紅棗片遠(yuǎn)紅外輻射干燥的干燥特性及VC變化

萬江靜，鄭 霞，高振江，肖紅偉，唐明祥，王 高（大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆石河子832000）

紅棗片遠(yuǎn)紅外輻射干燥的干燥特性及VC變化

萬江靜，鄭 霞*，高振江，肖紅偉，唐明祥，王 高
（大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆石河子832000）

采用遠(yuǎn)紅外輻射干燥技術(shù)對半干紅棗進(jìn)行了泥制棗片加工，通過單因素實(shí)驗(yàn)研究了棗片在不同的輻射溫度（55、60、65、70和75℃）、片厚（2、4和6 mm）和輻射距離（80、110和140 mm）下的干燥特性、水分有效擴(kuò)散系數(shù)、干燥活化能和VC含量變化，并分析了不同干燥因素對干燥時間和VC含量的影響，結(jié)果表明：輻射溫度、片厚和輻射距離對棗片的紅外干燥時間以及VC含量影響均顯著（p值均＜0.05）。在實(shí)驗(yàn)條件內(nèi)，不同因素對干燥時間的影響顯著性順序?yàn)椋狠椛渚嚯x（p=0.001）＞片厚（p=0.002）＞溫度（p=0.003），不同因素對VC含量的影響顯著性順序?yàn)椋簻囟龋╬＜0.001）＞輻射距離（p=0.001）＞片厚（p=0.032）；棗片整個干燥過程屬于降速干燥，水分有效擴(kuò)散系數(shù)在1.10674～9.67179×10-10m2/s的范圍內(nèi)，干燥所需的干燥活化能為53.79 kJ/mol。輻射溫度對棗片的VC含量影響最顯著。當(dāng)輻射溫度65℃，輻射距離110 mm，片厚4 mm時，干燥速率快且VC含量保持較高。

遠(yuǎn)紅外，棗片，干燥活化能，VC

在中國95%以上的紅棗被制成干棗或半干棗，以便儲藏、加工和消費(fèi)，制干是紅棗最常用的加工保藏方法，紅棗現(xiàn)有的制干技術(shù)有自然晾曬、熱風(fēng)干燥［1］、微波干燥［2］、紅外干燥［3］、微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥［4］等。但目前市場上紅棗的加工品種類也越來越豐富，如棗片、棗泥、棗糕、棗醋和棗茶等。納文娟等［5］用干紅棗作為原料，白糖和淀粉等作輔料，經(jīng)煮制、打漿、濃縮、干燥等工序制成外觀形似口香糖的棗片，實(shí)驗(yàn)發(fā)

現(xiàn)甜味劑、增稠劑以及淀粉的添加量對棗片的風(fēng)味均存在影響，但成品方便攜帶和實(shí)用。許牡丹等［6］對鮮棗進(jìn)行切片加工，發(fā)現(xiàn)真空低溫干燥棗片，可實(shí)現(xiàn)快速干制，鮮棗的色澤、風(fēng)味及形狀保持度高，口感好，每100 g產(chǎn)品VC高達(dá)1002.5 mg，但其裝置耗能高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。王陳強(qiáng)等［7］開發(fā)的紅棗棗片加工方法中，將紅棗中加入杏醬、打漿、熬制濃縮、裝盤刮片、熱風(fēng)烘干，最后揭片切片，其研制的紅棗棗片糖酸適中，風(fēng)味繁多，具有一定的創(chuàng)新性。王存堂等［8］將金絲小棗切片，進(jìn)行了不同厚度和干燥溫度下的熱風(fēng)干制，發(fā)現(xiàn)低溫干燥時棗片色澤更接近鮮樣，隨著溫度升高棗片表面發(fā)生褐變。

