冬瓜熱風干燥工藝優化*

李瑜，李娜，李曉利

(河南農業大學食品科學技術學院，河南鄭州，450002)

冬瓜是葫蘆科一年生蔓性草本植物，原產于我國南部和印度，是盛夏主要蔬菜之一。冬瓜富含VC、煙酸、胡蘿卜素、膳食纖維、鉀鈣磷等礦物質，具有清熱解暑、祛濕、消腫、去除體內多余脂肪、防高血壓等功效［1-4］。目前冬瓜以鮮食為主，新鮮冬瓜含水量高達90%以上，貯藏存在一定的困難，易引起腐敗變質，造成一定的經濟損失。熱風干燥是食品保藏和加工的常見手段［5］，是一種有效控制水分，延長冬瓜保存期的方法之一。

本文以新鮮袖珍冬瓜為研究對象，選取切片厚度、燙漂時間、干燥溫度為研究內容，在單因素的基礎上，采用響應面法研究干燥過程中干燥產品的復水性、色澤、Vc含量以及干燥時間，從而優化冬瓜熱風干燥工藝組合。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗材料:市售新鮮袖珍冬瓜(以下簡稱冬瓜)。

1.2 儀器與設備

DHG-9143BS-Ⅲ電熱恒溫鼓風干燥箱，上海新苗醫療器械制造有限公司;JA6102電子天平，上海精天電子儀器廠;FA2004A電子天平，上海精天電子儀器廠，CR-400色彩色差計，日本柯尼卡美能達光學公司。

1.3 實驗方法

將冬瓜洗凈后去皮、去籽后，切成片狀，固定每份樣品100 g，置于沸水中燙漂后，置于電熱恒溫鼓風干燥箱中干燥。試驗開始后，每隔15 min稱取質量，直至干燥至干基含水率為13%以下。每次試驗重復3次，取平均值。

1.3.1 單因素試驗設計

熱風干燥工藝的優化主要包括切片厚度、燙漂時間、干燥溫度等因素。針對以上因素，分別在保持其他因素相同的條件下，選取切片厚度為2、5、8 mm，燙漂時間為 0、20、40、60、80 s，干燥溫度為 50、60、70、80、90℃進行單因素試驗，考察各因素對干燥時間以及對冬瓜干制產品復水比、色澤、Vc保留率的影響，選取最佳熱風干燥條件。

1.3.2 響應面試驗設計

根據Box-Behnken設計原理，綜合單因素試驗結果，以切片厚度、燙漂時間、干燥溫度為自變量，復水比、色澤、Vc保留率和干燥時間為響應值進行響應面分析試驗［6］，并利用Design Exper8.0.6統計軟件對試驗數據進行處理。試驗因素水平編碼設計及自變量水平見表1。

表1 響應面試驗因素水平編碼表Table 1 Factors and the levels of experiment of response surface analysis

1.4 干燥品質特性評價方法

對冬瓜干制品特性的評價主要是通過對新鮮冬瓜干燥過程中的含水率、干燥速率、干制品的復水比、色澤、Vc保留率等指標進行綜合評價分析，進而選取較好的干制工藝，為提高冬瓜干制品的品質提供一定理論依據。

按食品中水分的測定方法測定產品的水分，干基含水率 ω =(mt-mg)/mg;干燥速率η =Δω/Δt;其中mg表示物料絕干的質量，mt表示t時刻物料的質量，Δω表示相鄰2次測定的干基含水率之差，Δt表示相鄰2次測定的時間間隔［7-9］。

復水比Rf=G1/G2，其中Rf表示復水比，G1表示樣品復水后的質量，G2表示干制樣品的質量。稱取干制樣品于含有100 mL、60℃蒸餾水的燒杯中，將燒杯置于60℃的水浴鍋中，待1 h后取出試樣瀝干3 min后稱量，重復3次取平均值［10］。

采用碘量法測定Vc保留率，Vc保留率Qα=(β/α)×100，其中β為干制產品Vc含量，mg/100 g，α為干制前物料 Vc 含量［11］，mg/100 g。

利用色差計，依據CIELAB表色系統測定冬瓜的明度指數L*，L*=0表示黑色，L*=100表示白色。產品評價L*值越大，產品色澤越好［12］。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 燙漂時間對干燥過程的影響

