雜交構樹低溫干燥特性及品質研究

摘要：雜交構樹是一種富含粗蛋白的優質木本飼料資源。為探究雜交構樹低溫（60、70、80 ℃）傳熱傳質機理及其與品質的關系，對不同鋪料厚度（2、3、4 cm）的雜交構樹進行熱風干燥和真空干燥（真空壓力20、40 kPa）試驗，測定并分析不同干燥條件對雜交構樹干燥特性及干燥品質的影響。結果表明，在相同干燥條件下，雜交構樹熱風干燥的干燥速率優于真空干燥，熱風干燥能夠縮短干燥時間的33.3%～46.7%；Page模型為雜交構樹低溫熱風干燥和真空干燥的最佳預測模型；雜交構樹明度（L*）受溫度和干燥壓力影響顯著（Plt;0.05）；通過營養指標分析，提出適合雜交構樹熱風干燥的條件為2 cm、60 ℃，適合真空干燥的條件為2 cm、70 ℃、20 kPa。研究結果為雜交構樹的干燥加工提供理論指導。

關鍵詞：雜交構樹；低溫干燥；干燥特性；色澤；品質

doi：10.13304/j.nykjdb.2023.0755

中圖分類號：S375 文獻標志碼：A 文章編號：10080864（2024）11015714

雜交構樹（hybrid Broussonetia papyrifera）又名楮樹，為桑科構樹屬植物，是由現代生物技術和傳統雜交技術培育的新樹種，具有較強適應性、速生豐產性和抗病性等特點[12]。雜交構樹莖葉粗蛋白含量高，還具有抗氧化、抗菌、增強免疫力、抗病毒等功效，作為飼料能夠提高畜禽的生產性能、胴體性能，改善肉的品質，是一種優質的非糧蛋白飼料資源[3-6]。新鮮的雜交構樹含水率高達70%，易腐爛、發霉，不易存儲和運輸。通過干燥處理可以有效降低含水率，抑制微生物的生長繁衍，延長儲存時間[7]。

目前，常見的干燥方式有自然晾曬、熱風干燥（hot air drying，HAD）以及真空干燥（vacuumdrying，VD）等[8]。其中，自然晾曬是將農作物置于通風處或陰涼處干燥，自然環保，但易受自然環境的影響且干燥效率低[9]。熱風干燥是以熱空氣為干燥介質，以強制對流的方式與物料進行熱質交換，干燥效率高且設備結構簡單、價格低廉、易于操作，但干燥品質較差[1011]。真空干燥是在低于標準大氣壓的情況下干燥物料，干燥效果好，但其存在成本高、能耗大、效率低等問題[1213]。溫度、壓力、時間等干燥條件會對干燥速率及品質產生影響[1415]。因此，選擇合適的工藝條件對雜交構樹進行干燥具有重要意義。

近年來，一些學者通過研究干燥條件對干燥過程傳熱傳質的影響，探索提高干燥動力學性能及干燥品質的可行性[16-18]。唐亮[19]通過自然晾曬的方法調制雜交構樹葉發現，雜交構樹葉在含水率為17%～40%時會發生酶的氧化反應，將有機物分解，導致蛋白質含量減少，因此快速降低雜交構樹水分含量和縮短干燥時間能夠減少營養品質的損失。Zheng 等[20]研究了干燥溫度100～200 ℃對苜蓿粗蛋白的影響，結果表明，160 ℃以上的高溫使粗蛋白含量明顯降低。高溫同樣會導致物料發生褐變甚至焦化，降低干燥品質[2122]。胡亞強等[23]研究不同溫度對苜蓿色澤和品質的影響發現，80 ℃以下的低溫干燥使苜蓿色澤更翠綠且干燥品質更佳。尚平等[24]研究不同溫度熱風干燥對桑葉干燥品質的影響發現，較低的干燥溫度更有利于色澤的保持，且60、70 ℃更有利于品質的保留。孟祥紹等[25]研究不同干燥工藝對蕁麻葉營養成分的影響發現，真空干燥的干燥效率高，干燥品質更佳。

雜交構樹作為新的優質木本飼料，目前針對其干燥相關的報道較少。因此，本文通過研究低溫（60、70、80 ℃）下的熱風干燥（鋪料厚度2、3、4 cm）和真空干燥（真空壓力20、40 kPa）對雜交構樹干燥動力學性能及品質的影響，探究干燥工藝參數對雜交構樹烘干過程傳熱傳質的影響，以期提出適合雜交構樹品質保持的干燥工藝，為雜交構樹干燥加工提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 材料 新鮮雜交構樹鮮料來源于山東泰安，采收為機器收割，雜交構樹莖和葉混合。參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》[26]測定雜交構樹初始濕基含水率為83.9%。干燥前將樣品置于（4±1）℃的冰箱中儲存。

1.1.2 試驗設備 雜交構樹熱風干燥的主要設備是高低溫交變濕熱試驗箱（型號GDWJS-80，北京東工聯華科學儀器設備有限公司）。圖1為熱風干燥設備，主要由干燥箱、蒸發器、冷凝器、壓縮機、膨脹閥和加熱器組成，實現對送風溫度、相對濕度的控制。內箱尺寸為40 cm×50 cm×40 cm，溫度控制精度為±0.5 ℃，相對濕度控制精度為±0.5%。

雜交構樹真空干燥的主要設備是真空干燥系統。真空干燥系統由中國輕工業食品藥品質量加工、儲運設備與節能技術重點試驗室開發[27]。如圖2所示，該系統主要由真空、加熱和控制系統組成。在加熱系統中，熱源罐中的水由電加熱器加熱，然后通過真空干燥器中的導熱板加熱干燥產品，然后返回熱源罐。PID控制器（E5CN型，歐姆龍自動化有限公司），精度±0.1 ℃，用于控制導熱板的表面溫度。在真空系統中，真空泵（2BV42060，博通設備有限公司）用于調節真空干燥器的壓力，水在低溫下從產品中蒸發，然后通過熱交換器冷凝，冷凝水流入冷卻水箱。

其他設備：電子秤（精度±0.01 g，PBK989，Mettler Toledo）。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 干燥工藝包括熱風干燥（HAD）和真空干燥（VD），分別進行干燥溫度、鋪料厚度、真空壓力預試驗，通過干燥速率確定試驗范圍。

熱風干燥：開啟電加熱器，對干燥箱進行預熱。將雜交構樹均勻鋪在托盤上，然后將托盤放入干燥箱內進行干燥。在干燥過程中，每60 min取出托盤在電子秤上稱重，然后迅速放回。探究熱風干燥溫度（60、70、80 ℃）與鋪料厚度（2、3、4 cm）對雜交構樹干燥品質的影響。試驗設計具體見表1。

真空干燥：將雜交構樹均勻鋪在托盤上，保持同熱風干燥的密度相同。開啟熱水罐的電加熱進行加熱，直至達到目標溫度。將托盤置于真空腔的導熱板上進行干燥。在干燥過程中，每60 min取出托盤在電子秤上稱重，然后迅速放回。探究真空干燥溫度（60、70、80 ℃）和真空壓力（40、20 kPa）對雜交構樹干燥品質的影響。試驗設計具體見表1。