馬鈴薯燕麥復合面條熱泵-熱風聯合干燥質熱傳遞規律分析

屈展平，任廣躍,2,，張迎敏，段 續,2，張樂道

（1.河南科技大學食品與生物工程學院，河南 洛陽 471000；2.糧食儲藏安全河南省協同創新中心，河南 鄭州 450001）

馬鈴薯又名土豆、洋芋等，馬鈴薯中碳水化合物質量分數為95%左右，同時是膳食纖維、維生素及礦物質的重要來源[1]，馬鈴薯中富含的必需氨基酸可以彌補谷物中某些氨基酸的缺失，具有豐富的營養價值及一定的醫療保健作用[2]。自2015年起，我國啟動馬鈴薯主糧化戰略，對原料鮮馬鈴薯進行加工，使之成為類似人們日常消費的面條、饅頭等主食產品[3]。燕麥具有高蛋白、高脂肪的特點，其蛋白質的必需氨基酸組成與每人每日攝取量的標準相近，燕麥中含有豐富的膳食纖維，其主要成分β-葡聚糖可減緩血液中葡萄糖濃度的增加，還含有較豐富的B族維生素和鈣、磷、鐵等礦物質[4]，有一定的營養保健作用。

熱泵干燥是干燥系統從低溫熱源吸取熱量，在較高溫度下作為有用熱能進行干燥的一種方法[5]。熱泵干燥的顯著特點是節能，并可以有效保證產品品質，但在干燥后期速率較低。熱風干燥設備簡單、成本較低、處理量大，但對產品品質影響較大。單一的干燥方法難以實現最優干燥策略，所以選擇熱泵聯合熱風干燥，前期采用低溫熱泵空氣封閉循環干燥，避免干燥過程中外界氣體交換引入雜質并可防止產品氧化，從而保證產品質量、節約能耗，后期采用高溫熱風干燥加快干燥速率，實現高品質、低能耗、環境友好的干燥目標[6]。

國內外對面條的干燥已有較多研究，大部分依然采用傳統的熱風干燥[7-8]，但也有一些新型干燥方法如真空冷凍干燥[9]、過熱蒸汽干燥[10]、紅外干燥[11]等，這些新型干燥方式均對面條品質有一定影響。本實驗采用的熱泵-熱風聯合干燥已被應用于果蔬加工領域，比如胡蘿卜[12]、萵筍[13]、紅棗[6]等加工中，結果表明聯合干燥產品品質優于單一干燥且能耗較低。國外已有關于面條質熱傳遞的研究，Waananen[14]、Villeneuve[15]等發現面條傳質存在蒸汽擴散形式，Yong等[16]發現面條傳熱主要方式為熱傳導，但并沒有具體表征水分狀態的變化。低場核磁共振（low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）技術分析物料水分變化主要應用于水稻浸種及果蔬中，在面制品中的應用較少。宋平等[17]運用LF-NMR技術分析水稻浸種過程中的水分變化；李娜等[18]運用LF-NMR技術分析冬瓜樣品在真空干燥過程中內部不同狀態水分的變化規律；石芳等[19]運用LF-NMR技術發現香菇中水分的主要狀態是不易流動水。Lai等[20]采用核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）分析蒸煮面條的水分分布；Lodi等[21]應用MRI發現傳統的小麥面包具有的不均勻水質子群，在儲存期間向周邊遷移。通過分析國內外文獻發現，以馬鈴薯、燕麥為原料的營養復合面條研究較少，面條干燥主要采用傳統的烘房技術（即熱風干燥），耗時較長、能耗較高，而紅外干燥等新型干燥技術的應用雖然能夠縮短干燥時間，但對品質有一定影響，為得到品質好、能耗低的產品，引入新型熱泵-熱風聯合干燥技術對面條進行干燥。LF-NMR技術在表征果蔬干燥及面包干燥過程中水分變化已有所應用，但對于中國傳統面條干燥過程中的水分狀態變化研究較少，對面條干燥機理了解并不充分。

