荔枝果實熱風干燥特性研究

高志強沈夏筠林育釗林河通

(1.漳州職業技術學院食品工程學院，福建 漳州 363000；2.福建農林大學食品科學學院，福建 福州 350002；3.亞熱帶特色農產品采后生物學福建省高校重點實驗室，福建 福州 350002)

引言

荔枝(Litchi chinensis Sonn.)屬于無患子科，是我國南方特色的熱帶、亞熱帶水果[1-4]。由于荔枝果實含有較多的營養成分，如有機酸、糖分、抗氧化物質等，因此具有較高的商業價值和食用價值[5-7]。然而，荔枝果實成熟和采收于高溫高濕的季節，采后生理代謝較為旺盛，極易發生果實腐爛、果皮褐變等癥狀，這不利于荔枝果實采后貯藏、遠距離運輸及銷售[1,2,9,10]。鑒于荔枝果實采后不耐貯藏，荔枝常被加工成不同產品[3,11,12]，其中以荔枝干為最普遍的、最主要的加工產品，約占其加工產品的80%以上[11]。

目前，市場上的荔枝干大多由農戶自己生產并進行加工，技術水平參差不齊，致使荔枝果實的產品質量較差，不利于形成較大的商業競爭力，因此對荔枝果實干燥加工技術的優化和發展具有重要現實意義。本研究以“烏葉”荔枝果實作為試驗材料，針對不同熱風溫度、熱風風速及裝載量對荔枝果實的熱風干燥特性(干基含水率、干燥速率)的影響進行研究；并對這3個不同的參數進行工藝優化，最終得到最佳的工藝組合，旨在促進荔枝果實的加工產業化發展，并提供理論參考和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以采收自福建省漳州市龍海九湖荔枝園的八成熟“烏葉”荔枝作為試驗材料，采收當天運至實驗室(福州)，置于冷庫(5℃)中貯藏。在試驗時，挑選大小一致、色澤相近、無病蟲害、健康的荔枝果實進行后續試驗。經測定得知，新鮮荔枝果實的干基含水率為4.0kg·kg-1。

1.2 儀器與設備

BSA224S型電子天平，賽多利斯科學儀器(北京)有限公司；6LH-70型果蔬烘干干燥機，福建安溪佳友機械有限公司；DHG-9070A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司。

1.3 試驗設計

荔枝果實熱風干燥特性試驗設計是在參考相關文獻[13-16]的基礎上進行的研究。

1.3.1 不同熱風溫度時荔枝果實的熱風干燥特性

以2m·s-1的干燥風速、5.0kg·m-2的裝載量為條件，分別用干燥溫度為70℃、80℃、90℃對荔枝果實進行干燥，每隔1h對荔枝干進行稱重。

1.3.2 不同熱風風速時荔枝果實的熱風干燥特性

以80℃的干燥溫度、5.0kg·m-2的裝載量為條件，分別用干燥風速為1m·s-1、2m·s-1、3m·s-1對荔枝果實進行干燥，每隔1h對荔枝干進行稱重。

1.3.3 不同裝載量時荔枝果實的熱風干燥特性

以80℃的干燥溫度、2m·s-1的干燥風速為條件，分別以裝載量為2.5kg·m-2、5.0kg·m-2、7.5kg·m-2對荔枝果實進行干燥，每隔1h對荔枝干進行稱重。

1.3.4 荔枝果實干燥工藝優化

以上述荔枝熱風干燥特性研究結果為基礎，設計L9(34)正交試驗，研究上述3個工藝參數的優化試驗，以期得出最佳的工藝組合。具體的因素和水平如表1所示。

表1 熱風干燥工藝正交試驗因素與水平表

1.4 測定方法

1.4.1 荔枝果實水分含量的測定

荔枝果實的含水量測定參考GB/T 5009.3-2003[17]。為方便試驗數據的進一步分析，本研究統一用荔枝果實干基含水率表示。

1.4.2 干燥速率的測定

荔枝果實的干燥速率的測定參考王紹青[13]和Falade等[18]的方法。

根據公式(1) 進行計算荔枝果實的干燥速率。

(1)

式中，U為荔枝果實干燥速率,g·g-1·h-1；ΔM為相鄰兩次測定的荔枝果實干基含水率，%；Δt為相鄰兩次測量的時間間隔，h。

另外，平均干燥速率定義為干燥前后荔枝果實質量差與所消耗干燥時間的比值，單位為g·h-1。

1.5 數據處理

運用數據分析軟件(SPSS 16.0)對所得數據進行方差分析(ANOVA)，運用Ducan多重比較法進行分析所得數據的顯著差異水平。

2 結果與討論

2.1 熱風溫度對荔枝熱風干燥特性的影響

從圖1a可知，不同熱風溫度下的荔枝果實干基含水率隨著熱風干燥時間的延長而不斷降低。在熱風干燥20h時，熱風溫度為70℃、80℃、90℃的荔枝果實干基含水率分別為0.79kg·kg-1、0.61kg·kg-1、0.50kg·kg-1。進一步比較可知，熱風溫度越高，荔枝果實干基含水率的下降越快，這可能是由于溫度的上升導致空氣中相對濕度的減小，荔枝果實和空氣之間的溫度差(熱推動力)及濕度差(傳質推動力)不斷加大，進而提高干燥速率[19]。此外，比較整個熱風干燥過程，80℃和90℃熱風溫度下的荔枝果實干基含水率下降趨勢并無顯著差異，見圖1a。

