藕片熱泵干燥工藝優化及全藕粉品質評價

摘 要：為解決新鮮蓮藕采后易霉變、品質下降等問題，以蓮藕為原料，以藕片干燥速率、復水性，藕粉色澤、水分含量為指標，研究切片厚度、干燥溫度和裝載量對干燥后蓮藕和全藕粉品質的影響。結果表明，當干燥溫度70 ℃、切片厚度5 mm、裝載量3 kg/m2時，藕片干燥速率較快、復水性較好，全藕粉色澤鮮亮，含水量較低，為蓮藕熱泵干燥的最優條件。試驗將新鮮蓮藕加工成全藕粉，可有效保留蓮藕的營養成分，為蓮藕采后貯藏和加工提供理論依據。

關鍵詞：蓮藕;熱泵干燥;全藕粉;感官評價

中圖分類號：S645.1 文獻標志碼：A 文章編號：1008-1038（2024）03-0056-08

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2024.03.009

Optimization of Lotus Root Heat Pump Drying Process and Quality Evaluation of Whole Lotus Root Powder

JIA Fengjuan1，2，3， CHENG Hui1，2，3， WANG Yansheng1，2，3， GONG Zhiqing1，2，3， CUI Wenjia1，2，3， WANG Wenliang1，2，3*

（1. Institute of Agro-Food Science and Technology， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China; 2. Key Laboratory of Agro-Products Processing Technology of Shandong Province， Jinan 250100， China;"3. Key Laboratory of Novel Food Resources Processing， Ministry of Agriculture， Jinan 250100， China）

Abstract： In order to solve the problems of postharvest quality degradation of fresh lotus root， using lotus root as material， taking the drying rate， rehydration property， color of lotus root powder， and moisture content as indicators， the effects of slicing thickness， drying temperature， and loading capacity on the quality of dried lotus root and lotus root powder were studied. The optimal condition for drying lotus root heat pump was that the temperature was 70 ℃， the slice thickness was 5 mm and the loading capacity was 3 kg/m2. The drying rate of dry lotus root flakes was faster， the rehydration was better， the lotus root pink color was bright and the water content was low. The experiment will process fresh lotus roots into whole lotus root powder， which can effectively preserve the nutrients of lotus roots， and provide theoretical basis for post-harvest storage and processing of lotus roots.

Keywords： Lotus root; heat pump drying; whole lotus root powder; sensory evaluation

蓮藕（Nelumbo nucifera Gaertn.）屬于睡蓮科植物，在我國有著悠久的種植歷史[1-2]，營養價值高，具有增強免疫力、固精氣、補虛損、健脾開胃、收縮血管等作用[3-5]。蓮藕采后貯藏期短，貯運過程中由于自身代謝活動，出現褐變、軟化和變質等現象，降低其感官品質和食用價值，現有的處理技術無法滿足其長期貯運需求[6-8]。

干燥處理可以有效保留蓮藕的營養物質，通過去除蓮藕中的水分、抑制微生物的生長，延緩不良的酶和非酶反應，從而延長蓮藕的保質期，提高蓮藕的商品價值，延長蓮藕加工產業鏈[9-11]。不同的干燥方式對果蔬的理化特性和營養品質的影響存在較大的差異[12]。目前有關藕片干制品加工的研究較少，常用的干燥方式為自然干燥和熱風干燥[13-15]。自然干燥和熱風干燥存在干燥效率低、干燥時間長、溫度高，以及產品口感、色澤和營養成分容易散失等缺點，不適用于高價值物料的干燥。熱泵干燥有節能環保、營養價值保留率較高等優點，可以作為傳統熱風干燥的理想替代技術。熱泵干燥是一種使用熱泵從周圍環境吸取熱量，并將其在高溫下傳遞給被干燥物體的方法。熱泵干燥的穩定性高，烘干的物料質量更好，節約能源，適合大批量生產，操作簡便[16-17]。目前，熱泵干燥更多的應用于辣椒、花椒和一些水果等物料的干燥[18-19]，鮮用于蓮藕的干燥。

全藕粉是藕干燥后磨粉的產物[20]，全藕粉熱量低，飽腹感強，具有潤肺養胃、補血養血、預防缺鐵性貧血、抗衰老、精神安定等作用[21-24]。以全藕粉為主食，配合其它低熱量輔食，控制熱量的攝入，是食用全藕粉最有效的方法。為了有效延長蓮藕的保質期，提高蓮藕采后經濟價值，保留蓮藕的營養價值，本研究以新鮮蓮藕為原料，以藕片干燥速率、復水性，全藕粉色澤、水分含量為指標，研究切片厚度、干燥溫度和裝載量對干燥后藕片和全藕粉品質的影響，從而得到最優的熱泵干燥條件，為蓮藕采后貯藏和加工提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蓮藕，品種為‘鄂蓮5號’，購自濟南市蘇家市場。

