熱風與微波及其聯合干燥對香椿芽品質的影響

李湘利，劉 靜，肖 鮮

（濟寧學院生命科學與工程系，山東 曲阜 273155）

熱風與微波及其聯合干燥對香椿芽品質的影響

李湘利，劉 靜，肖 鮮

（濟寧學院生命科學與工程系，山東 曲阜 273155）

以香椿芽為材料，比較研究熱風干燥、微波干燥和熱風-微波聯合干燥3 種方式對香椿芽干燥特性和品質的影響。結果表明，60 ℃熱風干燥和550 W微波干燥所得干制品的綜合評價值較大，分別為0.890和0.884。熱風-微波聯合干燥的最佳干燥工藝條件為前期采用60 ℃熱風干燥至轉換點干基水分含量0.67 kg/kg，后期采用功率330 W進行微波干燥；在此條件下，聯合干燥所得干制品的綜合評價值為0.972。說明熱風-微波聯合干燥可以很好地保持香椿芽的品質。

香椿芽；熱風干燥；微波干燥；熱風與微波聯合干燥

香椿（Toona sinensis）是我國傳統木本蔬菜，富含鈣、VC、磷、硫胺素等營養物質［1］。香椿含有多種生物活性成分，具有消炎、抗菌、抗氧化、抗病毒、抗過敏、消除自由基、調節血脂、軟化血管和增強血管張力等功效［2］。然而，香椿芽常溫貯藏，葉片易脫落、腐爛，谷雨后逐漸纖維化，口感乏味，營養價值大幅降低，最終失去食用價值［3］。對香椿芽進行干燥加工，既可保持原有色、香、味及營養成分，又易于保存和攜帶，可作為即食、方便調味品，具有較高的實用價值［4］。

目前，果蔬干制方式主要有熱風干燥、微波干燥、真空冷凍干燥、紅外干燥和聯合干燥等［5］。傳統熱風干燥不能滿足人們對食品高品質、原生態的需求；微波干燥能量利用率高，加熱時間短、加熱均勻，防霉殺菌，保留果蔬色澤和營養價值，但存在投資大、技術復雜、不易掌握等問題［6］。聯合干燥在提高干燥速率、降低能耗、提高成品質量方面具有獨特優勢，廣泛用于菠菜、龍眼、蘑菇、黃花菜、雪蓮果、草莓等果蔬的干燥領域［5-6］。當前，香椿干燥方法主要有熱風干燥、真空干燥、微波干燥、真空冷凍干燥等［4，7］，關于香椿的聯合干燥尚缺乏系統研究。為此，本實驗探討了熱風、微波及其聯合干燥對香椿芽品質的影響，旨在確定香椿干燥的工藝參數，尋求適合香椿的聯合干燥方法，提高干品品質，為果蔬干制提供理論依據。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

香椿芽購于曲阜市農貿市場，挑選后于4 ℃蔬菜保鮮柜中冷藏。

SCBX-1000型蔬菜保鮮柜 廣東韶關鑫騰科普儀器有限公司；FCD2000恒溫鼓風干燥箱 上海瑯玕實驗設備有限公司；NN-CD997實驗室專用微波爐 日本松下電器公司；723PC分光光度計 上海菁華科技儀器有限公司。

1.2方法

1.2.1材料的干燥處理

預處理：香椿芽經去雜、清洗，100 ℃熱燙1 min后，立即于冷水中冷卻，瀝水30 min后進行干燥。

熱風干燥：經預處理的香椿芽，每次稱量50 g，鋪成薄層，分別在不同溫度條件下進行熱風干燥；在前期0～2 h，每15 min稱質量1 次；2 h后，每30 min稱質量1 次。

微波干燥：經預處理的香椿芽，每次稱量50 g，鋪成薄層，在不同微波功率條件下進行微波干燥；前期每1 min稱質量1 次，后期每5 min稱質量1 次。

熱風-微波聯合干燥：選取前期熱風干燥溫度、轉換點干基水分含量和后期微波功率3 個因素，設計L9（33）正交試驗優化干燥條件，正交試驗因素水平見表1。

表1　正交試驗因素水平表Table 1 Factors and their coded levels used in orthogonal array design

