不同干燥工藝對恰瑪古制干特性的影響

徐 庚，王慶惠，馬月虹，郭 輝，楊忠強，謝知軒

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學機電工程學院,烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)機械化研究所,烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】恰瑪古，學名蕪菁(BrassicarapaL.)，又名蔓菁，主要種植區(qū)域在我國新疆和西藏地區(qū)。恰瑪古除富含鈣、鐵、鉀、鋅等有益健康的堿性礦物元素及有機生物堿外，還含有蛋白質、粗纖維、亞油酸、類黃酮、多糖、皂甙、十九種氨基酸[1-3]等多種物質，是一種堪比人參的藥食同源[4]的植物。恰瑪古長置久放之后會導致水分及營養(yǎng)成分的流失，新鮮恰瑪古向外運輸成本高，因此要向外擴大市場，就需要對恰瑪古進行加工。加工之后的恰瑪古食用、攜帶以及與其他食物搭配也較為方便，且加工之后的恰瑪古較之未加工的恰瑪古儲存期變長，營養(yǎng)成分流失減緩?！厩叭搜芯窟M展】目前，國內外對于恰瑪古成分研究較多，主要集中在多糖[4]、黃酮[5]、皂苷[6]等成分的提取以及醫(yī)用方面[7-8]。恰瑪古至今在食品加工方面僅限于鮮食、制備飲料[9]、醬菜[10]和恰瑪古粉(恰瑪古片劑[11])，加工途徑較少，市場占有率低。高琦等[12]通過真空冷凍、變溫壓差膨化干燥、紅外干燥、熱風干燥四種不同的干燥方式進行實驗對比，真空冷凍的干燥方式對于各成分、整體體積保持最好，變溫壓差膨化干燥和熱風干燥的復水比較高，綜合考慮，變溫壓差膨化干燥工藝較優(yōu)。孟伊娜等[13]以熱風干燥、微波真空干燥和聯(lián)合干燥三種方法進行實驗，發(fā)現(xiàn)熱風干燥+微波真空干燥+變溫壓差膨化干燥的聯(lián)合的干燥工藝較優(yōu)，其組織、網(wǎng)狀結構和空腔較好，較高程度的保持了恰瑪古原有的外觀、色澤以及口感。溫度對于干燥速度有顯著影響，是由于溫度越高，內部溫度梯度越大，熱流密度增加，干燥介質與物料之間的溫度差變大，傳熱速率提高；同時溫度的升高會降低干燥介質的相對濕度，使其蒸汽壓差變大，提高傳質速率[14-16]；傳熱和傳質速率的增加會有效的縮短干燥持續(xù)時間。相比于未處理和氯化鈉預處理，熱燙處理顯著地增加恰瑪古切片的干燥速率，是由于熱燙處理破壞了恰瑪古切片內部的組織，從而降低干燥過程中切片內部的水分擴散阻力，因此熱燙處理可以顯著提高切片的干燥速率?！颈狙芯壳腥朦c】目前對于恰瑪古加工研究報道較少，對干制加工脆片產(chǎn)品方面報道也少。雖然對恰瑪古加工利用方面報道日益增多，但較少對加工方法、物料進行深入研究，對恰瑪古熱風干燥進行單因素試驗不足以反映出各因素綜合作用時對恰瑪古干燥速率、品質及能耗的影響，研究在以往經(jīng)驗工藝的基礎上通過設計正交試驗對干燥工藝進行優(yōu)化。根據(jù)不同的干燥工藝，得出一個較優(yōu)的恰瑪古熱風干燥工藝。【擬解決的關鍵問題】近年來熱風干燥技術在新疆快速應用，熱風干燥技術得到了發(fā)展[14-15]。利用熱風干燥設備，根據(jù)干燥溫度、切片厚度和不同預處理方式3個重要的因素設計三因素三水平的正交試驗。研究不同制干工藝對恰瑪古制干特性的影響，確定較優(yōu)的熱風干燥工藝，為恰瑪古加工利用提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

所采用的設備為熱風干燥設備(新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)機械化研究所)。其它儀器與設備：YP-5002型電子天平(余姚市金諾天平儀器有限公司，0.01 g)；DHG-9140A型電熱恒溫鼓風干燥箱(上海一恒科技有限公司)；SMY-2000型色差計(北京盛名揚科技開發(fā)責任有限公司)；BXG-11/300型果蔬保鮮庫。

