切片厚度對檸檬片熱風干燥特性及相關(guān)品質(zhì)的影響研究

葛 帥，徐海山，丁勝華，王蓉蓉

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學 食品科技學院，湖南 長沙 410128；2.湖南省農(nóng)業(yè)科學院 農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，湖南 長沙 410125）

檸檬（Citrus limon） 屬蕓香科柑橘屬常綠小喬木[1]，富含果膠、有機酸、酚類物質(zhì)、維生素，以及Ca，Mg，F(xiàn)e，P，Zn等多種微量元素，具有殺菌、美容、潤喉、提神、降低膽固醇、預防壞血病和心腦血管動脈硬化等多種功效[2-4]。新鮮檸檬味極酸，一般不生食，且由于含水量較高（約為85%） 不耐貯藏，通常將其加工成飲料或干制品以延長貨架期[5]。其中，檸檬片由于其食用方便、輕便易攜帶、價格實惠等特點，已越來越受消費者的喜愛。目前，國內(nèi)外關(guān)于檸檬片干燥的研究主要集中在熱風干燥[6]、遠紅外干燥[7]、真空冷凍干燥[8-9]等方面，研究內(nèi)容大多是圍繞干燥工藝的優(yōu)化及干燥模型的建立。然而，切片厚度作為影響檸檬片干燥的重要因素之一[1，10]，關(guān)于其對干燥特性及相關(guān)品質(zhì)影響的研究仍然較少。因此，試驗以新鮮檸檬為原料，研究切片厚度對檸檬片熱風干燥特性及相關(guān)品質(zhì)的影響，包括干基含水量、水分比、干燥速率、水分有效擴散系數(shù)、復水比、收縮比等，以確定適合檸檬片熱風干燥的最佳切片厚度，為檸檬片熱風干燥的商業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 主要材料

新鮮的尤力克黃檸檬（產(chǎn)地四川），購于湖南農(nóng)業(yè)大學東之源超市，要求挑選成熟度一致、大小均一、無機械損傷和病蟲害的果實，并置于4℃下備用。

1.2 主要儀器與設備

DHZ-9240A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司產(chǎn)品；CF16RXII型高速冷凍離心機，日本日立公司產(chǎn)品；W201D型恒溫水浴鍋，上海申順生物科技有限公司產(chǎn)品；AUY-220型電子分析天平，日本島津公司產(chǎn)品。

1.3 工藝流程

挑選分級→清洗→風干→切片（2，3，4 mm） →熱風干燥（60℃）→稱質(zhì)量（含水量低至10%）→指標測定。

1.4 測定方法

1.4.1 初始含水率測定

采用GB 5009.3—2010測定檸檬片的水分。

1.4.2 干基含水量計算

式中：Mi——i時刻干燥檸檬片的質(zhì)量，g；

M0——檸檬片初始鮮質(zhì)量，g；

0.13 ——檸檬的干物質(zhì)含量。

1.4.3 干燥速率計算

式中：mt——物料在t時刻的質(zhì)量，g；

mt-i——物料在t-i時刻的質(zhì)量，g。

1.4.4 水分比計算

式中：Wt——t時刻物料含水率（干基），%；

W0——物料初始含水率（干基），%；

Me——物料干燥平衡含水率（干基），%。

由于檸檬的平衡含水率較小，此處水分比采用簡化的水分比[11-12]，即

1.4.5 水分有效擴散系數(shù)計算

式中：L——檸檬片厚度，mm；

ln MR——時間t的函數(shù)。

有效擴散系數(shù)Deff的大小取決于ln MR對時間t作圖所得的斜率得斜率可算出有效擴散系數(shù)Deff。

1.4.6 復水比測定

參考徐海山等人[13]的方法分別在室溫和75℃下進行測定，計算公式如下：

式中：me——復水后質(zhì)量，g；

m0——復水前質(zhì)量，g；

Xr——復水比。

1.4.7 收縮比的計算

式中：m0——裝載某一刻度正己烷與量筒的質(zhì)量，g；

m1——將物料放入量筒后用正己烷補充到同一刻度的總質(zhì)量，g；

m物——待測物的質(zhì)量，g。

在測定前先按照上述公式對不同厚度的鮮樣進行測定，干燥試驗后再對干樣進行測定，收縮比即為V干樣/V鮮樣。

1.5 數(shù)據(jù)分析

運用Origin 8.0軟件處理數(shù)據(jù)、作圖并分析各處理的差異顯著性；每個處理重復3次，數(shù)據(jù)結(jié)果以平均值±標準差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 切片厚度對檸檬片熱風干燥特性的影響

