香菜的平衡含水率測定試驗研究

趙　昆，趙士杰，滕竹竹

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機電工程學(xué)院，呼和浩特　010018)

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香菜的平衡含水率測定試驗研究

趙昆，趙士杰，滕竹竹

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機電工程學(xué)院，呼和浩特010018)

摘要：利用DL104型電熱鼓風(fēng)干燥箱試驗裝置,采用靜態(tài)法分別測得香菜在溫度為25℃和35℃、相對濕度為10%～95%范圍內(nèi)的解吸和吸濕平衡含水率數(shù)據(jù),繪制了相應(yīng)的香菜解吸和吸濕等溫線，分析了溫度和環(huán)境相對濕度對香菜平衡含水率的影響，確定了香菜干制品的安全貯藏條件。結(jié)果表明：香菜的平衡含水率存在吸濕“滯后”現(xiàn)象；環(huán)境相對濕度比溫度對香菜平衡含水率的影響更大；當(dāng)香菜樣品干基含水率大于50%時，出現(xiàn)霉變現(xiàn)象；當(dāng)環(huán)境相對濕度大于60%時，霉變現(xiàn)象嚴重。

關(guān)鍵詞：香菜；吸濕；解吸；平衡含水率

0引言

香菜是人類歷史上應(yīng)用最早的芳香蔬菜之一，是佳肴美饌中不可或缺的重要調(diào)味料[1]。市場上對香菜的需求量很大，但由于香菜含的水分較多，質(zhì)地柔軟,極易腐敗變質(zhì)而不容易貯藏。一年四季中，香菜的產(chǎn)量并不均衡，淡旺季明顯，且市場售價相差很大。因此，在旺季時將香菜進行干制并保存，能夠緩解供需矛盾。

在香菜的干燥過程中，平衡含水率是一個重要的影響參數(shù)，它不僅能決定香菜在給定試驗條件下所能干燥的最低含水量，而且直接影響了香菜的干燥速率，同時對香菜干制品的儲存期也有重要影響。本試驗通過對香菜的解吸和吸濕平衡含水率的測定，獲得了解吸和吸濕平衡含水率數(shù)據(jù)，分析了溫度和環(huán)境相對濕度對平衡含水率的影響規(guī)律，為確定香菜干燥和安全貯藏條件提供依據(jù)和試驗參考。

1平衡含水率的原理

香菜長時間放置在一定的溫度和濕度下，其表面必然會有水蒸氣分壓力，香菜體內(nèi)的水分和周圍空氣的相互作用有兩種方向可以進行：一是如果香菜周圍的空氣干燥、環(huán)境相對濕度較低，即香菜表面的水蒸氣分壓力P1大于周圍的空氣水蒸氣分壓力P2，那么香菜體內(nèi)的水分就會向空氣中蒸發(fā)，從而減少了自身的含水量，這一過程稱為解吸作用；二是如果香菜周圍環(huán)境相對濕度較高，即香菜表面的水蒸氣分壓力P1小于周圍的空氣水蒸氣分壓力P2，那么香菜就會從周圍的空氣中吸收水分，從而增加自身的含水量，這一過程稱為吸濕作用[2]。若香菜周圍空氣的溫度和環(huán)境相對濕度為定值，無論是P1>P2，還是P1

香菜中的水分大致可以分為3部分，分別是毛細管中的游離水、細胞內(nèi)的結(jié)合水及與香菜內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)合緊密的化合水。只有部分結(jié)合水和游離水才能被微生物利用而發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)，這部分水被稱為有效水分，可用水分活度(Water Activity，Aw)來表示。當(dāng)香菜處于動力學(xué)平衡狀態(tài)時，水分活度×100=環(huán)境相對濕度[4]，此時可以用環(huán)境相對濕度來代替水分活度。通過試驗可以得到香菜樣品在不同環(huán)境相對濕度和不同溫度下的平衡含水率，在以香菜樣品的平衡含水率(Me)和環(huán)境相對濕度為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)上繪制出的關(guān)系曲線稱為香菜平衡含水率等溫線。若動力學(xué)平衡狀態(tài)是由香菜樣品通過水分蒸發(fā)而達到的，稱為香菜解吸等溫線；若動力學(xué)平衡狀態(tài)是由香菜干制品通過吸收周圍環(huán)境中的水分而達到的，稱為香菜吸濕等溫線。

2試驗的材料和設(shè)備

2.1　試驗材料

選擇呼和浩特市當(dāng)?shù)厥袌錾项伾渚G、香味濃烈、株高整齊的新鮮香菜，一般初始含水率在89%～92%之間。

試驗時所用到的化學(xué)試劑包括LiCl、CH3COOK、MgCl2、K2CO3、Mg(NO3)2、CuCl2、NaCl-KCl、KNO3。用這些化學(xué)試劑配置成不同溫度下的飽和鹽溶液，放在密封玻璃罐中，試驗時樣品周圍的環(huán)境相對濕度就是由各種飽和鹽溶液在不同溫度的環(huán)境下產(chǎn)生的飽和蒸汽對應(yīng)的空氣相對濕度來控制的。

