切片厚度對苦瓜片熱風干燥特性及相關品質的影響研究

白冰玉，傅鑫程，丁勝華，王蓉蓉

（1.湖南農業(yè)大學食品科技學院，湖南長沙 410128；2.湖南省農業(yè)科學院農產品加工研究所，湖南長沙 410125）

苦瓜（Momordica charantia L.）是葫蘆科苦瓜屬植物苦瓜的果實，別名涼瓜、賴葡萄、癩瓜、錦荔枝，主要分布于熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)[1]。苦瓜原產于東印度，我國南方各省均有栽培，尤以廣西、廣東、福建、湖南、四川更為普遍[2]。苦瓜中含有豐富的水分、維生素、脂肪、碳水化合物、粗纖維等營養(yǎng)成分，還含有類蛋白活性物質、多糖、三萜、甾類、苦瓜苷、氨基酸和多種人體必需礦物元素，是一種理想的綠色食品，居于瓜類蔬菜之首，有“藥用蔬菜”之稱。苦瓜性味苦寒，具有清熱祛暑、明目清心、增強免疫力、保護心腦血管等作用[3]。此外，國內外醫(yī)學界近年來還發(fā)現(xiàn)苦瓜中有能阻止艾滋病毒DNA合成的苦瓜蛋白MAP30和類似胰島素的多肽P，這些成分可有效抑制正常細胞的癌變和促進突變細胞恢復，具有預防艾滋病、癌癥和糖尿病的潛在食用價值[4]。因此，苦瓜具有極高的開發(fā)和利用價值，且苦瓜來源廣泛、價格低廉，深受廣大消費者喜愛。市場上的苦瓜以鮮銷為主，但新鮮苦瓜水分含量高，極易腐爛變質，導致鮮銷受到多種因素限制，不能發(fā)揮苦瓜的最大效益。干燥是苦瓜加工的首選方式，干燥后的苦瓜易保存且充分發(fā)揮苦瓜的經濟效益和保健作用[5]。目前對苦瓜進行干燥的技術主要有熱風干燥[5-12]、微波干燥[5，8-9，12-13]、熱泵干燥[11]、熱風結合微波干燥[10，14]、真空微波干燥[9]、冷凍干燥[14-15]、遠紅外干燥[11]、噴霧干燥[16]等。相比于其他干燥方式，熱風干燥由于操作簡單、成本低等特點仍然是應用最為廣泛的[17]。然而，目前熱風干燥苦瓜片的研究大多集中在工藝優(yōu)化、生產設計和干燥模型的建立上。切片厚度作為影響苦瓜片干燥的重要因素之一，其對苦瓜干燥特性和理化品質影響方面的研究仍然較少。試驗以新鮮苦瓜為原料，研究切片厚度對苦瓜片熱風干燥特性和相關品質的影響，包括干基含水量、水分比、干燥速率、水分有效擴散系數(shù)、復水比、收縮比、色澤等，以確定適合苦瓜片熱風干燥的最適切片厚度，為苦瓜片熱風干燥研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮且成熟度適中的綠元帥苦瓜，購買于湖南農業(yè)大學東之源超市，挑選大小均勻、肉質厚、外皮青綠色且無病斑、病蟲害和機械損傷的原料，購買后貯藏在4℃冰箱中備用。

1.2 儀器與設備

SC-80C型全自動色差儀，北京康光儀器有限公司產品；DHZ-9070型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司產品；AUY-220型電子分析天平，島津制作所試驗計測事業(yè)部產品；WMZK-72型電熱恒溫水浴鍋，北京市永光明醫(yī)療儀器廠產品。

1.3 工藝流程

挑選分級→清洗→風干→切片（2，4，6 mm）→熱風干燥（65℃） →稱量（含水量低至10%） →指標測定。

1.4 測定方法

1.4.1 初始含水率測定

采用GB 5009.3—2010測定苦瓜片的水分。

1.4.2 干基含水量計算

式中：Mi——i時刻干燥苦瓜片的質量，g；

M0——苦瓜片初始鮮質量，g；

0.05 ——苦瓜的干物質含量。

1.4.3 水分比計算

式中：Mi——物料在任意時刻的干基含水量，%；

M0——物料初始干基含水量，%；

Me——物料的平衡水分含量，%；

Me相對于初始干基含水量M0來說比較小，可以忽略不計，所以可簡化為MR=Mi/M0。

1.4.4 水分有效擴散系數(shù)計算

式中：lnMR為時間t的函數(shù)，有效擴散系數(shù)（Deff）的大小取決于lnMR對時間t作圖所得的斜率[11]；根據(jù)線性擬合所得斜率可算出有效擴散系數(shù)（Deff）。

