不同晾房晾制吐魯番無核白葡萄的干燥特性及品質比較

艾力·哈斯木- -- 李澤平 - 李雪蓮 - 史 勇 周 軍 黃 華 郭俊先 -

(1. 新疆農業大學機電工程學院，新疆 烏魯木齊 830052；2. 新疆農業大學數理學院，新疆 烏魯木齊 830052)

葡萄是新疆主產水果之一，主要以新鮮食用、加工罐頭、制成葡萄干等途徑銷售[1-3]。新疆地區對葡萄的加工方式主要分為晾干、曬干以及烘干，其中曬干的葡萄干衛生狀況較差且褐變嚴重，導致整體品質較差，烘干只能小批量進行且消耗成本較高，因此曬干及烘干均未被廣泛應用[4-6]。目前吐魯番地區葡萄晾干仍以傳統的晾房為主，晾干周期較長(一般需要30～40 d)且品質難以控制，不能夠滿足市場的需求[7-9]。

目前學者在葡萄晾房改進方面已取得了一定成果，諸如：汪政富等[10-11]研究了兩種不同晾房中無核白葡萄太陽能干燥特性及薄層干燥數學模型；趙永忠等[12]利用太陽能改進晾房使得經濟效益較大提高，并已申請專利，但未見晾房材料及走向對葡萄干燥特性及品質影響的相關報道。

試驗擬針對不同材料建造的晾房及其走向對葡萄干燥特性的影響進行研究，探究各晾房的干燥速率、糖度、維生素C含量及色澤的變化趨勢，探索最佳的葡萄晾房結構，以期為吐魯番當地葡萄晾房的建造與改進提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料

無核白葡萄：葡萄的濕基含水率為(82±5)%，果實大小均勻，葡萄粒長度為(223.79±3.00) mm，粒徑為(53.74±4.00) mm，吐魯番市勝金鄉艾西夏村伊力買買提葡萄園；

鹽酸、2,6-二氯靛酚、碳酸氫鈉、亞甲基藍、抗壞血酸、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、草酸、硫酸銅、葡萄糖、乙醇(95%)、甲基紅、高嶺土：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；

電子天平：JM-B型，浙江余姚紀銘稱重校驗設備有限公司；

數顯干燥箱：101-0AS型，上海特慧實業有限公司；

溫濕度記錄儀：RC-4HA型，溫州標諾儀器有限公司；

彩色面陣3CCD攝像機：AT-200CL型，丹麥JAI公司；

風速儀：GM8902型，杭州華制電子商行；

分光測色計：CM-700d型，日本Konica Minolta美能達公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗地域及晾房設計 試驗于吐魯番市勝金鄉艾西夏村(北緯43°、東經89°、海拔204 m，精度±9.0 m)晾房群進行。選擇3種不同結構的晾房，預處理選擇3.0%濃度促干劑進行處理，掛串密度選擇1.00∶0.75密度。晾房地理位置基本一致。

(1) 土坯晾房：晾房尺寸為9 200 mm×4 100 mm×3 180 mm，土坯尺寸為310 mm×150 mm×50 mm，墻體為蜂窩式孔洞結構，孔洞約占晾房整體結構的60%，屋頂遮光。晾架為鋼絲網格，網格尺寸為600 mm×180 mm。

(2) 磚結構晾房：晾房尺寸為15 500 mm×4 500 mm×4 000 mm，紅磚墻體，主墻體有效空洞面積(即通風面積)約為60%，屋頂遮蔽，避免陽光直射，晾架采用鐵絲網格，網格尺寸為600 mm×180 mm；晾架間隙15～25 cm。

(3) 棚架晾房：晾房尺寸為5 000 mm×3 500 m×2 600 mm，無墻、四周空曠僅有頂部，為大棚晾掛。掛架為柱形，高約2.6 m，間隔20～30 cm。

1.2.2 干燥速率測定 葡萄含水率的測定執行以含水率的變化反映不同材料建造晾房中的葡萄干燥的速率。每天定時進入各晾房采集樣本，依據GB 5009.3—2016測定葡萄水分含量，按式(1)計算葡萄含水率。

(1)