本研究制作了馬鈴薯燕麥營養復合面條，通過新型熱泵-熱風聯合干燥技術對其進行干燥處理，研究其干燥特性，并通過LF-NMR分析其干燥過程中內部水分的遷移規律，為面條的新型干燥技術提供一定的基礎依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯、小麥粉、食鹽購于洛陽市大張超市；燕麥粉購于山東省菏澤市天邦生物制品有限公司。

谷朊粉、檸檬酸、抗壞血酸 洛陽奧科化玻公司。

1.2 儀器與設備

TM3030臺式掃描電子顯微鏡 日本電子株式會社；NMI20015-V-I LF-NMR分析儀 上海紐邁電子科技有限公司；GHRH-20熱泵干燥機 廣東省農業機械研究所；101型電熱鼓風干燥箱 北京科偉永興儀器有限公司；FKM-20型壓面條機 永康市炫林工貿有限公司；FA1004電子分析天平 上海上平儀器公司；HC.200型高速多功能粉碎機 浙江省永康市金穗機械制造廠。

1.3 方法

1.3.1 復合面條的生產

復合面條生產工藝流程為：馬鈴薯粉、燕麥粉、小麥粉、純凈水、食鹽、谷朊粉→和面→熟化→壓延→切條→干燥，工藝要點如下。

馬鈴薯熟粉的制備：選取外觀良好、無蟲眼、未發芽、未腐爛的馬鈴薯，將馬鈴薯洗凈并去皮切片，將馬鈴薯片直接轉移到護色液（含質量分數0.5%檸檬酸和0.05%抗壞血酸）中浸泡10 min，將護色好的馬鈴薯片蒸煮3 min使之熟化，將熟化的馬鈴薯撈出瀝干置于50 ℃的熱泵干燥機中進行干燥，待其干燥至水分質量分數5%以下，再粉碎為100 目備用。

和面：用電子天平稱取混合粉500 g，根據前期預實驗結果，按照馬鈴薯粉250 g、燕麥粉50 g、小麥粉200 g、谷朊粉20 g的配比進行復配。將5 g食鹽溶解在325 mL蒸餾水中，溶解完全后將鹽水加入混合粉中，攪抖成面絮，和面5 min，保持面絮干濕得當，用手緊握時可以成團，松開手后面絮自動散落。

熟化：將和好的面團放在容器中，容器口用保鮮膜密封，室溫放置20 min，使面筋蛋白充分吸水形成面筋網絡。

壓片：熟化結束后用壓面機進行壓延，并根據面帶的情況逐漸調整壓轂的寬度，反復壓片，直到面帶表面光滑、色澤均勻、富有彈性。然后安裝壓面機的切刀進行出面，所得鮮濕面條長20 cm、寬0.3 cm、厚0.1 cm，根據GB 5009.3—2010《食品安全國家標注 食品中水分的測定》測得面條初始干基水分含量為0.62 g/g。

1.3.2 指標測定

1.3.2.1 干燥特性的測定

干基水分含量按公式（1）計算。

式中：X為任意干燥t時刻物料的干基水分含量/（g/g）；mt為任意干燥t時刻物料的質量/g；m1為物料的初始質量/g；ω1為初始濕基水分含量/（g/g）。

水分比（moisture ratio，MR）按公式（2）[22]計算。

式中：Xt為物料任意干燥t時刻的干基水分含量/（g/g）；X0為物料初始干基水分含量/（g/g）；Xe為物料干燥平衡時的干基水分含量/（g/g）。

干燥速率按公式（3）[23]計算。

式中：Ui為ti時刻的干燥速率/（g/（g?min））；Xi-1、Xi+1分別為ti+1、ti-1時刻物料的干基水分含量/（g/g）；t為干燥時間/min。

1.3.2.2 干燥曲線的繪制

復合面條采用熱泵-熱風聯合干燥，干燥前期采用熱泵干燥，保證樣品質量，設置熱泵溫度分別為30、35、40 ℃，在干燥中期進行干燥方式的轉變，設置轉換點干基水分含量分別為0.20、0.25、0.30 g/g，干燥后期采用熱風干燥，以加快干燥速度、降低能耗，設置熱風溫度分別為35、40、45 ℃，整個干燥過程中風速均為1.5 m/s，對相同條件下制備的馬鈴薯燕麥復合面條進行聯合干燥，使其干基水分含量至0.12 g/g（安全儲存水分）。稱取相同質量樣品30 組，每間隔10 min取一組進行稱質量，計算對應時刻的干基水分含量，重復實驗3 次求平均值，繪制相應的干燥曲線。

