鲜菠萝进行加工干制处理。
1. 2　 仪器与设备
JSM-7001F 场发射扫描电子显微镜,日本电子株式会
社;CG-05HA 型空气能热泵箱式一体节能烘干机,广东创
陆制冷科技有限公司;TA. TOUCH 型质构仪,上海保圣实
业发展有限公司;YS3060 型分光测色仪,深圳市三恩时科
技有限公司;多功能切菜机,中山市百客思电器有限公司;
020 型超声波清洗机,深圳市超洁科技实业有限公司;
ES500 精密电子天平,天津市德安特传感技术有限公司。
1. 3　 菠萝片的干制方法
将新鲜的菠萝 清 洗 后 去 皮,分 别 横 切 成 6、7、8、
9 mm 左右的薄片,将果片分别置于超声清洗机中,以
蒸馏水为介质进行超声处理。 基于前期文献的查阅
与研究,预处理时设置 4 个实验组,超声预处理温度
分别为 30、40、50、60 ℃ 、超声处理时间为 10 min,超
声功率为 200 W,将超声处理后的果片捞出,以未经
超声预处理 的 菠 萝 片 作 为 对 照 组,一 并 摆 放 于 烘 盘
中,置于空气能热泵箱式一体节能烘干机中干燥,干
燥温度为 60 ℃ ,干燥时间为 10 h。
1. 4　 实验方法
1. 4. 1　 干基含水率
干基含水率计算如公式(1)所示:
Wt / ( g·g-1 ) =
mt - md
md
(1)
式中:Wt 为 t 时刻的干基含水率;mt 为 t 时刻菠萝质
量;md 为菠萝的绝干质量。
1. 4. 2　 微观结构
选取经过不同超声温度处理的菠萝片样品,切取
1 mm × 1 mm 小 块,粘 贴 到 铜 板 上,抽 真 空 后 应 用
JSM-7001F 场发射扫 描 电 子 显 微 镜 对 果 干 样 品 进 行
微观结构观察、拍照。
1. 4. 3　 质构特性
采用质构仪对不同干制处理的菠萝片进行硬度、弹
性和胶 着 性 的 测 定,每 组 样 品 重 复 测 定 5 次。 探 头:
P0.5,全质构测定(texture profile analysis,TPA)模式,测
定条件:测试速度 1 mm/ s,测前速度 3 mm/ s,测后速度
2 mm/ s,触发力 1.5 N,测试距离 15 mm,压缩比 60%。
1. 4. 4　 色泽
使用手持分光测色仪进行测定,每种样品取 2 次
样,取 2 次 读 数 的 平 均 值。 总 体 颜 色 变 化 用 色 差 值
ΔE 表示,计算如公式(2)所示:
ΔE = ( L∗
0 - L∗ ) 2 + ( a∗
0 - a∗ ) 2 + ( b∗
0 - b∗ ) 2 (2)
式中:L0
∗ / L∗ 为白度,表示鲜果 / 样品由暗到亮的趋势;
a0
∗ / a∗ 为 红 绿 度,表 示 鲜 果 / 样 品 从 红 到 绿 的 趋 势;
b0
∗ / b∗ 为黄蓝度,表示鲜果 / 样品从黄色到蓝色的趋势。
1. 4. 5　 感官评价
组织 20 名有经验的人员进行感官评价,参考文
献[21] 制定菠萝干感官评价表,针对菠萝干的色泽、形
态、质地、风味等品质进行感官评分。
表 1　 菠萝感官评价表
Table 1　 Sensory evaluation of pineapple
色泽 形态 质地 风味 整体可接受度 分值 / 分
颜色呈金黄色,有光泽 结构组织饱满、果片平整 质地紧实,软硬适中 菠萝原有的风味浓郁,口感香甜 优秀 16 ~ 20
颜色呈黄色,略有光泽 表面略皱缩,果片表面略有黏连 质地较紧实,偏硬 菠萝风味与焦味混合 良好 10 ~ 15
颜色呈褐色,几乎无光泽 表面皱缩严重,果干间黏连严重 质地坚硬,难以咀嚼 无菠萝风味,焦味明显 较差 1 ~ 9
2　 结果与分析
2. 1　 超声预处理对热泵干燥菠萝干基含水率的影响
图 1 为不同切片厚度的菠萝热泵干燥过程干基
含水率的变化图。 由图 1 可知,5 组菠萝片干基含水
率的变化趋势基本相同,随着干燥时间的延长,干基
含水率逐渐降 低。 其 中,6 mm、7 mm 的 实 验 组 经 过
50 ℃ 超声预处理后干燥时间缩短 35% 左 右,8 mm、
9 mm 的实验组经过 60 ℃ 超声预处理后干燥时间缩
短 30% 左右。 由 此 可 见,合 适 温 度 的 超 声 预 处 理 可
研究报告
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以提高干燥速率,让菠萝更快地达到干燥标准。 主要
原因在于超声预处理能够改变菠萝片的表面微观结
构,增加了热质迁移通道,减少了水分迁移阻力,加快
水分散失速率。
a - 6 mm;b - 7 mm;c - 8 mm;d - 9 mm
图 1　 不同厚度的菠萝片干基含水率变化图