式中：

X——水分含量，g/100 g；

m1——干燥皿中樣本質量，g；

m2——干燥皿與樣本干燥后質量，g；

m3——干燥皿質量，g。

1.2.3 糖度測定 依據GB 5009.7—2016中的直接滴定法測定葡萄的干糖度。將需檢測的樣本溶液取兩份，對試樣1酸水解，試樣2直接稀釋，用堿性酒石酸銅標定，平行條件做3次試驗，記錄每次標定時所消耗的葡萄糖的體積并取平均值。按式(2)計算糖度。

(2)

式中：

X——糖度，g/100 g；

A——堿性酒石酸銅溶液(甲液、乙液各半)相當于葡萄糖的質量，mg；

m——試樣質量，g；

V——測定時平均消耗試樣溶液體積，mL；

V1——樣品試液體積，mL。

1.2.4 維生素C含量測定 依據GB 5009.86—2016中2,6-二氯靛酚滴定法對維生素C含量進行測定。按式(3)計算維生素C含量。

(3)

式中：

VC——維生素C含量，mg/100 g；

V——滴定樣液時消耗染料溶液的體積，mL；

V0——滴定空白時消耗染料溶液的體積，mL；

T——2,6-二氯靛酚染料滴定度，mg/mL；

A——稀釋倍數；

w——滴樣品重量，g。

1.2.5 綠品率測定 根據GB/T 19586—2008中規定的果粒色澤度檢測標準進行葡萄干綠品率檢測，按式(4)計算。

(4)

式中：

C——綠品率，%；

S——色澤相對一致的綠葡萄干果粒總質量，g；

T——試樣品質，g。

1.2.6 色澤分析 使用3CCD面陣相機進行不同晾房中葡萄干樣本的RGB圖像的采集，采用Matlab進行葡萄干樣本的灰度值分析，根據其R、G、B通道的灰度值確定其色度的變化情況及L*、a*、b*值的變化情況，確定不同材料建造晾房對葡萄干燥顏色的影響。

1.3 數據處理

進行3次相同條件的重復試驗。用IBM SPSS Statistics 19對試驗數據處理，結果用平均值±SD表示。差異分析用SPSS軟件進行。圖、表繪制使用Microsoft Excel 97-2003。

2 結果與分析

2.1 晾房建造材料及走向對無核白葡萄干燥速率影響

從樣本掛入各個試驗晾房開始，每日分別對3種不同材料建造的晾房的4個不同走向的干燥晾房進行樣本采集，測定含水率，繪制干燥速率趨勢圖，見圖1。

由圖1可知：磚結構晾房中西南走向的晾房干燥速率從一開始就快于其他幾個走向的晾房，其干燥天數為24 d，其他3個走向的晾房干燥時間在26 d左右；棚架結構的晾房干燥速率差別不大，4個走向干燥時間均為22 d；土坯結構的晾房西南走向干燥速率最快為24 d，東南、南北、東西3個走向的干燥時間為26，27，27 d。3種結構晾房中均以西南走向的晾房干燥速率最快。根據對晾房環境的監控，判定由于西南走向的晾房橫向為迎風面，在干燥過程中可以使自然風通過晾房且與葡萄接觸良好，因此西南走向的晾房干燥速度快于其他幾個走向的晾房。為探索哪一種材料建造的結構晾房干燥速率最快，以3種不同材料結構晾房西南走向干燥速率繪制圖2。由圖2可知，西南走向的3種不同材料建造的晾房中，棚架晾房的干燥速率最快，為22 d；磚結構晾房與土坯晾房的干燥速率基本一致為24 d。由于棚架晾房四周空曠，僅有頂棚，在干燥過程中四周與自然風的接觸情況基本一致，水分可以快速地被空氣帶走，因此棚架干燥的速率較快于磚結構與土坯結構晾房。

圖2 3種材料建造西南走向晾房晾制無核白葡萄的干燥速率

圖1 晾房材料及走向對無核葡萄干燥速率的影響

根據表1描述，不同材料建造的幾種不同走向晾房中的葡萄，干燥完成后的水分含量與干燥所用的時間表現出顯著性變化(P<0.05)。同一種晾房，長軸墻面迎風建造，干燥速率普遍高于其他幾個方向建造的晾房，干燥周期縮短約2～4 d；長軸墻面迎風建造的晾房干燥平衡時的含水率普遍較低。

綜合表1和圖1、2初步確定，晾房長軸墻面迎風建造的晾房干燥效果較優。

表1 不同材料及走向晾房晾制無核白葡萄的干燥平衡時的水分含量與干燥時間?