無水檸檬酸，分析純，濰坊英軒實業有限公司;氯化鈉，分析純，山東省魯鹽集團有限公司。

ZN-20L小型粉碎機，北京興時利和科技發展有限公司;CR400色彩色差計，日本柯尼卡美能達公司;SCIENTZ-10N冷凍干燥機，濟南斯福特生物科技有限公司;HH-S6數顯恒溫水浴鍋，江蘇金怡儀器科技有限公司;L3.5AB型熱泵干燥機，東莞市正旭新能源設備科技有限公司;New Classic ME型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司;GB/T 6003.1—2012標準檢驗篩，佛山市新金博陵篩網有限公司;全自動水分測定儀，淄博淄分儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 藕片干燥

挑選無破損或去除受損部位的健康藕，清洗、去除多余水分后切成相同大小的藕片，護色（護色液成分包括0.2%無水檸檬酸和1%氯化鈉，浸泡30 min[25]）、瀝水。然后將藕片置于托盤內放入設置好溫度的熱泵干燥機中干燥，達到恒質量時停止干燥。干燥完成后預留部分干藕片備用，進行復水性試驗，剩余干藕片用粉碎機粉碎，過80目篩，得到全藕粉，保存備用[26]。

1.2.2 單因素試驗

固定藕片切片厚度為4 mm、裝載量為2.5 kg/m2，分別在干燥溫度為40、50、60、70、80 ℃的條件下干燥，探究熱泵干燥溫度對藕片干燥特性及品質的影響;固定干燥溫度為70 ℃、藕片裝載量為2.5 kg/m2，切片厚度設置為3、4、5、6、7 mm，探究切片厚度對藕片干燥特性及品質的影響;固定干燥溫度為70 ℃，切片厚度4 mm，藕片裝載量設置為2、2.5、3、3.5、4 kg/m2，探究裝載量對藕片干燥特性及品質的影響。干燥開始后第1 h，每10 min取樣測水分含量，1 h后每30 min取樣測水分含量。以時間為橫坐標，水分含量為縱坐標繪制干燥曲線。干燥結束后測定藕片中水分、色澤、復水性并分析藕片品質。

1.2.3 正交試驗

根據單因素試驗結果，選取干燥溫度、切片厚度、裝載量三因素進行L9（34）正交試驗，確定蓮藕干燥的最佳條件（表1）。

1.3 指標測定方法

1.3.1 干基含水率

通過測量藕片干燥前后的質量來計算蓮藕的失水率，從而計算蓮藕干燥速率。干基含水率Mt根據公式（1）計算[27]。

Mt/%=×100（1）

式中，mt為物料干燥至任意t時刻的質量，g;md為干物料質量，g。

1.3.2 干燥速率

干燥速率根據公式（2）計算[28]。

Dr/（g·g-1·min-1）=（2）

式中，Dr為干燥速率，g/（g·min）;Mti為ti時刻的物料干基含水率，%;Mti+1為ti+1時刻的物料干基含水率，%;Δt為ti+1與ti時刻的時間間隔，min。

1.3.3 藕片色澤測定

使用全自動色差儀進行測定[29]，用標準白板校正色差計，校正好儀器后取足量全藕粉置于色差儀粉末測試盒中，壓實，得出L*、a*、b*，并計算色度變化值ΔE。L*為明亮度，a*為紅綠度值，偏紅為正數值，偏綠為負數值;b*為黃藍度值，偏黃為正數值，偏藍為負數值，試驗重復3次。按照公式（3）計算ΔE，由公式（4）（5）計算褐變指數。

ΔE=" " " " " " （3）

BI=" " " " " " " " " " " " " " （4）

x=" " " " " " " " " " " " " " " "（5）

式中，ΔE為總色差;BI值為褐變指數;L*、a*、b*值為不同干燥條件下全藕粉的測定值;L0*、a0*、b0* 值為凍干全藕粉的測定值。

1.3.4 藕片復水性測定

每組準備6 g左右干藕片，置于裝有250 mL水的燒杯中，于60 ℃恒溫水中浸泡10 min后取出，吸干藕片表面多余水分，稱量藕片復水后的質量，重復測定3次。復水比由公式（6）計算[30]。

R/%=×100" " " " " " " " " " " " （6）

式中，R為復水比;m2為產品復水后的質量，g;m1為產品復水前的質量，g。

1.3.5 藕粉含水量測定

將提前準備好的藕粉用全自動水分測定儀進行檢測，先將儀器打開預熱3 min，選擇所需的模式，進行第一次稱量（去皮），取適量樣品放于置物盤內、鋪平，合蓋后進行第二次稱量，儀器自動進行檢測，等待5 min后讀取檢測結果。每組3次平行試驗，記錄數據。

