無核紫葡萄干燥特性及其總酚含量變化研究

王 強(qiáng)，鄧朝芳，任彥榮，蒲昌玖，吳洪斌（.重慶第二師范學(xué)院生物與化學(xué)工程系，重慶 400067；.重慶第二師范學(xué)院教學(xué)資源　中心，重慶 400067；3.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，新疆 石河子 83000）

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無核紫葡萄干燥特性及其總酚含量變化研究

王 強(qiáng)1，鄧朝芳1，任彥榮1，蒲昌玖2，吳洪斌3,*
（1.重慶第二師范學(xué)院生物與化學(xué)工程系，重慶 400067；2.重慶第二師范學(xué)院教學(xué)資源中心，重慶 400067；3.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，新疆 石河子 832000）

摘 要：通過自然晾曬、烘箱干燥和熱風(fēng)對流干燥3 種常見干燥方法對新鮮無核紫葡萄進(jìn)行干燥，研究無核紫葡萄干燥特性及其動力學(xué)模型，探討不同干燥方式和溫度（50～70 ℃）等因素對無核紫葡萄失水特性的影響，進(jìn)一步評價干燥方式對無核紫葡萄總酚含量的影響。結(jié)果表明：熱風(fēng)對流干燥較好地保留了無核紫葡萄的總酚含量；Henderson-Pabis模型（單項擴(kuò)散模型）能較好地擬合新鮮無核紫葡萄在自然晾曬、烘箱干燥和熱風(fēng)對流干燥3 種常見干燥方法下的干燥規(guī)律；其有效水分?jǐn)U散系數(shù)在1.411 9×10–10～4.297 3×10–10m2/s之間。本研究準(zhǔn)確地測定了無核紫葡萄干燥過程的含水率及失水速率變化，為無核紫葡萄干燥過程的優(yōu)化和含水率在線檢測控制提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：無核紫葡萄；烘箱干燥；熱風(fēng)對流干燥；干燥特性；模型

E-mail：wangqiang8203@163.com

引文格式：

王強(qiáng),鄧朝芳,任彥榮,等.無核紫葡萄干燥特性及其總酚含量變化研究[J].食品科學(xué),2016,37(5):62-66.DOI:10.7506/spkx1002-6630-201605012.http://www.spkx.net.cn

WANG Qiang,DENG Chaofang,REN Yanrong,et al.Drying characteristics and change in total polyphenol content of seedless purple grapes[J].Food Science,2016,37(5):62-66.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-201605012.http://www.spkx.net.cn

葡萄（Vitis vinifera）是一種世界性的水果，富含糖、氨基酸、維生素等營養(yǎng)成分，因其營養(yǎng)價值高，被譽(yù)為“世界水果的明珠”[1-2]。無核紫葡萄別名馬紐卡（Vitis vinifera Black Monukka），可溶性固形物含量高達(dá)18%～21%，屬鮮食、制干、制汁多用的優(yōu)新品種。目前，該品種已在新疆大面積推廣[3-4]。脫水干制是葡萄加工貯藏的一個重要方法。傳統(tǒng)生產(chǎn)葡萄干的方法為陽光下直接曝曬或蔭房晾制，但均對氣候環(huán)境要求苛刻，且葡萄干制耗時長，品質(zhì)差[3-6]。為了縮短制干周期，國內(nèi)外普遍使用熱風(fēng)對流干燥方法。實踐證明它具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點，已經(jīng)成為果蔬干燥領(lǐng)域的研究熱點[6-7]。本實驗為探究不同干燥方式對新疆無核紫葡萄的干燥模型和總酚含量的影響，分別采用自然晾曬、烘箱干燥以及熱風(fēng)對流干燥3 種方法對新鮮新疆無核紫葡萄進(jìn)行干燥，獲取干燥曲線及干燥模型，并測定3種干燥條件下葡萄成品的總酚含量，以期獲得對實際生產(chǎn)有指導(dǎo)意義的成果。

