魔芋片熱風對流干燥速率影響因素

耿敬章，張志健，*，李新生，孫海燕，惠睿，張富全

（1.陜西理工學院生物科學與工程學院，陜西 漢中 723000；2.陜西省資源生物重點實驗室，陜西 漢中 723000；3.勉縣錦泰實業有限公司，陜西 漢中 723000）

魔芋（Konjac，eleplant-foot yam）屬于天南星科魔芋屬（Amorphophallus Blume）植物，廣泛種于亞洲、非洲和亞熱帶地區[1-2]。我國是盛產魔芋的主要國家之一，對魔芋的栽培與利用具有悠久的歷史。目前魔芋工業化加工主要是提取葡甘聚糖（Konjac glucomannan，KGM），其商品名為魔芋精粉。雖然魔芋精粉的加工方法很多，但主要可歸為干法和濕法兩類，且目前國內90%以上的鮮魔芋采用干法加工[3-4]。魔芋精粉干法加工即先將鮮魔芋加工干燥成魔芋片、條，再經過多道研磨提取精粉。目前制約魔芋精粉加工發展的主要問題是魔芋在干燥過程中出現褐變、黑心、焦糊、干濕不勻等，以及魔芋干燥能耗很大，這些問題的發生均與干燥工藝有關，如干燥溫度、干燥時間、干燥介質流量（速）等。為了能更好解決這一實際問題，本文對魔芋片在對流干燥過程中干燥速率的變化規律及干燥介質流量（速）對其的影響進行分析探討。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

魔芋：屬花魔芋，產于陜西漢中，由勉縣錦泰實業有限公司提供。

1.1.2 儀器

DHG-9055A電熱鼓風干燥箱：上海一恒科技有限公司；AL204電子天平（分度值0.0001 g）：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；溫度計、濕度計、熱風機等。

1.2 實驗方法

鮮魔芋經清洗去泥后，切成1 mm～2 mm厚的薄片，稱重后置于干燥箱網盤上，在一定溫度（實驗取70、80、90、100、110 ℃）、一定通風量下進行恒溫干燥，每隔5分鐘稱重一次，直到芋片趨于恒重。同時做3個平行樣，取其平均值。按鮮魔芋含水率為86%（實測值）計算魔芋片干基含水率（g/g）。關于通風量對魔芋片干燥影響的研究，先在熱風干燥箱自然通風情況下進行實驗，然后在熱風干燥箱進風口用熱風機加大通風量進行實驗。

通常干燥速率被定義為：單位時間內單位干燥面積上的水分蒸發量，kg/（m2·s）[5]。由于魔芋片干燥面積難以準確測量，故這里將干燥速率定義為：單位時間內單位質量物料所蒸發的水分量，kg/（kg·s），且物料質量采用測定點芋片的總質量，即平衡質量。

通常干燥速率曲線是指物料干燥速率與物料干基含水量的關系曲線。由于在干燥過程中，物料干基含水量隨干燥時間而變，且成對應關系，為方便比較，這里給出的是物料干燥速率與干燥時間的關系曲線。這并不影響干燥曲線的變化趨勢和對問題的分析。

