《Journal of Food Engineering》：Dual role of reusable
Zingiber officinale in microwave synergistic drying of
Pleurotus eryngii: Dielectric regulation and composite flavor formation
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微波干燥过程中，均匀加热和营养保留是关键挑战。本研究设计了一种由平菇与可重复利用的生姜组成的混合材料系统，利用生姜作为介电调节剂改善热均匀性23.1%，抑制过热现象，并通过优化预处理功率和时间（2.0 W/g、8分钟）实现酶活性高效钝化（相关系数>0.9），同时保留糖114.8 mg/g、酚类30.5 mg/g等营养成分。实验证实生姜在四次循环后仍贡献86.5%的挥发性物质和64.3%的总挥发性量，有效提升干燥效率与产品品质。
周傲|姚彦春|苏殿斌|孟晓军|徐慧慧|夏连明|吕伟桥|孙霞|郭亚敏
山东工业大学农业工程与食品科学学院，中国山东省淄博市新村西路266号，255049
摘要
微波干燥具有快速脱水的优点，但受到加热不均匀和品质损失的限制。为了解决这一问题，本研究设计了一种混合材料系统，将Pleurotus eryngii与可重复使用的Zingiber officinale结合使用。Z. officinale既作为介电调节剂来提高热均匀性，又作为挥发性化合物的持续来源，以形成稳定的复合风味。在该系统中，Z. officinale减轻了P. eryngii的介电响应性，使热均匀性提高了23.1%，并减少了过热现象。P. eryngii中的多酚氧化酶和过氧化物酶的酶活性保留率与热量积累呈强负相关，相关系数均超过0.9。在2.0 W/g的优化预处理条件下处理8分钟后，这两种酶被有效失活，水分含量降至68.5%，同时保持了孔结构。因此，干燥后的产品具有理想的性能，复水率为84.4%，收缩率为91.2%。营养成分得到保留，包括糖114.8 mg/g、酚类物质30.5 mg/g和酸23.6 mg/g。挥发性成分分析显示，即使经过四次重复使用，Z. officinale的长期贡献仍然显著，86.5%的挥发性物质和64.3%的总含量得以保留。
引言
Pleurotus eryngii以其细腻的风味、紧实的质地和丰富的营养成分（包括膳食糖、蛋白质、氨基酸和抗氧化剂）而广受认可（Chen等人，2024a）。然而，其高达90%的水分含量使其极易变质，给储存、运输和价值保持带来了挑战（Wei等人，2024）。因此，干燥已成为延长保质期、减轻重量和体积以及实现干燥产品多样化利用的关键策略（Salehi等人，2023）。传统的微波干燥结合了体积微波加热和对流热空气，以加速水分去除并缩短处理时间（Han等人，2024；Yang等人，2024）。微波预处理可以快速提高内部温度，促进水分迁移，并使降解品质的酶失活，从而实现高吞吐量和能源效率（Wang等人，2024）。在P. eryngii中，基部、菌柄、中心和边缘区域的水分和组织密度不均匀导致介电差异，从而产生从中心到边缘的梯度以及热点，这些因素降低了加热均匀性和品质。这些非均匀性降低了效率，并损害了微观结构、颜色、质地和营养成分（Li等人，2022b；Staniszewska等人，2020；Tu等人，2025）。
为了解决这些限制，使用混合材料来改善微波过程中的加热均匀性受到了关注。具有不同介电特性的成分可以重新分配电磁能量，减少局部过热，并提高干燥性能（Huang等人，2022）。例如，木薯淀粉和糖的混合物在微波下改变了流变性和热响应，改善了热传递和结构稳定性（Zhang等人，2020）。辅助材料释放的挥发性化合物还可以丰富风味复杂性（Utama-ang等人，2020）。
辅助成分的有效性最终取决于它们的介电行为。介电特性决定了微波能量的吸收和转换，从而影响热分布、水分迁移和加热均匀性（Yu等人，2025）。这些参数受频率、温度和水分含量的强烈影响，并已在许多干燥模型中得到应用（Lei等人，2024）。与单一材料相比，混合系统表现出更复杂的相互作用，可能会产生协同效应或干扰（Meng等人，2024）。在此背景下，Z. officinale是一种常见的食品级添加剂，常与蘑菇搭配使用；其略高的水分含量和介电损耗使其更有利于吸收和重新分配能量，缓解热点并稳定热场（Zhao等人，2025）。此外，其可重复使用性可以实现风味的可调强度，并支持可持续性。因此，本研究评估了Z. officinale》作为辅助介电调节剂，在微波热风干燥P. eryngii过程中提高加热均匀性和能源效率的作用。
为了解决微波干燥过程中持续存在的加热不均匀和品质损失问题，本研究开发了一种混合材料系统，将P. eryngii与可重复使用的Z. officinale结合使用，作为食品级介电调节剂和挥发性化合物来源。先前的研究优化了单一基质中的功率或添加剂，但很少量化介电、热、水分、酶耦合、循环重复使用或风味迁移。研究目标是确定Z. officinale如何调节预处理过程中的ε′、ε′′和温度湿度场；阐明功率密度如何控制介电、热、水分和酶响应之间的耦合，并建立将热量积累与干燥动力学联系起来的模型；评估干燥后的结构稳定性和营养成分保留情况；研究风味转移及其在重复使用周期中的可调性。
材料与试剂
实验当天从淄博市新村便民市场购买了新鲜的P. eryngii和Z. officinale。去除P. eryngii的菌盖和根部，剩余部分切成边长为25 ± 1.0 mm的立方体。去除Z. officinale的较小侧根，剩余部分切成厚度为8 ± 0.5 mm的片状。所有使用的标准品和试剂均为分析级，购自Macklin Biochemical Co., Ltd.（上海，中国）。
干燥设备
热分布
如图2A–D所示，在相同的微波预处理条件下，不同材料表现出不同的加热行为。P. eryngii的平均加热速率为6.6 °C/min，10分钟时的中心温度达到89.2 °C，热图像中明显存在“热点”。相比之下，Z. officinale的加热速率为5.0 °C/min，峰值温度为73.2 °C，热分布更为均匀。
结论
本研究表明，在微波协同干燥系统中加入Z. officinale作为辅助介电调节剂，有效提高了P. eryngii的加热均匀性、干燥效率、结构稳定性和风味保留。热量积累模型量化了能量吸收（Qr，100%–162.9%），并发现其与酶失活和微波能量输入之间存在强相关性。基于介电行为、温度和湿度动态
CRediT作者贡献声明
周傲：撰写 – 原稿撰写、可视化、验证、方法学设计、实验研究、数据分析、概念构建。姚彦春：撰写 – 审稿与编辑、监督、数据管理。苏殿斌：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源获取、资金筹集、数据分析。孟晓军：方法学设计、实验研究、数据分析。徐慧慧：撰写 – 审稿与编辑、项目管理、概念构建。夏连明：可视化处理
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（项目编号：2024YFD2000104）、山东省自然科学基金（项目编号：ZR2022QC159）和山东省重点研发计划（项目编号：2023TZXD057）的支持。