1　材料與方法

1.1材料

新鮮無核紫葡萄（Vitis vinifera Black Monukka）：采于新疆石河子市石總場葡萄基地，平均直徑為（1.80±0.18） cm。鮮樣可溶性固形物含量為19%～20%，平均含水率為75%～80%（以濕質(zhì)量計），采后在冷藏并保濕的條件下貯運(yùn)。

1.2儀器與設(shè)備

DHG-9240A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海精天科貿(mào)有限公司；101-4HA對流熱風(fēng)干燥箱（溫度：室溫至100 ℃可調(diào)；精度：±1 ℃；風(fēng)速：0～2.5 m/s可調(diào)） 上海雷韻試驗儀器制造有限公司；電熱恒溫水浴鍋 北京永光明醫(yī)療器械有限公司；TDZ5-WS型臺式低速離心機(jī)廣州湘儀機(jī)電設(shè)備有限公司。

1.3方法

1.3.1原料的預(yù)處理

工藝流程：新鮮無核紫葡萄→挑選→剔除雜質(zhì)→清洗→擦拭表面水分→瀝干→低溫通風(fēng)存放。

1.3.2干燥方法

1.3.2.1自然晾曬

目前新疆葡萄的干燥仍以自然晾曬為主。本實驗自然晾曬的溫度范圍為32～38 ℃。稱量新鮮無核紫葡萄質(zhì)量后，單層平鋪于室外太陽光下晾曬。每組實驗重復(fù)3 次，取平均值作為結(jié)果。

1.3.2.2烘箱干燥和熱風(fēng)對流干燥

熱風(fēng)對流干燥是指在干燥時可以使熱風(fēng)動起來，形成一種熱量循環(huán)的效果，與烘箱干燥相比，具有加熱更加快速、受熱更加均勻等優(yōu)勢。新鮮無核紫葡萄預(yù)處理好后，按一定的鋪料密度均勻平鋪在烘箱的物料盒內(nèi)，分別在 50、60、70 ℃條件下進(jìn)行烘箱干燥實驗，定時測定水分含量。每組實驗重復(fù)3 次，取平均值作為結(jié)果。

1.3.3干燥模型的評價

無核紫葡萄的干燥水分比（MR）由公式（1）計算。其中含水率采用烘箱法測定[8]。

式中：MR為水分比；Mt為物料在t時刻的含水率/%；M0為物料的初始含水率/%；Me為物料的平衡含水率/%。

MR描述影響因素對無核紫葡萄干燥特性的影響，由于Me相對于Mt和M0很小，在工程應(yīng)用中常忽略不計[9-10]，因此，物料水分比的計算采用簡化式：

本實驗采用Lewis、Page、Henderson-Pabis、Parabolic、Logarithmic、Midilli et al、Wang and Singh和Two term方程8 種常用模型。

表1　常用的干燥模型及其參數(shù)Table 1 Different drying methods

1.3.4有效水分?jǐn)U散系數(shù)的測定

有效水分?jǐn)U散系數(shù)（Deff）是一個重要的傳質(zhì)特性參數(shù)，在計算和模擬各種食品加工操作中必不可少[16-18]。菲克第二定律可用于描述農(nóng)產(chǎn)品降速干燥期的干燥特征，依據(jù)菲克方程，有效水分?jǐn)U散系數(shù)通過實驗樣品干燥數(shù)據(jù)MR相對時間t的直線方程（3）來描述[19-20]。

式中：Deff為有效水分?jǐn)U散系數(shù)/（m2/s）；r為物料半徑/m；t為干燥時間/s。

對于較長時間的干燥過程，方程（3）還可以進(jìn)一步簡化，簡化后方程為：

在不同的干燥條件下，用實驗數(shù)據(jù)擬合lnMR對t的直線方程，根據(jù)直線方程的斜率

1.3.5總酚含量的測定

總酚含量采用Folin-Ciocalteu法[21]測定。取10 g經(jīng)不同干燥方式處理后的樣品研磨至勻漿狀，加入40 mL體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液，超聲提取30 min后，于4 ℃、10 000 r/min冷凍離心20 min，上清液低溫保存?zhèn)溆?。?.8 mL樣液加入2 mL Folin-Ciocalteu試劑（蒸餾水10 倍稀釋液），反應(yīng)5 min后，加入1.8 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5%的碳酸鈉溶液，常溫下避光反應(yīng)1 h后，以蒸餾水為空白對照，于765 nm波長處測定吸光度。以10～150 mg/L的焦性沒食子酸乙醇溶液做標(biāo)準(zhǔn)曲線，總酚含量以每100 g樣品含有焦性沒食子酸（gallic acid equivalent，GAE）表示，單位為μmol GAE/100 g。