2.2　儀器設(shè)備

2.2.1電熱鼓風(fēng)干燥箱

本試驗使用天津市實驗儀器廠生產(chǎn)的DL104型電熱鼓風(fēng)干燥箱，可調(diào)溫度范圍是0～300℃。試驗時，將存有飽和鹽溶液的玻璃密封罐放置在電熱鼓風(fēng)干燥箱的擱板上，并利用此裝置來保持恒定的。

2.2.2電子天平

本試驗使用BT223S型電子天平，由賽多利斯精密儀器有限公司生產(chǎn)，可調(diào)量程為0～220g，精度為0.001g。

其它輔助的工具有網(wǎng)狀托盤、托盤支架、玻璃密封罐、刀具、鑷子、直尺及盤子等。

3試驗方法

3.1　初始含水率的測定[5-6]

采用直接干燥法來測定香菜樣品的初始水分含量，具體步驟如下：

1)將潔凈的網(wǎng)狀托盤放置在95～105℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中，每加熱0.5h后，取出稱重；直至相鄰兩次的稱重變化量小于0.002g時，即視為恒重，停止此操作。

2)用清水將香菜清洗干凈，先除去根部及其殘葉、爛葉等部分，再等水分瀝干后，將香菜試樣切成約20～30mm的段狀。把切好的香菜樣品均勻地鋪在網(wǎng)狀托盤內(nèi)，在電子天平上稱取10份各10g重的樣品。開啟DL104型電熱鼓風(fēng)干燥箱，將其溫度調(diào)至95～105℃，當(dāng)溫度升至調(diào)定值時，將香菜試樣放到電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)的網(wǎng)狀擱板上開始烘干；2h后分別取出香菜樣品稱其質(zhì)量，之后每半小時取出樣品稱量1次，重復(fù)此操作；當(dāng)相鄰兩次的稱重變化量小于0.002g時，視為恒重，停止烘干。

3)計算出上述10份試樣的恒重平均值，并根據(jù)以下公式計算出香菜的初始濕基含水率[7]，則

式中W—試樣濕基含水率(%)；

M1—試樣干燥前的質(zhì)量(g)；

M2—試樣干燥后的質(zhì)量(g)。

最后得出：用于35℃解吸平衡含水率測定試驗香菜樣品的初始濕基含水率為89%；用于35℃吸濕平衡含水率測定試驗香菜樣品的初始濕基含水率為90.78%；用于25℃解吸平衡含水率測定試驗香菜樣品的初始濕基含水率為92.04%；用于25℃吸濕平衡含水率測定試驗香菜樣品的初始濕基含水率為90.62%。

3.2　香菜解吸平衡含水率的測定方法

本試驗采用靜態(tài)法[8]測定香菜的平衡含水率，用密閉條件下各種飽和鹽溶液在不同溫度的環(huán)境下產(chǎn)生的飽和蒸汽所對應(yīng)的空氣相對濕度作為香菜試樣周圍的環(huán)境濕度。通過讓香菜樣品處于一定溫度和相對濕度的環(huán)境中，使其水分達到動力學(xué)平衡狀態(tài)。先配制9種飽和鹽溶液，溶液的體積不小于整個密閉玻璃罐體積的1/3，溶液中的鹽晶體不少于溶液的1/5；加蓋密封好后，置于電熱鼓風(fēng)干燥箱的網(wǎng)狀擱板上，停放24h以上，使玻璃密封罐內(nèi)的相對濕度達到平衡；然后稱取9份質(zhì)量均為10g的香菜樣品，將其均勻地平鋪在自制的不銹鋼網(wǎng)狀托盤中，并通過托盤支架分別懸掛于玻璃密封罐中；每隔24h分別取出試驗樣品稱量1次，當(dāng)相鄰兩次的稱重變化量小于0.002g時，則認為達到動力學(xué)平衡狀態(tài)，計算出的含水率即為香菜樣品的解吸平衡含水率。

3.3　香菜吸濕平衡含水率的測定方法

首先稱取9份質(zhì)量均為10g的香菜樣品，將其均勻地平鋪在自制的不銹鋼網(wǎng)狀托盤中，然后放置于電熱鼓風(fēng)干燥箱的網(wǎng)狀擱板上進行烘干，溫度設(shè)定為95～105℃，每隔1h取出試驗樣品稱量1次；當(dāng)相鄰兩次的稱重變化量小于0.002g，停止干燥，并記下此時香菜干制品的質(zhì)量；將烘干好的香菜干制品放在網(wǎng)狀托盤上，并懸置于玻璃罐中，然后將其放在鼓風(fēng)干燥箱的擱板上進行香菜吸濕平衡含水率的測定試驗，其余與香菜解吸平衡含水率的測定方法相同。

