不同干燥方式對鐵皮石斛失水特性及品質的影響

周偉，李汴生*，阮征，馮云，劉宏源

1(華南理工大學 輕工與食品學院，廣東 廣州，510640) 2(廣東永生源生物科技有限公司，廣東 饒平，515726)

?

不同干燥方式對鐵皮石斛失水特性及品質的影響

周偉1，李汴生1*，阮征1，馮云1，劉宏源2

1(華南理工大學 輕工與食品學院，廣東 廣州，510640) 2(廣東永生源生物科技有限公司，廣東 饒平，515726)

摘要研究了熱風干燥、真空干燥和冷凍干燥3種干燥方式對鐵皮石斛失水特性及品質的影響，結果表明：溫度對鐵皮石斛含水率和干燥速率變化的影響比較顯著(P<0.05)，干燥速率隨著溫度的升高而明顯加快，在相同溫度下，真空干燥速率略大于熱風干燥，而冷凍干燥速率最慢。熱風干燥和真空干燥對感官品質影響較大，但不同溫度之間并沒有顯著性差異(P>0.05)，冷凍干燥對感官品質的影響最小。干燥方式對鐵皮石斛的色澤的影響顯著(P<0.05)，冷凍干燥后的產品在色澤保護方面優于熱風干燥和真空干燥，而熱風干燥的影響最大。多糖含量受干燥方式和溫度的影響亦較大，冷凍干燥下多糖損失最小；對于熱風和真空干燥，溫度較低時，干燥時間較長，多糖損失較多。綜合考慮，冷凍干燥最有利于保持鐵皮石斛的品質。

關鍵詞鐵皮石斛；干燥方式；失水特性；品質

鐵皮石斛是一種傳統中藥材，在我國享有“救命仙草”的美譽，已被《中國藥典》列為“可用于保健食品開發”的新資源，在食品行業中具有很好的開發前景。現在市面上的鐵皮石斛產品主要是以干品為主，最常見的為鐵皮楓斗，其加工方法是在60℃左右的溫度下邊烘邊搓，直至干燥到一定的含水量，這種加工方式成本較高，不利于規模化生產。熱風干燥、真空干燥和冷凍干燥等是食品工業常用的干燥方式，辛明等[1]研究了自然風干、熱風干燥等不同干燥方式對鐵皮石斛多糖和石斛堿的影響，結果表明在熱風干燥下，鐵皮石斛多糖含量最高，而自然晾干下多糖的含量最低；不同干燥方式對石斛堿幾乎沒有影響。崔楠楠[2]將真空冷凍干燥應用于霍山石斛，研究結果發現真空冷凍干燥工藝相比于傳統工藝在保持霍山石斛產品色澤、復水率和多糖等方面具有很大的優勢。

不同干燥方式對鐵皮石斛品質影響的相關研究并不多，對干燥效果的評價指標尚不全面。本文主要探究了熱風干燥、真空干燥和冷凍干燥3種處理方式對鐵皮石斛失水特性、感官品質和多糖含量等理化性質方面的影響規律。

1材料與方法

1.1材料與設備

原料：一年生鐵皮石斛，由廣東省永生源生物科技有限公司提供。

主要試劑：石油醚，濃H2SO4，KOH，體積分數95%乙醇，苯酚，葡糖糖。所用化學試劑均為分析純。

1.2實驗方法

1.2.1試驗設計

新鮮鐵皮石斛→挑選(粗細和色澤均一)→去雜(清理表面殘留葉片和其他雜物，切除不規則枝條)→切段(3 cm)→不同干燥方式下干燥至濕基含水量為10%→指標測定

1.2.2水分指標測定

濕基含水量的測定方法參照國標GB 5009.3—2010 《食品中水分的測定》中的直接干燥法進行測定。

1.2.3干燥速率的測定

參照FALADE[3]的方法，按公式(1)計算：

(1)

