茄子熱風(fēng)干燥試驗(yàn)研究

滕竹竹，趙士杰，杜文亮，趙　昆

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，呼和浩特　010018)

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茄子熱風(fēng)干燥試驗(yàn)研究

滕竹竹，趙士杰，杜文亮，趙昆

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，呼和浩特010018)

摘要：通過對(duì)茄子漂燙滲透研究了滲透失水率和固形物增加率。用單因素試驗(yàn)研究茄子在不同風(fēng)溫、切片厚度、風(fēng)速、滲溫和預(yù)處理下的熱風(fēng)干燥特性并繪制干燥速率和濕基含水率曲線。結(jié)果表明：茄片越厚，滲透失水率越低；滲溫越高，固形物增加率越低，失水率越高；風(fēng)溫及滲透溫度越高、風(fēng)速越大、茄片越薄，干燥速率越快；影響干燥速率主次因素是風(fēng)溫、切片厚度、滲透溫度、風(fēng)速；漂燙滲透比漂燙和未處理干燥速率更高。

關(guān)鍵詞：茄片；熱風(fēng)干燥；固形物增加率 ；漂燙滲透

0引言

茄子(Solanum melongena)是日常生活中常見的蔬菜之一，別名有矮瓜、落蘇、昆侖瓜等，品種主要從形狀分為圓茄和長(zhǎng)茄兩大類[1]。茄子在全世界都有分布，在亞洲、非洲、地中海沿岸、歐洲中南部、中美洲均廣泛種植[2]。因在歐美等地，只有在較低緯度栽培，品種不多，故世界各國(guó)中以中國(guó)茄子栽培面積最大、總產(chǎn)量最高。2006年，我國(guó)茄子種植面積為70.27萬(wàn)hm2，產(chǎn)量31.976t/hm2，總產(chǎn)量2 247萬(wàn)t[3]。茄子含有蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、維生素及鈣、磷、鐵等多種營(yíng)養(yǎng)成分；特別是維生素P含量很高，能增強(qiáng)人體細(xì)胞間的黏著力，增強(qiáng)毛細(xì)血管的彈性，減低脆性及滲透性，防止微血管破裂出血[3]。

干燥的茄子方便存儲(chǔ)，在冬天也能讓我們享受到茄子營(yíng)養(yǎng)；然而，國(guó)內(nèi)對(duì)其干燥研究甚少，尤其是在傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥領(lǐng)域沒有深入研究。對(duì)于熱風(fēng)干燥而言，物料容易裝卸、損失小、載物盤易清洗、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且投資少，因此也是小型加工企業(yè)必選的經(jīng)濟(jì)型干燥方法。

本文首先對(duì)茄子固形物增加率進(jìn)行研究，然后利用在不同風(fēng)溫、風(fēng)速、切片厚度、滲透溫度和與處理下進(jìn)行干燥來(lái)獲得干燥速率曲線和濕基含水率曲線，為以后工業(yè)生產(chǎn)提供有價(jià)值的理論依據(jù)。

1材料與儀器

1.1試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所采用的茄子為紫色長(zhǎng)茄，購(gòu)于當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)，并挑選大小、顏色一致，形狀規(guī)則，新鮮無(wú)損傷的茄子。試驗(yàn)之前所采用的茄子放入冰箱不超過24h。

1.2儀器設(shè)備

天津市實(shí)驗(yàn)儀器廠生產(chǎn)的DL104型電熱鼓風(fēng)干燥箱，可提供的最高溫度是300℃，精度±0.5℃。華南理工大學(xué)科技實(shí)業(yè)總廠生產(chǎn)的GZ-1型干燥試驗(yàn)裝置，風(fēng)速最大可達(dá)2.8m/s，風(fēng)溫可達(dá)300℃。上海科恒實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司生產(chǎn)的DZKW-S-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋，具有精確的溫度控制、數(shù)字顯示、自動(dòng)溫度控制功能,溫度均勻度和溫度波動(dòng)度及溫度靈敏度皆小于等于±1℃。賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司生產(chǎn)的BT223S型電子天平，精度是0.001g，最大稱量是220g。其它試驗(yàn)裝置如刀具、溫度計(jì)、燒杯、吸水紙、鑷子、丁字尺及計(jì)算器等。

