大棗切片真空低溫干燥技術(shù)及工藝的分析

文懷興, 俞祖俊, 史鵬濤

(陜西科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院， 陜西 西安　710021)

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大棗切片真空低溫干燥技術(shù)及工藝的分析

文懷興, 俞祖俊, 史鵬濤

(陜西科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院， 陜西 西安710021)

摘要：為了提高大棗脆片的品質(zhì)，以大棗切片為研究對象，以熱風(fēng)干燥為參照對象，進(jìn)行真空低溫干燥技術(shù)實驗，以大棗脆片含水量、Vc含量以及干燥時間為指標(biāo)，在單因素實驗的基礎(chǔ)上，通過3因素3水平的二次回歸正交試驗，探究了真空度、切片厚度、加熱溫度對大棗切片干燥特性的影響.結(jié)果表明：在真空度為0.092 MPa、切片厚度為5 mm、加熱溫度為60 ℃的條件下，真空低溫干燥大棗切片的干制品質(zhì)量最好，確定了大棗切片真空低溫干燥較優(yōu)的工藝參數(shù)條件.相對熱風(fēng)干燥，真空低溫干燥具有低損耗、高效率、高質(zhì)量等優(yōu)越性.

關(guān)鍵詞：大棗脆片； 真空低溫干燥； Vc； 真空度； 熱風(fēng)干燥

0引言

大棗是中國特有的果品.它不僅營養(yǎng)豐富[1]，而且還具有較好的醫(yī)療保健作用[2-4]，被認(rèn)為是很好的滋補佳品.全球98%以上的棗果產(chǎn)物和大棗資源都在中國，我國在全球棗樹種植和交易中占據(jù)絕對的主導(dǎo)地位，但當(dāng)前我國大棗產(chǎn)物主要以銷售干制紅棗占優(yōu)，干制的比例達(dá)到95%以上[5]，紅棗被簡單制成干棗銷售到國內(nèi)外，深加工水平極低[6]，因此，加強(qiáng)大棗精深加工及其綜合利用已成為目前大棗行業(yè)迫切解決的問題.

傳統(tǒng)的干燥是整棗熱風(fēng)干燥，這種干燥工作時間長，目前市場上銷售棗的干制品的Vc含量只有1.5～50mg/100g，隨著干制程度的加深，Vc損耗越大[7].對大棗進(jìn)行去核、切片，然后真空干燥，這種加工方法能夠減少干燥所需要的時間，并且物料的顏色、形狀、口味都能較好的保持，有效的防止了大棗中營養(yǎng)成分的損失.如今這種加工方法在食品干燥中得到了廣泛應(yīng)用，而且這種技術(shù)很有發(fā)展前景.

本試驗以寧夏靈武長棗的鮮棗為原料，以熱風(fēng)干燥為參照對象，進(jìn)行紅棗的真空低溫干燥技術(shù)的試驗研究，目的就是減少干燥時間，提高能源利用率和產(chǎn)品的質(zhì)量.

1真空干燥技術(shù)

當(dāng)前常用的果蔬脫水真空干制技術(shù)主要有真空低溫干燥技術(shù)、微波真空干燥技術(shù)、真空冷凍干燥技術(shù)等[8].這幾種真空干燥技術(shù)各有優(yōu)勢和劣勢.其中微波真空干燥盡管成品質(zhì)量好、加工效率高，但加工進(jìn)程難以把控，容易產(chǎn)生加熱過熱現(xiàn)象，而導(dǎo)致成品產(chǎn)生烤焦、燒糊、表面品質(zhì)差等情況；真空冷凍干燥具有成品品質(zhì)好等優(yōu)點，但加工成本較高，干燥時間過長[9,10].

真空低溫干燥技術(shù)的原理是在一個密封的設(shè)備內(nèi)，在真空條件下加熱物料，在干燥過程中材料水蒸汽壓力被真空系統(tǒng)降到一個非常小的程度，使其水分在內(nèi)部擴(kuò)散和蒸發(fā)，表面蒸發(fā)汽化，并由真空泵不斷地捕集和移除，從而進(jìn)行低溫低壓干燥的工藝.這種干燥技術(shù)能夠使干制成品含水量很低,從而達(dá)到長期存放的效果[11-14].真空低溫干燥技術(shù)具有加工過程中干燥溫度低、產(chǎn)品受熱均勻、水分容易去除、無氧干燥等優(yōu)點[15,16].