式中：νi表示i時刻的樣品干燥速率，g/(100g·h)；Mi、Mt分別表示i、t時刻樣品干基含水率，%；t-i表示i到t時刻的干燥時間段，h。

1.2.4色差的測定

采用CR-400便攜式色差儀測定。

1.2.5收縮率的測定

鐵皮石斛在干燥過程中，其縱向長度幾乎不會發生變化，而發生橫向收縮，導致其粗細變化較為明顯，所以可以通過測量其直徑，用橫截面面積變化的多少來表示體積收縮情況，按公式(2)計算：

(2)

式中：d0表示樣品初始直徑，mm；d1為表示測定時樣品的直徑，mm。

1.2.6石斛多糖的測定

參照DUBOIS[4]，采用苯酚-硫酸法進行測定。

1.3數據處理

應用SPSS 18.0和Excel 2010進行數據分析，采用新復極差分析法Duncan進行顯著性分析，置信區間取95%。

2結果與分析

2.1不同干燥方式對鐵皮石斛干燥特性的影響

水分含量的高低對物料的感官品質和儲藏特性均有重要的影響。圖1為鐵皮石斛在不同干燥方式下的干燥曲線。

圖1　不同干燥方式下鐵皮石斛干燥曲線Fig.1　Drying curves of Dendrobium officinale under different drying methods

物料初始含水率(干基)較高，約為272%。由圖1熱風干燥曲線可知，在熱風干燥方式下干燥速率均隨著溫度的升高而加快，在干燥溫度為70、80、90、100℃下，鐵皮石斛干燥到水分含量(濕基)為10%，所需要的時間分別為15、8.2、4、2.3 h，70℃干燥所用的時間分別是其他溫度下的1.8、3.8和6.5倍，說明溫度對干燥速率有顯著影響(P<0.05)。由真空干燥曲線可以看出，在真空干燥條件下，鐵皮石斛的水分變化規律和熱風干燥呈現類似的變化趨勢，剛開始曲線較陡，主要原因是，干燥的前期去除的是組織中的自由水，這部分水分存在于表面和粗毛細血管中，容易去除；隨著干燥的進行，物料含水率逐漸降低，表面水分蒸發速率大于內部水分遷移速率，干燥速率降低，曲線逐漸平緩，直至干燥結束[5-7]。由冷凍干燥曲線可以看出，冷凍干燥所需要的時間比熱風干燥和真空干燥都長，主要失水階段在干燥后的3～12 h，這是因為冷凍干燥是在低溫下進行的，失水的過程包括2個方面，一是升華干燥，為干燥的主過程，此階段主要目的是除去物料中的結合水，靠物料內外壓力差來提供傳質動力，而由于物料此時處于凍結狀態，溫度很低，冰晶蒸汽壓很低，提供的壓差較小，擴散速率較慢；二是解析干燥，此階段的目的是除去組織中的結合水，一般通過提高真空度和加熱隔板溫度來實現[8]。由圖1還可以看出，70～100℃下，鐵皮石斛在熱風和真空干燥2種干燥方式下被干燥至濕基含水量為10%所需要的時間分別為15、8.2、4、2.3 h和12.5、8、3.5、2.1 h，真空干燥所需要的時間比熱風干燥稍短，說明在相同的干燥溫度下，真空干燥速率比熱風干燥要快；張玉榮[9]等對比分析了玉米在熱風干燥和真空干燥下的失水特性，結果表明，熱風干燥下的失水速率大于后者的失水速率。

