胡蘿卜熱風(fēng)干燥多指標(biāo)綜合分析

田宴巾，黃鈺雯，曹非凡，王 春，駱 琳，2，丁青芝，2

（1.江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013；2.江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)部脫水蔬菜加工技術(shù)集成基地，江蘇鎮(zhèn)江212013）

胡蘿卜熱風(fēng)干燥多指標(biāo)綜合分析

田宴巾1，黃鈺雯1，曹非凡1，王 春1，駱 琳1，2，*丁青芝1，2

（1.江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013；2.江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)部脫水蔬菜加工技術(shù)集成基地，江蘇鎮(zhèn)江212013）

為了研究不同因素對熱風(fēng)干燥特性的影響，以胡蘿卜為研究對象進行熱風(fēng)干燥試驗，分析干燥后胡蘿卜的外觀品質(zhì)、復(fù)水時間、VC保存量、能耗等指標(biāo)。對上述指標(biāo)值進行加權(quán)平均，結(jié)果表明，熱風(fēng)干燥胡蘿卜的最優(yōu)參數(shù)為切片厚度4 mm，裝載量100 g，干燥溫度80℃。

胡蘿卜；微波干燥；熱風(fēng)干燥；節(jié)能減排

0 引言

胡蘿卜是一種營養(yǎng)價值較高的根莖類蔬菜，含有多種維生素及葡萄糖、果糖、白砂糖等多種糖類，此外還含有果膠、淀粉、無機鹽和多種氨基酸等成分，富含大量的胡蘿卜素可治療角膜干燥、夜盲癥等。研究表明，胡蘿卜中含有較多量的葉酸，有抗癌的作用；胡蘿卜中的木質(zhì)素，也有提高機體免疫力的功用[1-2]。

脫水蔬菜是蔬菜一種重要的流通形式，也是我國大宗出口品種之一。一直以來，脫水蔬菜存在營養(yǎng)成分損失多、能耗高等缺點[3-4]。

熱風(fēng)干燥是傳統(tǒng)的干燥方法，研究較多，其最大的缺點是能耗大、耗時長。在能源問題日趨緊張的今天，如何節(jié)省能量是大家關(guān)注的話題，當(dāng)然能量的節(jié)省應(yīng)該建立在保證品質(zhì)的基礎(chǔ)上。對于實驗室中小批量的胡蘿卜干制，各種方法損耗的能量差別并不是很大，然而在工廠中進行大批量生產(chǎn)時，差別就立即顯現(xiàn)出來，同一單位的能耗甚至?xí)嗖顜讉€數(shù)量級。試驗通過對胡蘿卜熱風(fēng)干燥過程多個指標(biāo)的綜合分析，尋求較優(yōu)的工藝參數(shù)，為胡蘿卜熱風(fēng)干燥工業(yè)化生產(chǎn)工藝進一步優(yōu)化積累一定的基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

原料：市售新鮮胡蘿卜。

試劑：檸檬酸、鹽酸、NaCl及Cu（NO3）2，均為國產(chǎn)分析純；VC，購自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心。

設(shè)備：WFZ UV-2100型紫外分光光度計（200～1 000 nm），上海尤尼柯儀器有限公司產(chǎn)品；MP120-1型電子天平；101-2型電熱鼓風(fēng)箱；恒溫水浴鍋。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

原料清洗→去皮→切分→燙漂→護色→干燥→回軟→壓塊→包裝→成品。

1.2.2 操作要點

（1）原料的清洗、切片。選表皮及根肉呈鮮紅色或橙色、皮薄肉厚、纖維少、無損傷、無病蟲害的胡蘿卜，按料液比1∶2把胡蘿卜浸泡在95℃的4%～5%NaOH溶液中2 min，揉搓去皮，及時用流動水清洗殘液，瀝干表面的水分后切成2，4，6 mm厚度均勻的薄片。

（2）熱燙、護色。95℃的3%NaCl溶液中加熱1～3 min（以燙透為準(zhǔn)，但不可燙得軟爛），然后立即放入加有3%檸檬酸的冰水中冷卻，以減緩加熱引起的軟化以及護色，用濾紙吸除胡蘿卜表面的水分。