1.3.2.3 有效水分擴散系數的測定

假設面條模型為長方體，水分擴散可沿著長、寬、高3 個方向進行擴散，由Newmen公式[24]推導可得公式（4）。

面條干燥過程中每個方向上的擴散均可看作一維軸向擴散，根據Fick第二定律可以按公式（5）[24]計算MR。

式中：n為無窮級數。

在干燥過程中，水分散失，面條體積略有減少，并且水分擴散具有各向異性，故提出以下假設：1）面條的組織結構較為均勻，視其各方向的水分擴散系數（D/（m2/s））相等，即Dx＝Dy＝Dz＝D；2）在干燥過程中視面條體積不變（即一維方向的長或寬或高一定）；3）因面條的長度遠大于面條的寬度和高度，故視為主要從寬和高兩個方向擴散。當n＝0時，聯立式（4）和（5）得公式（6）[24]。

式中：Ly、Lz分別為面條1/2寬度/m和1/2高度/m；t為干燥時間/s。

將（6）式兩端取自然對數得公式（7）。

由公式（7）可知，ln MR和時間t呈線性關系，由Origin軟件進行線性擬合，根據其系數求出水分擴散系數D。

1.3.2.4 干燥曲線的數學表征

參考國內外常用的薄層干燥模型[25-27]對干燥曲線進行數學表征，本實驗選取5 種常用的數學模型進行擬合（表1），選取適用于復合面條聯合干燥的模型進行數學表征。

表 1 幾種常見干燥數學模型Table 1 Several common drying mathematical models

復合面條在不同干燥條件下的水分比為實測值，使用Origin軟件進行非線性擬合，模型擬合由決定系數R2、殘差平方和χ2、誤差平方和（sum of the squared errors，SSE）和均方根誤差（root mean square error，RMSE）表示，其中R2越大越好，χ2、SSE、RMSE均越小越好，以此選擇復合面條聯合干燥最適合的數學表征模型。各指標根據公式（8）～（11）[28]進行計算。

式中：MRpre,i表示預測水分比；MRexp,i表示實測水分比；N表示實驗次數；n表示參數個數。

1.3.2.5 LF-NMR測定水分分布

截取復合面條樣品2 cm放入樣品管置于LF-NMR分析儀永久磁場的中心位置，利用Carr-Purcell-Meiboom-Gill脈沖序列進行掃描，測定樣品的自旋-自旋弛豫時間T2。參數設置為：采樣點數TD＝72 008，采樣頻率SW＝200 kHz，采樣間隔時間TW＝400 ms，回波個數Echo Count＝2 000，回波時間Echo Time＝0.18 ms，累加次數NS＝128。每次取樣測定重復3 次，檢測完成后保存數據，同時將T2進行反演，迭代次數為100 000 次，得到其反演圖像。

核磁共振成像主要通過質子密度加權圖像直觀顯示被測樣品的水分含量，截取長2 cm面條樣品放入樣品管中，對其進行自旋回波SE脈沖序列質子密度二維成像。實驗參數：重復時間TR＝1 200 ms，回波時間TE＝20 ms，矩陣256×256。將所得灰度圖進行統一映射及偽彩處理，得到樣品的質子密度圖像[29]。

1.3.2.6 微觀結構的測定

將干燥過程中不同時間下的復合面條放入掃描電子顯微鏡中進行觀察，放大倍數為500 倍，觀察面條的微觀結構。

1.4 數據處理與分析

采用SPSS軟件對數據進行顯著性分析（方差分析），P＜0.05表示差異顯著；采用Origin軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 不同干燥條件下復合面條的熱泵-熱風聯合干燥特性