近年來綠色食品深受追捧，由于紅棗的藥食同源性，紅棗的各種加工品也受到越來越多的關(guān)注。紅外干燥技術(shù)作為一種新型的加熱技術(shù)［9］，具有干燥速度快［10］，加熱效率高，加熱均勻［11］，容易實(shí)現(xiàn)自動化［12］，且裝置簡易，費(fèi)用低，無污染［13］，并且具有殺蟲殺菌滅酶［14］的作用，近年來不斷被研究學(xué)者運(yùn)用到果蔬干燥中［15-16］，更有學(xué)者將其與其他干燥技術(shù)相結(jié)合用于果蔬加工［17-18］。本課題嘗試將波長范圍為8～15 μm的遠(yuǎn)紅外技術(shù)應(yīng)用于紅棗片的干制，力求開發(fā)一種新型的純天然無添加的綠色食品。由于紅外干燥過程受干燥溫度、切片厚度以及輻射距離等因素的影響，本文將探討不同干燥溫度、片厚和輻射距離對棗片干燥特性的影響，為遠(yuǎn)紅外干燥紅棗片提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新疆駿棗半干棗 購于石河子水果批發(fā)市場，產(chǎn)地為新疆阿克蘇地區(qū)，實(shí)驗(yàn)前挑選完整無損傷的紅棗作為實(shí)驗(yàn)材料，長度為（5.5±0.3）cm，直徑為（3.4±0.2）cm，質(zhì)量為（17.55±0.75）g/個，去核后濕基含水率為33.45%±0.5%，實(shí)驗(yàn)前置于（2±2）℃冰箱保存；草酸、碘化鉀、碳酸氫鈉 均為分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠；可溶性淀粉 天津永晟細(xì)化工有限公司；2，6-二氯靛酚鈉（Assay≥97%） 上海瑞永生物科技有限公司；白陶土 新疆沃德生物科技有限責(zé)任公司；抗壞血酸 天津市福晨化學(xué)試劑廠。

IRTP-200LS型遠(yuǎn)紅外干燥箱 江蘇鎮(zhèn)江美博科技有限公司；AR350+型非接觸式紅外測溫儀 東莞萬創(chuàng)電子制品有限公司；BSM-5200.2型電子天平 上海卓精電子科技有限公司；YP30002 MAX電子稱3000 g，上海越平科技有限公司；DF-979型果蔬攪拌機(jī) 深圳市聯(lián)創(chuàng)實(shí)業(yè)有限公司；紅棗去核器；DL-1型萬用電爐 北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

設(shè)定實(shí)驗(yàn)相關(guān)參數(shù)（輻射溫度、輻射距離），打開啟動按鈕，預(yù)熱至干燥室達(dá)到設(shè)定的溫度，各項(xiàng)指標(biāo)恒定；取適量駿棗，快速用清水沖洗，使用吸水紙迅速將棗擦干，用去核器除去棗核，然后把棗放入果蔬粉碎機(jī)打成棗泥，將打好的棗泥壓制平鋪制成1.5 cm×4 cm規(guī)格的棗片，裝盤稱重，將棗片放入干燥箱，開始干燥；實(shí)驗(yàn)開始后每隔30 min用電子天平對樣品稱重并記錄（測量過程耗時不超過30 s）；待物料的濕基含水量降至17%以下或者質(zhì)量變化小于0.2 g/h時方可停止干燥，關(guān)閉機(jī)器，將樣品放至室溫后按編號裝袋并密封保存于干燥皿中，然后進(jìn)行下一組實(shí)驗(yàn)。每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.1 不同輻射溫度、輻射距離和片厚對棗片干燥的影響

1.2.1.1 不同輻射溫度對棗片干燥的影響 在大量預(yù)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，將輻射距離固定為110 mm，片厚4 mm，對棗片進(jìn)行干燥溫度分別為55、60、65、70和75℃的干燥實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制出干燥曲線和干燥速率曲線，并對成品進(jìn)行VC測定。

1.2.1.2 不同輻射距離對棗片干燥的影響 在預(yù)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，將輻射溫度固定為65℃，片厚4 mm，對棗片進(jìn)行輻射距離分別為80、110和140 mm的干燥實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制干燥曲線和干燥速率曲線，并對成品進(jìn)行VC測定。

