真空微波與熱風聯合干燥蒜片的工藝研究

王 靜，胡秋輝，辛志宏

(南京農業(yè)大學食品科技學院，江蘇南京 210095)

真空微波與熱風聯合干燥蒜片的工藝研究

王 靜，胡秋輝，辛志宏*

(南京農業(yè)大學食品科技學院，江蘇南京 210095)

運用正交實驗對四種無硫護色液進行復合實驗，最佳護色組合為:CaCl2濃度為0.6%、NaCl濃度為0.8%、L－半胱氨酸濃度為0.10%，經此復合護色液護色得到干燥蒜片L*值為86.23。比較了熱風、真空微波、真空微波與熱風聯合干燥三種生產工藝所得蒜片干制產品的品質，采用正交實驗優(yōu)化了熱風與真空微波聯合干燥蒜片的生產工藝。結果表明:前期采用真空度－90kPa，微波功率375W，微波干燥20min，后期60℃熱風干燥60min，干燥總時間為80min，縮短了熱風干燥時間，得到了高品質的蒜片產品。

熱風，真空微波，聯合干燥，蒜片

聯合干燥又稱分階段組合干燥，是把兩種或兩種以上形式的干燥器串連或并聯組合起來，以達到單一干燥所不能達到的目的，這種干燥方式稱為組合干燥［1］。利用各種干燥方式的優(yōu)點，在不同干燥階段采用不同的干燥方法，分別以蒸發(fā)或升華等方式除去大部分游離水和膠體結合水。同時，聯合干燥以減少干燥時間、降低能耗、提高質量、利于環(huán)保、安全高效為基本原則，具有速度快、時間短的特點，相互之間能優(yōu)勢互補，避免了單一干燥方式的缺點［2］。蒜片是我國傳統(tǒng)的大蒜加工產品，目前蒜片的加工方式主要有熱風干燥、微波真空干燥、真空冷凍干燥等，其中，熱風干燥是最為傳統(tǒng)的干燥方法，研究得也最為深入廣泛，其優(yōu)點是操作簡單、生產成本低，缺點是產品營養(yǎng)成分損失較大，產品色澤深、復水性差。冷凍干燥也是研究得比較深入的干燥方法，在低溫條件下能最大程度地減少蒜片主要有效成分大蒜素的損失，基本保持產品原有的色澤，復水性好，缺點是工業(yè)化生產一次性設備投資大，運營成本高。微波干燥是近年來興起的新型干燥方法，操作簡單快速，產品品質好，但是這種方法由于缺乏相應的工業(yè)化設備，目前大多數局限于實驗室研究。黃金忠［3］1999年分別用熱風干燥法和微波干燥法加工脫水蒜片和洋蔥，并進行了比較性實驗，其研究結果表明，微波可以避免一般加熱過程引起的品質下降，充分保持了蒜片內原有的營養(yǎng)成分。陳雪峰［4］2003年對大蒜冷凍干燥工藝進行了研究，得出了大蒜冷凍干燥的最佳工藝，但是在生產中，需要一整套高真空設備和低溫制冷設備，投資費用大，凍干過程中存在高耗能等諸多因素［5－6］，使目前大蒜冷凍干燥工藝還不能很好地普及。總之，每種單一的干燥方法都具有各自的優(yōu)缺點，因此，開發(fā)新的干燥方法或組合兩種或多種干燥方法，是生產高品質脫水蒜片的理想選擇。章斌［7］等2010年采用熱風與微波聯合干燥香蕉片，得到了與冷凍干燥品質相近的產品。而熱風與微波真空聯合干燥生產脫水蒜片的方式目前還未見相關報道。本文探討了熱風與微波真空聯合干燥方法對蒜片復水率、色值、大蒜素等指標的影響，從中找出干制蒜片的適宜方法來指導生產，以滿足人們對高品質蒜片的需求。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮大蒜 購自南京衛(wèi)崗農貿市場，挑選大小均勻優(yōu)質蒜瓣作為實驗材料;L－半胱氨酸、抗壞血酸、CaCl2、NaCl、Hepes緩沖液、DTNB 均為分析純，南京化學試劑一廠。

