萵苣微波噴動均勻干燥工藝

章 虹， 馮宇飛， 張慜＊， 孫金才

（1.食品科學與工程國家重點實驗室，江南大學，江蘇 無錫 214122；2.海通食品集團股份有限公司，浙江 慈溪 315300）

萵苣微波噴動均勻干燥工藝

章 虹1， 馮宇飛1， 張慜＊1， 孫金才2

（1.食品科學與工程國家重點實驗室，江南大學，江蘇 無錫 214122；2.海通食品集團股份有限公司，浙江 慈溪 315300）

通過單因素實驗和正交實驗確定萵苣微波噴動干燥的最佳工藝參數，并將產品和熱風、噴動、真空冷凍、真空微波干燥的產品進行比較，旨在發現微波噴動干燥的優勢所在。產品的質量主要通過復水率、葉綠素質量分數、色澤、能耗、感官評定等方面來衡量。實驗結果表明，萵苣最佳微波噴動干燥參數為干燥前期（10 min），微波功率為300 W，熱風溫度為68～78℃，噴動風速為8 m／s；干燥后期（45 min）微波功率為200 W，熱風溫度為68～78℃，噴動風速為6 m／s。檢測結果表明，微波噴動干燥產品的復水性、葉綠素質量分數、色差值和感官評定均優于熱風干燥、噴動干燥和真空微波干燥產品，復水性和葉綠素質量分數略低于真空冷凍干燥產品，微波噴動干燥在節約能耗方面有顯著效果。

萵苣；微波噴動聯合干燥；工藝參數；比較

萵苣（lettuce），在我國南北方都有廣泛種植，主要分為莖用和葉用兩類。萵苣營養價值很高，含礦物質、鈣、磷、鐵較豐富，亦含 VA、VB1、VB2、VC、尼克酸、蛋白質、脂肪、糖類、灰分及鉀、鎂等微量元素和食物纖維等［1］，且美味可口，是人們日常生活中的重要蔬菜。但是萵苣具有不易貯藏的特點，而制成脫水蔬菜可以克服這一難題。脫水蔬菜是經過脫水加工使產品保持特有風味、色素和營養素的精制干菜。作為蔬菜深加工產品的一種，脫水蔬菜具有新鮮蔬菜的色、香、味、質且便于貯運、貯藏時間長等優點。我國脫水蔬菜生產中存在的主要問題是加工工藝落后、產品質量較低，因此改進脫水蔬菜的加工工藝，提高產品的性價比，是我國發展脫水蔬菜生產極為迫切的需求。微波和熱風噴動并聯式聯合干燥，熱風噴動可以有效除去自由水和表面附近的水，而微波能特有的"泵送"作用可有效除去內部自由水［2］。和單一干燥方式相比［3］，綜合利用了兩種干燥方式的特點，優勢互補，可達到有效縮短干燥時間，降低能量消耗，提高產品質量的目的。

本研究的目的是在采用合適預處理方法的基礎上，針對微波噴動干燥過程中的各因素進行單因素實驗，繪制干燥曲線，總結干燥規律，選擇合理的因素水平進行正交實驗，通過檢測正交產品的復水性，葉綠素含量，色差，能耗，感官等指標，計算分析得出各因素水平的最佳組合，確定最佳工藝參數。并且和運用熱風干燥、噴動干燥、真空微波干燥、真空冷凍干燥的產品質量進行比較，總結微波噴動干燥的優勢。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

萵苣：購買于江蘇省無錫市石塘村菜場；碳酸鈉，乙二胺四乙酸二鈉，醋酸鋅，醋酸鎂，乳糖，蔗糖，95%乙醇溶液：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器設備

KL－WPD－05微波噴動干燥機：中國廣州市凱棱工業用微波設備有限公司；電熱恒溫鼓風干燥箱：上海躍進醫療器械廠；UV2600紫外分光光度計：上海天美科學儀器有限公司；CR－400／410色彩色差計：柯尼卡美能達（中國）投資有限公司；TDL－60B臺式離心機：上海安亭科學儀器廠；真空冷凍干燥機；真空微波干燥器。

1.3 實驗方法

1.3.1 萵苣的預處理

1）預處理流程：新鮮萵苣→切丁→EDTA溶液浸泡、燙漂→冷卻、瀝干→護色液浸泡→干燥

2）預處理要點：原料預處理為選取新鮮萵苣，清洗后將其去皮（纖維部分去除干凈），去根，去頭，切成1 cm×1 cm的立方體，以縮短燙漂，滲透及干燥時間，切分時做到大小均等；原料的護色處理時，因為葉綠素結構不穩定，易受光、熱、氧氣的影響降解褐變，且萵苣組織中的過氧化物酶（POD）及多酚氧化酶（PPO）也會造成萵苣的褐變［4］，因此護色主要從兩方面進行：抑制酶活以及穩定葉綠素結構。

