不同干燥方式對黃花菜干燥效果的影響

王瑩瑩，武曄秋，劉 玥

（1.山西大同大學煤炭工程學院，山西 大同 037009；2.山西大同大學建筑與測繪工程學院，山西 大同 037009）

黃花菜別名萱草，又叫金針菜，富含多種蛋白質、脂肪、鈣、磷、鐵等營養(yǎng)元素，在我國南北方均有種植[1-2]。2020 年5 月11 日，習近平總書記赴山西調研考察，首站到達大同市云州區(qū)有機黃花標準化種植基地——西坪鎮(zhèn)坊城新村，了解鞏固脫貧攻堅成果的工作情況。習近平總書記指出：“小黃花大產(chǎn)業(yè)”，黃花也能做成大產(chǎn)業(yè)，有著很好的發(fā)展前景，要保護好、發(fā)展好這個產(chǎn)業(yè)，讓黃花成為群眾脫貧致富的“致富花”。黃花菜中富含卵磷脂，卵磷脂可以修復受損的細胞膜，提高人體新陳代謝能力，讓皮膚變得更好，起到抗衰老作用；也可以調節(jié)血脂，對于防止心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)生有一定效果；還能分解膽汁中的膽固醇，從而預防膽結石[3]。

黃花菜的采摘時間要求極為嚴格，采收季節(jié)一般為6 月初至8 月底，這時黃花菜產(chǎn)量高、質量好，也正由于其產(chǎn)量巨大，保存不當就會產(chǎn)生損耗。黃花菜的保存一般是利用干燥技術制成干黃花菜。干燥就是將各種物料中水分去除的過程，日常工序中常見的干燥方法有直曬、晾干、熱風氣流干燥、真空干燥、微波干燥、熱泵烘干。直曬法是指直接干燥，極易受到天氣影響；晾干法利用自然通風的方式進行干燥，適用于采收期常有降雨侵擾的地區(qū)和肉薄質地疏松的品種；干燥箱烘干是利用溫度傳感器將工作室內部的實際溫度轉換為電信號，經(jīng)過集成放大器的放大、比較后，輸出控制信號，有效地控制電加熱絲的平均加熱功率，使工作室內的溫度保持恒溫，優(yōu)點在于其不受天氣等外界因素影響、設備結構簡單、易于操作，不足之處是干燥時間久、干燥不均勻；真空干燥在食品的生產(chǎn)過程中能最大程度地保存食品中的營養(yǎng)元素，防止食品發(fā)生變質，但初期投資多、動力消耗大、運行成本相對較高；微波干燥技術的初期投資與運行成本高、操作難度高。因此，本研究通過對比自然晾干干燥、干燥箱烘干和真空冷空干燥3 種烘干方式，探究出一種適合黃花菜的干燥工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料

大同黃花菜：選擇花蕾無損傷、充分發(fā)育、外形飽滿、顏色由青綠轉黃、花瓣結實、沒有開花的花蕾，已經(jīng)開花的黃花菜含有毒性，不可食用。截取單蕾鮮重3.5～5.5 g，粗細大致相同，均勻切成40 cm 的小段。

1.1.2 儀器與設備

101-013 型恒溫干燥箱，紹興市易誠儀器制造有限公司；YTLG-10A 型真空冷凍干燥箱，上海葉拓儀器儀表有限公司；UTP313 型電子秤，上海花潮電器有限公司；路格L95-4 型溫度記錄儀，山東仁科測控技術有限公司。

1.2 方法

1.2.1 殺青處理

新鮮黃花菜先進行殺青處理，利用高溫蒸氣快速殺滅花蕾中組織細胞的活性，從而達到阻止黃花菜的呼吸消耗、酶促褐變、開花等目的，同時去除新鮮黃花菜中的有毒物質。將采收的花蕾及時蒸制，蒸制溫度控制在70 ℃（據(jù)文獻查得此溫度下晾干、烘干表現(xiàn)最好，干制黃花菜的營養(yǎng)成分相對含量最高[4]），蒸制時間設置為8~10 min，達到5 成熟為準，顏色由黃轉綠，花柄開始發(fā)軟，手搓花蕾有輕微的嗦嗦聲即可。