2　結(jié)果與分析

2.1不同干燥方式和溫度對無核紫葡萄干燥時間的影響

圖1　不同干燥方式和溫度對無核紫葡萄干燥時間的影響Fig.1 Effect of different drying methods and temperature on drying time of seedless purple grapes

由圖1可知，自然晾曬條件下，當(dāng)干燥時間為20 h時，其物料含水率仍然保持在質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%左右。50、60、70 ℃條件下熱風(fēng)對流干燥，葡萄干燥所需時間與50、60、70 ℃烘箱干燥相比分別減少了約7%、12%、18%。葡萄干燥到目標(biāo)含水率所需要的時間隨著干燥溫度的升高而逐漸減少，因此提高干燥溫度能夠顯著地縮短葡萄干燥時間，提高干燥效率。

2.2不同干燥方式和溫度對無核紫葡萄總酚含量的影響

表2　不同干燥方式對無核紫葡萄總酚含量的影響Table 2 Effect of different drying methods on the contents of total polyphenols in seedless purple grapes

葡萄酚類化合物是近年天然抗氧化劑研究的熱點之一，其酚羥基結(jié)構(gòu)對活性氧等自由基具有很強(qiáng)的清除能力，是構(gòu)成葡萄抗氧化功效的重要功能性成分[22-24]。葡萄干燥和加工等處理會影響其穩(wěn)定性，加熱處理會導(dǎo)致酚類物質(zhì)發(fā)生氧化、聚合或者分解，從而表現(xiàn)為酚類物質(zhì)含量的下降。由表2可知，3 種干燥方式都會一定程度上破壞葡萄酚類化合物，自然晾曬情況下的破壞作用最大，熱風(fēng)對流干燥的破壞作用最小，高溫條件降低了無核紫葡萄的總酚含量。實驗結(jié)果表明高溫處理顯著降低了試樣的總酚含量，這是由于中多酚類化合物主要存在于葡萄皮中，容易受溫度的影響，在葡萄干制過程中，干燥溫度越高，多酚類化合物的損失越大。

2.3無核紫葡萄的干燥模型及其評價

表3　無核紫葡萄干燥動力學(xué)模型參數(shù)及統(tǒng)計參數(shù)值Table 3 Curve fitting criteria of the drying models for seedless purple grapes

續(xù)表3

對前述的4 個模型（公式 （1）～（4））進(jìn)行非線性回歸，4 個模型的擬合度通過決定系數(shù)（R2）、卡方（χ2）、均方根誤差（root mean square error，RMSE）進(jìn)行比較，R2越大，同時χ2和RMSE越小，則為較優(yōu)模型。由表3可知，對于自然晾曬、烘箱干燥和熱風(fēng)對流干燥組Henderson-Pabis模型（單項擴(kuò)散模型）的R2最大、χ2和RMSE相對較小，R2范圍為0.965 8～0.997 8、χ2范圍為0.000 9～0.002 3、RMSE范圍為0.006 6～0.027 7。這說明無核紫葡萄的干燥特性與Henderson-Pabis模型最符合。