護色采用1%EDTA溶液浸泡30 min，再進行100℃高溫燙漂3 min后，立即用冷水冷卻，瀝干表面水分。配制含有2.5%蔗糖，2%乳糖，1%醋酸鋅以及1%醋酸鎂溶液，用碳酸鈉溶液將其PH調至7－8，浸泡原料1 h。

1.3.2 單因素實驗單因素干燥實驗過程中每隔5 min測量一次物料質量，直至物料濕基水分質量分數達8%以下，繪制干基含水率曲線以及失水率曲線。計算物料干基含水率W t公式為：

式中，mt為物料燥至t時刻的質量（g）；m w為物料干燥后質量（g）。

1）熱風溫度：將經過預處理的萵苣分為3組，每組70 g，采用微波噴動干燥參數為：微波功率300 W，風速8 m／s，每組熱風溫度分別為81～86℃，70～75℃，59～64℃。

2）微波功率：將經過預處理的萵苣分為3組，每組75 g，采用微波噴動干燥參數為：風速8 m／s，熱風溫度67～74℃，每組微波功率分別為200，300，400 W。

3）載物量：將經過預處理的萵苣分為3組，每組的質量分別為100，200，300 g。采用微波噴動干燥參數為微波功率300 W，風速8 m／s，熱風溫度68～78℃。

4）風速：將經過預處理的萵苣分為三組，每組質量100 g。采用微波噴動干燥參數為微波功率300 W，熱風溫度68～78℃，風速分別為8、7、6 m／s。

1.3.3 正交實驗根據單因素實驗得出的實驗結果，挑選最佳因素水平進行正交實驗。

1.4 各項指標的檢測

1）萵苣水分質量分數：105℃烘箱干燥法，檢測脫水萵苣的水分質量分數。

2）復水性：取適量干燥樣品，稱量質量，將其在60～70℃溫水中復水30 min，取出并擦干外部水分，稱量后記錄質量，計算公式如下［5］：

式中，RR：復水比；W0：復水前的質量；W1：復水后的質量；如此重復操作3次，取平均值。

式中，V為葉綠素提取液總體積（m L），若用稀釋液需乘以稀釋倍數；W為材料鮮重（g）。

4）色差：將樣品磨成細粉末，在玻璃平皿上壓實后，用CR－400／410色彩色差計進行測定，從不同的角度分別讀數，測3次，取3次讀數的平均值。

實驗結果采用L＊以及色澤比（H＝a／b）［6］的形式來評定。

L＊值表示樣品的明度指數，L＊＝0表示黑色，L＊＝100表示白色，中間有100個等級。

H和植物中的所有色素含量顯著相關［7］，故H是衡量色澤的重要指標，為了使結果更加直觀，將色澤比公式演變為H′＝－100a／b。

5）能耗：總耗電量W＝P×T（4）其中，P為干燥功率（W）；T為干燥時間（h）。

單位能耗表示從樣品中蒸發單位水分質量（kg）所消耗的能量（kJ），單位為kJ／kg。

6）感官評定：觀察產品外觀，從皺縮程度，顏色等方面進行描述。將產品在60～70℃溫水中復水30 min后，取出品嘗，從口感，香氣，質構，顏色等方面進行描述。

1.5 其他干燥方法的實驗參數

各種方法干燥的產品所達到的濕基水分質量分數應＜8%。

該自動切換裝置有3個部分：（1）輔助控制板ACP（見圖1），主要用于保護供電，其供電入口處分別裝有P25M斷路器，且市電回路上的P25M斷路器分閘后可以模擬市電回路失壓。（2）電氣聯鎖單元IVE（見圖2），它主要提供接線端子和電氣聯鎖，因為市電和柴油機供電不能同時送出，所以必須要有該聯鎖裝置。（3）通用控制器UA（見圖3），這個是核心的控制單元，最容易損壞的就是這個部分。

1）真空微波干燥：真空度0.08 MPa，真空微波干燥器微波功率分為5檔，分別為P10，P7，P5，P3，P1。干燥原料聯合使用5個功率檔，各功率的使用時間分別為P10：8 min，P7：10 min，P5：20 min，P3：95 min，P1：100 min。