鼓風干燥箱、真空微波干燥箱、HH－6型數顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司;CR－200型色差計上海精密科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗流程 如圖1所示。

圖1 干制蒜片流程圖

1.2.2 原料預處理 大蒜→挑選→剝皮→切片(1～2mm)→護色液中浸泡30min→瀝干→干燥

以色差為指標，通過正交實驗表L16(44)設計四因素四水平實驗，選出較好的護色劑組合。

表1 復合護色正交設計因素水平

1.2.3 熱風干燥實驗 為了研究熱風溫度對蒜片干燥質量的影響，設定熱風干燥過程的溫度分別為50、60、70℃。在0～80min，每隔20min測定一次含水率，在80～200m in，每隔30m in測定一次含水率，在200～300m in，每隔50min測定一次含水率。干燥至含水率5%左右的蒜片干制品，測定其復水率、大蒜素含量及色值。

1.2.4 微波真空干燥實驗 對于微波真空干燥而言，選取的真空度越高，則干燥溫度越低，干燥過程對物料的影響越小。同時根據實驗還可知，物料形變量對真空度影響不大［8］。所以為了避免微波干燥過程中物料的溫度過高而熟化物料，選取最大真空度－90kPa。此真空壓力范圍內汽化潛熱變化較小，所以干燥速率主要受微波功率的影響，而真空度對干燥速率影響較小。

將預處理后的大蒜片20g放入真空微波設備的物料盤中均勻鋪開為薄層，啟動真空泵至最高真空度－90kPa，微波功率選擇高、中、低三檔(500、376、125W)，選定干燥時間，打開微波開關即可。因為真空微波設備運行的特殊性，每次取樣后，樣品量減少會對以后的測試數據有影響，并且非連續(xù)操作對測試數據也有影響。所以每次取樣后便不再繼續(xù)工作，另換一批物料連續(xù)干燥至下一取樣時間再停機取樣。測定不同干燥時間樣品的含水率，直至含水率5%左右。測定其復水率、大蒜素含量及色值。

1.2.5 微波真空與熱風組合干燥實驗 組合干燥實驗的設想是首先用微波真空干燥的方法去除一定量的水分，然后用熱風干燥將蒜片的含水量降至5%左右，這樣既能減少蒜片的脫水干燥時間，又能避免微波真空干燥后期過熱焦化的現象，同時利用微波真空干燥的特性能改善脫水蒜片的質量。實驗流程圖見圖2。

圖2 微波真空與熱風聯合干燥流程圖

選擇真空微波脫水百分比、微波功率、熱風溫度三因素，由于真空微波干燥后期易出現局部焦化現象，真空微波干燥脫水選擇20%、40%和60%三水平。按L9(33)正交表進行三因素三水平正交實驗，實驗設計見表2。

表2 組合干燥正交設計因素水平

1.3 測定指標

1.3.1 含水率的測定［9］將玻璃皿先放入電熱恒溫箱中，在120℃下烘30m in，然后移入干燥器中冷卻。將去皮蒜瓣切成蒜片準確稱取Mg放入該玻璃皿中，置于真空干燥爐中，70℃下放置24h，測其重量m，重復三次取平均值。

1.3.2 蒜片中大蒜素的測定 DTNB比色法［10］。

1.3.3 色差的測定 用色差儀進行樣品顏色的測定。每個樣品從不同角度測量三次，取其平均值。

1.3.4 干制蒜片的復水率測定 將1g干蒜片加適量水(10m L左右)，置于常溫下12h，用濾紙過濾，將濾渣留下，并用一定的壓力將其中的自由水分擠出，在電子天平上稱出復水后的蒜片重量。

1.3.5 總得分計算 組合干燥蒜片的質量評價指標有三個，分別為蒜片色差值、復水率和蒜片大蒜素含量。由于不能用單一的指標評價一組實驗的好壞，因此對各主要指標進行評分，并將同一組實驗各指標的得分相加得出總得分，總得分按百分制計算。各指標權重為:蒜片色差占30%，產品的復水率占30%，蒜片大蒜素含量占40%。