3.4　平衡含水率的測定條件

本試驗的溫度條件設(shè)定為25℃和35℃兩個溫度，環(huán)境相對濕度由400mL左右的飽和鹽溶液來控制，9種飽和鹽溶液在兩種溫度下所對應(yīng)的相對濕度如表1所示[9]。

4試驗結(jié)果與分析

4.1　香菜的解吸與吸濕等溫線

香菜分別在25℃與35℃時的解吸和吸濕平衡含水率測定結(jié)果如表2和表3所示。通過試驗過程中仔細觀察發(fā)現(xiàn)：在進行平衡含水率測定試驗中，當(dāng)環(huán)境相對濕度為83%～93%時，香菜鮮品試樣與干制品試樣均未達到平衡含水率測定標(biāo)準(zhǔn)就已經(jīng)發(fā)生嚴重霉變，失去了繼續(xù)進行測定試驗的實際意義，所以表2和表3中沒有該范圍內(nèi)的平衡含水率值；同時，在香菜試樣環(huán)境相對濕度相同的條件下，香菜鮮品比香菜干制品較早的發(fā)生霉變。

表1　各種飽和鹽溶液在不同溫度下所對應(yīng)的環(huán)境相對濕度值

表2　香菜在25℃測得的解吸和吸濕平衡含水率值

表3　香菜在35℃測得的解吸和吸濕平衡含水率值

續(xù)表3

根據(jù)測定試驗得出的香菜解吸和吸濕平衡含水率數(shù)據(jù)，利用軟件Origin8.0對數(shù)據(jù)進行分析和整理后，繪制出香菜分別在25℃和35℃時的解吸和吸濕等溫線，如圖1和圖2所示。

圖1　香菜在25℃時的平衡含水率曲線

圖2　香菜在35℃時的平衡含水率曲線

4.2　溫度和環(huán)境相對濕度對平衡含水率的影響

對比圖1、圖2可以看出：無論是25℃還是35℃，隨著環(huán)境相對濕度的增大，香菜樣品解吸和吸濕的平衡含水率值也隨著變大，即解吸和吸濕等溫線成上升趨勢；但在相同的溫度和環(huán)境相對濕度條件下，香菜吸濕平衡含水率值比解吸平衡含水率值小，即香菜吸濕平衡含水率曲線在解吸平衡含水率曲線之下，這被稱為吸濕“滯后”現(xiàn)象，且與普通農(nóng)產(chǎn)品所具有的吸濕平衡含水率“滯后”現(xiàn)象[10-13]是一致的。

這種“滯后”現(xiàn)象在不同的環(huán)境相對濕度時表現(xiàn)不同，從整體趨勢上看，其在高相對濕度區(qū)間比在低相對濕度區(qū)間表現(xiàn)得更加明顯，具體是在40%～70%相對濕度范圍內(nèi)，滯后現(xiàn)象顯著。

因此，如果使用香菜平衡含水率數(shù)據(jù)，應(yīng)該明確是使用吸濕平衡含水率數(shù)據(jù)還是解吸平衡含水率數(shù)據(jù)。實際上，解吸平衡含水率是用于研究香菜干燥特性的，而吸濕平衡含水率是用于研究香菜干制品安全儲藏時吸水特性的。

“滯后”現(xiàn)象表明：如果香菜經(jīng)過干燥加工后又重新吸收了水分，那么要想使香菜干制品達到和香菜鮮品一樣的平衡含水率，就必須給它提供更高的相對濕度環(huán)境，即在相等的平衡含水率條件下，解吸的相對濕度小于吸濕的相對濕度[14]。

圖3和圖4分別繪制了不同溫度下香菜樣品的解吸與吸濕平衡含水率曲線。

對比圖3、圖4可以看出：在一定的環(huán)境相對濕度條件下，吸濕平衡含水率和解吸平衡含水率都隨溫度的升高而降低，并且解吸平衡含水率隨溫度的變化更加明顯；而在一定的溫度條件下，吸濕平衡含水率和解吸平衡含水率都隨環(huán)境相對濕度的升高而增大，但在不同的環(huán)境相對濕度區(qū)間內(nèi)，平衡含水率的變化程度不一樣。例如，在10%～40%環(huán)境相對濕度區(qū)間內(nèi)，香菜平衡含水率變化比較平緩；而在40%～80%區(qū)間內(nèi)，隨著環(huán)境相對濕度的增大，香菜平衡含水率也迅速升高。比較而言，環(huán)境相對濕度比溫度對香菜平衡含水率的影響更大。