2）真空冷凍干燥：先將物料在超低溫冰箱中冷凍，然后在真空度100 Pa，加熱功率500 W，加熱溫度55～60℃條件下進行真空冷凍干燥。

3）噴動干燥：噴動風速8 m／s，熱風溫度68～78℃。

4）熱風干燥：熱風溫度78℃干燥2 h，68℃干燥至物料水分質量分數達到要求。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 熱風溫度對干燥的影響不同熱風溫度對萵苣干基含水率及失水率的影響見圖1。如圖1（a）所示，熱風溫度越高，所需的干燥時間越短。在59～64℃熱風條件下，將萵苣的干基含水率降至8%以下需要60 min，大約是70～75℃條件下所需時間的1.2倍（50 min），81～86℃條件下所需時間的1.33倍（45 min）。由斜率得出，在前15 min，溫度越高干燥速率越快；而15 min以后，溫度越低干燥速率越快。因為，在物料水分質量分數較高時，溫度越高水分蒸發速度越快；15 min以后，一方面，高溫組物料剩余水分質量分數較低溫組少，所以單位時間失水量少于低溫組；另一方面，高溫造成物料表面硬化阻礙內部水分向外擴散，導致失水速率降低，而低溫組表面硬化程度較小，因此能保持較大失水率。

如圖1（b）所示，萵苣在整個干燥期間沒有恒速期，主要為降速過程；有明顯的加速期，但時間很短，只有將近10 min。在干燥過程中，隨著熱量的傳遞，干燥速率很快達到最高值，隨后減小直接進入降速階段。主要是因為萵苣細胞組織堅硬，導致其內部水分向外擴散的速度低于表面水分蒸發速度，因此沒有出現恒速干燥期。物料長期處于較高溫度時，葉綠素易被破壞［8］；在較低溫度時，干燥時間增加，不利于提高生產效率。所以應在既能縮短干燥時間，又盡可能地將產品葉綠素等物質的損失減到最小的前提下，采用70～75℃和81～86℃ 兩個溫度段，分為干燥前期與干燥后期，討論最佳的組合方式。

圖1 不同熱風溫度對萵苣干基含水率及失水速率的影響Fig.1 Effect of hot air temperature（a）moisture content of drying base curve at different hot air temperature（b）water loss rate curve at different hot air temperature

2.1.2 微波功率對干燥的影響不同微波功率對萵苣干基含水率及失水率的影響見圖2。如圖2所示，在風速、風溫、載物量條件不變的情況下，微波功率對干燥速率和干燥時間的影響并不十分明顯。但仍舊可以看出，在前10 min，微波功率越大，干燥速率越高；10 min后隨著物料水分質量分數的減少，干燥速率下降，微波功率越高，干燥速率越低。這是因為后期水分汽化造成物料內部對微波能量的吸收率下降，導致干燥速度減慢［9］。

微波功率為400 W時，部分產品有燒焦現象，該現象主要發生在干燥前期，后期燒焦的物料數量也有所增多。可能在干燥前期，物料質量較大，最大風速仍不能保證使所有物料達到較好的噴動效果；而且前期物料含水量高，由于水有很大的介電常數，吸收微波功率較多，微波功率過大，容易導致過熱，加熱不均產生燒焦現象。在干燥后期，物料內部自由水分子已大部分蒸發，剩下的主要是結合水分子，此時介電常數變成正溫度系數［10］，即溫度越高的地方，介電常數越大，吸收功率越多，而且隨著溫度升高，這種現象會加劇，導致溫度急劇上升，物料燒焦。因此，應采用較低的微波功率200 W和

300 W，以10 min為界，討論最佳微波功率組合。

圖2 不同微波功率對萵苣干基含水率及失水速率的影響Fig.2 Effect of microwave power（a）moisture content of drying base at different microwave power（b）water loss rate at different microwave power

2.1.3 載物量對干燥的影響不同載物量對萵苣干基含水率及失水率的影響見圖3。如圖3（a）所示，載物量為200 g時，干燥速率最高。如圖3（b）所示，在前5 min，載物量200 g組的失水率達到一個最高峰，在干燥前10 min，始終保持一個較高的失水率，而且最早達到目標含水量。載物量為100 g時，干燥速率最慢，最遲到達干燥終點。載物量為300 g時，干燥所用時間介于100 g組和200 g組之間。所以實際生產中，在一定范圍內適當增加載物量可以提高生產效率。本實驗的最佳載物量為200 g。

圖3 不同載物量對萵苣干基含水率及失水速率的影響Fig.3 Effect of spheroniser load（a）moisture content of drying base at different spheroniser load（b）water loss rate at different spheroniser load

