吐魯番無核白葡萄晾房干燥的預處理方法

艾力·哈斯木，余 成，黃 華，郭俊先,*，劉 巍，周 軍，史 勇，劉 亞

（1.新疆農業大學機電工程學院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆農業大學數理學院，新疆 烏魯木齊 830052）

葡萄作為一種世界性的水果，其富含維生素、糖、氨基酸等對人類健康有益的營養元素[1-3]。新疆吐魯番盛產無核白葡萄，其2016年產量達到98.73萬 t，較上一年增長8.45%[4]。其葡萄的1/3用于鮮食，1/3用作葡萄酒加工或葡萄飲料加工，1/3干燥后以葡萄干的形式儲存[5]。由于氣候原因，新疆吐魯番的葡萄休眠后生長周期主要包括：葡萄4月中上旬萌芽，5月下旬開花掛果，8月中下旬漿果成熟。其生長周期約為130～140 d[6-7]。目前，吐魯番主要的干燥方式為晾房蔭干，其干燥周期長，且開放式干燥使得品質也無法得到有效保障[8-9]。

近年來，國內外專家主要針對提高葡萄干燥速率、保證衛生等指標進行了大量的干燥設備研制及預處理工藝的改進，結果證明，預處理、改變溫度和風速均可以提高干燥速率及改善成品品質[10-20]。其中，葡萄干燥預處理和工藝優化方面最典型的研究包括：張英麗等[21]利用NaOH溶液、亞硫酸氫鈉與促干劑混合液、促干劑對葡萄進行預處理，在不同熱風溫度下進行干燥，結果表明促干劑可以起到縮短干燥時間和保護葡萄干燥顏色的作用。高振江等[22]在設計滾筒式真空脈動干燥機時，開展了葡萄促干劑預處理組與對照組的實驗，結果表明促干劑預處理組干燥速率優于對照組。Tulasidas等[23]在進行浸漬和水洗預處理對微波干燥葡萄的影響時，采用NaOH、碳酸鉀、油酸乙酯溶液對葡萄進行預處理，實驗表明堿性溶液對葡萄干干燥速率有促進作用，但干燥出的葡萄質量較差[24]。Sharma等[24]發現使用油酸乙酯和碳酸鉀溶液對葡萄進行干燥前預處理可以提高干燥產品質量。Dincer[25]發現在葡萄自然干燥前，采用堿性預處理液預處理，可以縮短干燥時間并獲得更高的產品質量。Serratosa等[26]在干燥實驗中利用碳酸鉀與橄欖油混合液、油酸乙酯乳液進行預處理，發現預處理后葡萄干燥時間及產品色澤、元素含量方面都優勝于傳統方法。Petrucci等[27]使用油酸衍生物對葡萄進行干燥前預處理，結果證明采用預處理劑可縮短葡萄干燥時間；Doymaz等[28]的實驗證實，使用預處理液的無籽葡萄，干燥后色澤較好。部分干燥研究成果已經轉化并獲批專利[29-30]，目前，干燥設備與干燥工藝雖然在干燥速率和干燥品質方面得到很大提升，但成本較高或操作復雜，并不能在果農中廣泛推廣。

新疆豐富的太陽能、區域高熱環境使廉價、易制造的晾房干燥一直在新疆區域占有主導地位。為更有效地繼續發揮晾房成本低、操作簡單、綠級率較高的優勢，通過開展晾房干燥預處理和工藝控制研究，縮短干燥周期和提高葡萄干綠級率，是一個較好的研究方向。因此本實驗針對晾房傳統干燥方式，結合葡萄主產區吐魯番果農干燥經驗，對比經不同預處理劑處理后，葡萄的晾房干燥效率和葡萄干外觀品質，確定更佳的預處理方式，為傳統晾房干燥工藝和參數的改進，以及葡萄晾房干燥整體工藝研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮無核白葡萄（600 kg）購于新疆吐魯番克孜里土爾村木合塔爾果農的葡萄園，葡萄粒長度為（223.82±3.00）mm，粒徑為（53.70±4.00）mm，葡萄濕基含水率為（81±4）%。

碳酸鉀（分析純） 天津市福晨化學試劑廠；橄欖油 上海嘉里食品工業有限公司；促干劑（成分包括氫氧化鉀、碳酸鈉、脂類、乳化劑等） 新疆農業科學院；食鹽 中鹽新疆維吾爾自治區鹽業有限公司。