1.2.2 干燥處理

干制黃花菜的含水量不超過14%即可[5]。將殺青處理后的黃花菜分別采用自然晾干干燥、干燥箱干燥和真空冷凍干燥法進行干燥處理，比較這3 種干燥方式對黃花菜干燥效果的影響。

1.2.2.1 自然晾干干燥

黃花菜的晾干干燥試驗于7 月份進行，選擇晴朗天氣，試驗預計從上午9：00 進行，使用溫濕度儀器每30 min 記錄1 次實時溫濕度，預計溫度在25~33 ℃時進行試驗。

1.2.2.2 干燥箱干燥

殺青后的黃花菜均勻地置于烘干箱的托盤中，分別設置溫度為60、70、75、80 ℃，干燥時間4 h，開啟風機開關及加熱開關即可。此時溫控儀表的綠燈亮，電加熱器開始加熱，當工作室內的溫度升至設定溫度時，干燥箱紅綠燈按照一定的規(guī)律交替亮滅，干燥箱設備進入恒溫段。

1.2.2.3 真空冷凍干燥

將殺青后的黃花菜置于扁形稱量瓶中，稱定質量，樣品于-20 ℃冰箱里預凍2 h；然后進行黃花菜的升華干燥階段，將試驗臺中的物料箱抽成真空狀態(tài)，適當升溫使物料中的水分直接從固態(tài)升華成氣態(tài)被抽走；最后進入解析干燥階段，繼續(xù)將物料箱抽成真空狀態(tài)，進一步升溫使物料中的結合水逸出被抽走，最終得到成品。干燥過程中真空度40 Pa[6]，溫度設置為恒溫75 ℃。

1.2.3 測定項目與方法

1.2.3.1 溫度

將溫度記錄儀置于各制干環(huán)境中，每個制干環(huán)境放置3 臺儀器，溫度測定結果取平均值。

1.2.3.2 含水量和干基含水率

按照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》[7]中的方法測定含水量。干基含水率是指濕物料中所含有的水分質量與物料不含水分質量的比值[8]，其計算公式為：

式中：Wt為黃花菜的干基含水率，g/g；md為黃花菜絕干物質的質量，g；mt為任意t 時刻黃花菜的質量，g。

1.2.3.3 干燥速率

干燥速率是指在干燥過程中單位時間內物料中水分減小的質量[9]，其計算公式為：

式中：Ui為i 時刻黃花菜的干燥速率，g/（g·h）；Mi為i時刻黃花菜的干基含水率，g/g；Mt為t 時刻黃花菜的干基含水率g/g[10]。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

采用Word Processing System、Origin 2017 軟件進行數(shù)據(jù)處理、圖形繪制和分析。

2 結果與分析

2.1 不同干燥過程中黃花菜含水量變化

由圖1 可見，晾干干燥和干燥箱60 ℃烘干條件下黃花菜含水量下降較為平緩，干燥至含水量14%左右時，晾干干燥用時最久，為6 h，干燥箱60 ℃烘干用時5 h；干燥箱干燥其他溫度條件下，前1 h 和最后階段下降較為緩慢，中間段下降較為迅速，干燥箱70 ℃烘干用時3.5 h，75、80 ℃烘干用時相同，為3 h。可能原因是晾干干燥和60℃干燥條件下，黃花菜內部與外界環(huán)境相差溫度低，黃花菜失水較慢，故用時較長；其他4 種干燥條件下，前期干燥箱溫度未達到設定溫度，因此含水量下降程度前期較為緩慢，在干燥的最后階段，黃花菜大部分水分析出、表面硬化，因此含水量變化速度變慢。真空冷凍干燥用時最短，為2.5 h。

圖1 不同干燥工藝下黃花菜含水量變化Fig.1 Moisture content changes of daylily under different drying processes