（3）干燥。胡蘿卜切片后單層定量裝盤，在熱風(fēng)干燥箱中干燥。定時取出稱質(zhì)量，直至濕基含水率14%（安全貯藏水分）。

（4）回軟。在包裝前一般應(yīng)進行回軟，即把已干燥的產(chǎn)品堆積在一起，經(jīng)1～3 d，含水量即可均勻一致。

（5）包裝。小包裝多采用不透光的復(fù)合薄膜真空或充氮密封包裝。

1.2.3 檢測項目及方法

（1）水分含量的測定。參照GB 5009.3—1985食品中水分的測定方法，物料最初含水率及絕干物料質(zhì)量可用105℃烘干法測定。

式中：m0——原始質(zhì)量；

md——絕干物料質(zhì)量。

式中：w1——時間t1時的干基含水率；

w2——時間t2時的干基含水率。

Δt——2次稱質(zhì)量的時間差。

（2）VC含量測定。參考文獻[5]的方法測定。

（3）能耗。熱風(fēng)干燥能耗（kW·h）=通電時間（h）×功率（該試驗的熱風(fēng)干燥功率一律選為2 kW），通電時間=干燥時間×0.16（0.16是通過對熱風(fēng)干燥各因素下試驗的觀測得出的經(jīng)驗系數(shù)）

（4）外觀品質(zhì)。由評分小組，對干制品的外觀進行評分。

熱風(fēng)干燥后胡蘿卜外觀品質(zhì)評分規(guī)則見表1。

（5）干制品的復(fù)水性能試驗。干制品的復(fù)水性也是其品質(zhì)的一個評判標(biāo)準(zhǔn)，用復(fù)水速率表示。

復(fù)水性試驗可按以下步驟操作：取2.00 g不同影響因素下制得的胡蘿卜片放入燒杯中并加入50℃的溫水，然后置于50℃的恒溫水浴鍋內(nèi)，每隔10 min稱1次質(zhì)量，重復(fù)5次。稱質(zhì)量時，要將胡蘿卜片表面的水分用濾紙吸干。

表1熱風(fēng)干燥后胡蘿卜外觀品質(zhì)評分規(guī)則/分

2 結(jié)果與分析

2.1 熱風(fēng)干燥過程特性的研究

考查熱風(fēng)溫度、切片厚度和裝載量對干基含水率、干基失水速率、耗電量等干燥過程特性的影響。2.1.1溫度對胡蘿卜熱風(fēng)干燥特性的影響

根據(jù)胡蘿卜的質(zhì)地、含水量、營養(yǎng)成分及能耗、時耗等諸多因素，選擇熱風(fēng)干燥胡蘿卜的溫度為70，80，90℃。

不同干燥溫度下胡蘿卜水分含量變化見圖1。

圖1 不同干燥溫度下胡蘿卜水分含量變化

由圖1可知，低溫下胡蘿卜失水比較均勻，但時間較長，此時胡蘿卜呈線性收縮。從產(chǎn)品外觀看，隨干燥溫度升高胡蘿卜變形程度增加。

不同干燥溫度下干燥速率變化見圖2。

圖2 不同干燥溫度下干燥速率變化

由圖2可知，不同干燥溫度脫水過程呈現(xiàn)出熱風(fēng)干燥典型的3個階段，即加速干燥階段、恒速干燥階段、降速干燥階段，干燥初期是預(yù)熱階段，速度緩慢上升；進入表面氣化控制后，干燥速度維持不變，所有熱量用來進行水分蒸發(fā)；進入結(jié)合水蒸發(fā)階段，干基失水速率開始下降。從3個階段看，干燥溫度越大，干基失水速率也越大。

不同干燥溫度下能耗變化見圖3。

圖3 不同干燥溫度下能耗變化

由圖3可知，含水率較高時，干燥溫度對耗電量的影響很?。缓瘦^低時，干燥溫度對耗電量影響增加，且干燥溫度越高耗電量越低。實際上，隨著干燥時間增加，耗電量呈線性增加，不同干燥溫度3條直線斜率不同，干燥溫度越大斜率越大，其耗電量越大。低溫長時的干燥能耗較高，溫短時略高。

能耗并非根據(jù)干燥時間計算，而是根據(jù)通電時間算得。通過對各試驗的觀察，在裝載量較小的情況下（50～150 g），通電時間約為干燥時間的0.16倍，即能耗=干燥時間×0.16×功率。

2.1.2 切片厚度對胡蘿卜熱風(fēng)干燥特性的影響

干燥溫度80℃，裝載量100 g，切片厚度2，4，6 mm時，胡蘿卜水分含量、干燥速率、能耗的變化。

不同切片厚度下干燥過程中水分含量變化見圖4。

圖4 不同切片厚度下干燥過程中水分含量變化

由圖4可知，干燥過程中干基含水率隨切片厚度不同而不同，2 mm粒度和4 mm粒度下干基含水率幾乎重合，而6 mm粒度下干燥前期干基含水率略高。這是因為粒度加大后水分逸出的路徑變長，同時物料和熱空氣接觸面積變小所致[6]。

不同切片厚度下干燥速率變化見圖5。

由圖5可知，6 mm粒度下干基失水速率較??；2 mm和4 mm粒度下粒度增大干基失水速率并沒有相應(yīng)增加，這可能是因為粒度過小以后，在一定的裝載量下，物料表面迅速形成干硬膜，阻礙了干燥過程的進行；而干燥后期2 mm粒度的物料干基失水速率變大也證明了這一點。