2.2 晾房建造材料及走向對干燥成品的糖度及維生素C含量的影響

由表2可知：磚結構晾房干制的產品糖度平均含量為(714.10±3.37) mg/g，維生素C的平均含量(7.39±0.78) mg/100 g，晾房內上、中、下3個位置溫度差較小，在1 ℃左右；土坯材料晾房的糖度平均含量為(707.20±2.76) mg/g，維生素C的平均含量(7.31±0.57) mg/100 g，晾房內上、中、下3個位置溫度差較為明顯，在4 ℃左右；棚架晾房的糖度平均含量為(694.90±4.49) mg/g，維生素C的平均含量(7.04±0.87) mg/100 g，晾房內上、中、下 3個位置溫度差較小，在1 ℃左右。

由表2還可知：不同材料建造晾房所干燥的葡萄干的含糖量和維生素C含量存在顯著性的差異(P<0.05)。磚結構的晾房的糖度平均含量為(714.10±3.37) mg/g，維生素C的平均含量(7.39±0.78) mg/100 g，顯著高于土坯材料與棚架晾房；磚結構與土坯材料的西南走向晾房的糖度及維生素C含量也顯著高于其他走向晾房的。

表2 不同材料晾房與干燥成品糖度及維生素C含量的關系?

出現上述差異的主要原因可能是：① 磚結構的傳熱效果較優于土坯，因此磚結構晾房內部環境較為干燥，空氣流動較快，溫度分布較為均勻，而土坯材料晾房內部濕度較大且空氣流動較慢，容易導致局部出現溫度較高現象；② 糖度及維生素C含量受溫度的影響，高溫會造成糖度的流失，因此溫度均勻的晾房干燥的葡萄干糖及維生素C含量較高；③ 棚架晾房四周無遮擋，溫度較高且上、中、下基本一致，由于物料直接接觸外界空氣干燥過程長期處于高溫條件下，因此糖度、維生素C含量較低。

試驗結果表明：磚結構的西南走向晾房的糖度及維生素C含量顯著高于其他走向晾房的；3種材料建造晾房中無論哪種走向，均為棚架材料晾房的糖度及維生素C含量最低。

2.3 晾房建造材料及走向對干燥產品顏色的影響

將不同材料建造的晾房中的葡萄樣本的RGB圖像使用Matlab進行圖像分析，經圖像增強、圖像分割、二值圖像后處理和二值圖像掩模R、G、B分通道圖像，計算R、G、B值[13-17]。在RBG模式中，其RGB值越大則說明顏色越淺，即褐變幾率越低，品質越好。表3為不同材料建造晾房干燥葡萄干色澤參數匯總表。

表3 不同晾房及走向干燥葡萄干色澤參數

由表3可知，磚結構的葡萄晾房RGB總值整體較大，綠品率較高，其中西南走向的晾房RGB總值與綠品率最大，RGB總值為314，綠品率為32%；土坯晾房中西南走向的RGB總值最大，為308，綠品率最高，為24%；棚架材料的晾房西南、東南、南北、東西4個走向的晾房的RGB總值分別為292，294，288，292，綠品率分別為7%，9%，5%，8%，其RGB總值及綠品率相差都不大。

初步分析：① 由于西南走向的磚結構與土坯材料晾房按晾房長軸走向迎風建造，氣流接觸面積較大，通風條件較優，因此綠品率與RGB總值較高；② 由于棚架四周無遮擋墻體，葡萄與空氣接觸情況基本一致，因此4個走向晾房的綠品率與RGB總值相差不大。

利用分光測色計對磚結構材料、土坯材料及棚架材料的西南走向晾房干燥過程中葡萄的L*、a*、b*的平均值進行測定。西南走向下不同材料建造晾房L*、a*、b*平均值變化趨勢如圖3所示。