1.2.2理化指標的測定

干基水分含量：采用GB 5009.3—2003《食品中水分的測定》中的直接干燥法測定水分含量，用食品中含水的質量（kg）與干物質的質量（kg）之比表示干基水分含量［8］；VC含量：采用2，6-二氯靛酚滴定法［9］；蛋白質含量：采用考馬斯亮藍比色法［9］；葉綠素含量：采用分光光度法［10］；復水比［11］：準確稱量1.0 g干品分別浸于30、60、90 ℃蒸餾水中，30 min后取出，放在布氏漏斗的濾紙上，用真空泵抽真空30 s，以去除表面水分，復水瀝干后質量（g）和干燥后產品質量（g）的比值即為復水比。

1.2.3感官評定

參考李崇高等［12］的方法進行改良。成立由10 名評價員組成的評價小組，就干品的色澤、氣味、脆度等進行評價。按10 分制計，標準見表2。

表2　香椿芽干制品的感官評價分值表Table 2 Criteria for sensory evaluation of Toona sinennssiiss

1.2.4綜合評價值的計算

參考胡慶國［13］的方法略作調整。綜合評價值由感官評分（Y1）、復水比（Y2）、蛋白質含量（Y3）、VC含量（Y4）和葉綠素含量（Y5）加權得出。考慮到消費者對干品感官品質的重視程度，感官評定權重系數最大，復水比次之，蛋白質、VC及葉綠素含量在干燥中受影響較大，也納入綜合評價值中。權重系數分別取λ1、λ2、λ3、λ4、λ5分別為0.3、0.25、0.2、0.15、0.1，λ1+λ2+ λ3+λ4+λ5=1，各指標測定值與權重系數的隸屬函數值乘積之和為綜合評價值。

2　結果與分析

2.1香椿芽的熱風干燥

2.1.1熱風干燥對香椿芽失水特性的影響

圖1　熱風干燥曲線Fig.1 Hot air drying curve

由圖1可知，熱風干燥溫度越高，香椿芽失水越快，干燥時間越短。香椿芽干基水分含量從6.14 kg/kg降至0.09 kg/kg時，50、60、70、80 ℃熱風干燥所需時間分別為510、390、150、105 min。

圖2　熱風干燥速率曲線Fig.2 Dehydration rate curve of hot air drying

由圖2可知，在熱風50、60 ℃和70 ℃干燥的干燥速率曲線變化較小，熱風80 ℃干燥曲線變化較陡，但均存在明顯加速干燥和降速干燥階段。干燥初期，物料表面水分迅速汽化，干燥速率增加，此為加速干燥階段；表面水分蒸發達最大值時，汽化速率恒定，為短暫恒速干燥階段；最后進入降速干燥階段，香椿內部水分的擴散速率小于表面汽化速率［14］。不同熱風溫度最大干燥速率由0.58 g/min上升至0.84 g/min，尤以80 ℃干燥速率最大。因為溫度越高水分蒸發越快，短時間內失水速率急劇變化；干燥至一定程度時，進入以去除結合水為主的降速階段，故失水緩慢［15］。

2.1.2熱風干燥對香椿芽品質的影響由表3可知，香椿芽經60 ℃熱風干燥后，干品VC含量為31.74 mg/100 g，葉綠素含量為1.48 mg/g，感官評分為8.3，均顯著高于70、80 ℃熱風處理，與其他干燥處理差異顯著。50 ℃條件下，蛋白質含量可達1.03 mg/g，各處理溫度間差異不顯著。因為VC是熱敏性物質，易熱解和氧化破壞，蛋白質和葉綠素受熱也會損失，干品品質下降；隨干燥溫度升高和干燥時間延長，VC、蛋白質、葉綠素破壞越嚴重；長時間熱風干燥，物料會發生不同程度的褐變，影響干品的感官品質［5］。故香椿芽熱風干燥溫度宜選擇在60 ℃左右。

表3　香椿芽熱風干燥前后各品質指標的測定結果Table 3 Chemical and sensory qualities of Toona sinensis subjected to different treatments

2.1.3熱風干燥對香椿芽復水性能的影響

圖3　熱風干燥香椿芽在不同復水溫度條件下的復水比Fig.3 Rehydration ratios at different temperatures of hot-air dried Toona sinensis

由圖3可知，隨復水溫度的升高，復水比逐漸增大，尤以50 ℃干燥的干品在90 ℃蒸餾水中復水比最大，為4.72。這與物料在50 ℃熱風干燥初期失水較慢，所得干品收縮程度小，復水時利于水的進入有關；而80 ℃熱風所得干品收縮程度較大，毛細管吸收水分的阻力很大［11］，故復水性較差。由表3和圖3可得，60 ℃熱風干燥所得干制品的綜合評價值最大，為0.890。

