熱風溫度對苦瓜片干燥特性及理化品質的影響

摘 要：以新鮮苦瓜為原料，研究40、50和60℃熱風干燥后，苦瓜片干燥特性及理化品質的變化。結果表明：熱風溫度顯著影響苦瓜片的干燥特性，熱風溫度越高，苦瓜片干燥速率越大，干燥時間越短，水分有效擴散系數增大；40～60℃熱風干燥后苦瓜片的活化能為14.40 kJ/mol；其中，60 ℃熱風干燥處理時間較短，且干制苦瓜片的復水比大、褐變度低、總酚和總黃酮含量高、DPPH·清除能力強。因此，60 ℃為苦瓜片熱風干燥的最適溫度。

關鍵詞：苦瓜；熱風溫度；干燥特性；品質

中圖分類號：TS255.36 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）05-0082-04

Effects of Hot-air Temperature on Drying Characteristics and Quality of Balsam Pear Slices

XU Hai-shan1，DING Sheng-hua2，WANG Rong-rong1

（1. College of Food Science and Technology， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， PRC； 2. Hunan Academy of Agricultural Sciences， Agricultural Product Processing Institute， Changsha 410125， PRC）

Abstract：Using the fresh balsam pear as material， this paper studied the drying characteristics and physicochemical properties of balsam pear slices after hot air drying at 40， 50 and 60°C. The results showed that the hot-air temperature was an important factor for dehydration of balsam pear slices， the higher the hot-air temperature， the greater the drying rate and the shorter drying time and the effective diffusion coefficient of the slices； the activation energy of balsam pear slices was 14.40 kJ/mol after hot air drying at 40～60°C， in which the drying time of hot air at 60°C was shorter， and the rehydration ratio of dry balsam pear slices was larger， the browning degree was low， the total content of total phenol， total flavonoids and the scavenging ability of DPPH was high. Therefore， 60°C is the optimum temperature for hot air drying of balsam pear slices.

Key words：balsam pear； hot-air temperature； drying characteristics； quality

苦瓜（Momordica charantia L.）系葫蘆科苦瓜屬植物，是一種廣泛分布于熱帶、亞熱帶和溫帶地區的蔓性一年生蔬菜?？喙现懈缓喙宪?、類蛋白活性物質、氨基酸、纖維素和多種維生素以及K、Na、Ca、Mg、P、Fe等多種礦物質，具有清熱消暑、養血益氣、滋肝明目、補腎健脾、提高免疫力等功效，是典型的藥食兩用植物[1]。新鮮苦瓜含水量高達90%以上，極易腐爛且不耐冷藏，貨架期短[2]。干燥是苦瓜鮮品主要的保藏和加工方法，有利于原料的保存及精深加工。目前苦瓜干燥方式多為熱風干燥[3-4]、微波干燥[1， 5]、冷凍干燥[6]、熱泵干燥[7]、噴霧干燥[8]、氣體射流沖擊干燥[9]、聯合干燥[2， 10]等，且研究集中在干燥特性及動力學[1， 9]、干燥工藝優化[4-5， 8， 10]、干燥品質[2， 7]等方面。相比于其他干燥方式，熱風干燥具有簡單、方便、高效、低成本等特點，在苦瓜干燥方面具有很大的應用潛力。研究通過探索熱風溫度對苦瓜片干燥特性及理化品質的影響，確定苦瓜片熱風干燥的最適溫度，為苦瓜熱風干燥提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

采摘新鮮成熟期綠元帥苦瓜，挑選大小均一、無機械傷和病蟲害的苦瓜置于4 ℃備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 熱風干燥處理 挑選無病蟲害、外形整齊、大小均一的新鮮苦瓜，去蒂去籽，按照試驗要求切成厚度為4 mm的切片，單層平鋪于盛物皿上，在40、50、

