杏子熱風真空組合干燥工藝參數的優化

王 健，董繼先，2，王 棟

（1. 陜西科技大學 機電工程學院，陜西 西安 710021；2. 陜西農產品加工技術研究院，陜西 西安 710021）

我國杏樹的栽培史已有3 000 多年，杏果深受人們喜愛，是一種營養價值很高的水果，不僅果實風味獨特，而且富含有多種人體必需的無機鹽和維生素[1]。但是由于自身特性，杏子貯藏期不長，一般情況下鮮杏的貨架期只有1 周左右，目前70%以上的杏子經制干后包裝貯藏[2]。杏子制干的方式主要有露天暴曬[3]、熱風干燥[4]、烘干房干燥[5]、紅外輻射干燥[6]、氣體射流沖擊干燥[7]、熱泵干燥[8]和一些組合干燥方式[9]（如太陽能、烘干房等相互組合） 等。而杏子的熱風真空組合干燥的研究報道尚不多見，熱風真空組合干燥技術是近年來新興的一種果蔬干燥技術，已經運用于蘋果[10]、獼猴桃[11]、香蕉[12]、檸檬[13]、豇豆角[14]等果蔬干燥中，熱風真空組合干燥技術能夠很好地保留果蔬色澤、風味和各種有效成分[13]。因此，采用熱風真空組合干燥方式對杏子進行正交干燥試驗研究，探究杏子熱風真空組合干燥的最佳工藝參數。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

鮮杏，購買于西安市當地水果超市，要求大小均一，果實無畸形、無蟲害、無損傷，品種為陜西大黃杏，成熟要求質地硬、八成熟、淡黃色。

1.2 試驗儀器

DHG-9070A 型鼓風干燥箱、DZF-6032 型真空干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司產品；冠亞牌SFY 系列快速水分測定儀，深圳市冠亞電子科技有限公司產品；電子秒表、電子天平（精度為0.001 g）、燒杯、濾紙、鑷子等。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗流程

杏子→洗凈→切瓣→測量初始數據→熱風干燥→測定中間轉換點含水率→真空干燥→測量最終數據（含水率、復水比）。

挑選備好的新鮮杏子；將其置于清水中洗凈擦干；沿著杏子的騎縫線切分成兩瓣，去核，然后將每瓣杏子四等分，形成質量、厚度近似相等的小果瓣，每瓣質量約為8 g。首先隨機選取3～4 片杏瓣用快速水分測定儀測定初始含水率，然后將備好的杏瓣均勻擺放在物料盤上（每組試驗各取400 g 杏瓣），先將其放入鼓風干燥箱中進行熱風干燥，一段時間后測定中間轉換點含水率，當含水率達到設定的中間轉換點含水率轉入到真空干燥箱進行真空干燥，當杏瓣含水率降低至10%以下，停止干燥，測定最終數據（含水率、復水比）。

1.3.2 正交試驗組合

以熱風真空組合干燥過程中的4 個要素，即熱風溫度（A）、中間轉換點含水率（B）、真空溫度（C）、相對真空度（D） 為試驗因素，每個因素均取3 個水平，選用L9（34）正交表安排試驗[15]，探究各因素對干燥時間和復水比的影響。

杏子熱風真空組合干燥正交試驗因素水平見表1。

表1 杏子熱風真空組合干燥正交試驗因素水平

1.3.3 評價指標

（1） 干燥時間。干燥時間借助電子秒表進行計時，開始干燥時記錄初始時間T0，當干燥一段時間后進行取樣測量，此時記錄時間讀數為Tt，則干燥過程所需總時間T 為：

式中：Tt——取樣過程時間記錄，s；

T0——干燥初始時間記錄，s。

（2） 含水率。含水率的測量通過快速水分測定儀測量，每次測量時隨機選取質量大于0.5 g 的樣品，其測定含水率W 的原理為：

式中：m0——測定前初始質量，g；

mt——測定時現時質量，g。

（3） 復水比。隨機選取干燥后的杏瓣3～4 片用電子天平稱量其初始質量W0，然后放入裝有純凈水的燒杯中浸泡，每隔0.5 h 用鑷子取出，表面水分用濾紙瀝干后用電子天平再次稱質量Wt，測定復水比Y：

式中：Wt——復水后現時質量，g；

W0——復水前初始質量，g。

2 結果與分析

2.1 試驗結果

選用L9（34）正交試驗表，一共9 組，每組試驗重復2 次。

杏子熱風真空組合干燥正交試驗結果見表2。

表2 杏子熱風真空組合干燥正交試驗結果

2.2 極差分析

運用MATLAB 軟件對試驗數據進行極差分析。

2.2.1 干燥時間的極差分析

以干燥時間為評價指標，對試驗結果做極差分析，探究4 種因素對干燥時間的影響。

干燥時間極差分析見表3，干燥時間的因素水平效應圖見圖1。

表3 干燥時間極差分析

圖1 干燥時間的因素水平效應圖

根據表3 和圖1 可以看出，4 種因素對干燥時間影響的主次順序為A（R=7.42） ＞C（R=1.26） ＞B（R=1.07） ＞D（R=0.58），即熱風溫度是影響干燥時間的主要因素，其次為真空溫度、中間轉換點含水率和相對真空度。分析可知，在組合干燥過程中，提高熱風溫度和真空溫度，則水分推動力越大，干燥速度越大，水分流失就越快，則干燥所需時間就越短。而熱風干燥有助于除去物料中的自由水，真空干燥便于除去物料中的結合水，中間轉換點含水率決定著2 種干燥方式何時轉換，影響著干燥時間。真空干燥過程中，真空度越高，在相應環境下水的沸點越低，水的沸點越低，則干燥速率更快，所需干燥時間相應越短。