1.4 數據處理

采用SPSS 19.0對試驗結果進行數據處理和差異性分析，每個試驗重復3次，數據以平均數±標準差（SD）表示;采用Origin 8.0進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果分析

2.1.1 不同熱泵干燥條件對干燥速率的影響

（1）熱泵干燥溫度對藕片干燥速率的影響

如圖1所示，干燥初期干燥速率較快且不穩定，短時間水分減少后，處于干燥速率較快且勻速下降的狀態，干燥后期曲線趨于平緩，干燥速率極低。以記錄樣品在30 min內質量變化不超過0.02 g為達到恒質量，此時停止干燥。熱泵干燥溫度越高，藕片水分流失速度越快，干燥的時間越短，到達干燥終點越快，耗能越少。當溫度為80 ℃時，干燥時間最短，并且未出現外觀上的明顯變化。熱泵干燥溫度80 ℃時，藕片干燥速率最快。

（2）切片厚度對藕片干燥速率的影響

由圖2可知，隨著切片厚度的增加，藕片干燥速率下降，隨著干燥時間的延長，干燥曲線變得平穩，干燥過程在勻速干燥階段時間更長。蓮藕切片越厚，物料與熱空氣接觸的相對表面積越小，藕片中水分的內擴散越困難，干燥所需時間越長。隨著干燥的進行，藕片表面的水分散失后，藕片表面和內部水分分布不均衡，藕片失水后體積縮小，藕片產生皺縮，使其內部結構更加緊密，藕片內部水分遷移速率下降，干燥速率隨之下降，導致整體干燥時間延長。切片厚度3 mm時，藕片干燥速率最快。

（3）裝載量對藕片干燥速率的影響

由圖3可知，在相同條件下，雖然干燥的速度峰值隨著裝載量的增加而減小，裝載量會影響蓮藕的干燥速率，但干燥時間并沒有明顯延長。

在干燥前期，隨著裝載量的增大，藕片與藕片之間出現了堆疊，導致干燥速率隨著裝載量的提升而降低;在干燥過程中，藕片會逐漸皺縮，堆疊藕片之間的接觸面積會越來越小;干燥中后期裝載量高的藕片與空氣接觸面積比裝載量低的大，相同干燥時間下裝載量高的干燥速率較高，所以裝載量對生藕的干燥時間影響較小。裝載量為2 kg/m2時，藕片干燥速率最快。

2.1.2 不同熱泵干燥條件對藕片復水性的影響

（1）熱泵干燥溫度對藕片復水性的影響

復水是干燥的逆過程，復水能力是評價脫水蔬菜品質的重要指標，反映了干制品恢復新鮮產品的程度。從圖4可得，70 ℃干燥條件下復水比最大，藕片復水性最佳，干燥溫度過高會使藕片皺縮，結構更加緊密，導致干燥后的藕片復水能力差、品質較差。

（2）切片厚度對藕片復水性的影響

如圖5所示，藕片太薄時，干燥過程中藕片皺縮易產生干裂甚至直接斷裂，破壞細胞結構，復水能力差。

隨著干燥的進行，藕片表面的水分迅速散失后，藕片表面和內部水分分布不均衡;藕片失水后體積縮小、產生皺縮使其內部結構更加緊密，導致在復水過程中水分的滲透效率越低，所以相同質量的樣品所能吸收的水分越少，復水能力越差。切片厚度4 mm時，藕片復水性最好。

（3）裝載量對藕片復水性的影響

如圖6所示，裝載量2、2.5、4 kg/m2時，復水比較小，復水能力稍弱;裝載量3.5 kg/m2時，復水比為2.07，復水能力最差。裝載量3 kg/m2時，復水比為2.87，藕片復水性最好。

2.1.3 不同熱泵干燥條件對全藕粉色澤的影響

（1）熱泵干燥溫度對全藕粉色澤的影響

如表2所示，以冷凍干燥（FD）的全藕粉為對照，干燥溫度較低時，干燥時間較長，褐變指數較高;溫度越高，干燥速率越快，褐變指數越低。在干燥溫度50 ℃時，全藕粉的亮度最大，褐變指數最小，但干燥時間過長;在70 ℃時，凍干全藕粉的總色差較低，且干燥時間較短，全藕粉色澤較鮮艷，是最優溫度。