圖3 西南走向下不同材料建造晾房L*、a*、b*平均值變化趨勢圖

由圖3可以看出，3種不同材料建造晾房中的葡萄在干燥過程中：①L*值都呈現出上升的趨勢，說明干燥過程中葡萄的亮度增加，顏色也來越淺。② 磚結構和土坯材料晾房中葡萄的a*值的變化趨勢是，正值整體不斷減小，到負值后，負值開始增加，且磚結構晾房的負值增加較大，說明磚結構和土坯材料晾房的葡萄紅度在持續減弱，綠度在增強，且磚結構晾房中葡萄的綠度均強于土坯材料晾房中的葡萄；而棚架材料晾房中葡萄的a*值為正值且一直增加，說明其紅度在增強，其褐變機率增加。③ 3種材料晾房的b*值都呈現下降趨勢，干燥時基本值差別不大，說明3種材料晾房中葡萄的黃度在減弱。

通過L*、a*、b*模型及RGB圖像的分析，可以得出磚結構的西南走向晾房的綠品率顯著高于其他幾個走向。

2.4 不同晾房中無核白葡萄干的感官品質

2.4.1 不同材料晾房葡萄干感官品質 根據NY/T 705—2003及GB/T 19586—2008標準對不同材料結構的晾房干燥葡萄干的果粒均勻度、色澤及風味進行檢驗，其中均勻度及色澤使用目測的方法進行檢驗，風味利用鼻嗅及品嘗的方式檢驗，檢驗結構如表4所示。

表4 不同材料晾房葡萄干感官指標檢驗表

由表4可知：

(1) 3種結構晾房中大棚晾房的果粒均勻度較低(<80%)，僅達到二級標準。原因在于大棚晾房四周無任何遮擋物，容易遭灰塵、蟲等污染，由于葡萄粒生長間隙小，污染會擴大范圍；強光照射，導致干燥過程條件不一。而土坯和磚結構晾房的葡萄干達到一級要求。原因在于這兩種晾房不會遭受強光暴曬，且通風條件等基本一致。

(2) 磚結構晾房的綠品率較高，土坯與大棚晾房的綠品率等級較低。原因在于磚的傳熱性能較好在干燥過程中可以促進干燥效率，因此在與土坯晾房同等干燥條件下磚結構的晾房發生褐變的概率更低。大棚晾房由于長時間暴露于太陽照射、灰塵等環境條件下，因此發生褐變的概率較高。

(3) 3種不同材料結構的晾房雖然均勻度與色澤度情況各不相同，但是其風味與品味均正常。

2.4.2 不同走向晾房葡萄干感官品質 根據NY/T 705—2003及GB/T 19586—2008標準對同一晾房區不同走向的晾房干燥的葡萄干進行果粒均勻度、色澤及風味的檢驗，其中均勻度及色澤使用目測的方法進行檢驗，風味利用鼻嗅及品嘗的方式檢驗，檢驗結構如表5所示。

由表5可知：

表5 不同走向晾房葡萄干感官指標檢驗表

(1) 4種走向的晾房干燥的葡萄干果粒均勻度差別不大均達到一級要求。

(2) 東西走向的葡萄晾房的葡萄干與西南走向的葡萄干綠品率均在30%以上，高于其他兩個走向的晾房。原因在于吐魯番八九月份以西北風為主，而東至西走向晾房與西南至東北走向晾房其晾架與風向構成一定角度，能使自然風更好地通過晾房，使晾房內的溫濕度更加合適，因此東西走向晾房與西南走向晾房綠品率更好。

(3) 4種不同走向的晾房雖然均勻度與色澤度情況各不相同，但是其風味與品味均正常。

3 結論

比較了3種不同材料建造的晾房及其不同走向下其無核白葡萄的干燥速率、成品綠色率以及對干燥成品的糖度和維生素C含量，以及葡萄的L*、a*、b*平均值及R、G、B值，結果表明，以磚結構建造的晾房在西南走向方位時，干燥時間為24 d，綠品率為32%，糖度為721.3 mg/g，維生素C含量為7.84 mg/100 g，效果顯著優于其他幾組晾房，為最佳干燥晾房。后續還需對不同品種的葡萄進行干燥試驗研究，建立一個更加完整、廣泛的葡萄干燥技術數據庫。