太陽能干燥溫度對哈密瓜片品質(zhì)的影響

郭雪霞 張子赫 劉瑜 冉國偉 郭海楓 王海

摘 要：目的：探明干燥溫度對哈密瓜片品質(zhì)的影響。方法：以哈密瓜片為原料，采用不同的太陽能干燥溫度40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃，分析不同干燥溫度對哈密瓜片干燥時(shí)間、干燥速率、水分活度、質(zhì)構(gòu)、色澤、香氣成分、抗壞血酸及能耗等指標(biāo)影響。結(jié)果：哈密瓜片干燥過程只有降速階段，隨著干燥時(shí)間增加水分活度減小、抗壞血酸含量減少；隨著干燥溫度升高，干燥時(shí)間縮短，干制品硬度、黏附性、彈性和咀嚼性均逐步增大，內(nèi)聚性逐漸減小，色澤L*值下降，b*值增加；香氣成分醇、酮、醛和酯類四類物質(zhì)相對含量較高，干燥溫度70 ℃的總能耗和單位時(shí)間耗電量顯著高于其他溫度。結(jié)論：40～60 ℃太陽能干燥溫度下，哈密瓜片干制品硬度、黏附性、彈性和咀嚼性、抗壞血酸含量、香氣成分等理化特性較優(yōu)，干燥能耗低，適于哈密瓜片的干燥。

關(guān)鍵詞：太陽能干燥；溫度；哈密瓜片；品質(zhì)；能耗

哈密瓜風(fēng)味獨(dú)特，富含礦物元素、膳食纖維和抗壞血酸、黃酮類化合物等健康功能成分［1］。哈密瓜采收期集中且貨架期短，因受溫度和生產(chǎn)季節(jié)等因素的影響［2］，貯運(yùn)過程中有部分腐爛變質(zhì)，造成損失和浪費(fèi)，影響其商品性，但通過干燥技術(shù)可以解決以上問題 ［3］。干燥技術(shù)在哈密瓜加工中被廣泛應(yīng)用。目前，對于哈密瓜的干燥研究主要集中在采用不同干燥方法分析對哈密瓜品質(zhì)的影響。自然晾曬是加工哈密瓜干普遍采用的方法，一般需要10 d 左右時(shí)間［4］；楊咪等［5］采用正交試驗(yàn)對哈密瓜進(jìn)行熱風(fēng)烘干工藝研究，對比得出最佳烘干工藝參數(shù)；高靜靜等［2］采用熱風(fēng)和真空冷凍干燥對哈密瓜片進(jìn)行干燥，分析得出2種不同的干燥方式對哈密瓜片的營養(yǎng)成分、微觀結(jié)構(gòu)以及香氣成分等均有顯著影響；羅磊等［6］采用充氮低氧熱泵干燥哈密瓜片，得到最佳干燥工藝參數(shù)為切片厚度5 mm、干燥溫度50 ℃、氧體積分?jǐn)?shù)5%；畢金峰等［7］采用變溫壓差膨化干燥哈密瓜片，對工藝進(jìn)行優(yōu)化，通過響應(yīng)面分析得出含水率、膨化溫度、抽空時(shí)間對干制后的產(chǎn)品含水率、色澤、膨化度和脆度都有顯著的影響；張茜等［8］將氣體射流沖擊干燥技術(shù)用于哈密瓜片的干制，通過建立模型發(fā)現(xiàn)，Modified Page模型可以較好地模擬干燥過程中的水分比變化，且與溫度和風(fēng)速都呈正相關(guān)，干燥時(shí)間為6 h。太陽能干燥技術(shù)是一種新型的節(jié)能環(huán)保加工技術(shù)［9-11］，其干燥農(nóng)產(chǎn)品可減少常規(guī)能耗50%以上［12-15］。郭雪霞等［16］研究對比了自然晾曬、太陽能干燥、真空冷凍干燥和市售4種條件下的哈密瓜干產(chǎn)品品質(zhì)，得到不同干燥方式對哈密瓜干色澤、硬度、能耗、感官評分影響差異顯著，太陽能干燥適合哈密瓜的干燥。本研究以哈密瓜片為原料，研究不同太陽能干燥溫度對哈密瓜片品質(zhì)的影響，旨在為哈密瓜片工業(yè)干制提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

