切片厚度對(duì)苦瓜片熱風(fēng)干燥特性及相關(guān)品質(zhì)的影響研究

白冰玉，傅鑫程，丁勝華，王蓉蓉

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410128；2.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，湖南長(zhǎng)沙 410125）

苦瓜（Momordica charantia L.）是葫蘆科苦瓜屬植物苦瓜的果實(shí)，別名涼瓜、賴(lài)葡萄、癩瓜、錦荔枝，主要分布于熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)[1]。苦瓜原產(chǎn)于東印度，我國(guó)南方各省均有栽培，尤以廣西、廣東、福建、湖南、四川更為普遍[2]。苦瓜中含有豐富的水分、維生素、脂肪、碳水化合物、粗纖維等營(yíng)養(yǎng)成分，還含有類(lèi)蛋白活性物質(zhì)、多糖、三萜、甾類(lèi)、苦瓜苷、氨基酸和多種人體必需礦物元素，是一種理想的綠色食品，居于瓜類(lèi)蔬菜之首，有“藥用蔬菜”之稱(chēng)?？喙闲晕犊嗪?，具有清熱祛暑、明目清心、增強(qiáng)免疫力、保護(hù)心腦血管等作用[3]。此外，國(guó)內(nèi)外醫(yī)學(xué)界近年來(lái)還發(fā)現(xiàn)苦瓜中有能阻止艾滋病毒DNA合成的苦瓜蛋白MAP30和類(lèi)似胰島素的多肽P，這些成分可有效抑制正常細(xì)胞的癌變和促進(jìn)突變細(xì)胞恢復(fù)，具有預(yù)防艾滋病、癌癥和糖尿病的潛在食用價(jià)值[4]。因此，苦瓜具有極高的開(kāi)發(fā)和利用價(jià)值，且苦瓜來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，深受廣大消費(fèi)者喜愛(ài)。市場(chǎng)上的苦瓜以鮮銷(xiāo)為主，但新鮮苦瓜水分含量高，極易腐爛變質(zhì)，導(dǎo)致鮮銷(xiāo)受到多種因素限制，不能發(fā)揮苦瓜的最大效益。干燥是苦瓜加工的首選方式，干燥后的苦瓜易保存且充分發(fā)揮苦瓜的經(jīng)濟(jì)效益和保健作用[5]。目前對(duì)苦瓜進(jìn)行干燥的技術(shù)主要有熱風(fēng)干燥[5-12]、微波干燥[5，8-9，12-13]、熱泵干燥[11]、熱風(fēng)結(jié)合微波干燥[10，14]、真空微波干燥[9]、冷凍干燥[14-15]、遠(yuǎn)紅外干燥[11]、噴霧干燥[16]等。相比于其他干燥方式，熱風(fēng)干燥由于操作簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)仍然是應(yīng)用最為廣泛的[17]。然而，目前熱風(fēng)干燥苦瓜片的研究大多集中在工藝優(yōu)化、生產(chǎn)設(shè)計(jì)和干燥模型的建立上。切片厚度作為影響苦瓜片干燥的重要因素之一，其對(duì)苦瓜干燥特性和理化品質(zhì)影響方面的研究仍然較少。試驗(yàn)以新鮮苦瓜為原料，研究切片厚度對(duì)苦瓜片熱風(fēng)干燥特性和相關(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(kuò)散系數(shù)、復(fù)水比、收縮比、色澤等，以確定適合苦瓜片熱風(fēng)干燥的最適切片厚度，為苦瓜片熱風(fēng)干燥研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮且成熟度適中的綠元帥苦瓜，購(gòu)買(mǎi)于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東之源超市，挑選大小均勻、肉質(zhì)厚、外皮青綠色且無(wú)病斑、病蟲(chóng)害和機(jī)械損傷的原料，購(gòu)買(mǎi)后貯藏在4℃冰箱中備用。

1.2 儀器與設(shè)備

SC-80C型全自動(dòng)色差儀，北京康光儀器有限公司產(chǎn)品；DHZ-9070型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品；AUY-220型電子分析天平，島津制作所試驗(yàn)計(jì)測(cè)事業(yè)部產(chǎn)品；WMZK-72型電熱恒溫水浴鍋，北京市永光明醫(yī)療儀器廠(chǎng)產(chǎn)品。

1.3 工藝流程

挑選分級(jí)→清洗→風(fēng)干→切片（2，4，6 mm）→熱風(fēng)干燥（65℃） →稱(chēng)量（含水量低至10%） →指標(biāo)測(cè)定。