不同切片厚度下能耗變化見圖6。

由圖6可知，耗電量與含水率是非線性關(guān)系。含水率較高的干燥初期，切片厚度對耗電量影響較??；含水率下降后，切片厚度對耗電量影響高于初期。實際上，在溫度一定的條件下進行干燥，耗電量與干燥時間呈線性變化。

2.1.3 裝載量對胡蘿卜熱風(fēng)干燥特性的影響

干燥溫度80℃，切片厚度2 mm，裝載量50，100，150 g時進行干燥。

不同裝載量下水分含量變化見圖7，不同裝載量下干燥速率變化見圖8。

圖5 不同切片厚度下干燥速率變化

圖6 不同切片厚度下能耗變化

圖7 不同裝載量下水分含量變化

圖8 不同裝載量下干燥速率變化

由圖7和圖8可知，裝載量不同時相應(yīng)的干燥速率也不同，裝載量越大，其干燥速率越小。通過計算，裝載量增加1倍，其干燥時間增加0.7～0.8倍。50 g的裝載量和100 g的裝載量相比干燥速率較大，但從圖7的情況來看，二者基本相當(dāng)，說明在試驗條件下，50 g的裝載量未能充分利用能量，造成了部分能量浪費。

不同裝載量下能耗變化見圖9。

圖9 不同裝載量下能耗變化

由圖9可知，干制到相同的含水率，耗電量隨著裝載量的增加而增加。50 g裝載量能耗較小；100 g和150 g相比，能耗基本相同，說明試驗裝置在這2個裝載量下能量利用較為充分。

2.2 熱風(fēng)干燥最佳參數(shù)的選取

在以上單因素試驗基礎(chǔ)上，綜合比較熱風(fēng)干制胡蘿卜VC含量、能耗、時耗、外觀品質(zhì)、復(fù)水性作為比較指標(biāo)得出最佳熱風(fēng)干燥溫度、胡蘿卜切片厚度和裝載量。

2.2.1 熱風(fēng)干燥所得胡蘿卜的VC含量

不同工藝條件下的VC含量見表2。

表2不同工藝條件下的VC含量

由表2可知，切片厚度、裝載量對于終產(chǎn)品的VC含量影響較小。VC在干燥中的損失主要是氧化損失，在試驗參數(shù)范圍內(nèi)，切片厚度、裝載量對于氧化的影響不大，因此損失較小。

不同干燥溫度下制得的胡蘿卜片VC則有較大變化，干燥溫度越高，VC含量越低。由于熱風(fēng)干燥所需時間很長，VC的損失主要發(fā)生在最初的1 h內(nèi)，而熱風(fēng)干燥時間一般都超過1 h，因此干燥溫度是影響VC含量的最主要因素，干燥溫度越高，VC損失率越高，所制得的胡蘿卜片VC含量越低。

2.2.2 熱風(fēng)干燥所得胡蘿卜的復(fù)水特性

復(fù)水試驗結(jié)果表明，切片厚度、裝載量不同的產(chǎn)品在復(fù)水速度和復(fù)水率方面沒有顯著差異。

熱風(fēng)干燥溫度對于復(fù)水速率的影響見表3。

由表3可知，不同干燥溫度下制得的胡蘿卜片復(fù)水速率各不相同，干燥溫度越高復(fù)水速率越小，復(fù)水性就越差。前10 min復(fù)水較快，隨復(fù)水時間延長，復(fù)水速率逐漸下降。高溫干制會造成制品內(nèi)的一些不可逆變化，從而影響了復(fù)水速率和最終的復(fù)水率。

2.2.3 熱風(fēng)干燥所得胡蘿卜的外觀品質(zhì)

（1）不同干燥溫度下的胡蘿卜干品感官品質(zhì)評分。不同溫度下胡蘿卜干品感官品質(zhì)評分見表4。

表3熱風(fēng)干燥溫度對復(fù)水速率的影響/g·min-1

表4不同溫度下胡蘿卜干品感官品質(zhì)評分/分

由表4可知，不同干燥溫度下制得的胡蘿卜片外觀品質(zhì)并沒有很大差別，90℃下制得的胡蘿卜品質(zhì)與70℃制得的胡蘿卜片品質(zhì)差別不明顯，只是前者干燥溫度高，非酶褐變程度較大。熱風(fēng)干燥條件下胡蘿卜出現(xiàn)的外觀品質(zhì)問題主要是胡蘿卜片的卷曲，卷曲主要出現(xiàn)在含水量干燥到較少時發(fā)生，可通過增加切片厚度減少卷曲。所以，熱風(fēng)干燥下的胡蘿卜片品質(zhì)較好、得分較高。