Fig. 1　 Dry basis moisture content change of different thickness pineapple diagram
　 　 图 2 为热泵干燥菠萝片的扫描电镜图。 由 图 2
可知,超声预处理后的热泵干燥菠萝片的微观结构和
对照组存在较大的差别,菠萝片在经过超声预处理后
微观结构变化明显,表面不平整,有孔洞出现,而对照
组的微观表面平整,较为光滑。
经过超声波处理后,菠萝片由于受到反复的拉伸
和压缩,不断收缩和膨胀,内部形成较多微孔通道,表
面变得凹凸 不 平,最 终 形 成 海 绵 状 结 构[22] 。 该 结 构
效应的作用力大于物料内部微孔通道中水分的吸附
作用力时,水分就容易从通道中迁移出来。 超声波作
用于液体时,液体局部形成低压强高流速的状态,气
体过饱和从而逸出成为小气泡,在液体压强小于饱和
蒸气压时,气泡会不断膨胀直至破裂,超声波带来的
强大拉应力 仿 佛 把 液 体 “撕 开” 成 为 空 洞,又 称 空 化
作用[23 - 24] 。 该作用会引发菠萝片内 部 的 理 化 反 应,
有助于脱去果片内部的结合水。
a - 实验组;b - 对照组
图 2　 菠萝片的扫描电镜图
Fig. 2　 Scanning electron microscopy of pineapple image
2. 2　 超声预处理对热泵干燥菠萝片质构特性的影响
硬度是一项可以直接反映口感的重要指标,并且
会对咀嚼性及胶着性造成一定影响;弹性是指食物在
发生形变后可以恢复的高度;咀嚼性主要用于描述食
品的口感,定义为咀嚼固体食物所需的能量;胶着性
被定义为硬度与凝聚力的乘积,这项指标多用于描述
固体或半固体的口感[25] 。 由表 2 可知,菠萝片经过
超声预处理后,硬度、胶着性和咀嚼性明显提高,普遍
大于对照组,而弹性变化不明显。 超声预处理会改变
菠萝片的内部结构,热泵干燥时,菠萝片内部微孔通
道内的水分迅速蒸发[26] ,毛细孔隙的尺寸增大,造成
果片结构塌陷,质地变硬。 因此,果干的硬度、胶着性
和咀嚼性均大于对照组。
2. 3　 超声预处理对热泵干燥菠萝片色泽的影响
新鲜 样 品 的 颜 色 值 白 度 L0
∗ = 65. 76,红 绿 度
a0
∗ = - 1. 82,黄 蓝 度 b0
∗ = 45. 32。 由 表 3 可 以 看
出,不同厚度下,30、40、50 ℃ 超声预处理后菠萝片的
白度值要明 显 小 于 鲜 果。 经 过 60 ℃ 超 声 预 处 理 的
7、8、9 mm 实验组菠萝片的白度值更接近鲜果,实验
组菠萝片的红绿度均高于鲜果,绝大多数实验组菠萝
片的黄蓝度要低于鲜果。 综合数据可知,从色泽的角
度分析,经过 60 ℃ 超 声 预 处 理 的 7、8、9 mm 实 验 组
色泽差异不 大,明 显 优 于 其 他 组,其 中 厚 度 为 8 mm
实验组的色差最小。
食品与发酵工业 FOOD AND FERMENTATION INDUSTRIES
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表 2　 不同切片厚度下预处理温度对菠萝片质构特性的影响
Table 2　 Effect of different pretreatment on texture
characteristics of pineapple slices with different thickness
切片厚度 / mm 预处理方式 硬度 弹性 咀嚼性 胶着性
30 ℃ 超声预处理 9 675. 68 0. 69 4 830. 79 2 504. 06
40 ℃ 超声预处理 8 639. 92 0. 69 3 747. 68 2 489. 41
6 50 ℃ 超声预处理 9 273. 44 0. 92 4 387. 38 1 812. 97
60 ℃ 超声预处理 8 439. 15 0. 72 6 099. 77 2 836. 02
对照组 5 493. 97 0. 65 3 632. 51 1 331. 72
30 ℃ 超声预处理 9 675. 68 0. 69 4 830. 79 2 504. 06
4 0 ℃ 超声预处理 8 639. 92 0. 69 3 747. 68 2 489. 41
7 50 ℃ 超声预处理 9 273. 44 0. 92 4 387. 38 1 812. 97
60 ℃ 超声预处理 8 439. 15 0. 72 6 099. 77 2 836. 02
对照组 5 493. 97 0. 65 3 632. 51 1 331. 72
30 ℃ 超声预处理 5 197. 69 0. 76 2 266. 89 2 913. 15