圖3　香菜的解吸平衡含水率曲線

圖4　香菜的吸濕平衡含水率曲線

4.3　香菜的安全貯藏條件

香菜在貯藏的過程中，如果外在環(huán)境條件控制不當(dāng)就容易腐敗變質(zhì)，常見的現(xiàn)象如發(fā)生霉變，而這些主要是由微生物的作用引起的。香菜除了含有一定的水分外，還含有豐富的鐵、蛋白質(zhì)、脂肪和各類維生素等營養(yǎng)物質(zhì)[15]，這就為微生物的生長、繁殖提供了良好的物質(zhì)環(huán)境。微生物的生長、繁殖與其周圍環(huán)境相對濕度有密切關(guān)系。一般而言，低的環(huán)境相對濕度可以抑制微生物的生長。其中，對物料儲存危害最大的微生物能夠生長、繁殖的最低環(huán)境相對濕度是61%[16]。

影響微生物生長的另一個主要因素是溫度，最適宜微生物生長、繁殖的溫度區(qū)間是25～37℃。在此溫度范圍內(nèi)，微生物的生長活動能力隨溫度的升高而增強[2]。一般而言，較低的溫度能夠在一定程度上抑制微生物的活動，所以低溫保存是一個有效延長物料貯藏期的方法。

本試驗研究香菜在25、35℃和不同環(huán)境相對濕度條件下的貯藏情況。從圖1～圖4中可以看出：在環(huán)境相對濕度40%～80%區(qū)間內(nèi)，隨著環(huán)境相對濕度的增大，香菜的平衡含水率也迅速升高；而對物料儲存危害最大的微生物能夠生長、繁殖的最低環(huán)境相對濕度是61%，如果貯藏環(huán)境的相對濕度在此區(qū)間，那么香菜干制品就會迅速吸收大量水分而導(dǎo)致腐敗變質(zhì)。通過在香菜平衡含水率測定試驗中仔細觀察發(fā)現(xiàn)：當(dāng)香菜樣品干基含水率大于50%時，出現(xiàn)霉變現(xiàn)象；當(dāng)環(huán)境相對濕度大于60%時，霉變現(xiàn)象變得嚴重。因此，香菜干制品應(yīng)該貯藏在環(huán)境相對濕度低于50%的條件下。

5結(jié)論

1)在同一環(huán)境相對濕度和溫度條件下，香菜吸濕平衡含水率值比解吸平衡含水率值小，即存在吸濕“滯后”現(xiàn)象，并且在40%～70%相對濕度范圍內(nèi)，滯后現(xiàn)象顯著。

2)在一定的環(huán)境相對濕度條件下，吸濕平衡含水率和解吸平衡含水率都隨溫度的升高而降低；而在一定的溫度條件下，吸濕平衡含水率和解吸平衡含水率都隨環(huán)境相對濕度的升高而增大；但在10%～40%環(huán)境相對濕度區(qū)間內(nèi)增幅較小，而在40%～80%區(qū)間內(nèi)，增幅較大。通過比較發(fā)現(xiàn)：環(huán)境相對濕度比溫度對香菜平衡含水率的影響更大。

3)當(dāng)香菜樣品干基含水率大于50%時，出現(xiàn)霉變現(xiàn)象；當(dāng)環(huán)境相對濕度大于60%時，霉變現(xiàn)象嚴重。因此，香菜干制品貯藏環(huán)境的相對濕度應(yīng)控制在50%以內(nèi)。

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Experimental Study on Determination of Equilibrium Moisture Content of Coriander

Zhao Kun, Zhao Shijie, Teng Zhuzhu

(College of Mechanical and Electrical Engineering of Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China )

Abstract：In this paper, moisture absorption and desorption equilibrium moisture content of coriander were measured by the static method and the testing device of the DL104 type electric heating and air drying box while the environmental relative hu- midity changed from 10% to 95 % and the temperature was at different values such as 25℃and 35℃.The moisture desorption and absorption isotherms of coriander were plotted, the effects of temperature and environmental relative humidity on the equi- librium moisture content of coriander were analyzed and the safe storage condition of dried coriander was determined. The rus- ults show that the equilibrium moisture content of coriander exists moisture absorption "lagging" phenomenon, the envir-onmental relative humidity has more important influence than temperature on the equilibrium moisture content of corian- der, the mildew phenomena will appear when the dry base moisture content of the sample was greater than 50% and the mil- dew phenomena will become serious when the environmental relative humidity is greater than 60%.

Key words：coriander; moisture absorption; moisture desorption; equilibrium moisture content

中圖分類號：S313

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-188X(2016)08-0131-05

作者簡介：趙昆(1988-),男，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，(E-mail) 18048321928@163.com。通訊作者：趙士杰(1956-)，男，內(nèi)蒙古固陽人，教授，碩士生導(dǎo)師，(E-mail)nmzsj@126.com。

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(31260409)

收稿日期：2015-06-26