哈密瓜（金蜜寶），購自超市。

1.2 儀器設(shè)備

強(qiáng)制對流太陽能干燥器，張家口市泰華機(jī)械廠；DRT-2輻照儀，北京天裕德有限公司；溫度傳感器，天津市萬博儀表制造有限公司；無紙記錄儀，北京中旺傳感設(shè)備公司；OH6-914385-III電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，廣東精華智能裝備有限公司；TMS-Pro型食品物性分析儀，美國 Food Technology Corporation 公司；FA-stlab水分活度測定儀，法國 GBX 公司；CR-400型色彩色差計(jì)，柯尼卡美能達(dá)公司；DY5多功能電量檢測儀，深圳多一電子有限公司；高效液相色譜，美國Waters公司；GC-MS氣質(zhì)聯(lián)用儀，美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 預(yù)處理方法 選擇無病蟲害、成熟度適宜、大小適中的哈密瓜，經(jīng)過清洗、去皮、挖瓤等，將哈密瓜切成厚度均勻的切片。

1.3.2 干燥試驗(yàn)設(shè)計(jì) 本試驗(yàn)旨在探究溫度參數(shù)對哈密瓜切片干燥過程的影響。設(shè)置4個(gè)水平，分別為干燥溫度40、50、60、70 ℃，其中每個(gè)處理的切片厚度為5 mm，干燥風(fēng)速為3 m/s。將經(jīng)預(yù)處理的哈密瓜片，平鋪到托盤里（共2個(gè)托盤），每個(gè)托盤均勻放置500 g哈密瓜片。干燥過程中每隔1 h測定哈密瓜質(zhì)量、水分活度、設(shè)備耗電量。每次稱重后待5 min再次稱重，用來計(jì)算不同時(shí)刻的干燥速率，直至哈密瓜片的濕基含水率低于15%（企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），并測定哈密瓜干制品的理化性質(zhì)。試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.3.3 水分含量測定 初始含水率：參照Hossain等［17］方法并改進(jìn)，將哈密瓜樣品按照約1×1×1 mm大小切塊，將其放入稱量瓶中，置于105 ℃烘箱干燥24 h，記錄初始重量M0和結(jié)束重量m干，試驗(yàn)重復(fù)3次。

半衰期是指哈密瓜干制過程中抗壞血酸的含量降低至初始含量一半時(shí)所需要的時(shí)間，抗壞血酸降解半衰期按方程t1/2=-ln0.5×k-1計(jì)算。

1.3.9 耗電量測定 利用DY5電量監(jiān)測儀，參照文獻(xiàn)［18］的方法測定。

1.3.10 統(tǒng)計(jì)分析方法 試驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖使用Excel軟件、數(shù)據(jù)分析使用SPSS軟件（差異顯著性水平為0.05）、試驗(yàn)數(shù)據(jù)用±SD表示、香氣成分分析使用Smica軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度對哈密瓜切片干基含水率的影響

由圖1可見，當(dāng)風(fēng)速為3 m/s、切片厚度為5 mm時(shí)，哈密瓜切片達(dá)到干燥終點(diǎn)的時(shí)間隨著溫度的上升而縮短，40 ℃、50 ℃均與70 ℃之間差異顯著（P<0.05），60 ℃與70 ℃之間差異不顯著。說明適當(dāng)升高溫度有利于提高干燥效率，但過高的溫度也不利于干燥，這是因?yàn)闇囟仍礁撸芄锨衅哂懈蟮臏囟忍荻?，從而使其?nèi)部水分?jǐn)U散加快，縮短了干燥時(shí)間。但溫度過高時(shí)，會(huì)使哈密瓜切片表面水分蒸發(fā)過快，而內(nèi)部水分?jǐn)U散慢，水分不能及時(shí)移動(dòng)到產(chǎn)品表面，從而在樣品表面形成一層干硬殼，阻礙了內(nèi)部水分的排出。

2.2 不同溫度對哈密瓜切片干燥速率的影響

從圖2可見，當(dāng)風(fēng)速為3 m/s、切片厚度為5 mm條件一定時(shí)，不同溫度下哈密瓜太陽能干燥過程都只觀察到降速階段，沒有反映階段0（初始階段）和階段I（恒定速率階段），這是由于哈密瓜切片表面的非結(jié)合水很少，可以在很短時(shí)間內(nèi)完全汽化，溫度越高，哈密瓜干燥速率越快。這是因?yàn)榻抵僚R界含水量后，哈密瓜切片內(nèi)部水分?jǐn)U散速率低于表面水分蒸發(fā)速率，此階段的干燥速率取決于材料內(nèi)部的水分?jǐn)U散活性。隨著溫度升高，哈密瓜內(nèi)部水分?jǐn)U散加快，從而使干燥速率加快。