恰瑪古原料購于新疆烏魯木齊市九鼎市場，原料無嚴重破損、無病變，購買后放在2～4℃條件下的冷庫中冷藏備用。恰瑪古的平均初始濕基含水率為92.43%±1.2%(恒溫干燥箱，24 h)。

1.2 方 法

1.2.1 清理與切片

從冷庫中取出冷藏的鮮恰瑪古，在常溫下放置12 h，進行清洗和切片，在預處理之后去除表面水分(放置于通風處瀝干)。開啟設備電源，設置預期的干燥工藝，設備進行預熱，當設備的干燥室內溫度達到設定溫度時，將恰瑪古按照試驗設計進行擺盤(單層依次均勻擺放)、測重，快速放入設備，試驗開始。

1.2.2 前期預處理

將恰瑪古切為三種不同的厚度分別為3、5、7 mm，分為三部分：一部分不做任何處理；一部分90℃的熱水2 min的熱燙處理；另一部分選取0.6%氯化鈉溶液浸泡2 h。

1.2.3 正交試驗

將熱風溫度、切片厚度和不同的前期預處理作為正交試驗的三個影響恰瑪古外觀品質的因素，每個因素均設有三個水平。其中，干燥溫度分別設定為55、60和65℃；切片厚度分別為3、5和7 mm；前期預處理分別為a(未處理)、b(90℃，2 min熱燙處理[16])和c(0.6%氯化鈉溶液浸泡2 h)。正交試驗的指標分別為干燥的持續(xù)時間、切片的色澤、感官評分以及電能損耗，根據(jù)試驗需要選擇L9(34)正交試驗表[17]。表1

干燥過程中，每1 h時測一次物料的重量，之后迅速將物料放回繼續(xù)進行熱風干燥。當濕基含水率降到13%以下或質量變化小于0.02 g/h時停止試驗，取出冷卻后放入保鮮袋中貯存，然后進入下一組試驗，每組試驗重復三次。

表1 正交試驗因素與水平
Table 1 Factors and levels orthogonal test

水平LevelA溫度Temperature(℃)B切片厚度Slicethickness(mm)C預處理Preprocessing1553a(未處理)2605b(熱燙)3657c(氯化鈉)

1.2.4 干燥指標計算

1.2.4.1 干燥持續(xù)時間

干燥持續(xù)時間：通過測量質量變化小于0.02 g/h(或當濕基含水率降到13%以下)時，結束干燥，記錄不同干燥工藝所持續(xù)的時間。

1.2.4.2 恰瑪古的色澤

通過CIELAB表色系統(tǒng)(也稱為L＊、a＊、b＊表色系)，利用色差計對干燥完成的每組樣品進行測樣，測量恰瑪古的L＊、a＊、b＊。L＊(亮度)表示黑白，0為黑色，100為白色；a＊(紅綠值)正值時為紅，負值為綠；b＊(黃藍值)正值時為黃，負值時為藍色，0為中性色。其中，L＊、a＊、b＊值中，L＊值對于恰瑪古的色澤影響較大，所以本次試驗主要選取L＊值作為研究對象。看參數(shù)L＊的變化情況，算出每組樣品中L＊的平均值，最后比較各組樣品參數(shù)的L＊平均值。當參數(shù)L＊>0時，L＊值越大，恰瑪古切片的亮度越高，色澤越好。

1.2.4.3 感官評分

選取具有一定干制品品嘗經(jīng)驗的9人專家組對干燥后恰瑪古的口感、組織形態(tài)(主要看其卷曲率以及表面平整度)、色澤和氣味進行感官評分；然后取其平均值作為評判的標準。表2

表2 感官評分標準
Table 2 Sensory grading standard

指標Index評價標準Evaluationcriterion滿分Fullmarks口感具有一定脆感3組織形態(tài)無裂縫3色澤恰瑪古干呈白色、無褐變2氣味具有恰瑪古特有的香味2

1.2.4.4 能耗

分別記錄每組開始與結束時電表的數(shù)值，計算出其差值，即為干燥該組試驗所損耗的電能。表3

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)的分析與計算采用SPSS 17.0軟件以及Excel處理。