2.4不同干燥方式對有效水分?jǐn)U散系數(shù)的影響

Deff越大，則水分?jǐn)U散能力越強(qiáng)，干燥速率越快。一般食品材料的有效水分?jǐn)U散系數(shù)范圍為10–10～10–8m2/s。將實驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換lnMR＝f（t），并進(jìn)行線性擬合，擬合方程的斜率為，根據(jù)式（4）計算得不同干燥條件下無核紫葡萄的有效水分?jǐn)U散系數(shù)。由表4可知，有效水分?jǐn)U散系數(shù)范圍在1.411 9×10–10～4.297 3×10–10m2/s之間，這一結(jié)果與其他干燥實驗的數(shù)據(jù)相似[13-14,22]。50、60、70 ℃時，熱風(fēng)對流干燥相比烘箱干燥的有效水分?jǐn)U散系數(shù)分別提高了約5.987%、9.09%、13.31%。從結(jié)果可以看出，熱風(fēng)對流干燥可以顯著提高有效水分?jǐn)U散系數(shù)，促進(jìn)水分向物料表面擴(kuò)散，從而提高干燥速率。在熱風(fēng)對流干燥過程中，風(fēng)速越大，單位時間內(nèi)通過的風(fēng)量越多，空氣中的含水率越小，與物料間的濕度差越大，則物料的干燥速率就越快[25]。本實驗前期發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)風(fēng)速對無核紫葡萄產(chǎn)品品質(zhì)影響較小，所以后續(xù)實驗忽略其影響，固定風(fēng)速為5 m/s。

表4　不同干燥條件下無核紫葡萄的有效水分?jǐn)U散系數(shù)Table 4 Effective moisture diffusivity of seedless purple grapes at different drying conditioonnss

3　結(jié) 論

通過對不同干燥方式和溫度（50～70 ℃）等因素對無核紫葡萄干燥后總多酚含量的影響進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，熱風(fēng)對流干燥能夠較好地保留無核紫葡萄的總酚含量，可以顯著提高有效水分?jǐn)U散系數(shù)，促進(jìn)水分向物料表面擴(kuò)散，從而提高干燥速率。不僅如此，本實驗建立的Henderson-Pabis模型更加適合描述無核紫葡萄干燥水分比與干燥時間之間的函數(shù)關(guān)系。實驗結(jié)果能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測無核紫葡萄干燥過程的含水率及失水速率變化，解決無核紫葡萄干燥在干燥生產(chǎn)過程中含水率在線檢測的難題，為無核紫葡萄干燥過程的優(yōu)化和控制提供理論依據(jù)。

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Drying Characteristics and Change in Total Polyphenol Content of Seedless Purple Grapes

WANG Qiang1,DENG Chaofang1,REN Yanrong1,PU Changjiu2,WU Hongbin3,*
(1.Department of Biological and Chemical Engineering,Chongqing University of Education,Chongqing 400067,China; 2.Teaching Resource Center,Chongqing University of Education,Chongqing 400067,China; 3.Institute of Agro-food Science and Technology,Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Science,Shihezi 832000,China)

Abstract:Three different drying techniques including natural drying,oven drying and hot-air drying was used to dry fresh seedless purple grapes to explore drying properties and kinetics model.The effects of three drying methods and its temperatures on the contents of water and total polyphenols in seedless purple grapes were investigated.The results showed that the hot-air drying method maintained higher contents of total polyphenols in seedless purple grapes.The Henderson-Pabis model which could be used to describe the relationship of water content and drying time was well fitted and established based on theexperimental data from three different drying techniques.The effective diffusion coefficients of water with different drying methods were in the range of 1.411 9 × 10–10–4.297 3 × 10–10m2/s.This study can accurately predict the changes of water content and water loss rate during the drying process of seedless grapes,and can provide a theoretical basis for optimizing the drying process and online detecting the water content of seedless grapes.

Key words:seedless purple grapes; oven drying; hot-air drying; drying characteristics; model

中圖分類號：TQ925

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-6630（2016）05-0062-05

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201605012

*通信作者：吳洪斌（1980—），男，副研究員，碩士，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工。E-mail：woo2007@foxmail.com

作者簡介：王強(qiáng)（1982—），男，副教授，博士研究生，研究方向為抗氧化自然資源利用與生理生化。

基金項目 ：新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)工業(yè)科技攻關(guān)項目（2015AB030）；重慶第二師范學(xué)院科研創(chuàng)新團(tuán)隊項目（KYC-cxtd03-20141002）

收稿日期：2015-03-26