2.3 不同溫度對哈密瓜切片水分活度的影響

由圖3可見，不同溫度干燥的哈密瓜切片的水分活度會(huì)隨著時(shí)間變化而減小，且在干燥初期，不同溫度間水分活度差異不顯著。這是由于干燥初期主要為大量游離水的蒸發(fā)，對水分活度影響不大［21］，當(dāng)干燥進(jìn)行到一定程度，水分活度會(huì)快速下降至0.4左右。干燥至5 h時(shí)，40 ℃和70 ℃的水分活度差異顯著（P<0.05），說明溫度越高，水分活度下降越快。這是因?yàn)楦稍锖笃谥饕莾?nèi)部結(jié)合水的擴(kuò)散［22］，溫度升高會(huì)使內(nèi)部結(jié)合水遷移加快，從而使水分活度變化速率加快。

2.4 不同溫度對哈密瓜切片質(zhì)構(gòu)的影響

由表1可見，當(dāng)風(fēng)速為3 m/s、切片厚度為5 mm條件一定時(shí)，隨溫度升高，哈密瓜切片干制品的硬度、黏附性、彈性和咀嚼性均逐步增大，內(nèi)聚性逐漸減小。其中硬度除了60 ℃和70 ℃外，其余各組間差異性顯著（P<0.05）；彈性各組間差異不顯著；內(nèi)聚性40 ℃與70 ℃之間差異性顯著（P<0.05），其他組之間差異不顯著；黏附性和咀嚼性均是60 ℃和70 ℃與40 ℃之間差異性顯著（P<0.05）。說明干燥溫度升高增加了硬度和咀嚼性，這是由于隨著干燥溫度升高，產(chǎn)品表面水分汽化速度快于內(nèi)部水分?jǐn)U散速度，水分不能及時(shí)移動(dòng)到產(chǎn)品表面，從而使產(chǎn)品外硬內(nèi)軟［25］，硬度和咀嚼性數(shù)值增大。因此，適宜干燥溫度范圍為40～60 ℃。

2.5 不同溫度對哈密瓜干制品色澤的影響

由表2可知，當(dāng)風(fēng)速為3 m/s、切片厚度為5 mm條件一定時(shí)，L*值隨著干燥溫度的上升而下降，除了40 ℃和50 ℃外，其他各組間差異性均顯著（P<0.05）；a*值在不同干燥溫度下變化趨勢不明顯；b*值隨著溫度的增加而增加，說明干燥溫度是影響哈密瓜干制品色澤的重要因素。這可能是由于隨著溫度的升高，加快了美拉德反應(yīng)的發(fā)生，影響了哈密瓜干的色澤。因此，干燥時(shí)溫度不宜過高，適宜干燥溫度范圍為40～60 ℃。

2.6 不同溫度對哈密瓜干香氣組成的影響

由表3可知，不同溫度下制得的哈密瓜干中，40 ℃和60 ℃相對含量最高的4類物質(zhì)均為醇、酮、醛和酯類，50 ℃相對含量最高的4類物質(zhì)為醇、酮、酯和其他類，70 ℃相對含量最高的4類物質(zhì)為酮、醛、酯和其他類。對表3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA主成分分析，進(jìn)一步分析不同溫度對哈密瓜干香氣組成的影響。由圖4可見，第一主成分（F1）的方差貢獻(xiàn)率為61.3%，第二主成分（F2）為27.5%，二者方差貢獻(xiàn)率合計(jì)88.8%，說明這兩種主成分可以解釋原有大部分香氣的成分信息。F1主要和烯類、酸類呈正相關(guān)，和酮類、烷類、酚類呈負(fù)相關(guān)；F2主要和醛類呈正相關(guān)，和醚類、其他類呈負(fù)相關(guān)。高溫干燥的哈密瓜位于代表醛類和酮類較多的象限，說明高溫會(huì)使哈密瓜干中具有不良?xì)馕兜娜╊惡屯惢衔镌龆?。這可能是由于溫度越高，在干燥過程中發(fā)生氧化反應(yīng)和美拉德反應(yīng)越劇烈，從而產(chǎn)生了更多的醛類和酮類物質(zhì)。因此干燥哈密瓜的溫度不宜過高。