2.1.1 熱泵溫度對復合面條聯合干燥的影響

圖 1 不同熱泵溫度聯合干燥曲線圖（A）及速率曲線圖（B）Fig. 1 Drying curves (A) and rate curves (B) at different heat pump temperatures

由圖1不同熱泵溫度條件下復合面條聯合干燥曲線和速率曲線可知，熱泵溫度越高，其熱泵干燥階段干基水分含量下降越快，干燥速率越快，在干基水分含量為0.25 g/g時改變干燥方式，采取熱風干燥，此時干燥條件相同，干燥速率差異不明顯，整個干燥過程主要表現為降速階段。熱泵干燥溫度為40 ℃時干燥時間最短，比35 ℃時干燥時間縮短20 min，比30 ℃時干燥時間縮短30 min。

前期熱泵溫度的升高使傳熱推動力即溫度差增大，導致熱流密度增加，熱空氣與樣品的熱交換劇烈，同時溫度的升高會導致飽和蒸汽壓升高，空氣相對濕度降低，物料表面與熱空氣及物料內部水分分布不均，造成的水分梯度差推動傳質的進行[30]。樣品表面與熱空氣之間具有較大的水分梯度，伴隨著表面水分快速蒸發的同時，樣品內部水分向表面遷移，所以干燥前期水分比下降較快，干燥速率較大。隨著干燥的進行，樣品的水分含量逐漸減少，隨著自由水含量的減少，水分梯度也越來越低，樣品中的結合水主要依靠氫鍵與蛋白質的極性基相結合而形成[31]，所以結合水很難從細胞中滲出，故后期干燥過程變緩。

2.1.2 轉換點干基水分含量對復合面條聯合干燥的影響

圖 2 不同干基水分含量下復合面條聯合干燥速率曲線圖（A）及干燥曲線圖（B）Fig. 2 Drying rate curves (A) and drying curves (B) with moisture contents at different conversion points

由圖2可知，不同轉換點干基水分含量條件下復合面條聯合干燥曲線和速率曲線趨勢基本一致，說明轉換點水分含量對干燥的影響較小。轉換點干基水分含量為0.3 g/g時需要的干燥時間最短，比水分含量為0.2 g/g時縮短20 min。不同轉換點干基水分含量條件下，熱泵干燥曲線趨勢基本一致，后期熱風條件下，空氣與面條進行濕熱交換，轉換點水分含量越高，即越早進行熱風干燥，交換時間越長，且相比較前期熱泵干燥，熱風溫度較高、空氣的相對濕度較低，增大的溫度差推動傳熱的進行，同時樣品與空氣間存在的濕度差會進一步推動傳質的進行[32-33]，擴散阻力減小，更易于干燥的進行。

2.1.3 熱風溫度對復合面條聯合干燥的影響

圖3為不同熱風溫度下復合面條聯合干燥曲線，熱風溫度為45 ℃時，干燥速率較大，干燥時間較短，比35 ℃處理縮短40 min。在干基水分含量達到0.25 g/g以后，熱風干燥階段干燥曲線及速率曲線有明顯的差別，溫度越高其干基水分含量下降越快，干燥速率越大。在熱泵干燥階段，較低的干燥溫度使表面水分擴散，自由水可以較快地蒸發，同時避免了溫度過高時水分交換過快導致復合面條表面產生酥面的情況。熱風干燥階段，復合面條表面水分已基本脫除，面條結構變得致密，內部傳熱傳質阻力變大，此時內部擴散較難進行，較高的熱風溫度提供較高的溫度差，從而加快干燥的進行。

圖 3 不同熱風溫度聯合干燥速率曲線圖（A）及干燥曲線圖（B）Fig. 3 Drying rate curves (A) and drying curves (B) at different hot air temperatures