2.2香椿芽的微波干燥

2.2.1微波干燥對香椿芽失水特性的影響

由圖4可知，在100、330、550、700 W進行微波干燥所需干燥時間分別為140、65、60、33 min。與熱風干燥相比，干燥時間明顯縮短。因為干燥初期，香椿芽含水量高，吸收微波能較多，水分散失較快；隨干燥進行，因水分蒸發導致其吸收的微波能減少，從而失水速率下降［5］。

圖4　微波干燥曲線Fig4 Microwave drying curve

圖5　微波干燥速率曲線Fig.5 Dehydration rate curve of microwave drying

由圖5可知，隨微波功率的增大，干燥速率增加；微波功率100、330 W時，干燥速率曲線較平緩；微波功率700 W時，干燥速率最高達9.47 g/min。在微波干燥中存在加速干燥、恒速干燥和減速干燥3 個階段［16］。干燥初期，因香椿芽水分含量高，吸收微波能多，水分蒸發快，干燥速率較大，此為加速干燥階段；隨干燥的進行，因香椿芽表層水分較多，內部水分可及時遷移至表面，表面溫度保持穩定，干燥速率也保持穩定，即進入恒速干燥階段；隨著香椿芽水分含量的降低，所吸收微波能減少，蒸發取決于內部水分的擴散速率，當水分向表面的擴散速率低于表面汽化速率時進入降速干燥階段［17］。

2.2.2微波干燥對香椿芽品質的影響

表4　香椿芽微波干燥前后各指標的測定結果Table 4 Chemical and sensory qualities of Toona sinensis subjected to different treatments

由表4可知，330 W干燥的干品VC含量最高，為40.83 mg/100 g，顯著高于其他微波處理；550 W干燥的干品蛋白質含量最高為1.69 mg/g，與其他處理間差異顯著；330 W干燥的干品葉綠素含量為0.91 mg/g，與550、700 W的干品葉綠素含量相比差異不顯著；330 W干燥的干品感官評分最高為8.4，與550 W所得干品感官評分差異不顯著。因為微波功率低，干燥時間長，對VC、蛋白質等熱敏性物質的破壞程度大；但功率過高，干燥溫度高，VC、蛋白質損失較大［18］。香椿芽高溫加熱期間易褐變，影響了干品感官品質［4］，故香椿芽宜在330～550 W左右進行微波干燥。

2.2.3微波干燥對香椿芽復水性能的影響

圖6　微波干燥香椿芽在不同復水溫度條件下的復水比Fig.6 Rehydration ratios at different temperatures of microwave dried Toona sinensis

由圖6可知，隨復水溫度升高，相同微波功率的干品復水比增大；90 ℃復水時，550 W干燥的干品復水比最高可達4.76。不同復水溫度的復水比并非隨微波功率的增加而增大，這與高能量微波干燥對原料細胞壁的破壞作用有關［19］。

由表4和圖6可得，550 W微波干燥所得干品綜合評價值最大，為0.884。比較圖3和圖6可知，微波干燥的干品復水比略高于熱風干燥，因為熱風干燥時間較長，對物料結構破壞較嚴重；微波干燥時間短，對物料破壞較輕。干品復水后均不能完全恢復至新鮮狀態的含水量，這可能與香椿芽干燥中不可逆的細胞破壞和錯位有關［19］。

2.3熱風-微波聯合干燥正交試驗結果

就熱風干燥與微波干燥對香椿芽干品各指標的影響而言，熱風干燥時間長，干品品質較差；微波干燥時間短，產品品質較高，但成本高。采用熱風與微波聯合干燥香椿芽，既可縮短干燥時間，提高干品品質，又可節約成本。以前期熱風干燥的熱風溫度（A）、轉換點干基水分含量（B）和后期微波功率（C）3 個因素進行L9（33）正交試驗的結果見表5。

由表5可知，試驗6（熱風溫度60 ℃、轉換點干基水分含量1.5 kg/kg、微波功率330 W）的綜合評價值最大，為0.861。試驗6充分利用了熱風60 ℃干燥前50 min干燥速率較高的特點，雖然70 ℃熱風干燥前期的干燥速率高于60 ℃的干燥速率，但干燥溫度高對VC、蛋白質及葉綠素破壞較大，感官評分較低，分別為4.84、4.49、4.12。試驗6微波干燥時間只需10 min，即總干燥時間僅需60 min，這與單獨微波干燥時間相近，但遠低于單獨60 ℃熱風干燥的干燥時間。