2 結果與分析

2.1 魔芋片對流干燥速率變化趨勢

按1.2試驗方法進行實驗，所得不同干燥條件下芋片干基含水量隨時間變化的比較如圖1、圖2及表1所示。

圖1和圖2分別為不同干燥介質流量下各實驗溫度的干燥速率曲線，表1為不同干燥條件下芋片干基含水量隨時間變化的情況，其值與各圖橫坐標時間點相對應。

從圖1和圖2可以看出，魔芋片在對流干燥過程中，干燥速率的變化具有明顯的三段式特征，即預熱段、恒速干燥段和降速干燥段。

2.2 溫度對魔芋片對流干燥速率變化的影響

從圖1、圖2和表1可以看出，干燥溫度對干燥速率變化具有明顯的影響，并表現出一定的規律性，即隨著干燥溫度的升高，干燥速率增大，恒速干燥期縮短，降速干燥速率下降加快（曲線變陡），第一臨界水分含量增大。80℃和90℃的差異不大，特別在恒速干燥期。分析認為，隨著干燥溫度的升高，芋片表面水分蒸發速率加快，并在相對較短的時間內超過內部水分向外轉移的速率，使芋片表面開始干枯，從而導致上述結果。因此，認為魔芋片對流干燥溫度不宜過高，否則易出現外焦內濕，產生黑心片及焦糊現象。但當干燥溫度在110℃時，干燥速率有所下降（低于100℃），第一臨界水分含量降低，且為所有實驗溫度中最低者。

表1 不同干燥條件下芋片干基含水量隨時間變化的比較Table 1 Drying conditions Konjac Slices of moisture content changes with time kg/kg

因此，認為110℃為魔芋片對流干燥的最佳溫度。

2.3 干燥介質流量對魔芋片對流干燥速率變化的影響

按1.2試驗方法進行實驗，所得干燥介質流量對魔芋片對流干燥速率變化的影響如圖3～圖7所示，為各實驗溫度下不同干燥介質流量（即風量）時芋片干燥速率曲線比較。

由圖3～圖7可知，各實驗溫度下不同干燥介質流量（即風量）時芋片干燥速率曲線，可以明顯看出，在各實驗溫度下，加大干燥介質流量使芋片預熱和恒速干燥速率增大，降速干燥速率下降速度加快（曲線變陡）。分析認為，芋片表面干燥介質（空氣）流速增大，會加快芋片表面水分蒸發，從而加快了芋片干燥速率。在相對較低的溫度（90℃及以下）時第一臨界水分含量減小，而在較高溫度下（100℃和110℃）時第一臨界水分含量增加，但在110℃時增加量很小。這可能是在相對較低的溫度下，雖然加大風量加快了芋片表面水分蒸發，但由于溫度相對較低，芋片表面水分蒸發的總速度增加并不是很大，從而使恒速干燥期維持較長時間，使第一臨界水分含量降低。而在相對較高的溫度下，芋片表面水分蒸發總速度較大，使恒速干燥期縮短，導致第一臨界水分含量增大。

從同溫度不同風量比較來看，在100℃以下，增大干燥介質流量對縮短干燥時間的貢獻不是很大（約5 min），但對第一臨界水分含量的降低程度貢獻較大。不過110℃時增大干燥介質流量對縮短干燥時間和降低第一臨界水分含量的作用都不是很大。但從表1可以看出，在110℃時，不論干燥介質流量是否增大，第一臨界水分含量最低，且到達此臨界點的時間最短。因此，認為110℃是魔芋片對流干燥的最佳溫度，且不需要太大的通風量。

3 結論

1）魔芋片對流干燥過程可分為預熱期、恒速干燥期和降速干燥期三段。

2）升高干燥溫度，會使干燥速率增大，恒速干燥期縮短，降速干燥速率下降加快，第一臨界水分含量增大。

3）增大干燥介質流量，會使干燥速率增大，恒速干燥期縮短，降速干燥速率下降加快。

4）110℃是魔芋片對流干燥的最佳溫度，第一臨界水分含量低，且不需要太大的通風量。

[1]王任翔,薛躍規.魔芋研究及開發前景[J].廣西園藝,2003,46(1):9-10

[2]關時瑜.降低魔芋干片中二氧化硫含量的途徑[J].山區開發,2002(3):52-57

[3]吳道澄,吳紅.魔芋超細及鈉米粉末的減肥特性研究[J].中草藥,2003,34(2):141-143

[4]劉紅.魔芋的藥用研究進展[J].湖北民族學院學報:醫學版,2002,19(3):35-37

[5]馮骉.食品工程原理[M].北京:中國輕工業出版社,2005:539