正交試驗優化熱泵-微波聯用制取蓮藕干工藝條件

李莉峰，葉春苗*，韓艷秋

1. 遼寧省農業科學院（沈陽 110161）；2. 遼陽職業技術學院（遼陽 111000）

蓮藕（Nelumbo nuciferaGaertn）又稱荷藕、蓮菜、芙蓉、水芝、水蕓、玉環、君子花、六月春等，為睡蓮科多年生植物，富含淀粉、膳食纖維、氨基酸、維生素、礦物質、鞣質以及棉子糖、水蘇糖、米糖、多酚化合物等，是集營養及保健于一體的藥食同源食品。中國有3 000多年的栽培史，并且栽培面積較為廣泛，有著豐富的蓮藕資源。鮮蓮藕貯藏時極易氧化褐變及腐爛變質，不僅影響蓮藕的食用品質，也造成巨大經濟損失。將蓮藕進行深加工是解決這一問題的有效途徑之一，干燥是食品加工中常用的一種方法，也是保藏食品的一種有效方法。食品的干燥方法通常有自然干燥、熱風干燥、低溫真空油炸脫水等。用干燥法生產的蓮藕制品也已問世，如蓮藕粉、蓮藕脆片、脫水藕片等，但產品出現藕片硬度大、營養損失嚴重等問題。蓮藕干燥方法已取得進展，如李麗娟[1]采用真空微波干燥、氣流膨化干燥蓮藕工藝，但單一干燥方式均具有產量低、成本高等缺點。聯合干燥可使各種干燥技術揚長補短，達到高效、低能耗、優質等效果，邢芳等[2]采用真空冷凍-熱風組合干燥蓮藕脆片，但此種聯合干燥技術出現耗能大的缺點。熱泵干燥是一種回收干燥廢氣中的顯熱和潛熱熱量，并轉化為高溫熱能加熱的裝置，其除濕能耗比可達傳統熱風干燥的10倍，熱泵干燥具有耗能低特點，但是干燥后期速度較慢，微波干燥具有加熱速度快、干燥效率高、殺菌等優點，但是單獨使用微波干燥產品硬度大，品質下降[3]。因此嘗試將熱泵-微波組合聯合干燥蓮藕，以期獲得理想的蓮藕干。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蓮藕（遼陽市首山早市，要求外觀品質均一、形態良好、無病蟲害）；檸檬酸（遼寧農科院食品與加工所）。

1.2 儀器設備

WRH-100AB型熱泵干燥機（正旭新能源設備科技有限公司）；G70F20CN1L-DG（S0）微波爐（廣東格蘭仕電器制造有限公司）；WR-10手提式色彩色差儀（福光電科技有限公司）；MA45-000230V1自動水分測定儀（北京賽多利斯儀器有限公司）。

1.3 方法

選取新鮮蓮藕，清洗后去皮，切成1.5～3.0 mm薄片，放入0.2%檸檬酸和NaCl復合護色液中浸泡30 min，以保持產品色澤。護色后撈出藕片瀝干，稱取100 g物料平鋪于微波爐中干燥一定時間，然后進行熱風干燥，每30 min測1次藕片含水量（含水量接近10%時，改為5 min測1次），直至藕片含水量≤8[4]。

1.3.1 微波-熱泵連用制取蓮藕干單因素試驗

1.3.1.1 微波干燥時間對蓮藕干燥品質的影響

選取微波干燥功率6.0 W/g，熱泵干燥溫度45℃，分別考察微波干燥時間20，40，60，80，100和120 s對蓮藕干燥品質的影響[5]。

1.3.1.2 微波干燥功率對蓮藕干品質的影響

選取微波干燥時間100 s，熱泵干燥溫度45℃，分別考察微波干燥功率4.0，4.5，5.0，5.5，6.0和6.5 W/g對蓮藕干燥品質的影響[6]。

1.3.1.3 熱泵干燥溫度對蓮藕干燥品質的影響

固定微波干燥功率6.0 W/g、微波干燥時間100 s，分別考察熱泵干燥溫度30，35，40，45，50和55℃對蓮藕干燥品質的影響[7]。

1.3.2 微波-熱泵聯用

依據微波-熱泵單因素試驗的結果，以微波干燥時間、功率和熱泵溫度為自變量，以干燥時間、復水比、色澤、硬度等為相應值，進行三因素三水平正交分析試驗，優化微波-熱泵聯用制取蓮藕干工藝條件，試驗因素及水平設計見表1[8]。

