蘋果切片干燥品質(zhì)試驗研究

袁越錦， 焦 丹， 董繼先， 李 靖， 劉 欣

(1.陜西科技大學 機電工程學院， 陜西 西安 710021； 2.陜西農(nóng)產(chǎn)品加工技術研究院， 陜西 西安 710021)

蘋果切片干燥品質(zhì)試驗研究

袁越錦1，2， 焦 丹1， 董繼先1，2， 李 靖1， 劉 欣1

(1.陜西科技大學 機電工程學院， 陜西 西安 710021； 2.陜西農(nóng)產(chǎn)品加工技術研究院， 陜西 西安 710021)

對蘋果切片在熱風真空組合干燥方式下進行了品質(zhì)試驗研究，對比分析了不同熱風溫度、真空溫度、中間轉(zhuǎn)換點含水率、真空度對VC含量等的影響；運用MATLAB軟件對試驗結果進行R法分析，得出了蘋果切片在熱風真空組合干燥方式下品質(zhì)最優(yōu)的工藝參數(shù)：熱風溫度60 ℃，中間轉(zhuǎn)換點含水率40%，真空溫度55℃，真空度0.08 MPa；并對試驗結果進行方差分析，得出試驗因素對VC含量等影響的顯著性情況.

蘋果； 熱風； 真空； 組合干燥； VC

0 引言

蘋果是世界四大水果之一，是我國最主要的果品，也是世界上種植最廣、產(chǎn)量最多的果品[1,2].蘋果的性味溫和，含有豐富的碳水化合物、維生素和微量元素，是所有蔬果中營養(yǎng)價值最接近完美的一個[3].然而，我國在蘋果深加工工藝方面仍處于技術欠缺的局面，造成了大量成品蘋果積壓甚至出現(xiàn)大量的腐爛浪費情況[4,5].

目前，脫水蘋果常用的干燥方法主要是熱風干燥法、遠紅外線干燥法、微波干燥法、真空干燥法等.干燥工藝直接關系到蘋果干制品的口感品質(zhì)及貯藏穩(wěn)定性[6-8].聯(lián)合干燥技術是目前干燥技術的研究熱點之一，具有最大程度保留物料原有的品質(zhì)和色澤的特點[9-12].隨著人們對于蘋果休閑食品興趣的提高，生產(chǎn)高品質(zhì)的蘋果干制品已經(jīng)成為目前亟待解決的重要問題[13].因此，本文擬對影響熱風真空組合干燥蘋果片VC含量等品質(zhì)特性的因素進行試驗研究，探討因素在干燥過程中對蘋果片VC含量等干燥品質(zhì)的影響程度，從而得出蘋果在熱風真空組合干燥時所需要的最佳工藝條件，為我國今后蘋果干制品的加工和生產(chǎn)應用所需要的相關設備提供技術和理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗材料、試劑與設備

(1)試驗材料：“紅富士”蘋果，購于西安市當?shù)厥袌?要求新鮮，大小及成熟度均勻，果型完整無損，無腐爛.

(2)試驗試劑：檸檬酸，純度99.5%，相對分子質(zhì)量為210.14；無水氯化鈣，純度96.0%，相對分子質(zhì)量為110.99；亞硫酸氫鈉，純度99.7%，相對分子質(zhì)量為104.06；氯化鈉，純度為99.5%，相對分子質(zhì)量為58.5；購自于天津市凱通化學試劑有限公司(原四通化工廠)；10 g/L草酸溶液；20 g/L草酸溶液；0.1 mg/mL標準抗壞血酸溶液；2，6-二氯酚靛酚溶液.

(3)儀器設備：太陽能熱風真空組合干燥設備(自制)、冠亞牌SFY系列快速水分測定儀(深圳市冠亞電子科技有限公司)、電子天平(精度為0.001 g)、溫度計、電子秒表、濾紙、鑷子、燒杯、玻璃棒、研缽、容量瓶(100 mL、500 mL、1 000 mL)、量筒(5 mL、10 mL)、移液管、錐形瓶(50 mL)、滴定管、漏斗、滴定臺.