1.4 測(cè)定方法

1.4.1 初始含水率測(cè)定

采用GB 5009.3—2010測(cè)定苦瓜片的水分。

1.4.2 干基含水量計(jì)算

式中：Mi——i時(shí)刻干燥苦瓜片的質(zhì)量，g；

M0——苦瓜片初始鮮質(zhì)量，g；

0.05 ——苦瓜的干物質(zhì)含量。

1.4.3 水分比計(jì)算

式中：Mi——物料在任意時(shí)刻的干基含水量，%；

M0——物料初始干基含水量，%；

Me——物料的平衡水分含量，%；

Me相對(duì)于初始干基含水量M0來(lái)說(shuō)比較小，可以忽略不計(jì)，所以可簡(jiǎn)化為MR=Mi/M0。

1.4.4 水分有效擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算

式中：lnMR為時(shí)間t的函數(shù)，有效擴(kuò)散系數(shù)（Deff）的大小取決于lnMR對(duì)時(shí)間t作圖所得的斜率[11]；根據(jù)線(xiàn)性擬合所得斜率可算出有效擴(kuò)散系數(shù)（Deff）。

1.4.5 復(fù)水比測(cè)定

參考聶凌鴻等人[5]的方法測(cè)定，分別在室溫和75℃下進(jìn)行測(cè)定。1.4.6 收縮比

式中：m0——裝載某一刻度正己烷+量筒的質(zhì)量，g；

m1——將物料放入量筒后用正己烷補(bǔ)充到同一刻度的總質(zhì)量，g；

m物——待測(cè)物的質(zhì)量，g。

在測(cè)定收縮比之前先按照上述公式對(duì)不同厚度的鮮樣進(jìn)行測(cè)定，干燥試驗(yàn)后對(duì)干樣進(jìn)行測(cè)定，收縮比即為V干樣/V鮮樣。

1.4.7 色澤

利用SC-80C型全自動(dòng)色差儀測(cè)定[18]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用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(gè)處理重復(fù)3次，數(shù)據(jù)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 切片厚度對(duì)苦瓜片熱風(fēng)干燥特性的影響

2.1.1 干基含水量和水分比

切片厚度對(duì)苦瓜片干基含水量（a） 和水分比（b） 的影響見(jiàn)圖1。

圖1（a） 反映了切片厚度對(duì)苦瓜片干基含水量的影響。不同切片厚度的苦瓜片干基含水量變化趨勢(shì)均隨干燥時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。干基含水量在干燥前期下降迅速，隨著干燥時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，干基含水量的下降速度變緩直至不變。這是由于干燥前期苦瓜內(nèi)最易失去的自由水含量豐富，在熱風(fēng)干燥下切片表面水分受熱迅速蒸發(fā)，且由于切片表面水分不斷被熱空氣帶走，導(dǎo)致苦瓜片表面和熱風(fēng)之間、苦瓜片表面和內(nèi)部之間都形成濕度差，內(nèi)部水分不斷向表面擴(kuò)散，表面水分又不斷被熱風(fēng)帶走，使干基含水量迅速下降[19]。但由于水分從內(nèi)部向表面擴(kuò)散所需時(shí)間較長(zhǎng)，干燥速率也有所下降。干燥后期，苦瓜片中自由水幾乎全部散失，主要為難以蒸發(fā)的結(jié)合水，且熱風(fēng)干燥中苦瓜片發(fā)生收縮變形、結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致水分難以向外擴(kuò)散。同時(shí)，苦瓜片表面結(jié)構(gòu)由軟質(zhì)變?yōu)橛操|(zhì)，水分蒸發(fā)阻力增大，干基含水量下降較為緩慢。切片厚度是影響苦瓜片干燥過(guò)程中干基含水量變化的重要因素，隨著切片厚度的增大，溫度梯度越大[20-21]，干基含水量降低的速度越小。切片厚度為2 mm的苦瓜片干基含水量降至終點(diǎn)所需時(shí)間約為75 min，明顯少于4 mm和6 mm的苦瓜切片，這與王慧[22]發(fā)現(xiàn)胡蘿卜厚度越厚、干燥所需時(shí)間越長(zhǎng)的研究結(jié)論相同。結(jié)果表明，切片厚度的增大會(huì)導(dǎo)致傳熱阻力加大，不利于水分向苦瓜片表面擴(kuò)散，導(dǎo)致苦瓜片干基含水量下降較為緩慢。