本實驗采用陜西科技大學(xué)自主開發(fā)的真空低溫干燥實驗設(shè)備，這種設(shè)備有機(jī)的結(jié)合溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、真空調(diào)節(jié)系統(tǒng)、食品工藝等要求，并且解決了一系列的技術(shù)難題：(1)工作真空度的多個級別的設(shè)計，滿足不同物料干燥的要求，加強(qiáng)了工作過程物料干燥的快速性；(2)通過合理布置加熱通道的位置，確保了物料加熱的均勻性；(3)設(shè)備具有顯示和調(diào)節(jié)機(jī)制，實時顯示工作真空度和物料溫度，能夠使干燥過程順利進(jìn)行[7].

2大棗切片加工的實驗研究

2.1材料與設(shè)備

2.1.1實驗材料

本試驗以寧夏靈武長棗的鮮棗為原料，要求大棗成熟，新鮮飽滿，色澤紅艷.經(jīng)過甄選后放入保鮮袋中，再保存于冰箱中冷藏，冷藏溫度控制于4 ℃以下.

2.1.2實驗設(shè)備

實驗室自制真空低溫干燥設(shè)備、熱風(fēng)干燥設(shè)備，手工去核裝置、切片裝置、紅外水分測定儀、電子天平(精度為0.001g)、原始容器(食品塑料袋、桶、盆)，若干刀具、溫度計、電子秒表等.

2.2實驗內(nèi)容及方法

工藝流程：鮮棗→分級→洗滌→去核→切片→組織處理→干燥→封裝→檢測→入庫.

操作要點：從冰箱的冷藏室中取出存放的大棗，將其放置一段時間，待大棗溫度達(dá)到室內(nèi)溫度，挑選大小均勻、新鮮飽滿、無破壞的大棗作為試驗材料，洗滌大棗的表面污漬，晾干，使表面沒有自由水，然后手工去核，再把它橫切成厚度分別為4mm、5mm、6mm厚的薄片，對切片稱重，并編號.

2.2.1真空低溫干燥

取初期處理后的大棗切片測量其初始的含水量、Vc含量.在配置的多等級真空度和干燥溫度組合條件下，把不同切片層厚的大棗切片加工至果蔬干制成品倉儲標(biāo)準(zhǔn)(含水率5%).每間隔0.5h測量一次產(chǎn)品的含水量，在各個溫度條件下重復(fù)干燥過程兩次，含水量取三次結(jié)果的平均數(shù).測定最終成品含水量、Vc含量，計算出成品復(fù)水率、Vc保存率.

2.2.2熱風(fēng)干燥

實驗前處理工藝同上，大棗切片處理完后，在不同的溫度條件下將不同厚度的大棗切片進(jìn)行熱風(fēng)干燥，使含水量達(dá)到5%以下，同樣按時測定產(chǎn)品含水量，測定最終成品復(fù)水量、Vc含量，每個試驗過程進(jìn)行3次，最終算出其平均值.

2.2.3指標(biāo)測定

產(chǎn)品含水量按GB5496-1985國家準(zhǔn)則測量.

由復(fù)水率來體現(xiàn)干制品復(fù)水性，復(fù)水率的估量公式為：

Rf=(Gf-Gg)/Gg×100%

(1)

式(1)中,Gf：干制成品復(fù)水后無自由水質(zhì)量，g；Gg：干制成品試樣質(zhì)量，g；

物料的Vc含量根據(jù) 2，6-二氯靛酚滴定法來測量.

Vc保存率Qv的計算公式為：

Qv=Y/X×100%

(2)

式(2)中,Y：干制成品Vc含量，mg/g；X：物料干制前Vc含量，mg/g.

3結(jié)果與論討

3.1單因素實驗結(jié)果與分析

3.1.1大棗切片在不同真空度條件下干燥特性的分析

選用實驗材料厚度是5mm，真空干燥設(shè)備內(nèi)部溫度為60 ℃的環(huán)境下，選取設(shè)備真空度為0.090MPa，0.092MPa，0.094MPa這3個等級條件下進(jìn)行干燥試驗，圖1為大棗切片含水率在不同真空度條件下隨時間的變化曲線.

圖1　大棗切片含水率在不同真空度下隨時間的變化曲線

由圖1可以看出，隨著真空度的遞增，把大棗切片加工至符合要求的含水率(就是含水率在5%)限度之內(nèi)所利用的時間逐漸減少.由圖1的曲線還可以得出，大棗切片的含水率變化速度在開始時較快，到了后半期，含水率變化速度逐漸減慢.在設(shè)備真空度為0.092Mpa環(huán)境下，由初始含水率72.51%干燥到22.52%時耗時為2h，但含水率從22.52%干燥至3.17%時長達(dá)2.5h，可以看出，干燥過程后半程大棗切片的熱質(zhì)傳遞阻礙變大，大棗切片水分由內(nèi)部向外部分散并揮發(fā)所需時間更長.