切片厚度為2，4，6 mm的胡蘿卜片經(jīng)熱風(fēng)干燥后的成品外觀品質(zhì)沒有顯著差別，只是厚度大的卷曲程度較小。裝載量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響也不明顯，且熱風(fēng)干燥箱的裝載量較大，試驗所選的裝載量都較箱體的容量小得多，所以裝載量對產(chǎn)品的外形基本上沒有影響。

2.2.4 熱風(fēng)干燥最佳參數(shù)的選取

綜合以上分析，在試驗選取的3個因素中，切片厚度對胡蘿卜的品質(zhì)影響不是很明顯，4，6 mm時制得的產(chǎn)品卷曲較小，但6 mm時消耗能量過多，因此此單因素試驗選擇切片厚度為4 mm。裝載量對產(chǎn)品的品質(zhì)影響不大，該因素的3個水平（50，100，150 g）下產(chǎn)品外觀品質(zhì)基本沒有區(qū)別，綜合考慮選擇100 g。因此，綜合評分時以干燥溫度作為主要依據(jù)。

為了綜合評價不同干燥溫度對干燥效果的影響，把各干燥溫度下胡蘿卜品質(zhì)指標(biāo)列于表4，為了便于比較，對各指標(biāo)值進行加權(quán)平均處理：

熱風(fēng)干燥綜合評分見表5。

表5熱風(fēng)干燥綜合評分/分

由表5可知，指標(biāo)選擇為時間、能耗、外觀、VC含量，這4個指標(biāo)對胡蘿卜的品質(zhì)影響較大。從表5看出，通過對4個指標(biāo)的綜合評分得出了干燥溫度參數(shù)的最佳值，為80℃。

3 結(jié)論

熱風(fēng)干燥是常規(guī)的蔬菜脫水方法，試驗比較了不同干燥溫度、切片厚度粒、裝載量下胡蘿卜熱風(fēng)干燥特性。結(jié)果表明，試驗條件內(nèi)對于胡蘿卜品質(zhì)影響最大的是溫度。通過對干燥所耗時間、能耗、VC含量、外觀品質(zhì)綜合評價，篩選得到最優(yōu)參數(shù)為干燥溫度80℃，切片厚度4 mm，裝載量100 g。

[1]王希卓.果蔬加工技術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2016：123-140.

[2]胡敏.新編營養(yǎng)師手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016：73-86.

[3]張麗華.果蔬干制與鮮切加工[M].鄭州：中原農(nóng)民出版社，2016：93-102.

[4]曾慶孝.食品加工與保藏原理[M].第3版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015：153-160.

[5]王樂樂，安華明.HPLC測定刺梨果實中維生素C含量方法的優(yōu)化[J].現(xiàn)代食品科技，2013（2）：397-400.

[6]謝奇珍，沈瑾，程嵐.脫水蔬菜加工技術(shù)與設(shè)備[M].銀川：寧夏少年兒童出版社，2010：96-120.◇

Multi-index Comprehensive Evaluation of Carrot Hot Air Drying

TIAN Yanjin1，HUANG Yuwen1，CAO Feifan1，WANG Chun1，LUO Lin1，2，*DING Qingzhi1，2
（1.School of Food and Bio-engineering，Jiangsu University，Zhenjiang，Jiangsu 212013，China；2.Minsitry of Agricalture Vegetable Dehydration Processing Technology Integration Base，Jiangsu University，Zhenjiang，Jiangsu 212013，China）

In order to study the effect of different factors on the drying characteristics of hot air，carrot is dried by hot air，the appearance quality of the dried carrot，rehydration time，save the amount of VC，energy consumption and other indicators are investigated.The results show that the optimal parameters of hot air drying of carrot：slice thickness 4 mm，loadage 100 g，dryingtemperatare 80℃.

carrot；microwave drying；hot air drying；energy conservation

TS255

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.05.008

1671-9646（2017）05a-0023-04

2017-04-22

江蘇省博士后基金（1302013A，1501105B）；江蘇省農(nóng)產(chǎn)品物理加工重點實驗室基金（JAPP2012-5）；江蘇大學(xué)高級人才啟動基金（10JDG031）；江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項目（PAPD2012）；江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201613986009Y，201610299127H，201410299025Z）；江蘇大學(xué)大學(xué)生科研立項（Y15A111）。

田宴巾（1998—），女，在讀本科，研究方向為食品農(nóng)產(chǎn)品快速無損檢測技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用。

*通訊作者：丁青芝（1975—），女，博士，副教授，研究方向為酒類催陳、物理場在食品加工中的應(yīng)用、生物活性成分的提取利用等。