圖2表示鐵皮石斛在不同干燥方式下干燥失水速率曲線，由熱風干燥失水速率曲線可知鐵皮石斛的失水速率在開始后1 h內升高到最大值，并隨著含水率的降低而下降，整個過程沒有出現明顯的恒速干燥階段，說明干燥過程主要是在降速階段完成，相同的規律也在蘆筍、水果中發現[10-11]。真空干燥條件下失水速率曲線的變化趨勢和熱風干燥相同，都是隨著含水量的降低而變慢，由冷凍干燥失水速率曲線可以看出，干燥速率最大時為38.55g/(100g·h)，而熱風干燥和真空干燥在70℃條件下，最大干燥速率分別可以達到108.65 g/(100 g·h)和112.94 g/(100 g·h)，分別是冷凍干燥最大速率的2.82倍和2.93倍，在100℃下的最大速率分別可以達到222.83 g/(100 g·h)和246.10 g/(100 g·h)，分別是冷凍干燥最大速率的5.78倍和6.38倍，由此可以看出，熱風和真空干燥方式下的干燥速率都遠遠大于冷凍干燥速率。綜上發現，熱風干燥和真空干燥都隨著干燥溫度的升高而顯著加快，在相同溫度下，真空干燥效率快于熱風干燥，而冷凍干燥效率最慢，這與徐明亮[12]和陳鑫[13]的研究結果一致。

圖2　不同干燥方式下鐵皮石斛失水速率曲線Fig.2　Drying rate curves of Dendrobium officinale under different drying methods

2.2不同干燥方式對鐵皮石斛感官品質的影響

新鮮的鐵皮石斛經過不同方式干燥后的感官品質變化情況見表1～表3。熱風干燥、真空干燥和冷凍干燥后的外表顏色都呈現金黃色，而鮮品為黃綠色或者紫青色，主要原因是剝去外層包衣后的鐵皮石斛外邊仍有一層金黃色的表皮層[14]，經過熱風干燥和真空干燥后，鐵皮石斛都由鮮綠色變成黃褐色，并且呈現一定的焦香味，原因一方面可能是由于鐵皮石斛中的葉綠素受熱分解，另一方面鐵皮石斛在高溫下發生了美拉德反應，而冷凍干燥由于是在低溫下進行，可以很好地保持物料本身含有的顏色和氣味等熱敏性成分[5,12]。

表2顯示，冷凍干燥后產品的L*值、負a*值和b*值都高于熱風干燥和真空干燥，尤其是a*值，負值越大表示越偏向綠色，冷凍干燥的a*值是(-8.62±0.12)，而熱風干燥和真空干燥的a*值為(-1.07±0.1)～(-1.87±0.06)，冷凍干燥的負a*值遠遠大于后2種干燥方式的負a*值，這是因為冷凍干燥是在低溫下進行的，對色澤的保持較好，而熱風干燥和真空干燥都不同程度地受到熱和氧氣的作用，葉綠素的分解和美拉德反應的進行會導致色澤的變化較大[5,15]；在相同干燥溫度下，真空干燥后產品的負a*值和b*值又高于熱風干燥，這是因為真空干燥是在低壓強的環境下進行的，減少了物料與氧氣的接觸機會，所以對色澤的損害會低于熱風干燥；在相同的干燥方式下，溫度對色澤的影響較為顯著(P<0.05)，L*和負a*值均隨溫度的升高呈現先上升后下降的趨勢，在溫度為80℃時，亮度和綠色值最大，這是因為雖然干燥溫度較低時，溫度導致熱敏性成分損失較少，但是在低溫下，樣品被干燥到目標含水量所需要的干燥時間很長，加大了褐變的程度，而溫度過高又會導致熱敏性成分分解嚴重[16-17]。

表3顯示，熱風干燥和真空干燥對收縮率的影響比較大，最高達到68%左右，相當于橫截面積收縮了將近1/2，而不同溫度之間的差異不顯著(P>0.05)；冷凍干燥對體積的影響比較小，干燥后體積收縮不明顯，可最大程度地保持物料原本的形態結構。

綜上所述，熱風干燥和真空干燥對鐵皮石斛的感官品質影響較大，主要表現體積收縮嚴重，顏色和氣味變化較大，這兩種干燥方式在不同的溫度下所得干品的感官差異不明顯，而冷凍干燥可以很好地保持鐵皮石斛感官方面的品質。