2試驗(yàn)方法

2.1茄子初始含水率測(cè)定

將新鮮的長(zhǎng)條茄子用清水洗干凈、晾干，用刀具切成4mm薄片約30g作為一組試驗(yàn)，分1、2、3、4、5共5組試驗(yàn)。將5組試驗(yàn)材料同時(shí)放到溫度在100～105℃之間鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥；初始3h稱量一次，之后每1h稱量，直到兩次稱量差值不變，得到5組茄片最終質(zhì)量Gi(i=1,2,3,4,5)。平均濕基含水率為

(1)

Gi—i組物料干燥最終質(zhì)量(g)。

計(jì)算得到茄子平均初始濕基含水率為93.28%。

2.2茄子滲透失水率與固形物增加率試驗(yàn)

C.Etekin等人在茄子最優(yōu)薄層干燥模型研究中發(fā)現(xiàn)茄子經(jīng)過漂燙預(yù)處理后會(huì)大大的減少干燥所需時(shí)間，張慜等人發(fā)現(xiàn)滲透脫水干燥茄子也有利于減少干燥時(shí)間[4-5]。本文借以上兩者研究，將采用漂燙加滲透預(yù)處理方式對(duì)茄子做熱風(fēng)干燥研究。設(shè)定不同厚度和不同滲透溫度參數(shù)如表1所示。

表1　不同切片厚度和滲透溫度試驗(yàn)表

滲透溶液為糊精粉、食鹽、蔗糖，三者混合溶液比為3∶2∶3，濃度為40%[6]。每組試驗(yàn)稱取質(zhì)量約(20±1.5)g茄片,漂燙3～5min,將漂燙后的茄片放入裝有滲透溶液的燒杯中，用細(xì)的不銹鋼圈壓住使完全沒入溶液中；滲透2h后，用吸水紙瀝干表面水分后稱量并記錄每組數(shù)據(jù)；將滲后脫水的茄片放入恒溫鼓風(fēng)干燥箱干至恒重，并記下每組最終質(zhì)量。固形物增加率和滲透后失水率為

(2)

(3)

式中N—固形物增加率(%)；

M2—滲透后茄片最終干燥質(zhì)量(g)；

M干—茄片理論絕干質(zhì)量(g)；

M1—滲透前茄片初始質(zhì)量(g)；

L—茄片滲透失水率(%)；

m—滲透后茄片質(zhì)量(g)。

2.3茄子熱風(fēng)干燥特性試驗(yàn)

茄子在本試驗(yàn)干燥過程中主要考慮了5個(gè)因素：熱風(fēng)溫度、熱風(fēng)速度、切片厚度、滲透溫度及預(yù)處理方式。建立單因素試驗(yàn)、按照表2對(duì)應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)方法與滲透失水率試驗(yàn)預(yù)處理方式相同。在干燥過程中每15min鐘稱量一次并記下數(shù)據(jù)，當(dāng)干燥到含水率小于13%時(shí)停止試驗(yàn)。13%安全含水率可由式(4)計(jì)算得到。試驗(yàn)指標(biāo)主要考慮到其茄片含水率變化和干燥速率。計(jì)算含水率與干燥速率見式(5)和式(6)。則有

(4)

式中M″—茄子13%含水率質(zhì)量(g)；

Nj—不同條件下的固形物增加率(%)。

(5)

式中St—t時(shí)刻茄子濕基含水率(%)；

Mt—t時(shí)刻茄子的質(zhì)量(g)。

(6)