自制太陽能果蔬熱風-真空組合干燥設備如圖1所示，主要由空氣預熱器、排風管、排濕風機、智能控制器、太陽能熱水器、水泵、真空泵、干燥箱、熱風輔助加熱器、引風機等組成.

按照物料含水率的不同，可將干燥的過程分為熱風干燥和真空干燥階段，將被干燥的果蔬物料放入到干燥箱內(nèi)，關閉箱門.先進行熱風干燥：開啟排濕風機，打開排風控制閥，關閉真空排濕控制閥，由引風機將環(huán)境冷空氣壓入到干燥箱中，吸入的冷空氣由加熱器進行熱交換后，對物料進行熱風干燥.然后進行真空干燥：開啟真空泵和捕水器，打開真空排濕閥門，關閉排風控制閥.干燥箱內(nèi)物料蒸干器蒸發(fā)出來的水蒸氣通過真空排濕部分的捕水器除去[14].

1.空氣預熱器 2.排風管 3.排風控制閥 4.排濕風機 5.物料及物料盤 6.箱門 7.智能控制器 8.均風通道 9.高溫進水管 10.給熱水控制閥 11.太陽能熱水器 12.電加熱器 13.太陽能真空熱水管 14.太陽能支座 15.補水控制閥 16.補水管 17.水箱 18.水泵 19.低溫回水管 20.真空泵 21.捕水器 22.真空排濕管 23.真空排濕控制閥 24.排濕百葉窗 25.加熱盤管 26.干燥箱 27.風量控制閥 28.熱風輔助加熱器 29.引風機 30.進風管圖1 太陽能果蔬熱風真空 組合干燥設備的結構

1.2 試驗方法

1.2.1 評價指標

(1)含水率：采用冠亞牌SFY系列快速水分測定儀(深圳市冠亞電子科技有限公司)進行測量，將儀器的加熱溫度調(diào)至110 ℃ ，研判時間設定為40 s，取大于0.5 g的樣品，放在料盤上進行測量，待紅外燈泡熄滅并發(fā)出報警時，按下“顯示”鍵讀出樣品的水分值.快速水分測定儀的測定含水率X的原理為：

(1)

式(1)中：mo-初始重量，g；mt-現(xiàn)時重量，g.

(2)復水比：隨機選取干燥后的蘋果片將其浸漬在20 ℃的純水中進行復水試驗，每隔半小時將其用鑷子取出，用濾紙瀝干其表面水分，稱量此時蘋果片的質(zhì)量，與復水前的質(zhì)量進行比較，計算得出其復水比Rf為：

(2)

式(2)中：gf-蘋果片復水后的質(zhì)量，g；gd-蘋果片復水前的質(zhì)量，g.

(3)VC含量：用2，6-二氯酚靛酚滴定含有維生素C的酸性溶液，當溶液由無色變?yōu)槲⒓t色時即表示溶液中的維生素C剛好全部被氧化，此時即為滴定終點，從滴定時2，6-二氯酚靛酚溶液的消耗量，可以計算出被檢物質(zhì)中還原型維生素C的含量.計算公式如下：

(mg/100 g)

(3)

式(3)中：V1-滴定樣品消耗的染料體積，mL；V0-空白滴定消耗的染料體積，mL；ρ-1 mL染料溶液相當于抗壞血酸的質(zhì)量，mg/mL；VS- 滴定時所取樣品溶液體積，mL；V-樣品提取液總體積，mL；m-樣品質(zhì)量，g.

(4)指標隸屬度計算公式如下：

(4)

可見，指標最大值的隸屬度為1，而指標最小值的隸屬度為0，所以0≤指標隸屬度≤1.

1.2.2 試驗設計

試驗流程：新鮮蘋果→清洗→去除外皮→切片→護色→測量初始數(shù)據(jù)→熱風干燥→測量中間數(shù)據(jù)(中間含水率)→真空干燥→測量終了數(shù)據(jù)(含水率、復水比、VC等).