圖1 切片厚度對(duì)苦瓜片干基含水量（a）和水分比（b）的影響

圖1 （b） 反映了切片厚度對(duì)熱風(fēng)干燥苦瓜片水分比的影響。不同厚度的苦瓜片水分比均隨干燥時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。同干基含水量變化一致，在干燥前期屬于加速階段，在干燥中后期屬于降速階段，最后趨于平緩。隨著苦瓜切片厚度的增加，水分比降至終點(diǎn)所需的時(shí)間逐漸增加。2 mm的苦瓜切片水分比下降速度最快，達(dá)到水分比干燥終點(diǎn)的時(shí)間最短，約為6 mm切片所需時(shí)間的1/4，4 mm和6 mm的苦瓜切片水分比變化差別不大，4 mm比6 mm用時(shí)較短。這主要是因?yàn)榍衅穸仍胶?，物料?nèi)部水分外遷通道越厚，預(yù)熱需要時(shí)間越長(zhǎng)，阻礙了水分從內(nèi)部向表面擴(kuò)散，導(dǎo)致干燥速率減慢，導(dǎo)致苦瓜片水分比下降較為緩慢。與黃珊等人[23]發(fā)現(xiàn)，隨著白蘿卜切片厚度的增加、水分比下降速度越慢的結(jié)論一致。

2.1.2 干燥速率

切片厚度對(duì)苦瓜干燥速率的影響見(jiàn)圖2。

圖2 切片厚度對(duì)苦瓜片干燥速率的影響

不同厚度苦瓜片干燥速率曲線(xiàn)變化趨勢(shì)均為在干燥初期干燥速率較大，隨著干基含水量的減小，干燥速率不斷下降，在干燥后期趨于不變的過(guò)程。干燥初期苦瓜切片含水量較高，有利于水分的蒸發(fā)，隨著干燥過(guò)程中干基含水量的降低，苦瓜切片收縮，表面結(jié)構(gòu)緊縮，表面由軟質(zhì)變?yōu)橛操|(zhì)，水分?jǐn)U散蒸發(fā)的阻力明顯加大，干燥速率降低。隨著切片厚度的增加，苦瓜干燥速率減慢。2 mm苦瓜切片的干燥速率遠(yuǎn)快于其他厚度切片，而4 mm和6 mm的苦瓜切片干燥速率相差不大，這與番木瓜[24]的切片厚度越大、干燥速率越慢、干燥時(shí)間越長(zhǎng)的研究結(jié)論一致。主要是由于隨著苦瓜切片厚度的增加，切片預(yù)熱時(shí)間增長(zhǎng)，比表面積減小，水分從內(nèi)部向表面擴(kuò)散的速率減慢，干燥速率較為緩慢。同時(shí)，水分遷移距離越大，與干燥介質(zhì)的相對(duì)接觸面積越小，干燥速率就越慢[25-26]。

切片厚度對(duì)苦瓜片LnMR的影響見(jiàn)圖3。

圖3 切片厚度對(duì)苦瓜片LnMR的影響

2.1.3 有效擴(kuò)散系數(shù)

切片厚度對(duì)苦瓜片水分有效擴(kuò)散系數(shù)的影響見(jiàn)表1。

表1 切片厚度對(duì)苦瓜片水分有效擴(kuò)散系數(shù)的影響

有效擴(kuò)散系數(shù)反映了物料在干燥條件下的脫水能力[27]。由表1可知，2 mm和4 mm的苦瓜片水分有效擴(kuò)散系數(shù)相差不大，但都低于6 mm的苦瓜片。這是由于干燥過(guò)程中果蔬表面生成硬層，水分傳輸阻力加大，導(dǎo)致切片厚度較薄的物料有效擴(kuò)散系數(shù)較小[28]，尤其對(duì)于切片厚度為4 mm的苦瓜片最為明顯，其有效擴(kuò)散系數(shù)在3組處理中最低，為4.933 8×10-9。張賽等人[29]和楊?lèi)?ài)金等人[30]的研究也得到了相同的結(jié)果，他們?cè)谘芯肯憬逗吞O(píng)果干燥過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，切片厚度越大其有效擴(kuò)散系數(shù)越高。