表1　鐵皮石斛干燥后的感官品質

表2　不同干燥方式下鐵皮石斛色差值

注：數值表示為均值±標準偏差，同一列，若有相同字母，表示差異不顯著，(P>0.05)；若沒有相同字母，表示差異性顯著(P<0.05)，表3、表4同。

表3　不同干燥方式對鐵皮石斛收縮率的影響

2.3不同干燥方式對鐵皮石斛多糖的影響

石斛多糖是鐵皮石斛最主要的功能性成分[18]，采用苯酚-硫酸法分別測定不同干燥方式下鐵皮石斛干品的多糖含量，結果見表4。

表4　不同干燥方式所得鐵皮石斛多糖含量

從表4中可以看出，冷凍干燥所得干品和鮮品(按相同含水量換算)的多糖含量分別為(23.87±0.60)和(24.19±0.19)，二者無顯著性差異(P>0.05)，熱風干燥和真空干燥在100℃所得干品多糖含量最多，分別為(22.95±0.26)和(23.10±0.43)，但都低于冷凍干燥；在熱風干燥條件下，鐵皮石斛被干燥至相同含水量(濕基含水量為10%)時，多糖含量受溫度的影響較大，70～80℃干燥條件下的多糖含量較低，明顯低于90～100℃時的多糖含量(P<0.05)，可能是由于溫度越低需要的干燥時間較長，糖類物質參與的生化反應程度越大[16,19-20]；真空干燥也呈現相似的變化趨勢，但是在較低溫度下多糖含量高于熱風干燥，而90～100℃下的多糖含量和熱風干燥并沒有顯著性差異(P>0.05)，可能是由于真空干燥處在低氧環境中，對糖類物質可以起到一定的保護作用，而溫度較高，干燥時間都相對較短，糖類物質損失都比較少，差異不明顯，這與李聰等[14]的研究結果一致。

3結論

本試驗主要研究了不同干燥方式對鐵皮石斛干燥特性及品質的影響，分別選取3種干燥方式：熱風干燥、真空干燥和冷凍干燥，得到以下結論：

(1)鐵皮石斛3種干燥方式下的失水過程主要為內部水分擴散的降速過程。在熱風干燥和真空干燥過程，溫度對含水率和干燥速率變化的影響比較顯著(P<0.05)，鐵皮石斛在這2種干燥方式下的干燥速率都隨著溫度的升高而明顯加快，在相同溫度下，真空干燥速率略大于熱風干燥；3種干燥方式中，冷凍干燥速率最慢，所需要的時間最長。

(2)冷凍干燥可以最大程度地保留鐵皮石斛的感官品質，冷凍干燥后的產品在L*值、負a*值和b*值都高于熱風干燥和真空干燥，在保持物料原本的形態結構方面也優于熱風干燥和真空干燥。

(3)多糖含量受干燥方式和溫度的影響較大，冷凍干燥后干品的多糖含量測定值和鮮品沒有顯著性差異(P>0.05)，但都高于熱風干燥和真空干燥；溫度較低時，干燥時間較長，多糖損失也越多，90～100℃下，熱風干燥和真空干燥后的多糖含量較高，但二者之間的差異不顯著(P>0.05)。

參考文獻

[1]辛明, 張娥珍, 李楠, 等. 不同干燥工藝對鐵皮石斛多糖及石斛堿的影響[J]. 南方農業學報, 2013, 44(8): 1 347-1 350.

[2]崔楠楠, 董明, 王金祥, 等. 霍山石斛的真空冷凍干燥工藝研究與品質分析[J]. 食品工業, 2013, 34(9): 3-6.

[3]FALADE K O, ABBO E S. Air-drying and rehydration characteristics of date palm (PhoenixdactyliferaL.) fruits[J].

[4]DUBOIS M, GILLES K A. HAMILTON J K, et al. Colorimetric method for determination of sugars and related substances [J]. Analytical Chemistry, 1956, 28(3): 350-356.

[5]DOYMAZ I, PALA M. Hot-air drying characteristics of red pepper [J]. Journal of Food Engineering, 2002, 55(4): 331-335.