2.2 復合面條熱泵-熱風聯合干燥模型的數學表征

2.2.1 復合面條干燥模型的擬合

本實驗選取常用的5 個干燥模型進行擬合求證，采用聯合干燥熱泵溫度35 ℃、轉換點干基水分含量0.25 g/g、熱風溫度40 ℃的條件進行擬合，擬合結果見表2。

表 2 不同干燥模型的參數值Table 2 Parameters of different drying models

通過對5 種模型的擬合結果可知，Midilli模型、Two-term模型的R2均大于0.99，在可接受范圍內。經比較，Midilli模型的擬合度最高，χ2、SSE、RMSE均較小，說明擬合值與實測值的離散程度較低，偏差較小。故Midilli模型為表征復合面條聯合干燥最適合的數學模型。

針對Midilli模型進行回歸分析，方差分析結果見表3，回歸方程在P＝0.01水平顯著，可見Midilli模型能夠表征復合面條在聯合干燥過程中干基水分含量的變化，即干燥特性。所以馬鈴薯燕麥復合面條在此條件下的熱泵-熱風聯合干燥過程中的數學表征式為：MR＝0.999 34exp（-0.089 55t0.61474）-0.001 59t。

表 3 回歸方程的方差分析Table 3 Analysis of variance of regression equation

2.2.2 復合面條干燥模型的驗證

對所得到的干燥模型進行驗證，選取建模數據以外的數據組帶入驗證。分別選取不同熱泵溫度（30、35、40 ℃）、轉換點干基水分含量（0.20、0.25、0.30 g/g）、熱風溫度（35、40、45 ℃）條件下的實測值進行模型驗證。經驗證，以上條件下得到的實測值與模型預測值均能較好吻合。轉換點干基水分含量0.25 g/g、熱風溫度40 ℃時，熱泵溫度30、35、40 ℃條件下的決定系數（R2）分別為0.999 34、0.999 48、0.999 85；熱泵溫度35℃、熱風溫度40 ℃時，轉換點干基水分含量0.20、0.25、0.30 g/g條件下的R2分別為0.999 52、0.999 51、0.999 87；熱泵溫度35 ℃、轉換點干基水分含量0.25 g/g時，熱風溫度35、40、45 ℃條件下的R2分別為0.998 54、0.999 48、0.999 88，不同干燥條件下的決定系數均大于0.99，說明Midilli模型能夠較好地表征復合面條聯合干燥的干燥特性。

2.3 不同干燥條件下復合面條的有效水分擴散系數

復合面條聯合干燥在不同干燥條件下的有效水分擴散系數見表4，不同干燥條件下的有效水分擴散系數在3.82×10-10～5.12×10-10m2/s之間，均在食品干燥有效水分擴散系數10-12～10-8m2/s的范圍內，符合食品干燥規律。在不同干燥條件下，隨著熱泵溫度、轉換點干基水分含量、熱風溫度的增大，有效水分擴散系數也增大，即干燥速率加快。溫度越高，樣品與物料間的溫度差越大，樣品與熱空氣的濕熱交換越劇烈，表面水分擴散較快，物料內部水分分布不均勻，有利于內部水分擴散的進行，所以有效水分擴散系數較大。

表 4 不同干燥條件下復合面條有效水分擴散系數Table 4 Effective water diffusion coefficients under different drying conditions

2.4 復合面條熱泵-熱風聯合干燥過程中的水分狀態變化

LF-NMR技術利用氫核在磁場中的自旋特性，以非輻射的方式使其從高能態向低能態轉變[34]，利用氫質子的橫向弛豫時間T2來反映水的自由度，即水的流動性，質子密度代表對應水分的信號幅值，通過弛豫時間及反演圖譜可以分析水分的自由度、水分分布及遷移規律。

圖 4 復合面條聯合干燥過程中T2圖譜Fig. 4 Transverse relaxation time (T2) spectra of composite noodles at different drying times