1.2.1.3 不同片厚對棗片干燥的影響 將輻射溫度固定為65℃，輻射距離110 mm，在片厚分別為2、4和6 mm的條件下，對棗片進(jìn)行干燥實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制出干燥曲線和干燥速率曲線，并對成品進(jìn)行VC測定。

1.2.2 不同輻射溫度、片厚和輻射距離條件下的紅棗片的水分有效擴(kuò)散系數(shù)

1.2.2.1 不同輻射溫度下的水分有效擴(kuò)散系數(shù) 計(jì)算干燥溫度分別在55、60、65、70和75℃的條件下的水分有效擴(kuò)散，并繪制出棗片在干燥過程中水分比的自然對數(shù)InMR與干燥時間t所呈線性關(guān)系曲線，得出線性回歸擬合公式。

1.2.2.2 不同輻射距離下的水分有效擴(kuò)散系數(shù) 計(jì)算輻射距離分別在80、110和140 mm的條件下的水分有效擴(kuò)散，并繪制出棗片在干燥過程中水分比的自然對數(shù)InMR與干燥時間t所呈線性關(guān)系曲線，得出線性回歸擬合公式。

1.2.2.3 不同片厚下的水分有效擴(kuò)散系數(shù) 計(jì)算片厚分別在2、4和6 mm的條件下的水分有效擴(kuò)散，并繪制出棗片在干燥過程中水分比的自然對數(shù)InMR與干燥時間t所呈線性關(guān)系曲線，得出線性回歸擬合公式。

實(shí)驗(yàn)安排見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)參數(shù)Table1 Design for experiments with run conditions included

1.2.3 不同干燥溫度下棗片的干燥活化能 計(jì)算干燥溫度分別在55、60、65、70和75℃的條件下棗片的

干燥活化能。

1.3 VC的測定

VC含量采用2，6-二氯靛酚法測定。

1.4 干燥參數(shù)的計(jì)算方法

計(jì)算紅棗片在不同的干燥溫度、輻射距離以及片厚條件下，水分比MR（moisture ratio）隨干燥時間的變化情況，其中干燥水分比MR計(jì)算公式如下［19-20］：

式中，M0為紅棗片的初始干基含水率（g/g）；Mt為任意干燥t時刻的干基含水率（g/g）。

干燥速率（Drying rate）計(jì)算公式如下：

式中，Mt1和Mt2分別為干燥到t1和t2時刻時紅棗泥片的干基含水率。

干基含水率Mt計(jì)算公式如下：

式中，Wt為在任意干燥t時刻的總質(zhì)量（g）；G為干物質(zhì)質(zhì)量（g）。

水分有效擴(kuò)散系數(shù)Deff公式［21-22］如下：

式中，Deff為干燥過程中物料的水分有效擴(kuò)散系數(shù)（m2/s）；L為棗片的厚度（g）；t為干燥時間（s）。

干燥活化能Ea計(jì)算公式如下：

式中，D0為干燥過程中物料的擴(kuò)散基數(shù)，為定值（m2/s）；Ea為物料的干燥活化能（kJ/mol）；R為氣體摩爾常數(shù)，值為8.314 J/（mol·k）；T為物料的干燥溫度（℃）。

1.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

用EXCEL繪出不同條件下棗片干燥的干燥曲線和干燥速率曲線；用MINITAB軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出不同因素對棗片干燥時間以及VC含量的影響顯著性，并進(jìn)行顯著性排序；用EXCEL分析不同輻射溫度、片厚以及輻射距離條件下水分比的自然對數(shù)InMR隨干燥時間的變化規(guī)律圖，并進(jìn)行線性回歸擬合，計(jì)算出不同條件下棗片的水分有效擴(kuò)散系數(shù)和干燥活化能。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同輻射溫度、輻射距離和片厚對棗片干燥的影響