表1 正交試驗因素水平

1.3.3 指標測定

1.3.3.1 總干燥時間

總干燥時間即水分≤8所用的干燥時間，計算如式（1）[9]。

1.3.3.2 復水比

復水比值反映產品復水性是否良好，取5片蓮藕干稱質量，記為W干（g），浸入300 mL常溫蒸餾水中，浸泡1 h后取出，用干凈紙巾擦干表面水分，稱質量，記為W復（g）。平行3次，取平均值[10]。

1.3.3.3 色差ΔE*

式中：L*為明度指數；a*、b*為彩度指數。每組樣品測定3次，取平均值[11]。

1.3.3.4 硬度

選取形狀、大小接近的蓮藕干測定硬度，硬度采用TA-XTplus型質構儀測定，每組重復5次，取平均值[12]。

1.4 數據分析

使用SPSS 18.0軟件進行試驗設計和數據分析。

2 結果與分析

2.1 微波-熱泵聯用制取蓮藕干單因素試驗

2.1.1 微波干燥時間對蓮藕干燥品質的影響

2.1.1.1 微波干燥時間對蓮藕干復水比的影響

2018年，為了更好地將精準配肥技術推廣應用，由玉稼興合作社牽頭，與華南農業大學作物營養與施肥研究室建立了試驗站，并與廣東東莞一翔液體肥料有限公司在馬卜子村建立起鄉村小型智能液體配肥站——鄉喜精準配肥站，通過引進公司的智能液體自動施肥機，為種植戶提供統測、統配、統供、統施的“四統一”精準技術服務。

由圖1可知，不同微波干燥時間對蓮藕干復水比影響差異顯著，隨著微波干燥時間延長，蓮藕干復水比逐漸提高，微波干燥時間100 s時復水比最大，達到7.4，微波干燥時間再延長，復水比開始下降，分析原因可能微波干燥時間長使得制品纖維結構發生焦糊，復水性隨之下降。

圖1 微波干燥時間對復水比的影響

2.1.1.2 微波干燥時間對蓮藕干色差的影響

由圖2可知，微波干燥時間對蓮藕干色差影響顯著，微波干燥時間100 s時蓮藕干色差最大，分析原因可能是隨著干燥時間延長，蓮藕中酚類物質逐漸氧化褐變現象較明顯，微波干燥時間繼續延長，色差變化不顯著。

圖2 微波干燥時間對蓮藕干色差的影響

2.1.1.3 微波干燥時間對蓮藕干硬度的影響

由圖3可知，微波干燥時間對蓮藕干硬度影響差異顯著，隨著微波干燥時間延長，蓮藕組織水分不斷流失，不斷形成中空網絡結構，使得制品硬度下降，微波干燥時間超過100 s后硬度開始增高，分析原因可能是組織中膠體結合水開始蒸發，使得制品硬度升高。

2.1.2 微波干燥功率對蓮藕干燥品質的影響

由圖4可知，微波干燥功率對蓮藕干復水比影響顯著，隨著干燥功率增加，復水比逐漸下降，微波干燥功率6 W/g時復水比有所提高，之后又開始下降。原因可能是由于微波干燥功率6 W/g使得蓮藕干內水分內擴散和外擴散達到平衡，產品復水性較好，微波干燥功率繼續提高，使得制品發生焦糊，因此復水性下降。

圖3 微波干燥時間對蓮藕干硬度的影響

圖4 微波干燥功率對復水比的影響

2.1.2.2 微波干燥功率對色差的影響

由圖5可知微波干燥功率對蓮藕干色差影響顯著，隨著干燥功率提高色差逐漸增大，微波干燥功率6 W/g時，色差反而下降，微波功率繼續升高，色差又開始升高。原因可能是微波功率較小時，干燥時間長，蓮藕褐變嚴重，微波功率6 W/g時溫度較高，破壞蓮藕中多酚氧化酶，使得色差變小，微波功率繼續升高，使得蓮藕干組織發生焦糊，色差變大。