各指標的得分計算式為:

a.色差得分:設蒜片干燥后的L*值最大者得滿分(30分)，各組L*值得分=30×(各組蒜片的L值/蒜片的最大L值);

b.復水率:設干燥蒜片的復水率最大者得滿分(30分)，各組復水率得分=30×(各組蒜片的復水率/蒜片的最大復水率);

c.蒜片大蒜素的含量:設干燥蒜片中大蒜素含量最大者得滿分(40分)，各組大蒜素含量得分=40×(各組蒜片的大蒜素含量/蒜片的最大大蒜素含量)。

2 結果與分析

2.1 復合護色液的正交優(yōu)化結果分析

對不同復合護色液樣品的L*值進行正交分析的結果如表3所示。

表3 復合護色液正交實驗結果分析

由表3可得，最佳護色組合為:CaCl2濃度為0.6%、NaCl濃度為 0.8%、L－半胱氨酸濃度為0.10%，經此復合護色液護色得到干燥蒜片L*值為86.23。

2.2 熱風干燥的結果分析熱風干燥主要利用流動的熱風對產品進行加熱和干燥，適合于固體物料的干燥，如谷物、切片的果蔬、塊狀食品等。熱風干燥具有投資少、成本低、操作簡單、維修方便、經濟效益好等優(yōu)點［11］，這類干燥現在仍然得到廣泛應用。

2.2.1 熱風干燥過程脫水速率曲線 不同熱風溫度條件下的干燥速率曲線如圖3所示，由圖3可知，蒜片在50℃下熱風干燥300min，60℃下熱風干燥180min，70℃下熱風干燥150min，就能達到安全水分。

圖3 不同溫度下熱風干燥過程蒜片脫水速率曲線

2.2.2 熱風溫度對蒜片品質的影響 在熱風干燥過程中，隨著干燥溫度的升高，物料的含水量以及物料的水分活度都會有一定的變化，蒜片的組織結構也發(fā)生了變化。據文獻報道，一些學者經研究發(fā)現，這個結果與干燥過程中脫去水分的過程有關。事實上，這個過程中的熱對流氣體對蒜片產生了影響，改變了大蒜組織具有的流變性能，并且由此產生了一些明顯的物理變化。如表4與表5所示，在不同的熱風溫度下，干燥的蒜片所表現出來的性能是不盡相同的。隨著熱風溫度的升高，復水率變小，大蒜素含量減少，色差L*值也會不斷地減小。

表4 熱風干燥溫度對蒜片色值的影響

表5 熱風干燥溫度對大蒜素含量和復水率的影響

2.3 微波真空干燥的實驗結果分析

2.3.1 微波真空干燥脫水速率 由于微波真空干燥過程的真空度越低越好，故設定最低真空度－90kPa。那么用微波真空干燥把蒜片內部的水分降至安全水分的過程唯一可調的參數就是微波功率。本實驗中所用的中低功率大小為125W，中等功率大小為375W，中高功率大小為500W。

蒜片在不同微波功率條件下的干燥速率曲線如圖4所示。從圖4中可以看出，微波功率越大，蒜片干燥至安全水分所用的時間越短。用微波真空干燥的方法在125W功率下加熱75min，375W功率下加熱25m in，500W功率下加熱20min，就能使蒜片內部的含水量降至安全水分。該真空度下，125W功率下加熱時間雖然較長，但是腔內溫度一直維持在40℃以下，利于蒜片營養(yǎng)成分的保留。375W功率下加熱20m in，溫度達到40℃，500W功率下加熱8min，溫度就已經達到45℃。在不同的干燥階段，微波真空干燥表現出了一些不同的特點。在干燥前期，微波能轉變?yōu)闊崮埽顾馄臏囟妊杆偕仙皆撜婵斩认滤娘柡蜏囟龋馄瑑炔康乃蛛S即開始大量蒸發(fā)。但是到了干燥后期，隨著水分的減少，蒜片的介電損耗常數減小，吸收的微波能也有所減少，但總的來說吸收的微波能仍大于蒸發(fā)水分所需的能量，導致蒜片的溫度上升，甚至產生過熱焦化現象。