2.1.1 干基含水量和水分比

切片厚度對檸檬片干基含水量 （a） 和水分比（b） 的影響見圖1。

圖1 切片厚度對檸檬片干基含水量（a） 和水分比（b） 的影響

圖1 （a） 反映了切片厚度對檸檬片干基含水量的影響。不同切片厚度的檸檬片干基含水量變化趨勢相同，都隨干燥時間的增加而逐漸降低。干基含水量在干燥前期下降最快，隨后下降緩慢直至不變，這與Akpinar E等人[14]的研究結(jié)果相似。這是由于干燥前期失去的主要是自由水，切片表面水分受熱后迅速蒸發(fā)，且由于切片表面水分不斷被空氣帶走，導致檸檬片表面空氣和熱風之間形成濕度差，同時檸檬片內(nèi)部與表面也會形成濕度差，所以內(nèi)部水分不斷向外部擴散，干基含水量下降迅速[15]。而在干燥后期以失去結(jié)合水為主，且由于檸檬片發(fā)生收縮，結(jié)構(gòu)破壞，導致水分難以向外擴散，干基含水量下降緩慢[16]。切片厚度是影響檸檬片干燥過程中干基含水量變化的重要因素，切片厚度越大，檸檬片內(nèi)部傳熱傳質(zhì)阻力越大[1]，所需的干燥時間越長。其中，相比于其他處理組的檸檬片，當切片厚度為2 mm時，其所需的干燥時間最短，達到干燥終點的時間僅需要190 min，而4 mm檸檬片熱風干燥需要的時間約為720 min，二者相差3倍左右。這主要是由于切片厚度的增大導致傳熱阻力增加，使傳熱速率降低，干燥所需時間增加，這與黃艷斌等人[1]的研究結(jié)果一致。

圖1（b） 反映的是切片厚度對檸檬片水分比的影響。如圖所示，各處理組水分比的變化趨勢相同，即隨干燥時間的增加水分比逐漸降低。同干基含水量的變化一致，在干燥前期，檸檬片水分比下降的速率最快，隨后下降緩慢趨于平緩。相比于其他處理組，切片厚度為2 mm的檸檬片水分比降低到終點所需的時間最短，隨著切片厚度的增加，水分比降低所需的時間逐漸增加，這主要是由于物料厚度引起水分遷移距離發(fā)生變化，從而導致單位體積有效干燥面積發(fā)生改變[17]。因此，檸檬片干燥特性受切片厚度的影響較大，厚度越薄，干燥曲線越陡，所需的干燥時間越短[6]。

2.1.2 干燥速率

切片厚度對檸檬片干燥速率的影響見圖2。

圖2 切片厚度對檸檬片干燥速率的影響

檸檬片干燥過程是一個降速階段，干燥過程中隨著干基含水量的降低，干燥速率也逐漸下降。王蓉蓉等人[6]和黃艷斌等人[1]也得出相同的規(guī)律，干燥過程分為恒速階段和降速階段，恒速階段時間短，降速階段時間長，整個干燥過程表現(xiàn)為隨著干基含水量減少，干燥速率逐漸下降的降速過程。切片厚度是影響檸檬片干燥速率的重要因素，切片厚度越薄，比表面積越大，水分蒸發(fā)得越快，干燥速率越快。另外，水分遷移距離越小，與干燥介質(zhì)的相對接觸面積也越大，干燥速率越快，達到干燥終點所需的時間最短[18-19]。

2.1.3 有效擴散系數(shù)