2.1.1 不同輻射溫度對棗片干燥的影響 由圖1（a）可以看出棗片的干基含水率隨著干燥時間的延長逐漸減小，干燥溫度越高干燥時間越短，含水率降低的越快。由圖1（b）可以看出輻射溫度越高，棗片的干燥速率越大。干燥過程只有降速干燥階段，沒有出現(xiàn)明顯的恒速階段。在干燥溫度分別為55、60、65、70和75℃的條件下，所需干燥時間依次為6.5、5、4、3和2 h，每100 g干物質(zhì)中VC含量依次為41.33、54.22、96.42、 101.32和103.07 mg。75℃輻射溫度下干燥時間比55℃縮短了69%，其干制后的VC含量最高。當(dāng)輻射溫度大于70℃時干燥時間雖明顯縮短，但物料表面褐變嚴(yán)重，色澤較差，由此可知輻射溫度不宜超過70℃。

圖1 不同輻射溫度下棗片的干燥曲線和干燥速率曲線Fig.1 The drying curves and drying rate curves of jujube sheet under different radiation temperature

2.1.2 不同輻射距離對棗片干燥的影響 由圖2（a）可以看出，棗片的干基含水率隨著輻射距離的縮短逐漸減小，輻射距離越小干燥時間越短，含水率降低的越快。在輻射距離分別在80、110和140 mm的條件下，所需干燥時間依次為1.5、4和6 h，每100 g干物質(zhì)的VC含量依次為87.9、96.42和54.15 mg。80 mm輻射距離下的干燥時間比140 mm的縮短了75%，且VC含量保持較好，由此可知，輻射距離過大則干燥時間變長，VC損失多。由圖2（b）可以看出，輻射距離越小，棗片的干燥速率越大。干燥過程只存在降速干燥階段，沒有出現(xiàn)較明顯的恒速干燥階段。

2.1.3 不同片厚對棗片干燥的影響 將輻射溫度固定為65℃，輻射距離110 mm，進(jìn)行不同片厚條件下的棗片干燥實(shí)驗(yàn)，得到干燥曲線如圖3所示。由圖3（a）可以看出棗片的干基含水率隨著片厚的縮小逐漸減小，片厚越小干燥時間越短，含水率降低的越快。在片厚分別在2、4和6 mm的條件下，所需干燥時間依次為2、4和6.5 h，每100 g干物質(zhì)的VC含量依次為53.83、96.42和76.48 mg，片厚為2 mm的干燥時間比片厚為6 mm的干燥時間縮短了69%，4 mm片厚的棗片VC保持最高，說明棗片干燥時的片厚不宜過薄也不宜過厚。由圖3（b）可以看出片厚越小，棗片的干燥速率越大，干燥過程只有降速干燥階段。

圖2 不同輻射距離下棗片的干燥曲線和干燥速率曲線Fig.2 The drying curves and drying rate curves of jujube sheet under different radiation distance

對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，p值＜0.05則影響顯著，p值＜0.01則影響極其顯著，由表2的單因素方差分析結(jié)果可知，輻射溫度、片厚和輻射距離對棗片的紅外干燥時間以及VC的含量均有顯著性影響。在實(shí)驗(yàn)條件內(nèi)，不同因素對干燥時間的影響顯著性順序?yàn)椋狠椛渚嚯x（p=0.001）＞片厚（p=0.002）＞溫度（p= 0.003），不同因素對VC含量的影響顯著性順序?yàn)椋簻囟龋╬＜0.001）＞輻射距離（p=0.001）＞片厚（p=0.032）。

2.2 不同輻射溫度、片厚和輻射距離條件下的紅棗片的水分有效擴(kuò)散系數(shù)

圖3 不同片厚下棗片的干燥曲線和干燥速率曲線Fig.3 The drying curves and drying rate curves of jujube sheet under different slice thickness

2.3 不同干燥溫度下棗片的干燥活化能

由圖7的直線回歸方程可得出棗片干燥所需的干燥活化能為Ea=53.79 kJ/mol，說明遠(yuǎn)紅外干燥紅棗片時去除1 mol的水分需要的最低啟動能量為53.79 kJ。

3 結(jié)論

表2 單因素實(shí)驗(yàn)方差分析Table2 Analysis of variance for single factor experiment

圖4 不同干燥溫度下紅棗片干燥水分比的自然對數(shù)InMR對干燥時間的變化曲線Fig.4 The change curve which the natural logarithmic lnMR of dry moisture ratio relationship with the drying time under the different radiation temperature