2.2.2 復水比的極差分析

以復水比為評價指標，對試驗結果進行極差分析，探究4 種因素對復水比的影響。

復水比的極差分析見表4，復水比的因素水平效應圖見圖2。

表4 復水比的極差分析

圖2 復水比的因素水平效應圖

根據表4 和圖2 可以看出，4 種因素對復水比的主次影響分別為D（R=0.39） ＞A（R=0.31） ＞C（R=0.27） ＞B（R=0.16），即相對真空度對復水比的影響最大，其次為熱風溫度、真空溫度、中間轉換點含水率。分析可知，因為相對真空度的大小會改變杏子組織內外壓力差，相對真空度太大會破壞杏子內部組織的孔道網絡結構，對復水比不利。熱風溫度和真空溫度也影響著杏子的復水性，原因是溫度過高杏子內部組織容易受熱損傷，使復水比變小。而中間轉換點含水率影響著熱風干燥階段的干燥時間，熱風干燥時間越長，杏瓣表面越容易結殼，不利于復水。

2.3 方差分析

利用SPSS 軟件對試驗數據進行處理，對各因素做方差分析[15]。

2.3.1 干燥時間的方差分析

干燥時間的方差分析見表5。

表5 干燥時間的方差分析

由表5 可知，對于干燥時間來說，A 熱風溫度（F=2 402.126）、B 中間轉換點含水率（F=49.183）、C 真空溫度（F=78.154）、D 相對真空度（F=15.183）的顯著性p 值均小于0.05，說明4 種因素對干燥時間均影響差異顯著。

2.3.2 復水比的方差分析

復水比的方差分析見表6。

表6 復水比的方差分析

由表6 可知，對于復水比而言，A 熱風溫度（F=177.169）、B 中間轉換點含水率（F=56.196）、C 真空溫度（F=173.155）、D 相對真空度（F=287.480）的顯著性p 值均小于0.05，說明4 種因素對復水比均有顯著影響。

2.4 試驗結果的Duncan 多重比較

運用SPSS 軟件對試驗數據進行處理，分別生成各試驗因素對干燥時間與復水比影響的Duncan 多重比較表。

“熱風溫度”的Duncan 多重比較見表7。

表7 “熱風溫度”的Duncan 多重比較

由表7 可以看出，以干燥時間為評價指標，熱風溫度的3 個水平差異顯著，3 個水平干燥時間相差很大，其中第3 水平最好，所需干燥時間最短；以復水比為評價指標，熱風溫度的3 個水平差異顯著，熱風溫度第1 水平最好、復水比最大，但第1，2 水平所需干燥時間太長，綜合干燥時間與復水比評價，熱風溫度選擇第3 水平合適。

“中間轉換點含水率”的Duncan 多重比較見表8。

表8 “中間轉換點含水率”的Duncan 多重比較

由表8 可以看出，以干燥時間為評價指標，中間轉換點含水率的3 個水平差異顯著，第2 水平最好、所需干燥時間最短；以復水比為評價指標，中間轉換點含水率第2 水平最好、復水比最大。因此，中間轉換點含水率選擇第2 水平較好。

“真空溫度”的Duncan 多重比較見表9。

由表9 可以看出，以干燥時間為評價指標，真空溫度第3 水平與第1，2 水平差異顯著，第3 水平最好、所需干燥時間最短；以復水比為評價指標，真空溫度第1 水平最好、復水比最大，但第1 水平與其他2 個水平差值并不是很大。綜合考慮，真空溫度選擇第3 水平較優。

“相對真空度”的Duncan 多重比較見表10。

由表10 可以看出，以干燥時間為評價指標，相對真空度第2 水平最好，所需干燥時間最短，相對真空度的3 個水平所需時間相差并不是很大；以復水比為評價指標，3 個水平差異顯著，第1 水平最好，復水比最大。綜合衡量，相對真空度選擇第1水平為宜。

表9 “真空溫度”的Duncan 多重比較

表10 “相對真空度”的Duncan 多重比較

綜上分析可知，杏子熱風真空組合干燥的最佳試驗組合方案為A3B2C3D1，即熱風溫度70 ℃，中間轉換點含水率30%，真空溫度70 ℃，相對真空度0.08 MPa。

3 結論

采用正交試驗法對杏子進行了四因素三水平熱風真空組合干燥試驗研究，結果表明，熱風溫度、中間轉換點含水率、真空溫度、相對真空度4 種因素對杏子切瓣干燥時間和復水比均有顯著影響（p 值均小于0.05）。在組合干燥過程中，熱風溫度的大小顯著決定干燥時間的長短，熱風溫度越高，干燥周期越短，但復水比越?。恢虚g轉換點含水率影響著干燥時間和復水比，但對復水比的影響不是很大；真空干燥階段，真空溫度越高，所需干燥時間越短，而復水比稍低；相對真空度越大，所需干燥時間越短，但對復水比很不利。經過多重分析比較得出，杏子最佳熱風真空實驗組合干燥工藝參數為熱風溫度70 ℃，中間轉換點含水率30%，真空溫度70 ℃，相對真空度0.08 MPa。