從圖1b可發現，荔枝果實在不同熱風溫度下的熱風干燥過程均屬于降速干燥階段，無恒速干燥階段。在熱風干燥前期，由于荔枝果實表面水分含量較大、含濕量較高，果實表面和空隙內的非結合水能較快被除去，因此這部分水能較為快速地從荔枝果實內部遷移到果實表面，接觸到熱風之后即可快速汽化，最終加快熱風干燥速率[13]。然而，隨著熱風干燥進程的推移，荔枝果實中的非結合水已大部分被除去、果實含濕量大幅度降低，使得在熱風干燥后期去除的是果實中與化合物緊密結合的結合水。另外，荔枝果實含濕量的減少將減緩果實內部水分向表面遷移的速率，阻礙水分的散失，降低熱風干燥速率，最終導致荔枝果實在不同熱風溫度下的干燥后期，其果實干燥速率無明顯差異，見圖1b。

圖1 不同熱風溫度對荔枝果實干基含水率(a)與干燥速率(b)的影響

2.2 熱風風速對荔枝熱風干燥特性的影響

從圖2a可知，不同熱風風速下的荔枝果實干基含水率隨著熱風干燥時間的延長而不斷下降。在熱風干燥20h時，熱風風速為1m·s-1、2m·s-1、3m·s-1的荔枝果實干基含水率分別為0.78kg·kg-1、0.61kg·kg-1、0.59kg·kg-1。進一步比較可知，熱風風速越快，荔枝果實干基含水率的下降越快，這可能是因為風速的提高降低了空氣中的含水量，從而加大荔枝果實與空氣之間的濕度差，進而促進干燥速率的升高。此外，比較整個熱風干燥過程，對于荔枝果實干基含水率的下降，在熱風風速為2m·s-1和3m·s-1的條件下并無顯著差異，見圖2a。

由圖2b發現，在3種不同的熱風風速下，荔枝果實的干燥過程均屬于降速階段，即荔枝果實的干燥速率隨著熱風干燥的不斷進行而不斷下降。在熱風干燥前期，較快的風速能更好地帶走荔枝果實表面的水分，同時降低了果實表面的傳熱、傳質的邊界層的厚度，這將有利于對荔枝果實的干燥，進而提升熱風干燥速率；然而，隨著果實水分的不斷散失，致使熱風干燥后期的果實干燥速率下降，即不同熱風風速條件下的荔枝果實干燥速率無顯著差異，見圖2b。

圖2 不同熱風風速對荔枝果實干基含水率(a)與干燥速率(b)的影響

2.3 裝載量對荔枝熱風干燥特性的影響

從圖3a可知，不同裝載量下的荔枝果實干基含水率隨著熱風干燥時間的延長而不斷下降。在熱風干燥20h時，裝載量為2.5kg·m-2、5.0kg·m-2、7.5kg·m-2時，荔枝果實的干基含水率分別為0.78kg·kg-1、0.61kg·kg-1、0.59kg·kg-1。進一步對比可知，隨著荔枝果實裝載量的增加，荔枝果實間隙減小，這阻礙了果實水分向空氣遷移；另外，又由于荔枝裝載量增多所致的相對濕度上升，導致荔枝果實干基含水率下降慢、干燥時間延長。

從圖3b可知，3種不同裝載量的荔枝果實干燥過程均處于降速階段，即荔枝果實干燥速率不斷下降。荔枝果實裝載量越小，則荔枝果實與空氣接觸的面積增大，進而促進熱傳遞、加快荔枝果實干燥速率。

圖3 不同裝載量對荔枝果實干基含水率(a)與干燥速率(b)的影響

2.4 荔枝熱風干燥加工工藝參數優化

荔枝果實的熱風干燥工藝優化結果見表2。極差分析(直觀分析)是以每個因素的平均極差作為基礎，進而找到確定影響指標的重要因素，最終找到因素水平的最佳組合。由極差分析結果可知，影響荔枝果實平均干燥速率的各因素主次順序為熱風溫度(A)>裝載量(C)>熱風風速(B)，即熱風溫度對荔枝果實平均干燥速率的影響最大，裝載量次之，而熱風風速對荔枝果實平均干燥速率的影響最小，且最佳的組合是A3B3C2。此外，由表3可得，FA(2,2)=68.548>F0.05(2,2)=19.000，FB(2,2)=7.462F0.05(2,2)=19.000，由此可得，熱風溫度與裝載量都能顯著影響荔枝果實的熱風干燥速率，所以這2個因素為主要因素；然而，熱風風速對荔枝果實熱風干燥速率的影響不顯著，所以這一因素為次要因素。

因此，荔枝果實熱風干燥最佳組合：熱風溫度90℃、裝載量5kg·m-2和風速3m·s-1，能使得荔枝果實在干燥過程中具有較快的干燥速率。

表2 熱風干燥工藝的正交試驗設計及結果

表3 熱風干燥工藝的正交試驗方差分析

3 結論

本文研究了荔枝果實在不同熱風風速、熱風溫度和裝載量下的干燥特性(干基含水率和干燥速率)的影響。試驗結果表明，較低的裝載量、較高的熱風溫度和熱風風速能有效促進荔枝果實熱風干燥速率。此外，通過對上述3個因素的正交試驗分析可知，當熱風溫度為90℃、裝載量為5kg·m-2、熱風風速為3m·s-1時，荔枝果實具有最佳的干燥速率。