1.2 儀器與設備

JM電子天平 浙江余姚紀銘稱重校驗設備有限公司；101-0AS電熱鼓風干燥箱 上海特慧實業有限公司；RC-4HA溫濕度記錄儀 溫州標諾儀器有限公司；GM8902風速儀 杭州華制電子商行；AT-200CL彩色面陣3CCD攝像機 丹麥JAI公司；DSC-W80數碼相機 日本索尼公司。

1.3 方法

1.3.1 晾房選擇

實驗于2016年8月24日至2016年9月27日在新疆吐魯番高昌區克孜里土爾村晾房開展。

選擇新疆吐魯番克孜里土爾村較為常見的晾房，晾房基本尺寸為9.2 m×4.1 m×3.18 m，以土坯（0.3 m×0.15 m×0.05 m）砌成的墻體，主墻體有效空洞面積（即通風面積）比為60%，墻高3.18 m，屋頂遮蔽，避免陽光直射。晾架采用鐵絲網格，每個網格長寬分別為0.6 m×0.18 m，共有39 個網格；每兩片鐵絲網格之間的間距為0.2 m。

1.3.2 預處理

參考文獻[31-35]，采用3 類預處理方法浸泡1 min后掛串：1）促干劑處理組（質量分數2.5%、3.0%、3.5%和4.0%促干劑溶液）；2）碳酸鉀溶液+橄欖油混合處理組（40 mg/mL碳酸鉀+6 mg/mL的橄欖油、45 mg/mL碳酸鉀+6 mg/mL橄欖油、50 mg/mL碳酸鉀+6 g/mL的橄欖油、55 mg/mL碳酸鉀+6 mg/mL的橄欖油）；3）食鹽溶液處理組（質量分數為5%、10%、15%和20%食鹽溶液）。以不做任何處理、直接掛曬為對照。各預處理組料液比約為1∶3（m/V）。

1.3.3 儀器安裝和測量要求

在晾房內安裝溫濕度記錄儀和風速儀測量溫濕度和風速。溫濕度儀在晾房內采用正反“S”形走向，由上向下每隔0.6 m安裝1 個溫濕度記錄儀，同一平面共安裝5 個溫濕度記錄儀，整個晾房共安裝25 個。安裝位置如圖1所示。風速儀安裝于晾房主體墻的中心位置，進、出口各安裝一個。

圖 1 溫濕度儀安裝圖Fig. 1 Temperature and humidity measurement positions in air-drying shelter

從8月24日至9月27日，每天在固定時間（溫濕度具有時間設定功能）測量晾房的溫濕度，測試時間間隔為1 h；風速人工讀取，每4 h人工讀取一次風速；每天定時（早晨8點整）采集葡萄干燥樣本，然后測定含水率，為保證取樣對干燥原始條件的最小干擾和測量對比性，每天所有測定樣本都采摘不同預處理方式的同一位置高度（鐵絲網格）的5 粒葡萄進行測量；葡萄干外觀色度品質的圖像采集采用固定支架，每天在固定時間（早晨9點）拍攝不同預處理網格的葡萄樣本RGB圖像，拍攝物距、焦距和曝光等條件一致。

1.3.4 指標測定

1.3.4.1 含水率的測定

葡萄樣本剪摘，裝入自封袋貼上編號標簽，采用電子天平對樣本進行稱量，并記錄，將樣本放入鼓風干燥箱玻璃皿進行干燥。干燥一段時間后，每隔20 min稱量干燥箱中的樣本質量，并計算含水率，若連續3 次測量樣本含水率在13%～16%之間，則停止干燥，稱取干燥后質量。根據公式（1）進行含水率計算并記錄數據[36]。

式中：m1表示干燥前干燥皿和試樣的質量/g；m2表示干燥后干燥皿和試樣的質量/g；m3表示干燥皿的質量/g。

1.3.4.2 晾房溫濕度、風速及無核白葡萄干燥時間、含水率、褐變率的測定

在干燥過程中對晾房的迎風口及背風口處的風速使用風速儀進行測定，對晾房頂部和底部的溫度、相對濕度用溫濕度記錄儀進行監測；每天利用干燥箱對晾房中的葡萄樣本進行含水率測定，在干燥箱干燥一段時間后，每隔20 min對干燥箱中的樣本稱質量，并計算含水率，若連續3 d所測得樣本的含水率范圍均在13%～16%之間，視為干燥完成，記錄各位置的干燥時間，并且按照無核葡萄干農業行業標準NY/T 705—2003《無核葡萄干》中規定的檢測方法進行褐變率檢測[37]。