60 ℃溫度下熱風干燥至苦瓜片濕基含水量降至10%。

1.2.2 測定指標及方法 （1）初始含水率測定：采用GB5009.3—2010測定苦瓜片的水分；干燥速率

；式中，mt和mt-i分別為樣品在t和t-i

時刻的質量。（2）有效水分擴散系數和活化能計算；

；式中，lnMR為時間t的函數，有

效擴散系數Deff的大小取決于lnMR對時間t作圖所得

的斜率[11]，；根據線性擬合所得斜率可

算出有效擴散系數Deff。同時，有效擴散系數和溫度的關系可用Arrhenius關系式表示，；

式中，D0是指數因子（m2/s）；Ea是活化能（kJ/mol）；

R是普適氣體常數[kJ/（mol·K）]；T是絕對溫度（K）。（3）色澤：利用HP2132色差儀測定[12]。（4）褐變度：采用比色法測定[12]。（5）復水比：參考聶凌鴻等[3]的方法測定。（6）葉綠素含量：采用比色法測定[13]。（7）總酚含量：采用Folin-Ciocalteus法測定?？偡雍恳? g干基含沒食子酸的量表示（mg GAE/g干基）。（8）總黃酮含量：采用NaNO2-Al（NO3）3-NaOH法測定[14]，總黃酮含量以1 g干基含蘆丁的量表示（mg RE/g干基）。（9）DPPH·清除能力：參考Zhang等[14]的方法測定，樣品清除DPPH·的能力以1 g干基樣品中VC的含量表示（mg VC. eq/g干基）。

1.3 數據處理

運用Origin 8.0軟件處理數據、作圖并分析各處理的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 熱風溫度對苦瓜片干燥特性的影響

2.1.1 干基含水量和干燥速率 圖1（a）和（b）反映了熱風溫度對苦瓜片干基含水量和干燥速率的影響。不同溫度熱風干燥下，苦瓜片干基含水量和干燥速率的變化趨勢相同，都隨干燥時間的增加呈現降低的趨勢。干基含水量的下降在干燥初期屬于加速階段，在干燥中后期屬于降速階段，最后趨于平緩；隨干燥的進行，苦瓜切片表面和內部形成濕度差，水分需從內向外傳遞后才能氣化，所需時間較長，干燥速率也隨之下降；干燥后期，苦瓜片中的水分以結合水為主，難以蒸發，且苦瓜片干燥過程中組織結構緊縮，導致水分難以向外擴散；同時，苦瓜片的表面結構破壞，由軟質變為硬質，水分蒸發阻力增大，干燥速率降到最低至趨于平緩。作為影響苦瓜片干燥的重要因素，溫度的升高導致干燥速率增大，從而縮短達到干燥終點的時間，這主要是由于溫度升高導致苦瓜片表面和熱空氣間產生較高的溫度差，促進水分擴散，從而縮短平衡至環境溫度的時間，提高了干燥速率[12]。

2.1.2 有效擴散系數和活化能 熱風溫度對苦瓜片有效擴散系數和活化能的影響如圖2（a）和（b）所示。從圖2（a）可看出，隨熱風溫度從40 ℃升至60 ℃，其水分有效擴散系數也從8.42×10-11 m2/s升至1.17 × 10-10 m2/s。而G?güs和Maskan [15]在橄欖果渣干燥過程中發現當干燥溫度為60～80 ℃時，水分有效擴散系數在1.84×10-7 ～3.94×10-7 m2/s之間。兩者相差2個數量級的原因，可能是由于橄欖果渣的細胞結構已被破壞，導致干燥過程中水分容易遷移，其有效擴散系數隨之增大。根據水分有效擴散系數進一步推算出lnDeff的變化，如圖2（b）所示，其線性關系較好，R2達0.96，結合Arrhenius關系式，可算出切片厚度為4 mm的苦瓜片在40～60 ℃熱風干燥時，水分擴散的活化能為14.40 kJ/mol，符合先前的研究范圍。如Vega-Gálvez等[16]在橄欖果渣餅的干燥過程中證實其活化能為12.43 kJ/mol；Akgun等[17]對橄欖餅進行薄層干燥時證實其活化能為17.97 kJ/mol。作為衡量物料脫水能力的重要指標，水分有效擴散系數越高，其脫水能力越強，水分擴散所需活化能越低。