式中V—干燥速率(d.b%/h)；

St1、St2—t1、t2時(shí)刻濕基含水率(%)；

t1、t2—干燥時(shí)間(h)。

表2　單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

3試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1滲透失水率和固形物增加率影響分析

利用Spass19.0對(duì)不同切片厚度和滲透溫度下所得的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果處理，如圖1和圖2所示。

從圖1中可以看出：在相同茄片厚度情況下，固形物增加率與滲透溫度成反比。從圖2可以看出：茄片厚度不變時(shí)，滲溫越高，滲透失水率越大；滲溫不變時(shí)，茄片越厚，失水率越小。

圖1　茄子不同切片厚度和滲透溫度對(duì)固形物增加率的影響

圖2　茄子不同切片厚度和滲透溫度對(duì)滲透失水率的影響

3.2熱風(fēng)溫度對(duì)茄子干燥影響分析

表2單因素第1組試驗(yàn)中，采用單一變量為風(fēng)溫，即風(fēng)溫大小為45、55、65、75℃。考慮試驗(yàn)效率，其它因素選擇較大值，也就是風(fēng)速2.1m/s,切片厚度4mm，滲透溫度55℃。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果處理，如圖3和圖4所示。

從圖3可以看出：熱風(fēng)溫度越大，曲線最大斜率越大，含水率最先達(dá)到安全含水率。由圖4可得到干燥速率最大是風(fēng)溫70℃時(shí)，茄子主要干燥階段為降速階段，調(diào)整階段時(shí)間非常短，小于0.5h，沒有恒速階段。在Papla Russo研究干燥對(duì)茄子結(jié)構(gòu)影響中得出60℃影響最小，因此最好選擇65℃作為干燥為宜[7]。

圖3　不同熱風(fēng)溫度下茄子含水率變化曲線

圖4　不同熱風(fēng)溫度下茄子干燥速率曲線

3.3熱風(fēng)速度對(duì)茄子干燥影響分析

由表2中的2組試驗(yàn)，并結(jié)合第1組試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到風(fēng)速0.6、1.1、1.6、2.1m/s下的含水率曲線，(見圖5)和干燥速率曲線(見圖6)。

圖5　不同風(fēng)速下茄子含水率曲線

圖6　不同風(fēng)速下茄子干燥速率曲線

從圖5可以看出：在0.5h之后風(fēng)速越大，含水率下降越快，也最先達(dá)到安全含水率值。由圖6可知：風(fēng)速越大，干燥速率最大值也越大，且最大干燥速率都在0.5h左右達(dá)到；從含水率4條曲線之間平均距離來(lái)看，都相對(duì)圖3較小，說(shuō)明風(fēng)速相對(duì)風(fēng)溫對(duì)茄子干燥影響要小。

3.4不同茄片厚度對(duì)茄子干燥影響分析

根據(jù)表2第3組和第1組試驗(yàn)，茄子切片厚度為4、6、8、10mm下，其它因素不變，所得數(shù)據(jù)結(jié)果如圖7和圖8所示。

圖7　不同切片厚度下茄子含水率曲線

圖8　不同切片厚度下茄子干燥速率曲線

從圖6可以得到：切片4mm時(shí)含水率下降最快，2h幾乎已經(jīng)完全干燥；切片厚度大小與含水率變化成反比。由圖7可看出：切片厚度越大，曲線越平坦，所需要的干燥時(shí)間也就越長(zhǎng)，因此4mm是干燥較佳厚度。從干燥的茄子外觀來(lái)看，4mm卷曲度相對(duì)其它較大切片厚度也并不大，原因在于滲透改變其物理結(jié)構(gòu)，相對(duì)更有韌性，不易歪曲變形。從含水率曲線之間平均距離可知：茄片厚度相對(duì)風(fēng)速對(duì)茄子干燥影響要大。從干燥速率曲線來(lái)看，厚度較風(fēng)溫對(duì)干燥影響小。