表5　正交試驗各測試指標及綜合評價值Table 5e 5 orthogonal array design and experimental results orthogonal array design and experimental results

表5　正交試驗各測試指標及綜合評價值Table 5e 5 orthogonal array design and experimental results orthogonal array design and experimental results

試驗號A熱風溫度B轉換點干基水分含量C微波功率VC含量/（mg/100 g）蛋白質含量/（mg/g）葉綠素含量/（mg/g）90 ℃條件下復水比感官評分綜合評價值111141.671.3571.0365.466.830.497 212266.621.1560.5455.706.520.533 313329.131.2350.8545.216.250.323 421249.391.8860.6965.067.840.672 522345.832.0230.6584.568.560.300 623137.541.9851.8025.878.370.861 731341.671.9550.5855.124.840.406 832136.221.6201.6425.564.490.443 933237.851.6530.9484.424.120.181 k10.4510.5250.600 k20.6110.4250.462 k30.3440.4550.343 R0.2670.1000.257

對綜合評價值極差分析的結果表明，熱風溫度和微波功率對綜合評價值影響較大，60 ℃熱風溫度和330 W微波功率的各組試驗綜合評價值均較高，這是因為60 ℃熱風溫度和330 W微波功率干燥香椿芽的感官評分最大，且干制品收縮程度小，有助于提高干品復水比，對VC、蛋白質及葉綠素含量的影響也較小。60 ℃熱風干燥50 min可將香椿芽干基水分含量降至0.67 kg/kg，后期330 W微波干燥10 min即可使水分降至0.09 kg/kg，降低了微波干燥負荷，節約了干燥成本。轉換點干基水分含量極差（0.100）最小，對各指標影響較小。

表6　綜合評價值的方差分析表Table 6 Analysis of variance for overall evaluation score

表6方差分析結果表明，3 個因素對綜合評價值的影響均不顯著。此時，根據表5可選擇綜合評價值大的最優水平組合A2B1C1。綜合考慮聯合干燥前期熱風干燥的溫度、轉換點干基水分含量及微波功率等因素對干品感官質量、復水比、蛋白質含量、VC含量等指標的影響，所得優化干燥條件是：前期熱風溫度60 ℃干燥至轉換點干基水分含量0.67 kg/kg，后期采用微波功率330 W干燥至干基水分含量0.09 kg/kg。此條件下的驗證性實驗所得香椿芽干品VC含量為60.28 mg/100 g，蛋白質含量為2.012 mg/g，葉綠素含量為1.963 mg/g，90 ℃蒸餾水條件下復水比為6.15，感官評分為8.6，綜合評價值為0.972。

3　結 論

采用不同熱風溫度和微波功率干燥香椿芽，所得干燥曲線和干燥速率曲線符合干燥特性。60 ℃熱風干燥和550 W微波干燥所得干品綜合評價值最大，分別為0.890、0.884。經熱風和微波干燥后的香椿芽分別于30、60、90 ℃蒸餾水中進行復水，復水比隨復水溫度的升高而增大。

熱風-微波聯合干燥不僅可縮短干燥時間，而且在感官質量和營養物質的保留上有顯著提高。熱風-微波聯合干燥的最佳工藝為先采用60 ℃熱風干燥至干基水分含量0.67 kg/kg，后期采用330 W微波干燥，所得干品的綜合評價值為0.972。

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Separate and Joint Effects of Hot Air Drying and Microwave Drying on the Quality of Leaves of Toona sinensis

LI Xiangli， LIU Jing， XIAO Xian
（Department of Life Science and Engineering， Jining University， Qufu 273155， China）

Hot air drying， microwave drying and their combination were compared for their effects on drying characteristics and quality of leaves of Toona sinensis. The results showed that the synthesizing value of leaves dried by hot air at 60 ℃and microwave at 550 W were higher， 0.890 and 0.884， respectively. The optimal hot air-microwave drying process involved hot air drying at 60 ℃ to a moisture content of 0.67 kg/kg （dry basis） followed by microwave drying at 330 W. The synthesizing value of the resulting dried product was 0.972 suggesting that hot air-microwave drying could well maintain the quality of Toona sinensis.

Toona sinensis； hot air drying； microwave drying； hot air-microwave drying

TS255.5

A

1002-6630（2015）18-0064-05

10.7506/spkx1002-6630-201518011

2014-07-09

山東省高等學校科技計劃項目（J09LC69）

李湘利（1979—），男，副教授，碩士，研究方向為生鮮食品貯運與深加工。E-mail：lixiangli221@yeah.net