魔芋片熱風對流干燥速率影響因素

耿敬章，張志健，*，李新生，孫海燕，惠睿，張富全

（1.陜西理工學院生物科學與工程學院，陜西 漢中 723000；2.陜西省資源生物重點實驗室，陜西 漢中 723000；3.勉縣錦泰實業(yè)有限公司，陜西 漢中 723000）

魔芋（Konjac，eleplant-foot yam）屬于天南星科魔芋屬（Amorphophallus Blume）植物，廣泛種于亞洲、非洲和亞熱帶地區(qū)[1-2]。我國是盛產(chǎn)魔芋的主要國家之一，對魔芋的栽培與利用具有悠久的歷史。目前魔芋工業(yè)化加工主要是提取葡甘聚糖（Konjac glucomannan，KGM），其商品名為魔芋精粉。雖然魔芋精粉的加工方法很多，但主要可歸為干法和濕法兩類，且目前國內(nèi)90%以上的鮮魔芋采用干法加工[3-4]。魔芋精粉干法加工即先將鮮魔芋加工干燥成魔芋片、條，再經(jīng)過多道研磨提取精粉。目前制約魔芋精粉加工發(fā)展的主要問題是魔芋在干燥過程中出現(xiàn)褐變、黑心、焦糊、干濕不勻等，以及魔芋干燥能耗很大，這些問題的發(fā)生均與干燥工藝有關(guān)，如干燥溫度、干燥時間、干燥介質(zhì)流量（速）等。為了能更好解決這一實際問題，本文對魔芋片在對流干燥過程中干燥速率的變化規(guī)律及干燥介質(zhì)流量（速）對其的影響進行分析探討。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

魔芋：屬花魔芋，產(chǎn)于陜西漢中，由勉縣錦泰實業(yè)有限公司提供。

1.1.2 儀器

DHG-9055A電熱鼓風干燥箱：上海一恒科技有限公司；AL204電子天平（分度值0.0001 g）：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；溫度計、濕度計、熱風機等。

1.2 實驗方法

鮮魔芋經(jīng)清洗去泥后，切成1 mm～2 mm厚的薄片，稱重后置于干燥箱網(wǎng)盤上，在一定溫度（實驗取70、80、90、100、110 ℃）、一定通風量下進行恒溫干燥，每隔5分鐘稱重一次，直到芋片趨于恒重。同時做3個平行樣，取其平均值。按鮮魔芋含水率為86%（實測值）計算魔芋片干基含水率（g/g）。關(guān)于通風量對魔芋片干燥影響的研究，先在熱風干燥箱自然通風情況下進行實驗，然后在熱風干燥箱進風口用熱風機加大通風量進行實驗。

通常干燥速率被定義為：單位時間內(nèi)單位干燥面積上的水分蒸發(fā)量，kg/（m2·s）[5]。由于魔芋片干燥面積難以準確測量，故這里將干燥速率定義為：單位時間內(nèi)單位質(zhì)量物料所蒸發(fā)的水分量，kg/（kg·s），且物料質(zhì)量采用測定點芋片的總質(zhì)量，即平衡質(zhì)量。

通常干燥速率曲線是指物料干燥速率與物料干基含水量的關(guān)系曲線。由于在干燥過程中，物料干基含水量隨干燥時間而變，且成對應關(guān)系，為方便比較，這里給出的是物料干燥速率與干燥時間的關(guān)系曲線。這并不影響干燥曲線的變化趨勢和對問題的分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 魔芋片對流干燥速率變化趨勢