3.5不同滲透溫度對(duì)茄子干燥影響分析

根據(jù)表2第4組和第1組試驗(yàn)參數(shù)，滲透溫度分別是2、40、55、70℃，其它因素不變，即風(fēng)溫65℃，厚度4mm，風(fēng)速2.1m/s所得試驗(yàn)結(jié)果處理后繪制如圖9和圖10的曲線。

從圖9看出：曲線相對(duì)圖5、圖7密集程度明顯大，說(shuō)明滲透溫度相對(duì)風(fēng)溫，切片厚度對(duì)干燥影響要小，滲透溫度越高含水率變化越快。由圖10可以看出：滲溫越高，對(duì)應(yīng)的干燥速率也越大，即最先達(dá)到干燥要求。圖10和圖6比較而言，可知前者最大速率差值要大，說(shuō)明滲透溫度較風(fēng)速對(duì)干燥影響要大；且滲透溫度越高，干燥速率越大。綜上所述，對(duì)茄子影響主次因素分別為風(fēng)溫、切片厚度、滲透溫度、熱風(fēng)速度。

圖9　不同滲透溫度下茄子含水率曲線

圖10　不同滲透溫度下茄子干燥速率曲線

3.6不同預(yù)處理試驗(yàn)結(jié)果分析

在風(fēng)溫65℃、風(fēng)速2.1m/s、切片厚度4mm不變情況下，3個(gè)不同預(yù)處理對(duì)茄子干燥結(jié)果如圖11和圖12所示。

圖11　不同預(yù)處理茄子干燥含水率曲線

圖12　不同預(yù)處理茄子干燥速率曲線

從圖11可以看出：茄子干燥時(shí)間相比最短。圖12中，漂燙加滲透最大干燥速率相對(duì)較低，干燥時(shí)間最短；原因在于茄子經(jīng)過滲透處理后，失去大部分水分，在干燥過程，相等時(shí)間里，含水率下降梯度較小。因此，采用滲透加漂燙對(duì)茄子干燥更有利。

4結(jié)論

茄子在滲透過程中，滲透溫度越高、失水率越大，固形物增加率越低；茄子切片越薄，失水率越大。在熱風(fēng)干燥過程中，熱風(fēng)溫度越高、切片越薄、風(fēng)速越大和滲溫越高，茄子干燥速率越快；漂燙加滲透比漂燙和未處理干燥速率更快。 影響茄子熱風(fēng)干燥的主次因素依次是：風(fēng)溫、切片厚度、滲透溫度、風(fēng)速。茄子在干燥過程中調(diào)整階段非常短，沒有恒速階段，主要是降速階段。

參考文獻(xiàn)：

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Experimental Study on Hot-air Drying of Eggplant

Teng Zhuzhu，Zhao Shijie，Du Wenliang, Zhao Kun

(College of Mechanical and Electrical Engineering，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018，China)

Abstract：Eggplant slices pretreated by the combination of blanching and permeability were used to study the influence of solids increase and water loss rate. We used single factor experiment to research the hot-air dying characteristics of eggplant slices in different wind speed, slice thickness, wind speed, permeability temperature and pretreatment ways as well as, as a result, drew the drying rate and the wet base moisture content curves.The results show that the thicker slices, the infiltration water loss rate is lower;The higher permeability temperature, the solids increase is lower but contrary for the water loss rate; The higher permeability and wind temperature, the faster wind speed and thinner slices, the drying rate is faster; affect the drying primary and secondary factors are from air temperature, slice thickness, permeability temperature to wind speed; The combination of blanching and permeability is faster drying rate than blanching and untreated.

Key words：eggplant slices; hot-air drying; solids increase rate; combining blanching and permeability

文章編號(hào)：1003-188X(2016)07-0245-05

中圖分類號(hào)：S375

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：滕竹竹(1988-),男，湖南湘西人，碩士研究生，(E-mail) tzz15573044609@126.com。通訊作者：趙士杰(1956-)，男，內(nèi)蒙古固陽(yáng)人，教授，碩士生導(dǎo)師，(E-mail)nmzsj@126.com。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31260409)

收稿日期：2015-06-08