切片厚度對檸檬片水分有效擴散系數(shù)的影響見圖3，切片厚度對檸檬片水分有效擴散系數(shù)的影響見表1。

圖3 切片厚度對檸檬片水分有效擴散系數(shù)的影響

表1 切片厚度對檸檬片水分有效擴散系數(shù)的影響

有效擴散系數(shù)反映了物料在干燥條件下的脫水能力[20]，切片厚度對檸檬片水分有效擴散系數(shù)的影響如表1所示。從表1中可看出，切片厚度是影響水分有效擴散系數(shù)變化的主要因素，當切片厚度為2 mm時，檸檬片水分有效擴散系數(shù)為1.527 78×10-9，高于其他處理組。且隨著厚度的增大，有效擴散系數(shù)呈減小的趨勢，3 mm和4 mm檸檬片有效擴散系數(shù)間差別不大。然而，關(guān)于切片厚度對果蔬有效擴散系數(shù)的影響在相關(guān)研究中得到了相反的結(jié)果，張賽等人[17]研究表明，香蕉切片厚度越大其有效擴散系數(shù)越高。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因主要是由于干燥過程中果蔬表面發(fā)生硬化，水分傳輸阻力加大，導致切片厚度較薄的物料有效擴散系數(shù)較小。分析二者的差別表現(xiàn)切片厚度是造成差異的主要原因，在上述香蕉切片干燥試驗中，選取的切片厚度范圍分別為7.5～12.0 mm和1～2 cm，厚度相對較大，所以干燥過程中表面硬化的作用較為明顯。然而，綜合考慮檸檬片干燥特性及相關(guān)品質(zhì)，試驗選取的切片厚度為2～4 mm，要明顯小于香蕉的切片厚度，所以表面硬化的影響相對較小。由此也可以看出，物料特性對于果蔬切片厚度的選擇具有重要影響，從而進一步影響干燥中的水分有效擴散系數(shù)。

2.2 切片厚度對檸檬片相關(guān)品質(zhì)的影響

2.2.1 復水比

切片厚度對檸檬片復水比的影響見圖4，干制檸檬片在室溫和75℃下復水后效果見圖5。

圖4 切片厚度對檸檬片復水比的影響

圖5 干制檸檬片在室溫和75℃下復水后效果

復水比是衡量干制品品質(zhì)的重要指標，反映了干制品恢復新鮮狀態(tài)的程度[13]。從圖4中可看出，不同溫度下各處理組的復水比變化趨勢一致，都隨復水時間的延長逐漸增加，且在復水前期復水比上升較快，隨著復水時間的延長，復水比上升減慢直至平緩。同室溫下相比，在75℃條件下檸檬片的復水時間明顯縮短，大約都在70 min內(nèi)達到最大值，而室溫條件下各處理組達到復水比最大值所需的時間約為160 min。此外，切片厚度對于干制檸檬片復水比具有重要影響，切片厚度越小，復水效果越好。這是由于切片越薄，比面積越大，復水過程中切片表面與水接觸更充分，吸水效率提高，從而復水比升高[21]。當切片厚度為3 mm時，所需的復水時間較短，室溫和75℃復水條件下所需時間分別約為85 min和55 min，且通過圖5可看出，其能較好地保持檸檬片的完整性與色澤。因此，綜合復水時間和復水效果來看，切片厚度為3 mm在維持較高復水比的情況下也能較好地保持檸檬片的品質(zhì)。

2.2.2 收縮比

切片厚度對檸檬片收縮比的影響見圖6。

圖6 切片厚度對檸檬片收縮比的影響

收縮比反映了檸檬片干制后的形態(tài)，干燥后物料形態(tài)的保留是衡量產(chǎn)品品質(zhì)的重要指標，干燥前后體積變化越小，即收縮比越大，干制品品質(zhì)越好[22]。從圖6可看出，隨切片厚度的增加，檸檬片的收縮比逐漸增加。尤其對于4 mm厚度的檸檬片，其收縮比可達到約0.26，顯著高于其他處理組。這主要是由于切片厚度越大，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，干燥過程中組織結(jié)構(gòu)破壞程度越小，導致干燥前后體積變化越小。對于厚度為2 mm的檸檬片，組織結(jié)構(gòu)更為松軟，在干燥時結(jié)構(gòu)極易發(fā)生形變，內(nèi)孔容積收縮，幾乎全用來彌補組織間隙間水分的喪失[23]。因此，綜合干燥特性及收縮比的變化，切片厚度為3 mm時對檸檬片品質(zhì)的保持效果最好。

3 結(jié)論

以新鮮檸檬為原料，探討不同切片厚度（2，3，4 mm）對檸檬片干燥特性及相關(guān)品質(zhì)的影響，旨在確定檸檬片熱風干燥的最佳厚度，為干制檸檬片的加工提供理論基礎(chǔ)。結(jié)果表明，切片厚度是影響檸檬片干燥特性及相關(guān)品質(zhì)的重要因素，隨切片厚度的增加，干燥速率降低，干燥時間延長，水分有效擴散系數(shù)減小。同其他處理組相比，切片厚度為3 mm時檸檬片在室溫和高溫（75℃）條件下的復水比都較高，復水時間較短，且復水后效果較好，同時組織結(jié)構(gòu)變化較小、收縮比較高，能更好地保持干制檸檬片的品質(zhì)。因此，綜合檸檬片干燥特性及相關(guān)品質(zhì)，切片厚度為3 mm是適合檸檬片熱風干燥的最佳厚度。