3.1.2大棗切片在不同加熱溫度條件下干燥特性的分析

在物料厚度是5mm，設(shè)備真空度為0.092MPa的環(huán)境中，在熱風(fēng)干燥條件下加熱溫度于60 ℃，70 ℃，8 0 ℃這3個等級，真空低溫干燥條件下加熱溫度于50 ℃，60 ℃，70 ℃這3個等級時進(jìn)行實驗，圖2為測得兩種方式下大棗切片含水率在不同加熱溫度條件下隨時間的變化曲線.

(a)熱風(fēng)干燥

(b)真空低溫干燥圖2　大棗切片含水率在不同溫度下隨時間的變化曲線

由圖2不同溫度下大棗切片含水率隨時間的變化曲線可以看出，在同等的物料厚度和真空度條件下，加熱溫度越高，干燥大棗切片所需要的時間越少.同樣在不同溫度環(huán)境下，對比熱風(fēng)干燥和真空低溫干燥，可以看出，真空低溫干燥實驗得到的大棗切片含水率變化速率較快，需要的時間也更短，而且能夠使含水率降低到更低的程度.

3.1.3大棗切片在不同物料厚度條件下干燥特性的分析

在真空干燥箱的加熱溫度是60 ℃，設(shè)備真空度是0.092MPa的環(huán)境中，分別選取物料厚度分別為4mm，5mm，6mm時進(jìn)行實驗，測得大棗切片含水率在不同切片厚度條件下隨時間的變化曲線如圖3所示.

圖3　大棗切片含水率在不同物料厚度下隨時間的變化曲線

由圖3可見，隨著物料厚度的增大，將大棗切片干燥至符合要求的含水率(即含水率為5%)范圍之內(nèi)速度逐漸變慢，所需的時間也逐漸增加.

3.1.4大棗切片在不同干燥方式條件下干燥特性的分析

由于真空干燥和熱風(fēng)干燥兩種方式對大棗營養(yǎng)成分改變的影響程度不同，通過實驗的研究，測試了多種溫度和真空度條件下得到最優(yōu)的實驗結(jié)果.具體數(shù)據(jù)如表1所示.

利用真空低溫干燥技術(shù)，隨著干燥進(jìn)程中大棗切片含水量的改變，使切片的Vc含量改變，大棗切片的含水量越少，大棗Vc含量越高，并且干燥進(jìn)程中Vc值呈遞增趨向.并且可以看出相對于真空低溫干燥，熱風(fēng)干燥的大棗切片的總糖和Vc含量更低，是因為在熱風(fēng)干燥條件下高溫會使Vc發(fā)生氧化，并且高溫條件下總糖中易分解的糖在分解，發(fā)生焦化作用，造成切片所含的總糖量減少，伴有苦澀味，導(dǎo)致大棗切片質(zhì)量降低.

表1　兩種干燥方式加工的大棗脆片品質(zhì)比較

干制品外觀成色也是果蔬質(zhì)量的一項重要參數(shù).通過實驗結(jié)果可以看出，真空低溫干燥的大棗切片的棗皮仍為新鮮大棗的玫瑰紅色，淺綠色果肉，香味可口，沒有焦味；但是熱風(fēng)干燥的大棗切片，果肉由變暗紅色變成褐色，并且有苦澀和焦苦味，如圖4所示.這是因為真空低溫系統(tǒng)的影響，它不僅降低了水和酶的活力，而且避免發(fā)生氧化作用，就實現(xiàn)了低溫加工進(jìn)程，所以大棗切片在干燥過程中保持了原來的光澤基本不變.

(a)大棗切片原圖 (b)熱風(fēng)干燥 (c)真空低溫干燥圖4　大棗切片經(jīng)熱風(fēng)干燥、真空低溫干燥后的對比效果圖

3.2二次回歸正交試驗結(jié)果與分析

依據(jù)上面涉及的單因素實驗過程和效果分析，選用切片厚度(X1)、真空度(X2)和加熱溫度(X3)用作實驗要素，以大棗脆片含水率參數(shù)，來完成3因素3水平二次回歸正交試驗，在此基礎(chǔ)上解析每個要素和參數(shù)之間的定量關(guān)系.將各個因素按其取值范圍和各個水平進(jìn)行編碼，制出因素水平表，如表2所示.表3為二次回歸正交試驗結(jié)果.

表2　正交試驗因素水平

表3　真空低溫干燥正交試驗結(jié)果

從表3可以分析得出，以大棗脆片含水率為指標(biāo)，各因素對實驗結(jié)果的重要程度為物料厚度>溫度>真空度.對9個試驗結(jié)果直接進(jìn)行比較，找出最好的方案，顯然含水率最低者是5號方案，含水率為4.72%.