1.4.5 復水比測定

參考聶凌鴻等人[5]的方法測定，分別在室溫和75℃下進行測定。1.4.6 收縮比

式中：m0——裝載某一刻度正己烷+量筒的質量，g；

m1——將物料放入量筒后用正己烷補充到同一刻度的總質量，g；

m物——待測物的質量，g。

在測定收縮比之前先按照上述公式對不同厚度的鮮樣進行測定，干燥試驗后對干樣進行測定，收縮比即為V干樣/V鮮樣。

1.4.7 色澤

利用SC-80C型全自動色差儀測定[18]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用Origin 8.0軟件處理數(shù)據(jù)、作圖并分析各處理的差異顯著性，每個處理重復3次，數(shù)據(jù)結果以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 切片厚度對苦瓜片熱風干燥特性的影響

2.1.1 干基含水量和水分比

切片厚度對苦瓜片干基含水量（a） 和水分比（b） 的影響見圖1。

圖1（a） 反映了切片厚度對苦瓜片干基含水量的影響。不同切片厚度的苦瓜片干基含水量變化趨勢均隨干燥時間的延長而降低。干基含水量在干燥前期下降迅速，隨著干燥時間的繼續(xù)延長，干基含水量的下降速度變緩直至不變。這是由于干燥前期苦瓜內最易失去的自由水含量豐富，在熱風干燥下切片表面水分受熱迅速蒸發(fā)，且由于切片表面水分不斷被熱空氣帶走，導致苦瓜片表面和熱風之間、苦瓜片表面和內部之間都形成濕度差，內部水分不斷向表面擴散，表面水分又不斷被熱風帶走，使干基含水量迅速下降[19]。但由于水分從內部向表面擴散所需時間較長，干燥速率也有所下降。干燥后期，苦瓜片中自由水幾乎全部散失，主要為難以蒸發(fā)的結合水，且熱風干燥中苦瓜片發(fā)生收縮變形、結構破壞，導致水分難以向外擴散。同時，苦瓜片表面結構由軟質變?yōu)橛操|，水分蒸發(fā)阻力增大，干基含水量下降較為緩慢。切片厚度是影響苦瓜片干燥過程中干基含水量變化的重要因素，隨著切片厚度的增大，溫度梯度越大[20-21]，干基含水量降低的速度越小。切片厚度為2 mm的苦瓜片干基含水量降至終點所需時間約為75 min，明顯少于4 mm和6 mm的苦瓜切片，這與王慧[22]發(fā)現(xiàn)胡蘿卜厚度越厚、干燥所需時間越長的研究結論相同。結果表明，切片厚度的增大會導致傳熱阻力加大，不利于水分向苦瓜片表面擴散，導致苦瓜片干基含水量下降較為緩慢。

圖1 切片厚度對苦瓜片干基含水量（a）和水分比（b）的影響

圖1 （b） 反映了切片厚度對熱風干燥苦瓜片水分比的影響。不同厚度的苦瓜片水分比均隨干燥時間的延長而降低。同干基含水量變化一致，在干燥前期屬于加速階段，在干燥中后期屬于降速階段，最后趨于平緩。隨著苦瓜切片厚度的增加，水分比降至終點所需的時間逐漸增加。2 mm的苦瓜切片水分比下降速度最快，達到水分比干燥終點的時間最短，約為6 mm切片所需時間的1/4，4 mm和6 mm的苦瓜切片水分比變化差別不大，4 mm比6 mm用時較短。這主要是因為切片厚度越厚，物料內部水分外遷通道越厚，預熱需要時間越長，阻礙了水分從內部向表面擴散，導致干燥速率減慢，導致苦瓜片水分比下降較為緩慢。與黃珊等人[23]發(fā)現(xiàn)，隨著白蘿卜切片厚度的增加、水分比下降速度越慢的結論一致。

2.1.2 干燥速率

切片厚度對苦瓜干燥速率的影響見圖2。

圖2 切片厚度對苦瓜片干燥速率的影響

不同厚度苦瓜片干燥速率曲線變化趨勢均為在干燥初期干燥速率較大，隨著干基含水量的減小，干燥速率不斷下降，在干燥后期趨于不變的過程。干燥初期苦瓜切片含水量較高，有利于水分的蒸發(fā)，隨著干燥過程中干基含水量的降低，苦瓜切片收縮，表面結構緊縮，表面由軟質變?yōu)橛操|，水分擴散蒸發(fā)的阻力明顯加大，干燥速率降低。隨著切片厚度的增加，苦瓜干燥速率減慢。2 mm苦瓜切片的干燥速率遠快于其他厚度切片，而4 mm和6 mm的苦瓜切片干燥速率相差不大，這與番木瓜[24]的切片厚度越大、干燥速率越慢、干燥時間越長的研究結論一致。主要是由于隨著苦瓜切片厚度的增加，切片預熱時間增長，比表面積減小，水分從內部向表面擴散的速率減慢，干燥速率較為緩慢。同時，水分遷移距離越大，與干燥介質的相對接觸面積越小，干燥速率就越慢[25-26]。

切片厚度對苦瓜片LnMR的影響見圖3。

圖3 切片厚度對苦瓜片LnMR的影響

2.1.3 有效擴散系數(shù)