1.3.4.3 果面色度的測定

利用Matlab軟件對不同預處理組采集的葡萄RGB圖像進行分析[38-40]，計算所有分割后葡萄粒區域的R、G、B灰度平均值，繪制干燥過程中色度變化曲線。

其中R、G、B分別代表紅、綠、藍三個通道顏色，在整個干燥過程中葡萄的顏色在不斷地改變，其灰度值持續降低，說明顏色漸漸變淡或者發生褐變。

1.3.4.4 綠級率的測定

根據GB/T 19586—2008《地理標志產品 吐魯番葡萄干》[41]中規定的果粒色澤度檢測標準進行葡萄干綠級率檢測，計算如公式（2）所示。

式中：m0表示色澤相對一致的綠葡萄干果粒總質量/g；m表示試樣質量/g。

1.3.4.5 果梗部褐變率的測定

將果梗部發生褐變的葡萄干設為劣質品，根據NY/T 705—2003[37]中規定的劣質果率的檢測方法進行果梗部褐變率的計算，具體計算見式（3）。

式中：m0表示果梗部發生褐變的樣本質量/g；m表示試樣質量/g。

1.3.4.6 果體糖析率的測定

根據NY/T 705—2003[37]中定義的滲糖果粒，篩選發生糖析的果粒，果粒糖析率的計算如公式（4）所示。

式中：m0表示糖分析出果粒質量/g；m表示試樣質量/g。

1.4 數據處理

利用SPSS Statistics 19軟件進行數據處理，利用Excel軟件繪圖。利用Matlab軟件對不同預處理組采集的葡萄RGB圖像進行分析，包括圖像增強、圖像分割、二值圖像后處理和二值圖像掩模R、G、B分通道圖像，計算所有分割后葡萄粒區域的R、G、B灰度平均值。

2 結果與分析

2.1 預處理方式對無核白葡萄晾房干燥過程中含水率的影響

圖 2 預處理方式對葡萄晾房干燥過程中含水率的影響Fig. 2 Effects of different pretreatments on water content in grapes during drying

由圖2可知，干燥初期的1～3 d，各不同預處理組葡萄干燥速率并無明顯變化，從第3天開始經過預處理的葡萄干燥速率急劇變化，經促干劑、碳酸鉀+橄欖油混合液處理的葡萄干燥速率變化更為劇烈，第21天開始趨于平緩，后期一直基本處于較為緩慢的變化；經食鹽溶液處理和對照組的葡萄干燥第3～25天，含水率下降較為明顯，第28天趨于平穩；促干劑、碳酸鉀+橄欖油混合液處理的葡萄干燥時間比對照組和食鹽溶液處理組縮短近6 d。

促干劑的主要成分是氫氧化鉀、碳酸鈉、脂類和乳化劑等，它的水溶液呈堿性，對葡萄表皮果蠟和細胞有破壞或分解作用，能加速葡萄漿果內部水分的擴散[42-45]，處理溶液的質量分數越高，對果蠟和細胞的作用越強。碳酸鉀的水溶液對葡萄表皮的蠟質層具有分解作用，有助于提高葡萄表皮水分的滲透性；而橄欖油作為一種天然植物油，其本身具有美容等多種功效，因此將碳酸鉀與橄欖油的混合作為預處理劑，對葡萄進行干燥前預處理，有助于提高葡萄干燥速率，且對葡萄干燥過程中的色澤保持有一定的促進作用[33]。利用食鹽溶液進行浸泡預處理，是為了起到腌制的效果，使葡萄在干燥過程中不易變質或腐爛，但是鹽溶液為中性溶液，可將葡萄表皮的果粉沖洗掉，并不能起到分解或破壞葡萄表皮蠟質層的作用[46]；因此其在干燥過程中雖然對干燥速率有少量促進作用，但與對照組并未出現明顯差異。

2.2 無核白葡萄干燥過程溫濕度、風速分析

表 1 晾房不同位置溫濕度及葡萄干品質對比Table 1 Temperature and humidity levels at different locations and raisin quality

由表1可知，葡萄干燥過程中，晾房頂部的葡萄干燥周期比晾房底部的葡萄干燥周期縮短3 d，褐變率較底部增加18%，出現此種差別的原因是傳熱效應的影響，晾房外頂部長時間受太陽照射，溫度較高，經頂部遮蔽物傳入晾房的溫度也高于底部；因此接近晾房頂部的葡萄在整個干燥過程中的整體溫度高于底部，所以干燥速率有所提升；由于頂部長期處于溫度較高的環境中，所以出現褐變臨界溫度的機率增加，因此褐變率遠高于底部的葡萄干。