當熱風干燥溫度為70℃，切片厚度為2 mm時，不同燙漂時間下冬瓜的干燥曲線及干燥速率曲線如圖1所示。由圖1-a可知，燙漂時間越長曲線越陡，但曲線變化幅度不大。圖1-b顯示，冬瓜失水主要是在恒速干燥和降速干燥過程，在恒溫階段隨著燙漂時間的加長失水加快。

圖1 不同燙漂時間下冬瓜干燥曲線和干燥速率曲線Fig.1 Drying curves and dehydrating rate curves under different blanching time

不同燙漂時間下干燥產品的各指標測定結果見表2。隨著燙漂時間的增加，復水比、Vc保留率呈先增加后減小的趨勢，ΔL呈逐漸上升趨勢。其原因在于，隨著燙漂時間的增長，樣品組織被破壞，導致其復水性減小，Vc保留率下降，但熱燙使其酶類失活，驅除組織內的空氣，以及殺菌等作用，從而達到護色的效果［13］。綜合以上分析選取燙漂時間為40 s為最佳干燥條件。

表2 不同燙漂時間下冬瓜各指標測試結果Table 2 The test results of different blanching time

2.1.2 切片厚度對干燥過程的影響

在熱風干燥溫度為70℃，燙漂時間為40 s條件下，不同切片厚度下冬瓜的干燥曲線及干燥速率曲線如圖2所示。由圖2-a可知，在燙漂時間和干燥溫度恒定的條件下，切片厚度越大，干燥周期越長。圖2-b顯示，切片厚度對冬瓜的熱風干燥影響程度大于燙漂時間的影響，且切片厚度對干燥前含水率有一定影響。

圖2 不同切片厚度下的干燥曲線和干燥速率曲線Fig.2 Drying curves and dehydrating rate curves under different thickness of the slice

不同切片厚度干燥產品的各指標測定結果見表3。隨著切片厚度的增加，復水比、Vc保留率、色差值ΔL均呈逐漸減小趨勢。分析其原因在于隨著切片厚度的增加，干燥時間增長，導致干制品組織恢復能力降低，營養物質損失增加，加快褐變程度［14］，因此，選取切片厚度為2 mm為最佳干燥條件。

表3 不同切片厚度冬瓜各指標測試結果Table 3 The test results of different slice thickness

2.1.3 干燥溫度對干燥過程的影響

當切片厚度為2 mm，燙漂時間為40 s時，不同干燥溫度下冬瓜干基含水量和干燥速率曲線見圖3。由圖3-a可知，在切片厚度和燙漂時間恒定的條件下，隨著干燥溫度的增加，干燥時間縮短。分析圖3-b可知，冬瓜失水在恒速和降速干燥過程，且在恒速過程中干燥溫度越高干燥速率越大。

圖3 不同干燥溫度冬瓜干燥曲線和干燥速率曲線Fig.3 Drying curves and dehydrating rate curves under different temperatures

不同干燥溫度下干燥產品的各指標測定結果見表4。隨著干燥溫度的增加，復水比、Vc保留率、色差值ΔL均呈先增加后減小的趨勢，且在干燥溫度為60℃時達最大值。溫度越高，物料內部組織被破壞，營養損失較高，影響其色澤，故選擇60℃作為最佳干燥溫度。

表4 不同干燥溫度冬瓜各指標測試結果Table 4 The test results of different drying temperature

2.2 響應面優化試驗

根據中心組合試驗設計原理，在單因素的基礎上，采用三因素三水平共17個試驗點進行響應面試驗分析，其中試驗序號1～13為析因試驗，14～17為中心試驗，用來估計試驗誤差。具體試驗方案及結果見表5。

2.2.1 模型的建立

通過Design-Expert 8.0.6軟件對表5中試驗數據進行回歸擬合分析，回歸系數及顯著性分析結果見表6。

表5 響應面試驗設計及結果Table 5 Program and experimental results of RSA

表6 回歸系數及顯著性分析Table 6 Significance analysis of regression coefficient

由表6可知，各模型的P值均小于0.01，說明該模型及其顯著，各方程的決定系數R2均大于0.90，說明預測值與實驗值之間有較好的相關性，模型擬合程度較好。此方程可以對切片厚度、燙漂時間、干燥溫度條件下冬瓜產品的復水性、色澤、Vc含量以及干燥時間進行預測。