2.2 不同干燥過程中黃花菜干基含水率變化

如圖2 所示，在3 種不同的干燥條件下，黃花菜的干燥特性呈不同的變化趨勢。晾干干燥下黃花菜的干基含水率下降平緩；干燥箱干燥和真空冷凍干燥的干基含水率在干燥0~1.5 h 下降最快，1.5~3.0 h 逐漸緩和，直至烘干完成。晾干試驗中黃花菜干基含水率共下降2.449 g/g；干燥箱干燥中，恒溫60 ℃的黃花菜干基含水率共下降4.445 g/g，70 ℃下共下降5.799 g/g，75 ℃的下共下降6.278 g/g，80 ℃下共下降6.334 g/g；真空冷凍干燥試驗中，黃花菜干基含水率共下降6.295 g/g。當干基含水率下降約99%時，晾干試驗需要6 h，真空冷凍需要2.5 h，干燥箱恒溫60、70、75、80 ℃分別需要5.0、3.5、3.0、3.0 h。真空冷凍干燥和干燥箱恒溫75 ℃、80 ℃用時相差不多。黃花菜的干燥過程是一個降速階段，干基含水率在初期下降較快是由于黃花菜的表面和熱空氣主體間存在溫度梯度，加速了黃花菜自由水水分擴散的過程[11-12]。隨著干燥過程的進行，干基含水率下降趨于平緩，這是由于一方面黃花菜內部水分子活化能逐漸增大，部分自由水由無序狀態(tài)轉化為有序狀態(tài)的不易流動水[13]，另一方面黃花菜內部部分物質被酶分解，部分結合水轉化為不易流動水[14]。

圖2 不同干燥工藝下黃花菜干基含水率變化Fig.2 Dry base moisture contents changes of daylily under different drying processes

2.3 不同干燥過程中黃華菜干燥速率的變化

由圖3 可見，在3 種不同干燥方式下，干燥速率均隨干燥時間的延長呈降低的趨勢，干燥初期干燥速率下降較快。在干燥過程中，隨著干燥時間的延長，鮮黃花菜的水分含量逐漸降低，水分梯度逐漸減小，干燥速率逐漸減慢。干燥箱烘干中，溫度越高，熱風與黃花菜間的傳熱推動力越大，相同時間內的干燥速率下降越多。晾干工藝下，干燥速率共下降1.134 g·g-1·h-1；干燥箱烘干恒溫60、70、75、80 ℃下干燥速率分別下降2.248、3.790、4.008、4.154 g·g-1·h-1，干燥箱干燥在相同時間內，溫度越高，干燥速率越大；真空冷凍試驗中干燥速率下降5.354 g·g-1·h-1。

圖3 不同干燥工藝下黃花菜干燥速率變化Fig.3 Drying rates changes of daylily under different drying processes

2.4 不同干燥工藝處理黃花菜的干燥效果對比

自然晾干、干燥箱干燥及真空冷凍干燥這3 種干燥方式處理的黃花菜均能達到含水量14%以下，滿足烘干要求。自然晾干干燥用時最久，含水量和干燥速率下降慢，但成品顏色金黃，花形完整，感官品質最佳；干燥箱干燥中，在相同時間內，干燥溫度越高含水量和干燥速率下降越快，黃花菜干燥均勻、花形完整、顏色褐黑、有韌性，滿足感官評定要求，但80 ℃烘干的干黃花菜呈現(xiàn)深褐色，品相較差；凍干干燥黃花菜顏色為黃褐色、菜干有韌性，與恒溫75、80 ℃干燥箱干燥用時只相差0.5 h，干燥速率和含水量下降相差不大，但真空冷凍干燥能耗大，經(jīng)濟適用性低[15]。

3 結論

本研究以新鮮黃花菜為試材，應用晾干干燥、干燥箱干燥（恒溫60、70、75、80 ℃）和真空冷凍干燥技術干制黃花菜，探究不同干燥方式對黃花菜干燥效果的影響，得出如下結論：

（1）不同干燥方式對黃花菜有著不同干燥效果；在相同干燥方式下，溫度是影響黃花菜干燥的重要因素，隨著干燥溫度的上升，干燥速率越大，干燥時間越短。

（2）在晾干、干燥箱烘干、真空冷凍干燥3 種干燥方式中，晾干干燥效率最低，成品品相最佳；干燥箱干燥效率其次，成品品相合格；真空冷凍干燥的干燥速率最高、品相較好，但此方式耗能較大。綜合考慮，干燥箱烘干方式為最優(yōu)。

（3）在干燥箱干燥方式下，不同溫度的干燥速率依次為：80 ℃＞75 ℃＞70 ℃＞60 ℃；高溫使干黃花菜顏色加深，因此此次試驗推薦75 ℃干燥箱烘干。