2.2 熱風溫度對苦瓜片理化品質的影響

2.2.1 復水比 作為反映干制品復水后恢復新鮮狀態的程度，復水比是衡量干制品品質的重要指標。如圖3所示，不同溫度熱風制得的苦瓜干片其復水比的變化趨勢大致相同，復水速率都表現為由快到慢直至趨于平緩。這主要是由于復水前期，干制苦瓜片內部疏松多孔，利于快速吸水；隨著復水的進行，空隙減少，組織逐漸達到飽和，吸水速率也逐漸下降至平穩。以60 ℃熱風干燥制得的苦瓜片復水效果較好，復水比高達6.56。

2.2.2 色 澤 L*值代表物料的亮度，a*值代表紅綠值，干燥后的苦瓜片L*、a*均大于新鮮樣品，且隨著干燥溫度的升高而顯著增大（P<0.05），表明苦瓜片干燥后亮度增大，顏色由綠轉紅，這是由于高溫下苦瓜片葉綠素發生降解所致。b*值代表黃藍值，熱風干燥后樣品的b*值顯著低于新鮮樣品（P<0.05），但不同干燥溫度間差異不顯著（P>0.05）。因此，干燥較新鮮樣品會引起苦瓜片顏色劣變，且劣變程度隨干燥溫度的升高而加重，這與高溫下非酶褐變的發生如美拉德或焦糖化反應等有關。

2.2.3 褐變度 如圖4所示，苦瓜片經熱風干燥后褐變度都有所上升，尤其對于50 ℃處理組，OD420值為1.41，褐變顯著高于40 和60 ℃處理。干燥引起苦瓜片褐變加重，主要是由于葉綠素的降解、酶促褐變和非酶褐變所致，而由于高溫會導致多酚氧化酶的鈍化，結合后期葉綠素和總酚含量的變化，起關鍵作用的主要是葉綠素的降解及非酶褐變。

2.2.4 葉綠素 熱風溫度對苦瓜片葉綠素含量的影響如圖5所示，同新鮮苦瓜相比，熱風干燥處理顯著降低了苦瓜片中葉綠素a和b的含量 （P<0.05），且隨著干燥溫度的升高降低程度越大；其中，60℃處理組葉綠素含量最低，葉綠素a和b分別降至0.18和0.06 mg/g干基，這與苦瓜片a*值的變化相一致，表明高溫使得葉綠素嚴重降解。相比于葉綠素a而言，葉綠素b對熱的穩定性更高，這與西蘭花[18]中葉綠素熱穩定性研究結果一致。

2.2.5 總酚、總黃酮和DPPH·清除能力 苦瓜片總酚和總黃酮含量的變化如圖6（a）所示，不同溫度熱風干燥后，苦瓜片總酚含量較新鮮樣品均有所降低，對于40 和50 ℃處理組，總酚含量分別降至4.39和4.43 mg GAE/g干基；而60 ℃處理組總酚含量維持在6.09 mg GAE/g干基，與新鮮樣品（6.17 mg GAE/g干基）較接近。60 ℃處理能維持較高總酚含量的原因，一方面由于高溫引起多酚氧化酶活性降低，抑制了總酚的降解；另一方面由于高溫會破壞高聚物間的共價鍵，促使結合態多酚轉變為游離態多酚。從圖6（a）可知，苦瓜中總黃酮含量顯著低于總酚含量（P<0.05），鮮樣中總黃酮含量僅為1.65 mg RE/g干基。總黃酮含量的變化與總酚不同，其隨熱風溫度升高基本呈現增加的趨勢，尤其對于50 ℃處理組，總黃酮含量高達3.01 mg RE/g干基。熱風干燥引起總黃酮含量的升高可能是由于高溫會引起苦瓜中黃酮類物質釋放所致，這還需進一步研究確定。

熱風溫度對苦瓜片DPPH·清除能力的影響如圖6（b）所示，同新鮮的苦瓜樣品相比，熱風干燥一定程度上提高了苦瓜片中DPPH·清除能力，且溫度越高，DPPH·清除能力越強。干燥后各組苦瓜片DPPH·清除能力都維持在2.87 mg VC/g干基，尤其對于60 ℃處理