表3 正交試驗結果
Table 3 The results of orthogonal test

試驗方案Testscheme試驗指標Testindex試驗號TestnumberA溫度Testnumber(℃)B切片厚度Slicethickness(mm)C預處理PreprocessingD干燥持續(xù)時間Dryingduration(h)切片亮度Slicebrightness感官評分Sensorygrading耗電量Powerconsumption(kw/h)11(55)1(3)1(a)11289.248.69.9212(5)2(b)21477.286.611.6313(7)3(c)31689.497.313.242(60)123976.697.78.8522311388.388.212.7623121788.146.816.673(65)132984.958.314.7832131283.467.419.6933211475.285.522.8

2 結果與分析

2.1 不同干燥因素對干燥持續(xù)時間的影響

研究表明,溫度對應的F值為5.276；切片厚度所對應的F值為30.97，F(xiàn)>F0.05=19；不同的預處理對應的F=1.855；有95%的把握判斷不同切片厚度對恰瑪古的干燥持續(xù)時間有高度顯著的影響，干燥溫度以及不同的預處理對干燥持續(xù)時間有一定程度的影響。切片厚度所對應的極差值最大，溫度所對應的極差值其次，空白列D所對應的極差值最小，不同的預處理方式所對應的極差和空白列D所對應的極差相差較小。切片厚度對于干燥持續(xù)時間最大，不同的預處理方式對于干燥持續(xù)時間的影響較小。對于干燥持續(xù)時間有影響作用因素的主次順序為BAC，其因素水平較優(yōu)的組合為A3B1C2。表4，表5

在相同溫度、不同切片厚度和不同預處理的情況下，樣品質量隨著干燥時間的變化，幾條曲線在不斷靠近，最后幾近重合；從9組試驗樣品質量隨干燥時間的變化曲線可以看出，相同溫度的條件下，變化曲線的斜率不同，不同的切片厚度和不同的預處理對于干燥持續(xù)時間有一定的影響，其中熱燙處理相對于其他兩種處理方式，干燥持續(xù)時間更短；在不同溫度條件下，樣品質量隨干燥時間的變化曲線斜率的差別較大，溫度對于恰瑪古干燥速率有顯著的影響。圖1

表4 不同干燥因素下干燥持續(xù)時的方差
Table 4 Variance analysis of the influence of different drying factors on the drying duration

方差來源Sourceofvariance偏差平方和Sumofsquaresofdeviations自由度Freedom(f)均方和Meansquaresum方差Variance(F)顯著性Saliency溫度Temperature8.22224.1115.279?切片厚度Slicethickness48.222224.11130.97???預處理Preprocessing2.88921.4441.855?誤差Error1.55720.779總和Sum60.898

圖1 樣品重量隨干燥時間的變化
Fig. 1 Curve of sample weight with drying time

溫度對于干燥速度有顯著影響，是由于溫度越高，內部溫度梯度越大，熱流密度增加，干燥介質與物料之間的溫度差變大，傳熱速率提高；同時溫度的升高會降低干燥介質的相對濕度，使其蒸汽壓差變大，提高傳質速率[18-20]；傳熱和傳質速率的增加會有效的縮短干燥持續(xù)時間。相比于未處理和氯化鈉預處理，熱燙處理顯著地增加恰瑪古切片的干燥速率，是由于熱燙處理破壞了恰瑪古切片內部的組織，降低干燥過程中切片內部的水分擴散阻力，熱燙處理可以顯著提高切片的干燥速率。

表5 不同干燥因素下對干燥持續(xù)時間的極差
Table 5 Range analysis of the influence of different drying factors on the drying duration

試驗結果ExperimentalresultABCDK142304139K239393740K335473837Qj150.3331543.33314981496.667Sj8.22248.2222.8891.556極差R71731主→次Primary→secondaryBAC最優(yōu)組合OptimalcombinationA3B1C2