2.7 不同溫度對哈密瓜干抗壞血酸降解的影響

由圖5可知，不同干燥溫度下，哈密瓜中抗壞血酸含量均隨著干燥時(shí)間的增加而減少。由表4可知，不同參數(shù)下線性回歸方程的R2介于0.94～0.99，由此說明哈密瓜干制過程中抗壞血酸降解符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征，且隨著溫度升高，抗壞血酸的降解速率增大，半衰期顯著縮短。溫度對哈密瓜太陽能干制過程中抗壞血酸降解有著顯著影響，可能是因?yàn)闇囟壬仙?，使一系列生化反?yīng)加快，從而使抗壞血酸降解速率上升。

2.8 不同溫度對哈密瓜切片干燥過程中能耗變化的影響

由圖6可知，不同干燥溫度單位時(shí)間耗電量，70 ℃顯著高于其他各溫度（P<0.05），其余各溫度間差異不顯著；不同干燥溫度總耗電量70℃>40℃>50℃>60℃，且70 ℃與其余各溫度間差異顯著（P<0.05）。當(dāng)干燥溫度過高，太陽能設(shè)備的能耗會(huì)顯著增加，因此較適宜溫度范圍為40～60 ℃。這是因?yàn)楫?dāng)溫度設(shè)定過高時(shí)，太陽能集熱器所收集的熱量不足以滿足干燥室的設(shè)定溫度，干燥設(shè)備自動(dòng)打開熱泵補(bǔ)充干燥室熱量，從而使干燥能耗大幅上升。

3 結(jié)論

通過分析不同的太陽能干燥溫度（40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃）對哈密瓜片品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)哈密瓜片干燥時(shí)間隨著溫度的升高而縮短，干燥過程只有降速階段，水分活度隨著時(shí)間增加而減小，隨溫度升高，哈密瓜切片干制品的硬度、黏附性、彈性和咀嚼性均逐步增大，內(nèi)聚性逐漸減小，哈密瓜干制品色澤L*值隨著干燥溫度的上升而下降；不同溫度下制得的哈密瓜干中，40 ℃和60 ℃相對含量最高的4類物質(zhì)均為醇、酮、醛和酯類，50 ℃相對含量最高的4類物質(zhì)為醇、酮、酯和其他類，70 ℃相對含量最高的4類物質(zhì)為酮、醛、酯和其他類。不同溫度下哈密瓜片中抗壞血酸含量均隨著干燥時(shí)間的增加而減少，哈密瓜干制過程中抗壞血酸降解符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征，且隨著溫度升高，抗壞血酸的降解速率增大，半衰期顯著縮短。不同干燥溫度總耗電量70 ℃>40 ℃> 50 ℃> 60 ℃，且70 ℃與其余各組間差異顯著（P<0.05），單位時(shí)間耗電量70 ℃顯著高于其他溫度（P<0.05），且其余各組溫度間差異不顯著；40～60 ℃太陽能干燥溫度下，哈密瓜片品質(zhì)優(yōu)于其他溫度，較為適于哈密瓜片的干燥。

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［22］ 夏文水.食品工藝學(xué)［M］. 北京：中國輕工業(yè)出版社，2007.

Abstract：Objective? To explore the effect of drying temperature on the quality of Hami melon slices.MethodHami melon slices as raw material，the effects of different solar drying temperatures （40 ℃，50 ℃，60 ℃，70 ℃）on drying time，drying rate，water activity，texture，color，aroma components，ascorbic acid and energy consumption of Hami melon slices were analyzed.Result The drying process of Hami melon slices had only a slowdown stage，and the water activity and ascorbic acid content decreased with the increase of drying time.With the increase of drying temperature and drying time，the hardness，adhesiveness，elasticity and chewiness of dried products increased gradually，the cohesion decreased gradually，the color L* value decreased，and the B * value increased.The relative contents of alcohol，ketone，aldehyde and ester were higher.The total energy consumption and power consumption per unit time at 70 ℃ were significantly higher than those at other temperatures.Conclusion When solar drying temperature is 40—60℃，hardness，adhesion，elasticity and chewiness，ascorbic acid content，aroma components and other physical and chemical properties of Hami melon slices dry products are better，drying energy consumption is low，which is suitable for Hami melon slices drying.

Keywords：solar drying；temperature；Hami melon slice；quality；energy consumption