40 ℃ 超声预处理 6 028. 22 0. 66 2 045. 97 3 012. 78
8 50 ℃ 超声预处理 5 152. 69 0. 76 1 760. 54 2 356. 68
60 ℃ 超声预处理 7 000. 70 0. 73 2 337. 88 3 390. 58
对照组 4 247. 98 0. 65 1 646. 52 2 501. 12
30 ℃ 超声预处理 11 477. 87 0. 66 4 584. 57 6 888. 12
40 ℃ 超声预处理 9 581. 46 0. 70 4 416. 77 6 255. 19
9 mm 50 ℃ 超声预处理 7 186. 81 0. 69 2 836. 86 3 688. 99
60 ℃ 超声预处理 9 025. 74 0. 77 3 120. 01 3 951. 06
对照组 6 280. 61 0. 76 2 854. 59 3 542. 09
2. 4　 超声预处理对热泵干燥菠萝片的感官评价
图 3 为不同厚度的菠萝干感官评价图。 由图 3 可
知,经过超声预处理的菠萝在热泵干燥后与对照组的
感官评分差距明显。 随着切片厚度的增加,所有实验
组的得分均有所提高,切片厚度为 9 mm 的 5 个实验组
得分最高。 7、8、9 mm 3 种厚度的 15 组菠萝片中经过
超声预处理的实验组色泽、形态和整体可接受度的感
官评价均明显优于对照组,风味差异不明显,质地稍
差于对照组。 综合分析 5 个感官评价指标可以得出,
经过 60 ℃ 超声预处理的 9 mm 菠萝片品质最佳。
表 3　 不同切片厚度下预处理温度对菠萝片色泽的影响
Table 3　 Effect of pretreatment temperature on the color of
pineapple slices with different thickness
切片厚度 / mm 预处理方式 L∗ a∗ b∗ ΔE
30 ℃ 超声预处理 45. 74 1. 68 36. 48 22. 17
40 ℃ 超声预处理 47. 02 3. 78 45. 75 19. 56
6 50 ℃ 超声预处理 45. 28 3. 75 44. 62 21. 23
60 ℃ 超声预处理 54. 46 0. 87 43. 28 11. 79
对照组 50. 61 4. 02 42. 18 16. 53
30 ℃ 超声预处理 48. 89 0. 01 33. 90 20. 45
40 ℃ 超声预处理 48. 28 1. 41 36. 45 19. 86
7 50 ℃ 超声预处理 59. 80 -1. 11 43. 36 6. 31
60 ℃ 超声预处理 64. 78 2. 03 47. 05 4. 34
对照组 46. 39 1. 68 35. 22 22. 11
30 ℃ 超声预处理 50. 17 0. 61 44. 12 15. 82
40 ℃ 超声预处理 52. 83 2. 11 48. 92 13. 98
8 50 ℃ 超声预处理 54. 54 -0. 98 42. 25 11. 65
60 ℃ 超声预处理 68. 10 -0. 67 43. 48 3. 72
对照组 40. 56 -0. 17 42. 59 25. 45
30 ℃ 超声预处理 46. 69 3. 84 42. 86 20. 04
40 ℃ 超声预处理 45. 57 0. 49 34. 34 23. 09
9 mm 50 ℃ 超声预处理 55. 48 4. 69 47. 70 12. 4
60 ℃ 超声预处理 65. 12 1. 27 51. 57 7. 10
对照组 53. 05 2. 83 43. 01 13. 72
a - 6 mm;b - 7 mm;c - 8 mm;d - 9 mm
图 3　 不同厚度的菠萝片感官评价图
Fig. 3　 Sensory evaluation of pineapple slices with different thickness
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3　 结论
本文以厚度和不同超声预处理温度为影响因素,
研究了超声 预 处 理 对 热 泵 干 燥 菠 萝 片 品 质 的 影 响。
合适温度的超声预处理能够使菠萝片更快的达到干
燥标准,不同厚度的实验组经过 50 ℃ 或 60 ℃ 超声预
处理后干燥时 间 缩 短 30% ~ 35% ;超 声 预 处 理 有 助
于维持菠萝片原有的色泽,其中经过 60 ℃ 超声预处
理的实验组与鲜果的色差最小;超声预处理会增大菠