圖5 不同片厚下紅棗片干燥水分比的自然對數(shù)InMR對干燥時間的變化曲線Fig.5 The change curve which the natural logarithmic lnMR of dry moisture ratio relationship with the drying time under the different slice thickness

圖6 不同輻射距離下紅棗片干燥水分比的自然對數(shù)InMR對干燥時間的變化曲線Fig.6 The change curve which the natural logarithmic lnMR of dry moisture ratio relationship with the drying time under the different radiation distance

3.1 輻射溫度、片厚和輻射距離對棗片的紅外干燥時間以及VC含量均有顯著性影響。在實(shí)驗(yàn)條件內(nèi)，不同因素對干燥時間的影響顯著性順序?yàn)椋狠椛渚嚯x＞片厚＞溫度，不同因素對VC含量的影響顯著性順序?yàn)椋簻囟龋据椛渚嚯x＞片厚。

3.2 棗片整個干燥過程屬于降速干燥，水分有效擴(kuò)散系數(shù)為1.10674×10-10～9.67179×10-10m2/s，干燥所需的干燥活化能為Ea=53.79 kJ/mol。

表3 lnMR線性回歸擬合公式和水分有效擴(kuò)散系數(shù)Table3 lnMR linear regression formulas and effective moisture diffusion coefficients of jujube sheet

圖7 水分有效擴(kuò)散系數(shù)與干燥溫度的關(guān)系曲線Fig.7 Relation cuves of moisture effective diffusion coefficients and drying temperatures

3.3 輻射溫度對棗片的VC含量影響最為顯著，但不宜超過70℃。輻射距離過大則VC損失較多。棗片片厚為4 mm時VC保持較好。當(dāng)輻射溫度為65℃，輻射距離110 mm，片厚4 mm時，不僅干燥速率快且VC含量為96.42 mg保持較好。

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Far-infrared drying characteristics and the changes of VCof red jujube sheet

WAN Jiang-jing，ZHENG Xia*，GAO Zhen-jiang，XIAO Hong-wei，TANG Ming-xiang，WANG Gao
（College of Mechanical and Electric Engineering，Shihezi University，Shihezi 832000，China）

The far-infrared drying technical was used to red jujube mud on half-drying red jujube at this article.The water effective diffusion coefficient of the red jujube，dry activation energy and the changes of VCcontent was studied through the single factor experiment in different radiation temperature（55，60，65，70 and 75℃），slice thickness（2，4 and 6 mm）and radiation distance（80，110 and 140 mm）of the drying characteristics.The results showed that it had much significant impact of jujube infrared drying time and VCcontent under the different radiation temperature（p＜0.05），slice thickness and radiation distance.Under the test conditions，the influence of different factors on the drying time significant order：The radiation distance（p=0.001）＞the piece of thick（p=0.002）＞the temperature（p=0.003），and the influence of different factors on the VCcontent in significant order：the temperature（p＜0.001）＞the radiation distance（p=0.001）＞the piece of thick（p=0.032）.The whole drying process of jujube sheet belonged to slow down drying.The water effective diffusion coefficient was 1.10674×10-10～9.67179×10-10m2/s and the required drying activation energy was 53.79 kJ/mol.Radiation temperature was the most important influence on jujube piece of VC.It had fast drying speed and could keep the high content of VCwhen the radiation temperature was 65℃，radiation distance was 110 mm，slice thickness was 4 mm.

far infrared；jujube sheet；dry activation energy；VC

TS201.1

A

1002-0306（2016）08-0110-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.08.014

2015-10-09

萬江靜（1992-），女，碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)加工關(guān)鍵技術(shù)與裝備研發(fā)，E-mail：wjjshz@163.com。

*通訊作者：鄭霞（1969-），女，博士，副教授，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程，E-mail：124899256@qq.com。

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)科技支疆計(jì)劃項(xiàng)目（2013AB019）。