切片厚度對苦瓜片水分有效擴散系數(shù)的影響見表1。

表1 切片厚度對苦瓜片水分有效擴散系數(shù)的影響

有效擴散系數(shù)反映了物料在干燥條件下的脫水能力[27]。由表1可知，2 mm和4 mm的苦瓜片水分有效擴散系數(shù)相差不大，但都低于6 mm的苦瓜片。這是由于干燥過程中果蔬表面生成硬層，水分傳輸阻力加大，導致切片厚度較薄的物料有效擴散系數(shù)較小[28]，尤其對于切片厚度為4 mm的苦瓜片最為明顯，其有效擴散系數(shù)在3組處理中最低，為4.933 8×10-9。張賽等人[29]和楊愛金等人[30]的研究也得到了相同的結果，他們在研究香蕉和蘋果干燥過程中發(fā)現(xiàn)，切片厚度越大其有效擴散系數(shù)越高。

2.2 切片厚度對苦瓜片相關品質的影響

2.2.1 復水比

切片厚度對苦瓜片復水比的影響見圖4。

圖4 切片厚度對苦瓜片復水比的影響

復水比是重要的衡量干制品品質的指標，反映干制品復水后恢復新鮮狀態(tài)的程度。由圖4可知，在室溫和75℃條件下，苦瓜片復水比的變化趨勢一致，隨著復水時間的增加而逐漸增加，且復水初期吸水速度快，中期速度減緩直至平穩(wěn)。復水前期干制苦瓜片內部結構疏松多孔，復水阻力小，有利于快速復水。隨著復水時間的增加，苦瓜片內部組織逐漸飽和，復水速率減慢直至平穩(wěn)。相比于室溫，75℃下不同切片厚度的苦瓜片達到復水終點所需的時間都呈現(xiàn)減小的趨勢。其中，切片厚度是影響苦瓜片復水比的重要因素，2 mm的切片復水速度最快，4 mm和6 mm復水速度差別不大。這與李國鵬等人[31]的研究結果一致，他們發(fā)現(xiàn)雞腿菇干制品復水比隨著切片厚度的增大而減小。冉雪等人[32]也表明西葫蘆切片厚度為4 mm時復水比最大，切片厚度為6 mm和8 mm時西葫蘆復水比下降較平緩。這是由于苦瓜切片厚度越大，比表面積越小，復水過程中切片表面與水接觸越不充分，復水效率越低[33-34]。因此，苦瓜切片的厚度越大，其干制時間越長，組織的破壞性越強，復水時水分滲透入其中的速度越慢。

2.2.2 收縮比

收縮比是衡量干燥后物料形態(tài)保留和產品品質的重要指標。干燥前后體積變化越小，即收縮比越大，干制品品質越好[35]。

切片厚度對苦瓜片收縮比的影響見圖5。

圖5 切片厚度對苦瓜片收縮比的影響

隨著切片厚度的增加，苦瓜片的收縮比逐漸增加。6 mm苦瓜切片干燥后的體積比約為2 mm的3倍，說明苦瓜切片的厚度對收縮比有非常明顯的影響。這是由于厚度越大，其內部干物質組織含量越多，干燥所需要的時間越長，所以對組織的破壞性就越大，從而收縮比增大。

2.2.3 色澤

切片厚度對苦瓜片顏色的影響見表2。

表2 切片厚度對苦瓜片顏色的影響

L*值代表物料的亮度，a*值代表紅綠值。由表2可知，干燥后的苦瓜片L*值、a*值均大于新鮮樣品，且隨著干燥溫度的升高而顯著（p＜0.05） 增大，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(fā)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）[36]。總體而言，2 mm和4 mm切片厚度對干制苦瓜片色澤的影響差異不顯著，而6 mm切片厚度干制得到的苦瓜片顏色變化要大于2 mm和4 mm。李國鵬等人[31]也研究發(fā)現(xiàn)雞腿菇干制品色澤隨切片厚度的增大而增大。由此可見，經熱風干燥后的苦瓜切片亮度較新鮮苦瓜有顯著變化，都要高于新鮮苦瓜，其中4 mm和6 mm間差異不顯著，2 mm亮度變化要小于4 mm和6 mm。因此，切片厚度是影響苦瓜片熱風干燥顏色的重要因素之一，厚度越大其對干制苦瓜片顏色的影響就越大。

3 結論

以新鮮苦瓜為原料，研究切片厚度為2，4，6 mm的苦瓜片在65℃熱風干燥后，苦瓜片干燥特性及理化品質的變化，旨在確定苦瓜片熱風干燥的最佳切片溫度，為苦瓜熱風干燥提供理論基礎。結果表明，切片厚度對苦瓜片的干燥特性和理化品質具有重要影響，切片厚度越小，干基含水量和水分比下降越快，干燥速率越快，有效擴散速率越小；同時，干制品復水效果越好，復水比越大，收縮比越小，色澤變化較小。因此，結合干燥特性和品質變化，切片厚度為4 mm時適合進行苦瓜片熱風干燥。