圖5 微波干燥功率對色差的影響

2.1.2.3 微波干燥功率對硬度的影響

由圖6可知微波干燥功率對蓮藕干硬度影響顯著，隨著微波干燥功率提高蓮藕干硬度逐漸下降，原因可能是蓮藕干燥過程使得組織中水分蒸發，留下疏松的組織結構使得制品硬度下降。

圖6 微波干燥功率對硬度的影響

2.1.3 熱泵干燥溫度對蓮藕干燥品質的影響

2.1.3.1 熱泵干燥溫度對蓮藕復水比的影響

由圖7可知，熱泵干燥溫度對蓮藕干復水比影響差異顯著，熱泵干燥溫度40℃時，蓮藕干復水比最好，原因可能是隨著熱泵溫度提高，蓮藕內水分逐漸蒸發，形成疏松的組織結構，復水性較好，溫度再升高會使蓮藕內果膠物質流失組織結構變得致密，復水性降低。

圖7 熱泵干燥溫度對蓮藕復水比的影響

2.1.3.2 熱泵干燥溫度對蓮藕色差的影響

由圖8可知，熱泵干燥溫度對蓮藕干色差影響顯著，熱泵溫度低于40℃，蓮藕干色差變化不大，熱泵干燥溫度升到45℃時色差最大，之后開始下降。原因可能是45℃時蓮藕內酶促褐變、非酶褐變反應較為迅速，使得蓮藕干色差最大。

圖8 熱泵干燥溫度對蓮藕色差的影響

2.1.3.3 熱泵干燥溫度對蓮藕硬度的影響

由圖9可知，熱泵干燥溫度對蓮藕干硬度影響差異顯著，40～50℃時蓮藕干硬度較大，之后開始下降，原因可能是由于在此溫度下蓮藕干內水分蒸發較為迅速，以及蓮藕內膠體物質流失較多，使得疏松的蓮藕組織結構塌陷，組織變得致密，硬度提高。

2.2 正交試驗結果

在單因素試驗基礎上，進行L9(34)正交試驗，結果見表2。結果表明，各因素對蓮藕干復水比的影響大小順序是微波干燥時間＞微波干燥功率＞熱泵干燥溫度，最優水平組合是B2A2C1。

各因素對蓮藕干燥色差影響大小順序是微波干燥功率＞微波干燥時間＞熱泵干燥溫度，最優水平組合是A3B3C3。

各因素對蓮藕干燥硬度影響大小順序是微波干燥時間＞微波干燥功率＞熱泵干燥溫度，最優水平組合是B3A1C1。

表2 正交試驗結果

為分析試驗過程和結果測定中必然存在的誤差，對硬度指標進行方差分析，結果見表3。結果表明，微波干燥功率、微波干燥時間、熱泵干燥溫度對硬度影響均為顯著。因此可以確定蓮藕最佳干燥條件為B3A1C1，即微波干燥功率5.5 W/g、微波干燥時間120 s、熱泵干燥溫度40℃。

表3 硬度方差分析表

2.3 最優干燥條件驗證

選擇正交試驗得到的最優組合條件進行試驗，設置微波干燥功率5.5 W/g、微波干燥時間120 s、熱泵干燥溫度40℃，待干燥結束后測定蓮藕干復水比5.8、色差18.15、硬度8 750，證明最優組合對蓮藕干燥品質較好。

3 結論

探究微波-熱泵聯用干燥蓮藕的生產工藝，通過單因素試驗及正交試驗對微波干燥功率、時間及熱泵干燥溫度對蓮藕干復水比、色差及硬度影響的分析，得到制取蓮藕干最佳工藝條件為：微波干燥功率5.5 W/g、微波干燥時間120 s、熱泵干燥溫度40℃。在此條件下得到的蓮藕的品質為：復水比5.8、色差18.15、硬度8 750。驗證試驗證明該工藝具有可靠性，可用于生產預測，對今后蓮藕干燥制品生產具有重要意義。