組，其DPPH·清除能力已達3.74 mg VC/g干基，顯著

高于新鮮樣品（1.40 mg VC/g干基）。結合總酚和總黃酮含量的變化，干制苦瓜片中DPPH·清除能力的升高是由于總酚、總黃酮等抗氧化物質協同作用引起的。

3 結 論

研究以新鮮苦瓜為原料，探討熱風溫度（40、50、60℃）對苦瓜片干燥特性及理性品質的影響，旨在確定苦瓜片熱風干燥的最適溫度，為苦瓜熱風干燥提供理論基礎。試驗結果表明，熱風溫度顯著影響苦瓜片的干燥特性，熱風溫度越高，苦瓜片干燥速率越大，干燥時間越短，水分有效擴散系數越大；不同溫度（40～60℃）干燥后苦瓜片的活化能為14.40 kJ/mol；同時，60℃熱風干燥處理時間較短，且苦瓜片品質較好，復水效果好、褐變度低、總酚和總黃酮含量高、DPPH·清除能力強。因此，結合苦瓜片熱風干燥特性及理化品質，認為60℃為苦瓜片熱風干燥的最適溫度。

參考文獻：

[1] 田 華，韓艷婷. 苦瓜微波干燥特性及動力學模型[J]. 食品研究與開發，2017，38（23）：125-129.

[2] 朱香燕，張 珺，何義雁，等. 熱風與遠紅外干燥溫度對苦瓜全粉品質的影響[J]. 現代食品科技，2015，31（7）：265-269，325.

[3] 聶凌鴻，張 偉. 苦瓜切片干制及其復水性的研究[J]. 食品工業，2015，36（2）：185-187.

[4] 聶凌鴻，張 偉. 苦瓜切片干燥工藝的研究[J]. 食品研究與開發，2016，37（2）：48-52.

[5] 唐小俊，池建偉，張名位，等. 苦瓜微波干燥工藝優化[J]. 農業機械學報，2008，39（1）：68-73.

[6] 吳茂玉，葛邦國，朱風濤，等. 苦瓜凍干粉生產技術研究[J]. 食品工業科技，2008，29（10）：156-159.

[7] 鄧媛元，湯 琴，張瑞芬，等. 不同干燥方式對苦瓜營養與品質特性的影響[J]. 中國農業科學，2017，50（2）：362-371.

[8] 張 敏，何俊萍，趙永會. 噴霧干燥生產苦瓜復合粉工藝研究[J]. 飲料工業，2011，14（6）：34-37.

[9] 薛 珊，趙武奇，高貴田，等. 苦瓜片氣體射流沖擊干燥特性及干燥模型[J]. 中國農業科學，2017，50（4）：743-754.

[10] 唐小俊，池建偉，張名位，等. 熱風結合微波干燥苦瓜片的工藝研究[J]. 食品科技，2009，34（3）：76-81.

[11] Saravacos G D，Tsiourvas D A，Tsami E. Effect of temperature on the water adsorption isotherms of sultana raisins[J]. Journal of Food Science，1986，51（2）：81-383，387.

[12] 王蓉蓉，丁勝華，李高陽，等. 檸檬片熱風干燥特性及品質研究[J]. 食品科技，2016，41（5）：48-53.

[13] 莫玉楠，張魯剛，王國芳. 橙色大白菜類胡蘿卜素提取與測定方法研

究[J]. 西北農林科技大學學報（自然科學版），2014，42（3）：206-214.

[14] Zhang H，Jiang L，Ye S，et al. Systematic evaluation of antioxidant capacities of the ethanolic extract of different tissues of jujube（Ziziphus jujube Mill.）from China[J]. Food and Chemical Toxicology，2010，48（6）：439-445.

[15] G?güs F，Maskan M. Air-drying characteristics of solid waste（pomace）of

olive oil processing[J]. Journal of Food Engineering，2006，72（4）：378-382.

[16] Vega-Gálvez A，Miranda M，Díaz L P，et al. Effective moisture diffusivity determination and mathematical modelling of the drying curves of the olive-waste cake[J]. Bioresource Technology，2010，101（19）：7265-7270.

[17] Akgun N，Doymaz I. Modelling of olive cake thin-layer drying process[J]. Journal of Food Engineering，2005，68（4）：455-461.

[18] Van Loey A，Ooms V，Weemaes C，et al. Thermal and pressure-temperature degradation of chlorophyll in broccoli （Brassica oleracea L.italica） juice：a kinetic study[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry，1998，46（12）：5289-5294.

（責任編輯：成 平）