2.1.4 風速對干燥的影響不同風速對萵苣干基含水率及失水率的影響見圖4。由圖4得出在干燥前10分鐘，風速為8 m／s和7 m／s時，干燥速率最大且幾乎相同；而干燥后期，干燥速率大小為：6 m／s最大，7 m／s次之，8 m／s最小。這是因為在干燥前期，物料表面就像存在一層自由水，物料的干燥速度等于同一條件下自由水分的蒸發速度。此時，內部水分擴散到表面的速度等于表面水分的蒸發速度，屬于外部控制階段［11］，空氣流速是影響表面水分蒸發速度的一個重要因素，空氣流速越高，蒸發速度越快。當水分含量低于物料的臨界水分含量時，干燥速率降低，進入降速干燥階段，物料內部出現水分梯度，物料表面的水分蒸發速度大于內部水分的擴散速度，干燥過程由內部擴散速度控制。在該階段若風速過高，造成物料外部水分迅速蒸發，外層干結硬化會阻礙內部的水分擴散從而降低干燥速率。

因此，在干燥前期為了使濕物料快速干燥同時又能夠達到較好的噴動效果，應采用8 m／s的風速；干燥后期為防止物料表層干結，應采用6 m／s風速。

圖4 不同風速對萵苣干基含水率及失水速率的影響Fig.4 Effect of the wind velocity（a）Moisture content of drying base at different wind velocity（b）Water loss rate at different wind velocity

2.2 正交實驗

選取微波功率、風溫兩因素，每個因素均選取2個水平，分為干燥前期和后期進行正交實驗。以10 min為前期后期的分界點，這是因為10 min接近物料干燥加速期與降速期的交界點，同時也接近不同因素各水平對干燥速率影響改變的轉化點。考慮到干燥前期物料質量較大，為保證微波加熱的均勻性，故前期采用最大風速8 m／s將其噴動，后期采用6 m／s風速。由于萵苣貯存后對各項指標有較明顯的影響，且不同批次的萵苣也有較大差異，所以根據正交實驗設計原則從16組中選取8組，在同一天運用同一批次萵苣進行實驗，以葉綠素含量和復水率為主要標準，運用極差法進行分析，再通過產品色澤比較，挑選出最佳因素水平，見表1。

表1 正交實驗因素水平表Tab.1 Levels of variables in orthogonal experiment

2.2.1 極差分析如表2所示，第4組的條件最利于葉綠素的保護。前期熱風溫度的影響大于微波功率，溫度越高葉綠素的損失越大；而后期微波功率的影響較大，功率越大葉綠素損失越大。這是因為干燥前期，物料溫度不升高，等于濕空氣的濕球溫度，熱風溫度高易對葉綠素產生破壞作用。在干燥后期，微波的正溫度效應會加重物料過熱處的升溫，微波功率越高這種效應越明顯。

如表3所示，第2組加工條件下產品的復水率最高。無論在前期還是后期，微波功率對產品的復水率均起主導作用，微波功率高，復水率也高。這是因為微波從物料內部對水分進行加熱，水分蒸發向外部擴散的過程中在物料內部形成多孔通道［12］。微波功率越高，水分蒸汽壓越大，多孔通道的增多引起復水率升高。而較低的溫度不會造成物料外表面干結，有利于內部水分向外擴散，形成多孔通道。

表2 正交實驗因素水平對葉綠素質量分數的影響Tab.2 Effect on chlorophyll content of orthogonal experiment production

表3 正交實驗因素水平對復水率的影響Tab.3 Effect on Rehydration rate of orthogonal experiment production

2.2.2 色澤比較通過比較表4中各組產品的L＊和H′值，第4組均優于第2組，并且第4組產品色澤在所有8組產品中也屬于較優等級。

綜合上述結果最優組為第4組，總干燥時間55 min。最佳微波噴動干燥參數為干燥前期（10 min）微波功率300 W，熱風溫度68～78℃，噴動風速8 m／s；干燥后期（45 min）微波功率200 W，熱風溫度68～78℃，噴動風速6 m／s。

表4 正交實驗產品的色澤Tab.4 Color of orthogonal experiment production

2.3 5種干燥方式指標比較

如圖5和圖6所示，微波噴動干燥產品的復水率和葉綠素質量分數低于真空冷凍干燥產品，但是在能耗方面大大降低，約為其1／4，而且產品質量均高于其他方法的干燥產品，耗能最少。傳統的熱風干燥耗能較大，且復水率和總葉綠素含量較低。噴動干燥產品的復水率和熱風干燥產品接近，但是葉綠素含量增加，能耗也遠小于熱風干燥。這是因為對物料進行噴動提高了干燥的均勻性和速率，降低了葉綠素的損失和能耗。