按1.2試驗方法進行實驗，所得不同干燥條件下芋片干基含水量隨時間變化的比較如圖1、圖2及表1所示。

圖1和圖2分別為不同干燥介質(zhì)流量下各實驗溫度的干燥速率曲線，表1為不同干燥條件下芋片干基含水量隨時間變化的情況，其值與各圖橫坐標時間點相對應。

從圖1和圖2可以看出，魔芋片在對流干燥過程中，干燥速率的變化具有明顯的三段式特征，即預熱段、恒速干燥段和降速干燥段。

2.2 溫度對魔芋片對流干燥速率變化的影響

從圖1、圖2和表1可以看出，干燥溫度對干燥速率變化具有明顯的影響，并表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，即隨著干燥溫度的升高，干燥速率增大，恒速干燥期縮短，降速干燥速率下降加快（曲線變陡），第一臨界水分含量增大。80℃和90℃的差異不大，特別在恒速干燥期。分析認為，隨著干燥溫度的升高，芋片表面水分蒸發(fā)速率加快，并在相對較短的時間內(nèi)超過內(nèi)部水分向外轉(zhuǎn)移的速率，使芋片表面開始干枯，從而導致上述結(jié)果。因此，認為魔芋片對流干燥溫度不宜過高，否則易出現(xiàn)外焦內(nèi)濕，產(chǎn)生黑心片及焦糊現(xiàn)象。但當干燥溫度在110℃時，干燥速率有所下降（低于100℃），第一臨界水分含量降低，且為所有實驗溫度中最低者。

表1 不同干燥條件下芋片干基含水量隨時間變化的比較Table 1 Drying conditions Konjac Slices of moisture content changes with time kg/kg

因此，認為110℃為魔芋片對流干燥的最佳溫度。

2.3 干燥介質(zhì)流量對魔芋片對流干燥速率變化的影響

按1.2試驗方法進行實驗，所得干燥介質(zhì)流量對魔芋片對流干燥速率變化的影響如圖3～圖7所示，為各實驗溫度下不同干燥介質(zhì)流量（即風量）時芋片干燥速率曲線比較。

由圖3～圖7可知，各實驗溫度下不同干燥介質(zhì)流量（即風量）時芋片干燥速率曲線，可以明顯看出，在各實驗溫度下，加大干燥介質(zhì)流量使芋片預熱和恒速干燥速率增大，降速干燥速率下降速度加快（曲線變陡）。分析認為，芋片表面干燥介質(zhì)（空氣）流速增大，會加快芋片表面水分蒸發(fā)，從而加快了芋片干燥速率。在相對較低的溫度（90℃及以下）時第一臨界水分含量減小，而在較高溫度下（100℃和110℃）時第一臨界水分含量增加，但在110℃時增加量很小。這可能是在相對較低的溫度下，雖然加大風量加快了芋片表面水分蒸發(fā)，但由于溫度相對較低，芋片表面水分蒸發(fā)的總速度增加并不是很大，從而使恒速干燥期維持較長時間，使第一臨界水分含量降低。而在相對較高的溫度下，芋片表面水分蒸發(fā)總速度較大，使恒速干燥期縮短，導致第一臨界水分含量增大。

從同溫度不同風量比較來看，在100℃以下，增大干燥介質(zhì)流量對縮短干燥時間的貢獻不是很大（約5 min），但對第一臨界水分含量的降低程度貢獻較大。不過110℃時增大干燥介質(zhì)流量對縮短干燥時間和降低第一臨界水分含量的作用都不是很大。但從表1可以看出，在110℃時，不論干燥介質(zhì)流量是否增大，第一臨界水分含量最低，且到達此臨界點的時間最短。因此，認為110℃是魔芋片對流干燥的最佳溫度，且不需要太大的通風量。

3 結(jié)論

1）魔芋片對流干燥過程可分為預熱期、恒速干燥期和降速干燥期三段。

2）升高干燥溫度，會使干燥速率增大，恒速干燥期縮短，降速干燥速率下降加快，第一臨界水分含量增大。

3）增大干燥介質(zhì)流量，會使干燥速率增大，恒速干燥期縮短，降速干燥速率下降加快。

4）110℃是魔芋片對流干燥的最佳溫度，第一臨界水分含量低，且不需要太大的通風量。

[1]王任翔,薛躍規(guī).魔芋研究及開發(fā)前景[J].廣西園藝,2003,46(1):9-10

[2]關(guān)時瑜.降低魔芋干片中二氧化硫含量的途徑[J].山區(qū)開發(fā),2002(3):52-57

[3]吳道澄,吳紅.魔芋超細及鈉米粉末的減肥特性研究[J].中草藥,2003,34(2):141-143

[4]劉紅.魔芋的藥用研究進展[J].湖北民族學院學報:醫(yī)學版,2002,19(3):35-37

[5]馮骉.食品工程原理[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2005:539