同一預處理條件下，迎風口位置與背風口位置葡萄干燥情況是在兩個風口均安裝風速記錄儀，設置每30 min測定一次，進行全程不間斷測定，計算得知迎風口的平均風速為0.985 m/s，干燥時間為21 d；背風口風速為0.654 m/s，干燥時間為28 d。可見，適當的風速有利于提高葡萄干燥速率。

綜上可知，無核白葡萄干燥過程中溫濕度、風速對干燥的品質及速率有著重要的影響。

2.3 預處理方式對無核白葡萄晾房干燥過程中果面色度的影響

圖 3 不同預處理方式的葡萄晾房干燥過程中R通道灰度平均值Fig. 3 Mean gray values of R-channel of grapes with different pretreatments during drying

由圖3可知，經食鹽溶液預處理的葡萄干燥過程中R通道灰度平均值變化較大，而經促干劑和碳酸鉀+橄欖油預處理的葡萄干燥過程R通道灰度平均值變化較小。

圖 4 不同預處理方式的葡萄晾房干燥過程中G通道灰度平均值Fig. 4 Mean gray values of G-channel of grapes with different pretreatments during drying

由圖4可以看出，經食鹽溶液處理的葡萄干燥過程中G通道灰度平均值變化較大，而經促干劑和碳酸鉀+橄欖油處理的葡萄干燥過程中G通道的灰度值的變化明顯小于食鹽溶液處理組。

圖 5 不同預處理方式的葡萄晾房干燥過程中B通道灰度平均值Fig. 5 Mean gray values of B-channel of grapes with different pretreatments during drying

由圖5可以看出，促干劑預處理的葡萄干燥過程中B通道灰度平均值變化較小，且各組變化相差不大；經40 mg/mL碳酸鉀+6 mg/mL橄欖油預處理的葡萄B通道灰度平均值較小。

圖3～5表明，干燥過程中葡萄色澤在不斷地變化，灰度值總體趨于變小，即原始葡萄較為明亮，隨著干燥時間延長，顏色逐漸變化為暗淡或略微褐變；在干燥的前半期，顏色變化較大，與其快速失水和質變有關，后半期水分變化趨于穩定，色澤變化不大；圖中色澤起伏變化主要是每日采集時外界亮度的變化造成。在干燥過程中使用3.0%促干劑處理的葡萄及40 mg/mL碳酸鉀+6 mg/mL橄欖油混合液處理的葡萄色度變化較為平緩，可能是保持色澤的較好的預處理方式。

2.4 預處理方式對無核白葡萄晾房干燥后成品品質的影響

由表2可知，3.0%促干劑處理的葡萄，干燥后成品的褐變率為26.0%，綠級率為24.5%，果體糖析率為4.0%，與其他預處理組的葡萄干成品相比較，其成品質量整體較優；相對于對照組，其褐變率降低67.0%，綠級率提高了20.5%。碳酸鉀+橄欖油混合液預處理的葡萄，干燥后綠級率整體較高，其中，40 mg/mL碳酸鉀+6 mg/mL橄欖油混合液處理的葡萄干綠級率達到34.0%；因此初步判斷橄欖油具有提高綠級率的作用，但橄欖油成本為促干劑成本的3 倍。綜合干燥速率、色度變化、綠級率、褐變率、糖析率及經濟成本，可初步確定葡萄干燥較優的預處理方式為3.0%促干劑預處理。

表 2 不同預處理方式下晾房干燥無核白葡萄的成品品質Table 2 Quality traits of raisin produced by different pretreatments in drying room

3 結 論

經促干劑和碳酸鉀+橄欖油混合液處理的葡萄干燥速率較快，與未經預處理的對照組和食鹽溶液處理組相比，干燥周期能由27 d縮短至21 d，干燥周期明顯縮短。經3.0%促干劑預處理的無核白葡萄干燥成品品質有所提升，與晾房中自然干燥的葡萄干相比較，褐變率降低67%，綠級率提高了20.5%，提高了產品的經濟價值。添加橄欖油的預處理組葡萄干綠級率普遍高于其他預處理組，因此認為橄欖油具有提高綠級率的作用，但橄欖油成本較高。

該實驗通過對無核白葡萄晾房干燥預處理方法綜合分析，以干燥速率、葡萄干成品品質、干燥成本等為評價依據，初步確定無核白葡萄晾房干燥最佳預處理方法為3.0%促干劑預處理，可為當地果農進行晾房葡萄干燥提供參考。