[6]WANG Z, SUN J, LIAO X, et al. Mathematical modeling on hot air drying of thin layer apple pomace [J]. Food Research International, 2007, 40(1): 39-46.

[7]DIAMANTE L M, MUNRO P A. Mathematical modelling of hot air drying of sweet potato slices [J]. International Journal of Food Science & Technology, 1991, 26(1): 99-109.

[8]李亞楠. 真空冷凍干燥山藥粉的工藝研究[D]. 保定：河北農業大學, 2010.

[9]張玉榮, 周顯青, 劉通. 玉米熱風和真空干燥特性與干燥模型分析[J]. 河南工業大學學報: 自然科學版, 2010, 31(2): 9-14.

[10]張建軍, 王海霞, 馬永昌, 等. 辣椒熱風干燥特性的研究[J]. 農業工程學報, 2008, 24(3): 298-301.

[11]李菁,蕭夏,蒲曉璐,等.紫薯熱風干燥特性及數學模型[J].食品科學, 2012, 33(15): 90-94.

[12]徐明亮, 周祥, 蔡金龍, 等.不同干燥方法對海蘆筍干品品質的影響[J]. 食品科學, 2010, 25(11): 64-68.

[13]陳鑫.不同干燥方法對姬松茸干品品質特性的研究[D]. 福州：福建農林大學, 2008.

[14]李聰, 寧麗丹, 斯金平, 等. 鐵皮石斛采后加工及提取方法對多糖的影響[J]. 中國中藥雜志, 2013, 38(4): 524-527.

[15]HODGE J E. Dehydrated foods, chemistry of browning reactions in model systems [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1953, 1(15): 928-943.

[16]RATTI C. Hot air and freeze-drying of high-value foods: a review [J]. Journal of Food Engineering, 2001, 49(4): 311-319.

[18]ZHA X, WANG J, PAN L, et al. Study on Antioxidant Activity of Polysaccharides from Dendrobium Species [J]. Food Science, 2007, 28(10): 90-93.

[19]HUA Y, GAO Q, WEN L, et al. Structural characterisation of acid-and alkali-soluble polysaccharides in the fruiting body of Dictyophora indusiata and their immunomodulatory activities [J]. Food Chemistry, 2012, 132(2): 739-743.

[20]LIAO W, LUO Z, LIU D, et al. Structure characterization of a novel polysaccharide from dictyophora indusiata and its macrophage immunomodulatory activities [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2015, 63(2): 535-544.

Effects of different drying methods on drying properties and quality ofDendrobiumofficinale

ZHOU Wei1, LI Bian-sheng1*, RUAN Zheng1, FENG Yun1, LIU Hong-yuan2

1(College of Light Industry and Food Sciences, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)2(Guangdong YongShengYuan Biological Technology Co., Ltd, Raoping 515726, China)

ABSTRACTThe effects of hot air drying, vacuum drying and freeze drying on the drying properties and quality of Dendrobium officinale were studied. The results showed that drying temperatures had great effects on moisture content and drying rate of Dendrobium officinale. The drying rate sped up with temperature increasing during hot-air and vacuum drying. The hot-air drying rate is slower than that of vacuum drying but faster than freeze drying. The result of sensory quality analysis showed that freeze drying had outstanding in maintaining sensory quality than the other two drying methods. Drying methods and temperatures had great effect on color values. The results showed that freeze drying had a better color protection than another two drying methods while hot-air drying had a greatest effect. Freeze drying could reduce the loss of polysaccharide. For hot air drying and vacuum drying, if use lower temperature, long drying time will needed which may bring more loss of polysaccharide. With comprehensive consideration, freeze drying is the best to keep the quality of Dendrobium officinale.

Key wordsDendrobium officinale; drying methods; drying properties; quality

收稿日期：2015-08-11，改回日期：2015-09-08

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201602024

第一作者：碩士研究生(李汴生教授為通訊作者，E-mail:febshli@scut.edu.cn)。