2.2 不同干燥因素對恰瑪古色澤的影響

研究表明,溫度對應的F=14.245，F(xiàn)>F0.1=9，切片厚度對應的F=1.228，不同預處理方式對應的F=121.174，F(xiàn)>F0.05，有90%的把握判斷溫度對恰瑪古的色澤有較高程度影響，有99%的把握判斷不同的預處理對恰瑪古的色澤有較高程度影響。不同預處理方式所對應的極差值最大，切片厚度所對應的極差值比D空白列所對應的極差值小，切片厚度對恰瑪古的亮度影響較小。氯化鈉對于恰瑪古有一定的護色(保護組織)作用，而高溫、長時間的熱燙會使恰瑪古發(fā)生褐變。溫度越高，恰瑪古的組織越容易被破壞，當組織被破壞后，組織內部會被大量的氧氣侵入，進而打破組織內部氧化還原反應之間的動態(tài)平衡，于是發(fā)生氧化產(chǎn)物的積累和進一步聚合氧化，從而發(fā)生褐變[21]，使得恰瑪古的L＊、a＊、b＊值降低，影響恰瑪古干燥后產(chǎn)品的色澤。對切片亮度有影響作用的因素的主次順序為CAB，因素水平較優(yōu)的組合為A1B3C3。表6,表7

表6 不同干燥因素下恰瑪古色澤的方差
Table 6 Variance analysis of the influence of different drying factors on the color

方差來源Sourceofvariance偏差平方和Sumofsquaresofdeviations自由度Freedom(f)均方和Meansquaresum方差Variance(F)顯著性Saliency溫度Temperature27.806213.90314.245??切片厚度Slicethickness2.39821.1991.228?預處理Preprocessing236.5322118.266121.174???誤差Error1.95120.976總和Sum268.6888

表7 不同干燥因素下恰瑪古色澤的極差
Table 7 Range analysis of the influence of different drying factors on the color

實驗結果ExperimentalresultABCDK1256.01250.88260.84252.9K2253.21249.12229.25250.37K3243.69252.91262.82249.64Qj63013.74762988.33963222.47462987.892Sj27.8062.398236.5331.951極差RRange12.322.0333.573.26主→次Primary→secondaryCAB最優(yōu)組合OptimalcombinationA1B3C3

2.3 不同干燥因素對恰瑪古感官評價的影響

研究表明,溫度對應的F=4.628；切片厚度對應的F=43.628，F(xiàn)>F0.05= 19；不同的預處理對應的F=144.44，F(xiàn)>F0.01=99.01；有95%的把握判斷切片厚度對恰瑪古的感官評價有較高程度影響，有99%的把握判斷不同預處理對恰瑪古的感官評價有高顯著度的影響。切片厚度和不同的預處理方式所對應的極差值較大，溫度所對應的極差值較小，溫度對恰瑪古干燥后產(chǎn)品感官評價的影響相對較小，其影響程度沒有切片厚度和不同的預處理方式對于感官評價的影響程度大。這是由于溫度、切片厚度及不同預處理3個因素中，切片厚度的脆性對恰瑪古的口感影響較大；溫度和預處理對恰瑪古組織形態(tài)的影響程度較低，切片厚度對其組織形態(tài)的影響程度較高；切片厚度對恰瑪古干燥的色澤影響較小，對恰瑪古本身特有的香氣有較大影響。切片厚度對感官評價的影響最高。對恰瑪古感官評價有影響作用的因素的主次順序為BAC，因素水平較優(yōu)的組合為A2B1C3。表8,表9

表8 不同干燥因素下恰瑪古感官評價的方差
Table 8 Variance analysis of the influence of different drying factors on the degree of sensory evaluation

方差來源Sourceofvariance偏差平方和Sumofsquaresofdeviations自由度Freedom(f)均方和Meansquaresum方差Variance(F)顯著性Saliency溫度Temperature0.44220.2214.628?切片厚度Slicethickness4.16922.08443.628??預處理Preprocessing2.88921.444144.444???誤差Error0.09620.048總和Sum7.5968

表9 不同干燥因素下恰瑪古感官評價的極差
Table 9 Range analysis of the influence of different drying factors on the degree of sensory evaluation

實驗結果ExperimentalresultABCDK122.524.622.822.3K222.722.219.821.7K321.219.623.822.4Qj490.327494.053492.773489.98Sj0.4424.1692.8890.096極差RRange1.5540.7主→次Primary→secondaryBCA最優(yōu)組合OptimalcombinationA2B1C3