萝片的硬度、胶着性和咀嚼性,而对弹性几乎无影响;
绝大多数经过超声预处理的菠萝片感官评分优于对
照组。 综合所有评价指标,厚度为 9 mm、经过 60 ℃
超声预处理的菠萝片整体品质最佳。
参 考 文 献
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Experimental study the effect of ultrasonic pretreatment on the quality of
pineapple dried by heat pump
ZHANG Zhenya,HAN Lucong,JIN Tingxiang∗ ,PENG Yuhang
(School of Energy and Power Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China)
ABSTRACT　 The pineapple was used as raw material in this study, and the effect of ultrasonic pretreatment temperature (30、40、50、
60 ℃ ) on the heat pump drying quality of pineapple under different slice thicknesses were explored with dry basis moisture content, color,
texture characteristics, microstructure and sensory evaluation as indexes. The results showed that compared with the control group, ultrasonic
pretreatment could make pineapple reach the drying standard faster. The drying time of the experimental groups with a slice thickness
of 6 mm and 7 mm was shortened by 35% after ultrasonic pretreatment at 50 ℃ , and that of the experimental groups with a slice
thickness of 8 mm and 9 mm was shortened by 30% after ultrasonic pretreatment at 60 ℃ . Moreover, using ultrasonic pretreatment, the
color difference of pineapple slices was significantly smaller than that of the control group, and was closer to that of fresh fruit. After ultrasonic
pretreatment, the elasticity of pineapple slices had almost no change, but the hardness, adhesiveness and chewiness of pineapple
slices were significantly higher than those of the control group. Ultrasonic pretreatment can significantly improve the color, shape and overall
acceptability of pineapple slices. Comprehensive analysis showed that the pineapple slice with the thickness of 9 mm and ultrasonic
pretreatment temperature of 60 ℃ were the best treatment conditions to the overall quality.
Key words　 ultrasonic pretreatment; heat pump drying; pineapple; drying characteristics; quality

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