通過顯著性檢驗可知，在建立的模型中，X1、X3、X12在冬瓜熱風干燥過程中復水性的影響均達到極顯著水平，X1X3、X2X3、X32對產品的復水性影響顯著;X3在冬瓜熱風干燥過程中對產品的色澤影響達到極顯著水平;X1、X2、X3、X12在冬瓜熱風干燥過程中對冬瓜Vc含量影響達到極顯著水平，X1X2、X22對產品 Vc 含量影響顯著;X1、X3、X1X3、X12對干燥時間影響達極顯著水平，X2X3、X22、X32對干燥時間影響顯著。

2.2.2 響應面分析

根據回歸方程所作切片厚度、燙漂時間、干燥溫度對響應值復水比、色差變化量、Vc保留率、干燥時間的影響的響應面圖，如圖4～圖6所示。

圖4顯示了切片厚度、燙漂時間和干燥溫度3種因素兩兩交互對產品復水性的影響。由圖4可知，在試驗范圍內，復水比隨著干燥溫度的升高而減小，隨著切片厚度的增加呈先增大后逐漸減小的趨勢。原因可能是干燥溫度過高組織結構被破壞，難以恢復原狀復水性降低［10］。由圖4可知燙漂時間和切片厚度的交互作用不顯著，其他因素交互作用顯著。在試驗范圍內各因素對復水比影響強度依次為干燥溫度、燙漂時間、切片厚度。

圖4 復水比的響應曲面Fig.4 Response surface of the after water ratio

圖5顯示了切片厚度、燙漂時間和干燥溫度3種因素兩兩交互對Vc保留率的影響，在試驗范圍內，Vc保留率隨著切片厚度、燙漂時間的增加而減小，隨干燥溫度的升高而增大。可能的原因有:切片厚度增加使干燥的時間延長從而導致Vc破壞較多保留率降低，而溫度升高干燥時間縮短，Vc保留率增大。由圖5可知燙漂時間和切片厚度的交互作用顯著，其他因素交互作用不顯著。在試驗范圍內各因素對復水比影響強度依次為干燥溫度、切片厚度、燙漂時間。

圖5 Vc保留率的響應曲面Fig.5 Response surface of vitamin C retention

圖6顯示了切片厚度、燙漂時間和干燥溫度3種因素兩兩交互對復水比的影響，由圖6分析，干燥時間隨著干燥溫度、燙漂時間的增加而減短，隨切片厚度的升高而增長。可能原因有:干燥溫度升高和燙漂時間的加長會加快冬瓜物料的脫水［15］，干燥至恒重時間縮短;而切片厚度增大冬瓜不易脫水導致干燥時間延長。由圖可知燙漂時間和切片厚度的交互作用不顯著，其他因素交互作用顯著。在試驗范圍內各因素對復水比影響強度依次為切片厚度、干燥溫度、燙漂時間。

圖6 干燥時間的響應曲面Fig.6 Response surface of the drying time

2.2.3 最佳干燥條件的確定以及驗證

通過Design Expert 8.0.6軟件分析得出最佳優化工藝為:切片厚度2.17 mm，燙漂時間60 s，干燥溫度50℃，其響應值分別為復水比為3.43%，色差值ΔL為87.85，Vc保留率為54.91%，干燥時間為312 min。考慮到實際情況，將最優條件修正為切片厚度2 mm，燙漂時間60 s，干燥溫度50℃進行驗證實驗，重復3次，得到試驗結果是在該試驗條件下復水比為3.47%，色差值ΔL為87.98，Vc保留率為54.83%，干燥時間為315 min。該試驗值與理論預測值接近，重復性好，證實了此模型的可靠性。

3 結論

本文以冬瓜為原料，在單因素的基礎上，采用響應面優化法研究工藝條件中的切片厚度、燙漂時間以及干燥溫度對熱風干燥后物料的復水性、色澤、Vc含量以及干燥時間的影響，從而優化冬瓜熱風干燥工藝并建立數學模型。綜合實際情況，確定冬瓜熱風干燥的最佳工藝參數組合為切片厚度2 mm，燙漂時間60 s，干燥溫度50℃，在此條件下干燥產品的復水比為3.47%，色差值ΔL為87.98，Vc保留率為54.83%，干燥時間為315 min。回歸分析和驗證試驗表明了該方法的合理性和可行性，該試驗為冬瓜制品的深加工及其保藏提供理論依據。

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