2.4 不同干燥因素對熱風干燥耗電量的影響

研究表明,溫度對應的F=39.067，F(xiàn)>F0.05=19；切片厚度F=24.78 ，F(xiàn)>F0.05；不同的預處理對應的F=2.029；有95%的把握判斷溫度和切片厚度對恰瑪古的感官評價有較高程度影響，不同的預處理方式有一定的影響，但影響相比于溫度和切片厚度較低。溫度和切片厚度所對應的極差值較大，不同的預處理方式和空白列所對應的極差值相差不大，不同的預處處理方式對恰瑪古熱風干燥有一定的影響，但是影響程度較低。溫度越高，平均耗電量越高；切片厚度越厚，干燥時間越長，耗電量越高；不同預處理，對于干燥持續(xù)時間影響較小，對于能耗的影響相對較小。對切片收縮程度有影響作用的因素的主次順序為BAC，因素水平較優(yōu)的組合為A2B1C2。表10,表11

3 討 論

3.1 制干工藝對恰瑪古干燥持續(xù)時間的影響

切片厚度對于干燥持續(xù)時間影響最大，是因為切片厚度越薄，物料水分從內部到表面的距離越短，干燥所需時間越短，與前人研究研究熱風干燥過程中的研究結論一致[22]。不同預處理方式對干燥持續(xù)時間有一定的影響，在一定程度上都能提高其干燥速率[23-25]，縮短干燥持續(xù)時間，其中熱燙處理對干燥持續(xù)時間影響最大，苑亞等[16]也得出相同結論。

3.2 制干工藝對恰瑪古干色澤的影響

不同干燥工藝對恰瑪古的色澤都有一定的影響，閆圣坤等[26]在小白杏色澤的變化及其動力學研究結果表明，對色澤的變化影響主要是褐變，溫度越高，產(chǎn)品越容易發(fā)生褐變；其中切片厚度對色澤的影響最低，與試驗得出的結論一致。

表10 不同干燥因素下熱風干燥耗電量度的方差
Table 10 Variance analysis of the influence of different drying factors on power consumption in hot air drying

方差來源Sourceofvariance偏差平方和Sumofsquaresofdeviations自由度Freedom(f)均方和Meansquaresum方差Variance(F)顯著性Saliency溫度Temperature97.147248.57339.067???切片厚度Slicethickness61.62230.8124.78???預處理Preprocessing5.04722.5232.029?誤差Error2.48721.243總和Sum166.38

表11 不同干燥因素下熱風干燥耗電量的極差
Table 11 Range analysis of the influence of different drying factors on power consumption in hot air drying

實驗結果ExperimentalresultABCDK134.733.446.145.4K258.143.943.242.9K357.152.640.641.6Qj1972.0371936.511879.9371877.377Sj97.14761.625.0472.487極差RRange22.419.25.53.8主→次Primary→secondaryABC最優(yōu)組合OptimalcombinationA2B3C1

3.3 制干工藝對恰瑪古干感官評價的影響

不同干燥工藝對恰瑪古的感官評價都有一定的影響，張彩芳等[27]在不同切片方式對黃秋葵熱風干燥特性的影響結果表明切片處理能夠改變消費者對黃秋葵熱風干燥產(chǎn)品的接受程度，與此次試驗得出的結論一致：不同的切片厚度，消費者對恰瑪古熱風干燥產(chǎn)品的的感官評價不同。

不同預處理對于恰瑪古熱風干燥產(chǎn)品的感官評價有影響，這是由于不同預處理的方式對于恰瑪古的口感、色澤及其獨有的風味有影響，從而影響恰瑪古產(chǎn)品的感官評價。

3.4 制干工藝對恰瑪古干燥能耗的影響

胡眾歡等[28]在甘藍型油菜籽薄層熱風干燥的能耗分析與研究的結果表明：縮短干燥時間，能減少能量的消耗。與試驗得出的結論一致：切片厚度以及不同預處理對能耗有一定的影響，這是由于切片厚度和預處理對其干燥時間有一定的影響，影響電量的損耗。

4 結 論

熱風干燥具有技術成熟、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質量高等優(yōu)點，根據(jù)恰瑪古不同的前期預處理、熱風干燥設備不同的參數(shù)設置，設計并進行正交試驗，對不同干燥工藝對應的不同干燥持續(xù)時間、產(chǎn)品品質以及能耗進行正交試驗研究，恰瑪古熱風干燥較優(yōu)的工藝為：溫度55℃，切片厚度3mm，較優(yōu)的前期預處理方式為氯化鈉處理。干燥溫度越低，質量越好；切片越薄，脆性越好；經(jīng)氯化鈉溶液浸泡，起到一定護色和保留原有風味的作用。