2.3.2 微波功率對蒜片品質的影響 不同微波功率對蒜片品質的影響如表6、表7所示。由表6、表7可知，用不同的微波功率干燥蒜片所表現出來的性能是不盡相同的。隨著微波功率的增加，脫水速率變得更快，蒜片復水率增加，這可能跟干燥時間短有關。蒜片的L*值隨著功率的增加先增加后變小，大蒜素含量減少，這可能跟干燥時真空微波腔內溫度有關。

表8 聯合干燥所需時間

表9 聯合干燥產品品質

圖4 不同微波功率下蒜片脫水速率曲線

表6 不同微波功率下真空微波干燥蒜片的色值

表7 不同微波功率下真空微波干燥蒜片的大蒜素含量及復水率

2.4 微波真空與熱風組合干燥實驗結果分析

從表8可以看出，聯合干燥不同程度地縮短了干燥時間，對各組分別進行評分，見表10。由于第4組得分最高，因此確定第4組為蒜片聯合干燥最佳工藝。即前期 375W 微波干燥 20min，真空度－90kPa，后期60℃熱風干燥60m in。此工藝下得到的蒜片品質明顯高于單一干燥方式的產品品質。

表10 聯合干燥綜合得分

3 結論

3.1 最佳護色組合為CaCl2濃度為0.6%，NaCl濃度為0.8%，L－半胱氨酸濃度為0.10%。

3.2 蒜片聯合干燥最佳工藝:前期375W微波干燥20m in，真空度－90kPa，后期 60℃熱風干燥 60m in，干燥總時間為80min。

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［3］黃金忠.微波在脫水蒜片、洋蔥加工中的應用研究［J］.石河子大學學報，1999，3(1):32－35.

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［5］徐艷陽，孫金才，杜衛(wèi)華，等.真空冷凍干燥與熱風聯合干燥草莓［J］.無錫輕工大學學報，2005，24(1):45－48.

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［7］章斌，侯小楨.熱風與微波聯合干燥香蕉片的工藝研究［J］.食品與機械，2010，26(2):97－99.

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［9徐艷陽，張慜，陳亦輝，等.熱風和微波真空聯合干燥甘藍實驗［J］.無錫輕工大學學報，2003，22(6):64－95.

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［11］張慜，王瑞.果蔬微波聯合干燥技術研究進展［J］.干燥技術與設備，2005，3(3):107－111.

Study on the combined drying of microwave－vacuum drying(MVD)and air－drying(AD)of garlic slices

WANG Jing，HU Qiu－h(huán)ui，XIN Zhi－h(huán)ong*

(College of Food Science and Technology，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China)

Orthogonal test on color protection with four sulfur－free liquid showed that the best combination was CaCl20.6%，NaCl0.8%，L－cys 0.1%.Under this condition，L* value of garlic slices was 86.23.The quality of garlic slices dried by the air－drying(AD)，microwave－vacuum drying(MVD)，combination of microwave－vacuum drying(MVD)and air－drying(AD)was com pared.The technology of combination of microwave－vacuum drying(MVD)and air－drying(AD)of garlic slices processes were optimized by orthogonal experiment.The results showed that using vacuum －90kPa，microwave power 375W，microwave－vacuum drying 20m in in the first stage，then 60℃ for the second stage，the total drying time was 80m in.Drying time was cut down，high quality garlic products was obtained.

air－drying;microwave－vacuum drying;combined drying;garlic slices

TS255.1

B

1002－0306(2011)08－0280－05

2010－07－05 *通訊聯系人

王靜(1986－)，女，碩士研究生，研究方向:食品營養(yǎng)與化學。

蔥姜蒜產業(yè)發(fā)展關鍵技術研究與開發(fā)(200903018)。