將新鮮蘋果用清水清洗干凈，去皮、去核，將其切片(厚度約為5 mm)，進行護色處理.護色液按料液比為1∶5進行配制，護色劑由質(zhì)量分數(shù)為0.5%檸檬酸、0.4%氯化鈣、0.5%氯化鈉、0.2%亞硫酸氫鈉和0.2%的抗壞血酸組成.將蘋果切片浸入護色液中，經(jīng)過0.5 h后，將其撈出，用清水噴淋后瀝干.取新鮮蘋果樣品大于0.5 g，放置在冠亞牌SFY系列快速水分測定儀上，測出蘋果的初始含水率.然后將蘋果切片均勻鋪在物料盤上，放入熱風真空組合干燥箱內(nèi)進行干燥，控制溫度設置50 ℃、60 ℃、70 ℃三個水平.熱風干燥一定時間后，達到一定的含水率后，關閉熱風干燥，然后進行真空干燥，真空干燥時干燥溫度設置為55 ℃、63 ℃、70 ℃三個水平，真空度設置為0.08、0.085、0.09 MPa三個水平.直到蘋果切片含水率降至10%以下后停止干燥.

1.2.3 單因素試驗

選取蘋果片干燥過程中的熱風溫度、中間轉(zhuǎn)換點含水率、真空溫度、真空度作為試驗因素，控制一個因素變化，而其余的因素保持不變進行單因素試驗，以蘋果切片干燥的時間、復水比和VC含量為試驗指標，研究各因素對試驗指標的影響.

1.2.4 正交試驗組合

選取蘋果切片干燥過程中的熱風溫度、中間轉(zhuǎn)換點含水率、真空溫度、真空度作為試驗因素，以干燥時間、復水比以及VC含量為綜合評價指標，進行3水平4因素的蘋果片熱風真空組合干燥正交試驗,如表1所示.綜合評分滿分為1，由干燥時間、復水比及VC含量三大指標通過以下公式計算得到：綜合分數(shù)=干燥時間隸屬度×0.2+復水比隸屬度×

0.4+VC含量隸屬度×0.4

(5)

選用L9(34)[15]正交表安排試驗，重復2次，共18組，每組試驗中各取已備好的蘋果片600 g，進行試驗.

表1 蘋果片組合干燥正交試驗因素水平表

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 熱風溫度

在中間轉(zhuǎn)換點含水率30%，真空溫度63 ℃和真空度0.085 MPa時，不同熱風溫度下蘋果片的干燥曲線及復水曲線如圖2所示.由圖2(a)可以看出，熱風溫度越大，所需干燥時間越短；同時由圖2(b)也可看出，隨著熱風溫度的增大,蘋果片復水曲線變平緩,即蘋果片的復水性變差.這主要是因為,熱風溫度越高，溫度梯度變大，干燥速率增快，破壞了蘋果片內(nèi)部的孔道網(wǎng)格結構.

熱風溫度為50 ℃、60 ℃和70 ℃時，維生素C含量分別為：8.92 mg/100 g、10.215 mg/100 g和6.725 mg/100 g.60 ℃干燥后的蘋果片VC含量最多，50 ℃干燥的VC含量低于60 ℃，原因是干燥時間太久，導致VC破壞更嚴重.

(a)干燥曲線

(b)復水曲線圖2 不同熱風溫度下的蘋果片 干燥曲線及復水曲線

2.1.2 中間轉(zhuǎn)換點含水率

在熱風溫度60 ℃，真空溫度63 ℃和真空度0.085 MPa時，不同中間轉(zhuǎn)換點含水率下蘋果片的干燥曲線及復水曲線如圖3所示.由圖3(a)可以看出，隨著中間轉(zhuǎn)換點含水率的減小，蘋果片所需干燥時間越短；但同時由圖3(b)也可看出，在中間轉(zhuǎn)換點含水率為40%時，蘋果片的復水性最好；隨著中間轉(zhuǎn)換點含水率的增大，蘋果片的復水性變強.這是因為中間轉(zhuǎn)換點含水率越高則熱風干燥時間較短，真空干燥時間較長，熱風干燥容易使蘋果片的營養(yǎng)物質(zhì)及水分流失，真空干燥可以很大程度保持物料味道及保護其內(nèi)部組織.