2.2 切片厚度對(duì)苦瓜片相關(guān)品質(zhì)的影響

2.2.1 復(fù)水比

切片厚度對(duì)苦瓜片復(fù)水比的影響見(jiàn)圖4。

圖4 切片厚度對(duì)苦瓜片復(fù)水比的影響

復(fù)水比是重要的衡量干制品品質(zhì)的指標(biāo)，反映干制品復(fù)水后恢復(fù)新鮮狀態(tài)的程度。由圖4可知，在室溫和75℃條件下，苦瓜片復(fù)水比的變化趨勢(shì)一致，隨著復(fù)水時(shí)間的增加而逐漸增加，且復(fù)水初期吸水速度快，中期速度減緩直至平穩(wěn)。復(fù)水前期干制苦瓜片內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松多孔，復(fù)水阻力小，有利于快速?gòu)?fù)水。隨著復(fù)水時(shí)間的增加，苦瓜片內(nèi)部組織逐漸飽和，復(fù)水速率減慢直至平穩(wěn)。相比于室溫，75℃下不同切片厚度的苦瓜片達(dá)到復(fù)水終點(diǎn)所需的時(shí)間都呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。其中，切片厚度是影響苦瓜片復(fù)水比的重要因素，2 mm的切片復(fù)水速度最快，4 mm和6 mm復(fù)水速度差別不大。這與李國(guó)鵬等人[31]的研究結(jié)果一致，他們發(fā)現(xiàn)雞腿菇干制品復(fù)水比隨著切片厚度的增大而減小。冉雪等人[32]也表明西葫蘆切片厚度為4 mm時(shí)復(fù)水比最大，切片厚度為6 mm和8 mm時(shí)西葫蘆復(fù)水比下降較平緩。這是由于苦瓜切片厚度越大，比表面積越小，復(fù)水過(guò)程中切片表面與水接觸越不充分，復(fù)水效率越低[33-34]。因此，苦瓜切片的厚度越大，其干制時(shí)間越長(zhǎng)，組織的破壞性越強(qiáng)，復(fù)水時(shí)水分滲透入其中的速度越慢。

2.2.2 收縮比

收縮比是衡量干燥后物料形態(tài)保留和產(chǎn)品品質(zhì)的重要指標(biāo)。干燥前后體積變化越小，即收縮比越大，干制品品質(zhì)越好[35]。

切片厚度對(duì)苦瓜片收縮比的影響見(jiàn)圖5。

圖5 切片厚度對(duì)苦瓜片收縮比的影響

隨著切片厚度的增加，苦瓜片的收縮比逐漸增加。6 mm苦瓜切片干燥后的體積比約為2 mm的3倍，說(shuō)明苦瓜切片的厚度對(duì)收縮比有非常明顯的影響。這是由于厚度越大，其內(nèi)部干物質(zhì)組織含量越多，干燥所需要的時(shí)間越長(zhǎng)，所以對(duì)組織的破壞性就越大，從而收縮比增大。

2.2.3 色澤

切片厚度對(duì)苦瓜片顏色的影響見(jiàn)表2。

表2 切片厚度對(duì)苦瓜片顏色的影響

L*值代表物料的亮度，a*值代表紅綠值。由表2可知，干燥后的苦瓜片L*值、a*值均大于新鮮樣品，且隨著干燥溫度的升高而顯著（p＜0.05） 增大，表明苦瓜片干燥后亮度增大，顏色由綠轉(zhuǎn)紅，這是由于高溫下苦瓜片葉綠素發(fā)生降解所致。b*值代表黃藍(lán)值，熱風(fēng)干燥后樣品的b*值顯著低于新鮮樣品（p＜0.05），但不同干燥溫度間差異不顯著 （p＞0.05）[36]。總體而言，2 mm和4 mm切片厚度對(duì)干制苦瓜片色澤的影響差異不顯著，而6 mm切片厚度干制得到的苦瓜片顏色變化要大于2 mm和4 mm。李國(guó)鵬等人[31]也研究發(fā)現(xiàn)雞腿菇干制品色澤隨切片厚度的增大而增大。由此可見(jiàn)，經(jīng)熱風(fēng)干燥后的苦瓜切片亮度較新鮮苦瓜有顯著變化，都要高于新鮮苦瓜，其中4 mm和6 mm間差異不顯著，2 mm亮度變化要小于4 mm和6 mm。因此，切片厚度是影響苦瓜片熱風(fēng)干燥顏色的重要因素之一，厚度越大其對(duì)干制苦瓜片顏色的影響就越大。

3 結(jié)論

以新鮮苦瓜為原料，研究切片厚度為2，4，6 mm的苦瓜片在65℃熱風(fēng)干燥后，苦瓜片干燥特性及理化品質(zhì)的變化，旨在確定苦瓜片熱風(fēng)干燥的最佳切片溫度，為苦瓜熱風(fēng)干燥提供理論基礎(chǔ)。結(jié)果表明，切片厚度對(duì)苦瓜片的干燥特性和理化品質(zhì)具有重要影響，切片厚度越小，干基含水量和水分比下降越快，干燥速率越快，有效擴(kuò)散速率越?。煌瑫r(shí)，干制品復(fù)水效果越好，復(fù)水比越大，收縮比越小，色澤變化較小。因此，結(jié)合干燥特性和品質(zhì)變化，切片厚度為4 mm時(shí)適合進(jìn)行苦瓜片熱風(fēng)干燥。