因為試驗中采用的正交表L9(33)實際有27個方案，但僅做了9次試驗，最佳方案可能在做過的9次試驗中，也可能不在，所以必須計算分析，找出最佳方案[17].最佳工藝的判定應(yīng)該根據(jù)含水率平均值大小取各因素最小的，我們通過計算含水率平均值，由計算結(jié)果確定出最佳方案為X12X23X32.

3.3驗證性實驗

為了與正交試驗選出的最佳方案進(jìn)行對比，用X12X23X32方案和X12X22X33各做兩次驗證性實驗，實驗結(jié)果取平均值，含水率分別為4.96%和4.78%，從實驗結(jié)果可以看出兩種結(jié)果差距不大，都是在符合要求的5%以下.但溫度和真空度的提高雖然會加快干燥的速度，但由于大棗脆片中的營養(yǎng)成分，特別是Vc含量受溫度的影響很大，高溫會加劇氧化反應(yīng)，導(dǎo)致Vc的分解，因此綜合各種因素和實驗結(jié)果分析可知：大棗真空低溫干燥的最好工藝參數(shù)為X12X22X33，即加熱溫度是60 ℃、物料厚度為5mm、真空度為 0.092MPa.

4結(jié)論

本實驗采用實驗室自主開發(fā)的真空低溫干燥設(shè)備以及利用真空低溫干燥技術(shù)來研究大棗脆片生產(chǎn)工藝.探究出了大棗切片的真空低溫干燥技術(shù)特征與真空低溫干燥設(shè)備最佳操作條件.實驗結(jié)果表明：

(1)經(jīng)過熱風(fēng)干燥后的大棗脆片表皮收縮、棗肉呈黃褐色、伴有微苦味，經(jīng)過真空低溫干燥制作出的大棗脆片表皮舒展、棗肉呈淺綠色、伴有大棗原有香味，且干燥耗時比熱風(fēng)干燥的所需更少，綜合考慮真空低溫干燥為最適宜干燥方式.

(2)伴隨設(shè)備真空度和加熱溫度的提高，物料干燥速率越快，這樣將鮮嫩的大棗切片加工到安全水分(即含水率為5%)所耗時就越少.并且隨著增大物料的厚度，將大棗切片干燥至符合要求的含水率范圍之內(nèi)所耗時逐漸增加.

(3)經(jīng)過3因素3水平二次回歸正交試驗過程與分析，表明物料厚度、加熱溫度和設(shè)備真空度對干燥后的大棗脆片質(zhì)量指標(biāo)影響顯著，而且不同質(zhì)量指標(biāo)及損耗的影響程度根據(jù)不同干燥因素又有很大差距.

(4)為了提升真空低溫干燥的效率和功效，確保大棗脆片成品干燥后的質(zhì)量，得到它的最佳真空低溫干燥工藝因素為：物料厚度是5mm，加熱溫度是60 ℃，真空度是0.092MPa.在這種條件下真空低溫干燥可得到Vc含量達(dá)到800mg/100g以上的大棗脆片，而且大棗脆片香味可口，沒有焦苦味，里外色澤基本不變.

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Theanalysisofcryogenicvacuumdryingtechnology

andprocessesofjujubeslices

WENHuai-xing，YUZu-jun，SHIPeng-tao

(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,ShaanxiUniversityofScience&Technology,Xi′an710021,China)

Abstract:The experiments of cryogenic vacuum drying of jujube slices were conducted to improve the quality of jujube slices.In the experiment,hot air drying as a reference object,we studied the jujube chips moisture,vitamin C content and drying time of dried jujube slices.Based on single factor, we analyzed the effects of vacuum degree, material thickness,heating temperature on drying characteristics of jujube slices using 3 factors and 3 levels by quadratic regression orthogonal experiments.Results showed that in the vacuum degree of 0.092 MPa,slice thickness of 5 mm,temperature of 60 ℃ conditions,jujube slices had the best dried qualities,so the cryogenic vacuum drying parameters on quality of jujube slices are resulted. Relatively hot air drying,cryogenic vacuum drying have the advantages of low-cost,high efficiency,high quality,etc..

Key words:jujube slices； cryogenic vacuum drying； Vc； vacuum degree； hot air drying

中圖分類號：TB79;TH122

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1000-5811(2015)05-0141-05

作者簡介:文懷興(1957-)，男，陜西武功人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：數(shù)控技術(shù)、真空技術(shù)

基金項目：陜西省教育廳專項科研計劃項目(14JK1100)； 陜西省教育廳服務(wù)地方專項計劃項目(2013JC28)

收稿日期:*2015-06-21