圖4 為復合面條干燥過程中弛豫時間T2的反演圖譜，干燥過程中不同時刻的圖像上均有2～3 個峰，代表樣品中水分的不同存在狀態，不同波峰對應的弛豫時間T2由小到大分別記為T21、T22、T23，對應的峰面積分別記為A21、A22、A23。T21（0.01～1.00 ms）表示深層結合水，這部分水與淀粉、蛋白質的羥基、氨基等極性基團通過靜電作用力或氫鍵形成緊密結合的水分子層，其自由度較低；T22（1～10 ms）表示弱結合水，其自由度介于深層結合水和自由水之間，這部分水或被面筋蛋白的網絡結構包裹，或存在于淀粉等大分子顆粒間隙中，易于轉化；T23（10～100 ms）表示自由水，自由度較高[35]。由圖4可以看出，在干燥初期，弱結合水含量較高，自由水含量次之，深層結合水含量較低，隨著干燥的進行，弱結合水含量不斷減少，動態地向深層結合水和自由水轉化，此結果與魏益民等[36]的研究結果一致。隨干燥時間延長，自由水的峰基本保持不變，是因為大量弱結合水動態地向自由水轉化，而深層結合水及弱結合水的峰逐漸左移，說明在干燥過程中結合水自由度降低，深層結合水與蛋白質、淀粉等大顆粒結合更緊密，自由度降低，而弱結合水自由度降低是因為小部分弱結合水向用于完善面條結構的深層結合水轉化。圖5中，LF-NMR橫坐標為干燥過程中不同時刻的干基水分含量，縱坐標為干基水分含量對應的各種相態水的峰面積之和，即總水分含量[37]。由圖5可知，水分峰面積與干基水分含量呈線性關系，經Origin軟件進行線性擬合，得到其回歸方程為y＝5 536.586 07x+1 128.072 1，用SPSS 20.0軟件進行回歸方程的顯著性檢驗，其相關系數r＝0.995，決定系數R2＝0.990，顯著性水平P＜0.01，可見總水分含量的峰面積與干基水分含量的線性關系極顯著，通過其回歸方程可以快速有效求出干燥過程中的干基水分含量。

圖 5 干基水分含量與核磁峰面積的擬合曲線Fig. 5 Fitted curve between moisture content on a dry basis and nuclear magnetic peak area

2.5 復合面條聯合干燥過程中各相態水的變化規律

圖 6 復合面條干燥過程中各相態水峰面積變化曲線Fig. 6 Changes in peak area of three water forms during drying of composite noodles

由圖6可知，在熱泵溫度35 ℃、干基水分含量0.25 g/g、熱風溫度40 ℃條件下進行聯合干燥，隨著干燥時間延長，總水分含量不斷下降，結合水含量呈現下降趨勢，自由水含量基本保持不變。干燥前期，結合水含量下降迅速且下降速率較大，主要是因為樣品初始水分含量較高，且水分主要以弱結合水形式存在，同時自由水含量較高，易于脫除，弱結合水大量向自由水轉化使其保持動態穩定；但此時面筋網絡形成不夠完善，所以深層結合水含量較低。在干燥過程中，樣品與熱空氣具有較大的溫度差及濕度差，熱交換劇烈，弱結合水快速轉化，大部分轉化為自由水，擴散至樣品表面蒸發出去，極少一部分轉化為深層結合水用于完善面筋結構，與淀粉顆粒結合[38]。在干燥后期，水分含量降低，干燥速率減慢，出現一段動態平衡時期。此時，樣品的主干燥階段基本完成，濕熱傳遞依賴樣品的內部擴散，弱結合水含量較低，且與自由水的轉換達到平衡，樣品中主要含有穩定的深層結合水和少部分自由水，此時樣品已達到平衡水分含量。

由圖7可知，在干燥過程中，各種相態水分含量所占比例有一定變化。弱結合水含量的持續減少導致結合水比例減少，但隨著干燥的進行，樣品內部水分進行重新分布，面筋網絡形成更加徹底，一部分水分子與大顆粒物質的羥基、氨基等極性基團通過靜電作用力或氫鍵形成緊密結合的水分子層，導致深層結合水的比例稍有增加。自由水的比例呈增加趨勢，因為在干燥過程中弱結合水實時向自由水轉化且自由水進行蒸發，所以自由水含量基本保持不變，而結合水含量降低，從而導致自由水比例增加。當達到平衡水分含量時，復合面條的結合水較多，其占比大于自由水。