(a)干燥曲線

中間轉(zhuǎn)換點含水率為20%、30%和40%時，維生素C含量分別為4.55 mg/100 g、10.215 mg/100 g和9.15 mg/100 g.由此可知，當中間轉(zhuǎn)換點含水率為30%時，維生素C的含量最高，而當中間轉(zhuǎn)換點含水率為20%時，維生素C的含量最低，且與其他兩個水平相差較大.由于真空干燥過程中，水的沸點較低，蘋果片的干燥溫度較低，有利于保存蘋果片中VC等營養(yǎng)成分.

2.1.3 真空溫度

在熱風溫度60 ℃，中間轉(zhuǎn)換點含水率30%和真空度0.085 MPa時，不同真空溫度下蘋果片的干燥曲線及復水曲線如圖4所示.由圖4(a)可以看出，真空溫度越高，蘋果片干燥曲線變得較陡，即蘋果片所需干燥時間越短；由圖4(b)也可看出，隨著真空溫度的減小，蘋果片的復水曲線也變得更陡，即蘋果片復水比隨著真空溫度的增大而減小，蘋果片的復水性變差.

真空溫度為55 ℃、63 ℃和70 ℃時，維生素C的含量分別為7.25 mg/100 g、10.215 mg/100 g和6.925 mg/100 g.由此可知，當真空溫度為63 ℃時，維生素C的含量最高，而當真空溫度為55 ℃和70 ℃時，二者的維生素C含量相差不大.與熱風溫度影響相似，隨著真空溫度的升高，VC損失越嚴重.

(a)干燥曲線

(b)復水曲線圖4 不同真空溫度下的蘋果片 干燥曲線及復水曲線

2.1.4 真空度

在熱風溫度60 ℃，中間轉(zhuǎn)換點含水率30%和真空溫度63 ℃時，不同真空度下蘋果片的干燥曲線及復水曲線如圖5所示.由圖5(a)可以看出，隨著真空度的減小，蘋果片的干燥曲線變得較陡，即干燥時間變短；由圖5(b)還可看出，隨著真空度的減小，蘋果片的復水曲線也變得越陡，即蘋果片復水比隨著真空度的減小而增大，蘋果片的復水性變好.

(a)干燥曲線

(b)復水曲線圖5 不同真空度下的蘋果片 干燥曲線及復水曲線

真空度為0.08、0.085和0.09 MPa 時，維生素C含量分別為5.61 mg/100 g、10.215 mg/100 g和9.13 mg/100 g.由此可知，當真空度為0.085 MPa 時，維生素C含量最高，但其與當真空度為0.09 MPa 時的維生素C含量相差不大.而當真空度為0.08 MPa時，維生素含量最低.這是由于真空度越高，水的沸點越低，可使蘋果片保持在較低的干燥溫度下，因而使蘋果片中的VC等營養(yǎng)成分保持良好.

2.2 正交試驗

2.2.1 試驗結果的極差分析

熱風真空組合干燥蘋果片的正交試驗方案及極差分析結果如表2所示[16,17].運用MATLAB軟件對綜合得分進行極差分析后可知，在熱風真空組合干燥方式下，各試驗因素對蘋果切片干燥品質(zhì)影響的主次順序為A、B、D、C；優(yōu)方案為A2B3D1C1；即綜合指標下最佳的干燥工藝參數(shù)為熱風溫度60 ℃，中間轉(zhuǎn)換點含水率40%，真空溫度55 ℃，真空度0.08 MPa.

表2 蘋果片組合干燥正交試驗方案及極差分析

2.2.2 驗證試驗

根據(jù)正交試驗極差分析結果，選取最優(yōu)水平，即熱風溫度60 ℃，中間轉(zhuǎn)換點含水率40%，真空溫度55 ℃，真空度0.08 MPa進行驗證試驗，在此條件下，干燥時間為9.5 h，復水比為4.92，VC含量為8.03 mg/100 g，此時的綜合分為0.46.

