熱風—微波聯合干燥牛蒡的實驗研究

石啟龍，趙 亞，王錫海

(山東理工大學農業工程與食品科學學院，山東淄博255049)

熱風—微波聯合干燥牛蒡的實驗研究

石啟龍，趙 亞，王錫海

(山東理工大學農業工程與食品科學學院，山東淄博255049)

研究了牛蒡的熱風干燥特性和微波干燥特性，并以樣品厚度、熱風干燥溫度、轉換點含水率、微波功率為實驗因素，以干燥前后色澤變化、復水比、收縮率為實驗指標，采用正交實驗確定了牛蒡熱風－微波聯合干燥的工藝。結果表明，牛蒡熱風－微波聯合干燥的最佳工藝組合為樣品厚度3mm，熱風干燥溫度75℃，轉換點含水率70%，微波輸出功率360W。

牛蒡，熱風，微波，干燥特性，聯合干燥

牛蒡(Arctium Lappa L.)，又名鼠粘草，夜叉頭，蒡翁菜，菊科二年生草本植物。牛蒡營養價值極高，富含菊糖、纖維素、蛋白質、鈣、磷、鐵等人體所需的多種維生素及礦物質，其中胡蘿卜素含量比胡蘿卜高150倍，蛋白質和鈣的含量為根莖類之首。牛蒡有明顯的降血糖、降血脂、降血壓、補腎壯陽、潤腸通便和抑制癌細胞滋生、擴散的作用［1－2］。牛蒡根貯藏過程中會發生褐變及纖維化等現象，因此，對采后牛蒡進行干燥是牛蒡保鮮的途徑之一。聯合干燥是指根據物料的特性，將2種或2種以上的干燥方式優勢互補，分階段進行的一種復合干燥技術，如熱風－(真空)微波聯合干燥、熱風－凍干聯合干燥、熱泵－熱風聯合干燥等［3］。本文以牛蒡為原料，研究牛蒡熱風、微波干燥的特性，通過正交實驗確定牛蒡的熱風－微波聯合干燥工藝參數。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

牛蒡 市售。

WG 900B型光波/微波爐 廣東順德格蘭仕電器有限公司;101－2B型電熱鼓風干燥箱 天津市泰斯特儀器有限公司;AUY220型電子天平 日本島津;SC－8C型測色色差計 北京康光儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 熱風干燥特性 熱風干燥過程中，樣品厚度分別為1、3、5mm，熱風溫度分別為55、65、75℃，每隔30m in測定一次物料質量，直至含水率為10% ±0.5%(w.b.)為止。每次實驗平行3次，結果取平均值。

1.2.2 微波干燥特性 微波干燥過程中，樣品厚度分別為1、3、5mm，微波功率分別為 180、360、540W，每隔5m in測定一次物料質量，直至含水率為10%±0.5%(w.b.)為止。每次實驗平行3次，結果取平均值。

1.2.3 熱風－微波聯合干燥 采用先熱風干燥后微波干燥方式。以樣品厚度、熱風溫度、轉換點含水率及微波功率為實驗因素，以干燥速率、色差(ΔE)、復水比、收縮率作為實驗指標，選用L9(34)正交表進行實驗，因素水平如表1所示。

1.3 測定方法

1.3.1 含水率 常壓干燥法［4］。

1.3.2 干燥速率(DR)［5］計算公式如下:

式中:DR－干燥速率［kg·(kg·h)－1］;X1－t1時刻的干基含水率(kg/kg);X2－t2時刻的干基含水率(kg/kg)。

表1 正交實驗因素水平表

1.3.3 復水比(RR) 牛蒡干制品放入45℃恒溫水浴中復水，1h后取出，用濾紙擦干表面水分，稱量復水前后的質量。

式中:RR－復水比;mg－干燥后牛蒡的質量(g);mf－復水后瀝干水分牛蒡的質量(g)。

1.3.4 收縮率(SR) 計算公式如下:

式中:SR－收縮率(%);V1－干燥前石英砂的體積(m L);V2－干燥前石英砂和樣品的體積(m L);V3－干燥后石英砂的體積(m L);V4－干燥后石英砂和樣品的體積(m L)。

1.3.5 色澤測定 采用SC－8C型測色色差計測定(L* 、a* 、b* 值)。

下標0和1分別指干燥前后的參數值。干燥前后分別隨機抽取3片牛蒡片，測定L*，a*，b*值，結果取平均值。干燥前后色澤差異(ΔE)用以下公式表示［5］:

2 結果與分析

2.1 牛蒡熱風干燥

2.1.1 熱風干燥曲線 不同厚度樣品在不同熱風溫度下的干燥曲線如圖1～圖3所示。可以看出，樣品含水率隨干燥時間的延長而降低;樣品厚度越大，干燥時間越長。如熱風溫度為 55℃，干燥時間為120m in時，樣品厚度為 1、3、5mm，其含水率分別為0.1418、1.9513、4.1098kg/kg。