圖 7 復合面條干燥過程中各相態水所占比例變化Fig. 7 Changes in the percent peak area of free and bound waterduring the drying process of composite noodles

2.6 復合面條干燥過程中核磁成像

圖 8 復合面條干燥過程中T2加權成像Fig. 8 Weighted T2 images with different moisture contents on a dry basis

圖8 為復合面條干燥過程中不同時刻的T2加權成像，水分含量越高，氫質子密度越大，信號越強，在圖片中亮度越大[39]。當干基水分含量小于0.45 g/g時，氫質子密度成像不易顯現。由圖8可知，鮮濕面條質子密度最大，信號最強，此時水分主要存在面條內部，以弱結合水形式存在，表面附著部分自由水，故中間信號最強，亮度最大。在復合面條干燥初期水分快速下降階段，隨著干燥的進行，面條中間位置信號逐漸減弱，四周表面基本不變，此時面條中的弱結合水和自由水保持動態轉化，內部結合水逐漸轉移至表面并蒸發，表面水分保持動態平衡，變化較小。在干燥后期內部深層結合水基本保持穩定，主要是弱結合水向自由水的轉移和自由水的蒸發，至其達到安全貯藏水分。

2.7 復合面條聯合干燥過程中微觀結構變化

圖9為干燥過程中復合面條的微觀結構，圖9A為鮮濕面條的微觀結構，淀粉顆粒分布不均勻且有較多孔隙，復合面條主要成分中含有較少的醇溶蛋白和谷蛋白[40]，所以蛋白形態不甚明確，同時難以形成完整穩定的面筋網絡，大分子淀粉顆粒只有少部分被包裹。圖9F為達到平衡水分含量的復合面條，面條結構明顯較為致密，基本沒有孔隙，淀粉顆粒基本完全包裹于面筋網絡中。

圖 9 復合面條聯合干燥過程中微觀結構圖（×500）Fig. 9 Microstructure of composite noodles during drying (× 500)

隨著干燥的進行，鮮濕面條表面及內部水分進行遷移及重新分布，通過水分及熱量的作用，少量蛋白質發生交聯，孔隙呈現減少趨勢，面條結構更加致密。在干燥過程中，面條表面水分較快地被脫除，大部分處于蛋白質及淀粉大顆粒間隙的弱結合水通過內部擴散被脫除，使面條孔隙減小；另一小部分弱結合水通過熱作用與蛋白質及淀粉顆粒更緊密地結合[41]，用于鞏固完善面筋蛋白的形成，使淀粉顆粒更完全地包裹于蛋白網絡中。微觀結構顯示面條干燥過程中結構致密、孔隙變小，這會減少傳質通道數量，所以干燥后期干燥速率降低，水分擴散較慢，復合面條微觀結構表現出來的規律與LF-NMR檢測的結果一致。

3 結 論

馬鈴薯燕麥復合面條在熱泵-熱風聯合干燥過程中，隨著熱泵溫度的升高、轉換點水分含量的增大、熱風溫度的升高，復合面條的干燥時間縮短，干燥速率增大，有效水分擴散系數增大，干燥過程主要表現為降速階段。馬鈴薯燕麥復合面條的熱泵-熱風聯合干燥可以用Midilli模型進行表征（P＜0.01），不同干燥條件下復合面條的有效水分擴散系數在3.82×10-10～5.12×10-10m2/s之間。

鮮濕面條中弱結合水含量最高，面條中部氫質子密度最大，隨著干燥的進行，總水分含量持續下降，弱結合水含量下降最多，弱結合水與自由水保持一段時間的動態平衡，在干燥過程中弱結合水峰左移，峰值降低，自由度降低，到達平衡水分含量時，結合水占比大于自由水。干基水分含量與峰面積呈極顯著正相關（P＜0.01）。隨著干燥的進行，復合面條微觀結構越來越致密，深層結合水與大分子結合緊密，面筋網絡更加完整。