2.2.3 試驗結果的方差分析

運用MATLAB軟件對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析，表3～5所示分別為其干燥時間方差分析結果、復水比方差分析結果以及VC含量方差分析結果.

據(jù)表3分析可知，對于干燥時間，因素A，F(xiàn)A=129.200 8；因素B，F(xiàn)B=106.859 7；因素C，F(xiàn)C=399.551 1；因素D，F(xiàn)D=407.672 9.而F0.01=8.021 5，A、B、C、D的F值均遠大于F0.01，說明因素A、因素B、因素C、因素D對干燥時間的影響均“高度顯著”.

據(jù)表4分析可知，對于復水比，因素A，F(xiàn)A=746.529 4；因素B，F(xiàn)B=213.588 2；因素C，F(xiàn)C=626.882 4；因素D，F(xiàn)D=861.588 2.而F0.01= 8.021 5，A、B、C、D的F值均遠大于F0.01，說明因素A、B、C、D對干燥時間的影響均“高度顯著”.

據(jù)表5分析可知，對于VC含量，因素A，F(xiàn)A=1 975.729 9；因素B，F(xiàn)B=287.759 4；因素C，F(xiàn)C=608.163 3；因素D，F(xiàn)D=438.249 8.而F0.01= 8.021 5，A、B、C、D的F值均遠大于F0.01，說明因素A、B、C、D對干燥時間的影響均“高度顯著”.

表3 干燥時間的方差分析表

表4 復水比的方差分析表

表5 VC含量的方差分析表

3 結論

(1)在干燥過程中，干燥溫度越高，干燥時間越長，蘋果片的VC含量損失越嚴重；另外，真空度越高，能保證蘋果片處在一個較低的干燥溫度，從而使蘋果片中的VC含量等干燥品質(zhì)保持良好.

(2)采用MATLAB對試驗結果進行極差分析，得出在整個熱風真空組合干燥蘋果片的過程中，試驗因素對蘋果切片干燥品質(zhì)影響的主次順序為A、B、D、C；優(yōu)方案為A2B3D1C1；即綜合指標下最佳的干燥工藝參數(shù)為：熱風溫度60 ℃，中間轉(zhuǎn)換點含水率40%，真空溫度55 ℃，真空度0.08 MPa.

(3)采用MATLAB對試驗結果進行方差分析，得出熱風真空組合干燥蘋果片的試驗因素：熱風溫度、中間轉(zhuǎn)換點含水率、真空溫度、真空度對試驗指標干燥時間、復水比與VC含量的影響均顯著.

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【責任編輯：蔣亞儒】

Experimental study on drying quality of apple slices

YUAN Yue-jin1,2, JIAO Dan1, DONG Ji-xian1,2, LI Jing1, LIU Xin1

(1.College of Mechanical and Electrical Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China; 2.Shaanxi Research Institute of Agricultural Products Processing Technology, Xi′an 710021, China)

In this article,taking apples as raw materials,we conducted a experimental research on drying quality of apple slices during hot-air vacuum combined drying methods,and compared different hot air temperature,intermediate conversion moisture content,vacuum temperature, vacuum degree affect VC content and other drying qualities.Range analysis of test results is performed by using the MATLAB software.The optimized technological parameters of hot-air vacuum combined drying methods are 60 ℃ hot-air temperature,40% intermediate conversion moisture content,55 ℃ vacuum temperature and 0.08 Mpa vacuum degree.The software is also used to analyze the test results of the analysis of variance,the significance of experimental factors on the content of VC is obtained.

apple； hot-air； vacuum； combined drying； VC

2016-08-25

國家自然科學基金項目(51276105)； 陜西省自然科學基金項目(2016JM4012)； 陜西省教育廳自然科學專項科研計劃項目(16JK1090)； 陜西省重大科技創(chuàng)新項目(2012ZKC-10-1)

袁越錦(1975-)，男，湖南漢壽人，教授，博士，研究方向：干燥技術與設備

1000-5811(2017)01-0139-06

TS255.3

A