圖1 熱風溫度為55℃不同厚度樣品的干燥曲線

2.1.2 熱風溫度對ΔE和RR的影響 不同溫度和切片厚度對牛蒡ΔE和RR影響如表2所示。可以看出，樣品厚度一定時，ΔE、RR隨著熱風溫度升高而增加。相同溫度下，隨著樣品厚度的增加，ΔE變化不大，RR有逐漸減小的趨勢。綜合考慮，牛蒡熱風干燥的最適溫度為65℃，樣品厚度為3mm。

圖2 熱風溫度為65℃不同厚度樣品的干燥曲線

圖3 熱風溫度為75℃不同厚度樣品的干燥曲線

表2 熱風溫度對ΔE和RR的影響

2.2 牛蒡微波干燥

2.2.1 微波干燥曲線 不同厚度樣品在不同微波功率時的干燥曲線如圖4～圖6所示，可以看出，樣品含水率隨干燥時間的延長而降低;樣品厚度越大，干燥時間越長。并且隨著微波功率的增加，厚度對微波干燥速率的影響逐漸減弱。

圖4 微波功率為180W不同厚度樣品的干燥曲線

圖5 微波功率為360W不同厚度樣品的干燥曲線

2.2.2 微波功率對ΔE和RR的影響 不同功率和切片厚度對牛蒡ΔE和RR的影響如表3所示。

圖6 微波功率為540W時不同厚度樣品的干燥曲線

表3 微波功率對ΔE和RR的影響

可以看出，樣品厚度一定時，隨著微波功率的升高，ΔE先減小后升高，360W時最小;而RR隨著微波功率的增加而減小。微波功率相同時，隨著樣品厚度的增加，ΔE先減小后增加，3mm時最小，RR有逐漸減小的趨勢。綜合考慮，牛蒡微波干燥的最適功率為360W，樣品厚度為3mm。

2.3 熱風－微波聯合干燥

熱風－微波聯合干燥的實驗結果見表4，極差分析見表5。可以看出，影響干燥速率的主次順序為B>A>C>D，最佳實驗組合為A2B1C1D1;影響ΔE的主次順序為D>A>B>C，最佳實驗組合為A2B2C2D3;影響復水比主次順序為A>B>C>D，最佳實驗組合為A2B1C1D2;影響收縮率的主次順序為A>B>D>C，最佳實驗組合為A2B3C1D2。綜合考慮并通過實驗驗證(數據略)得到最佳實驗組合為A2B1C1D2，即樣品厚度為3mm，熱風溫度為75℃，轉換點的物料含水率為70%，微波輸出功率為360W。

表4 熱風－微波聯合干燥的實驗結果

表5 正交實驗的極差分析表

3 結論

牛蒡熱風微波聯合干燥的最佳工藝參數組合為:樣品厚度3mm，熱風溫度75℃，轉換點的物料含水率70%，微波輸出功率360W。

［1］張曉偉，孫愛東，宮瑋.牛蒡的營養保健功能與加工利用［J］.中國食品與營養，2006(1):25－28.

［2］高新樓，李曉青，韓燕麗.牛蒡的營養保健功能與加工利用［J］.中國食品與營養，2005(12):43－44.

［3］張慜，徐艷陽，孫金才.國內外果蔬聯合干燥的研究進展［J］.無錫輕工大學學報，2003，22(6):103－106.

［4］寧正祥.食品成分分析手冊［M］.北京:中國輕工業出版社，1998:518－519.

［5］石啟龍，薛長湖，趙亞，等.熱泵變溫干燥對竹莢魚干燥特性及色澤影響［J］.農業機械學報，2008，39(4):83－86.

Drying of burdock by hot air and m icrowave combination

SHIQi－long，ZHAO Ya，WANG Xi－hai
(College of Agricultural Engineering and Food Science，Shandong University of Technology，Zibo 255049，China)

W ith burdock as the raw material，the effects of hot air tem perature，sample thickness and m icrowave power，sam p le thickness on the drying characteristics of hot air and m icrowave drying were mainly discussed.In the hot air－m icrowave combined drying of the burdock，the orthogonal experim ent design was used to study the effect of sam p le thickness，hot air tem perature，transform ation point moisture and m icrowave power on the indexes of drying rate，total color difference，rehydration rate and shrinkage percentage.The results showed that the optimum parameters of hot air－m icrowave combined drying were as follows:sample thickness of 3mm，hot air tem perature of 75℃，transform ation pointmoisture of 70%，m icrowave power of 360W.

burdock;hot air;m icrowave;drying characteristics;combined drying

TS201.1

B

1002－0306(2011)06－0320－03

2010－06－10

石啟龍(1974－)，男，博士，副教授，研究方向:果蔬、水產品貯藏與加工。

山東省高校科技計劃項目(J09LC75);山東理工大學科研資金項目(408015)。