（2）切片厚度對全藕粉色澤的影響

如表3所示，在裝載量和溫度相同的情況下，隨著切片厚度的增加，褐變指數越大，褐變程度越深。切片厚度為3 mm時藕片最薄，干燥速率快，褐變時間短，褐變程度低。

（3）裝載量對全藕粉色澤的影響

如表4所示，隨著裝載量的增加，褐變指數呈現逐漸升高的趨勢，裝載量2 kg/m2和2.5 kg/m2時，重疊現象不明顯，干燥時間較短且相近，褐變指數較低，并且相差不大，分別為17.93和18.34，裝載量4 kg/m2時褐變指數最高為21.35。

裝載量越大，物料重疊現象越明顯，干燥時藕片與熱空氣接觸的相對面積越小，干燥速率越低，干燥時間越長，褐變指數越高，全藕粉褐變程度升高。裝載量為2 kg/m2時，對全藕粉色澤的影響最小。

2.1.4 不同熱泵干燥條件對全藕粉含水量的影響

（1）熱泵干燥溫度對全藕粉含水量的影響

如圖7所示，在裝載量和切片厚度相同的情況下，隨著溫度的升高，含水量曲線整體呈下降的趨勢，40 ℃時含水量最高，干燥溫度過低，水分流失速度緩慢，達到恒質量時的質量較干燥溫度高時的更重，含水量更高。當熱泵干燥溫度在40～50 ℃之間，含水量快速下降，50～60 ℃時稍微上升，50、60、70 ℃時含水量較低，三者之間變化較小，70～80 ℃時含水量急劇下降。熱泵干燥溫度越高，水分流失越快，含水量越低。80 ℃時，熱泵干燥溫度最高，全藕粉含水量最低。

（2）切片厚度對全藕粉含水量的影響

如圖8所示，在裝載量和熱泵干燥溫度相同的情況下，隨著切片厚度的增加，曲線呈現先上升、后下降再上升的趨勢。切片厚度為3、4 mm時，藕片表面的水分快速散失后，藕片表面和內部水分分布不均衡，藕片失水后體積縮小，在皺縮過程中，藕片產生干裂，甚至斷裂現象，水分流失速度更快，內部的水分無法及時到達與空氣接觸的部位，達到恒質量時水分流失少，藕粉含水量較高。切片厚度為6、7 mm時，切片厚度過厚，內部水分無法運輸到接觸空氣的部位，全藕粉含水量高。切片厚度為5 mm時，含水量最低。

（3）裝載量對全藕粉含水量的影響

如圖9所示，當熱泵干燥溫度和切片厚度相同時，隨裝載量的增加，曲線呈先下降后上升的趨勢，裝載量在2～2.5 kg/m2之間，全藕粉含水量呈現下降趨勢;在2.5～4 kg/m2之間，含水量呈現上升趨勢，裝載量越大，藕片堆疊越嚴重，內部水分不易流失，裝載量越大，含水量越高。裝載量2.5 kg/m2時含水量最少，整體烘干效果好，干燥程度均勻。

2.2 正交試驗結果分析

正交試驗結果和方差分析由表5、6所示，3個因素對熱泵干燥條件蓮藕品質的影響順序依次為裝載量gt;切片厚度gt;干燥溫度，其中干燥溫度和切片厚度對蓮藕熱泵干燥的藕片及全藕粉品質影響顯著，裝載量對藕片及全藕粉品質影響極顯著，最佳理論組合為A2B3C3。經驗證，該水平下，干燥藕片的感官得分為95.5，均高于其他試驗組。因此，蓮藕熱泵干燥的最優條件為干燥溫度為70 ℃、切片厚度為5 mm、裝載量為3 kg/m2。

3 結論

本試驗采用熱泵干燥法干燥蓮藕，通過單因素試驗研究了熱泵干燥溫度、切片厚度、裝載量三個因素對蓮藕的干燥速率、藕片的復水性、全藕粉的色澤、含水量的影響，通過正交試驗優化蓮藕熱泵干燥工藝。結果表明，不同干燥條件對蓮藕的品質和干燥特性的影響不同，在干燥溫度、切片厚度和裝載量的試驗范圍內，干燥溫度越高、切片厚度越薄、裝載量越低，干燥速率越快。干燥速度過快或者過慢都會對全藕粉色澤、含水量產生較大的影響。最適宜的熱泵干燥條件為干燥溫度70 ℃、切片厚度為5 mm、裝載量為3 kg/m2。

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基金項目：山東省農業科學院創新工程-蓮藕、棗精深加工技術與新產品研發（CXGC2023A40）

第一作者簡介：賈鳳娟（1985—），女，副研究員，博士，主要從事食品加工與安全方面的工作

*通信作者簡介：王文亮（1980—），男，研究員，碩士，主要從事農產品精深加工等方面的工作