圖5 5種方法干燥產品的復水率和葉綠素質量分數Fig.5 Rehydration rate and chlorophyll content of production with different drying method

圖6 5種干燥方法的能耗比較（熱風與真空微波干燥的能耗參考 DURANCE，2002）［13］Fig.6 Energy consumption of different drying method

從圖7各種方法干燥產品的L＊和H′值可以看出，真空冷凍干燥的產品在色澤上具有較大的優勢，其次是微波噴動干燥。噴動干燥的產品色澤略優于熱風干燥，這是因為噴動干燥的時間短于熱風干燥。真空微波干燥產品由于干燥的不均勻性，部分產品過度加熱導致產品整體色澤質量下降。

圖7 不同方法干燥產品的L＊和H′值Fig.7 L＊and H′of production with different drying method

各種方法干燥產品復水前的感官評定見表5。真空冷凍產品外形最佳，保持了萵苣丁原有的形狀，因為密度最小，所以顏色比其他方法干燥產品略淡，質構疏松易碎不利于運輸和貯藏。真空微波產品的干燥均勻性不佳，同一批產品中感官差別很大，顏色呈棕綠色。噴動干燥以及微波噴動干燥的產品外觀色澤較好，熱風干燥次之。從皺縮程度來看，熱風和噴動干燥產品皺縮最為嚴重，微波噴動干燥產品也有一定程度的皺縮。

各種方法干燥產品復水后的感官評定見表6。從口感上看，微波噴動、噴動、熱風干燥產品脆性都符合要求，結構緊密；真空微波產品略有些梗；真空冷凍產品口感較軟，咀嚼時結構疏松多孔，呈海綿狀。復水后的色澤，除真空微波產品呈黃綠色，其余均為綠色，外觀差異不明顯。從香氣保留上看，真空冷凍產品最佳，微波噴動、噴動及真空微波干燥產品次之，熱風干燥產品的香氣最淡。

表5 各種方法干燥產品復水前的感官評定Tab.5 Sensory evaluation of production with different drying method before rehydration

3 結語

試驗結果表明，萵苣最佳微波噴動干燥參數為干燥前期（10 min），微波功率300 W，熱風溫度70～75℃，噴動風速8 m／s；干燥后期（45 min）微波功率200 W，熱風溫度70～75℃，噴動風速6 m／s。

表6 各種方法干燥產品復水后的感官評定Tab.6 Sensory evaluation of production with defferent drying method after rehydration

檢測結果表明，微波噴動干燥產品的復水率，葉綠素含量，色差值和感官評定均優于熱風干燥，噴動干燥和真空微波干燥產品，復水率和葉綠素含量略低于真空冷凍干燥產品。微波噴動干燥在節約能耗方面有顯著效果。

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Study of Microwave and Spouted Bed Even Drying Technology of Lettuce

ZHANG Hong1，FENG Yu－fei1，ZHANG Min＊1，SUN Jin－cai2

（1.National State Laboratory of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China；2.Haitong Food Group Company，Cixi 315300，China）

Single－factor experiments and an orthogonal experiment were designed to obtain the optimum technological parameters.An effort was made to obtain the advantages of MWSB drying compared to samples hot－air dried，SB dried，vacuum－freeze dried and vacuum－microwave dried.The quality of production was determined by measuring rehydration rate，chlorophyll content，colour difference，energy consumption and sensory evaluation.The results showed the optimum processing parameters were microwave power 300 W，hot air temperature 68～78℃，hot air speed 8m／s in the earlier stage（10 min）and microwave power 200 W，hot air temperature 68～78℃，hot air speed 6 m／s in the later stage（45 min）.The production of MWSB drying has higher rehydration rate，chlorophyll content，colour difference and sensory evaluation.than that hot－air dried，SB dried and vacuum－microwave dried，but a little lower rehydration rate and chlorophyll content than that vacuum－freeze dried.There is a significant reduction in energy consumption by using MWSB drying.

lettuce，MWSB drying，technological parameters，comparison

＊

張慜（1962－ ），男，浙江平湖人，工學博士，教授，博士研究生導師，主要從事農副產品加工與貯藏研究。E－mail：min＠jiangnan.edu.cn

TS 255.3

A

1673－1689（2012）04－0402－09

2011－06－03

國家863計劃重點項目（2011AA100802）。