微波干燥溫度和物料厚度對鐵棍山藥片品質的影響

徐晚秀

李臻鋒1,2

李 靜1,2,3

宋飛虎1,2

(1. 江南大學，江蘇 無錫 214122；2. 江蘇省食品先進制造裝備技術重點實驗室，江蘇 無錫 214122；3. 紹興魁聯機電科技有限公司，浙江 紹興 315000)

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微波干燥溫度和物料厚度對鐵棍山藥片品質的影響

徐晚秀1,2

李臻鋒1,2

李 靜1,2,3

宋飛虎1,2

(1. 江南大學，江蘇 無錫 214122；2. 江蘇省食品先進制造裝備技術重點實驗室，江蘇 無錫 214122；3. 紹興魁聯機電科技有限公司，浙江 紹興 315000)

以新鮮鐵棍山藥為材料，采用光纖插入物料中心在線控制微波干燥的物料溫度、厚度的方式進行干燥，通過單因素試驗法進行干燥加工處理，采用索氏提取法提取樣品中的多糖，同時采用苯酚硫酸比色法測定經不同干燥參數制備的樣品的多糖得率，以自制作微波干燥系統進行重量記錄以及物料的溫度控制，色差計測樣品色澤進而評價干燥的效果。結果發現：在控制不同的物料溫度且厚度為5 mm時，最高的多糖得率的物料溫度為50 ℃且此時白度值最大，但所需干燥時間最長；物料溫度為60 ℃時改變物料的厚度，得到最高的多糖得率的物料厚度為5 mm。綜合比較可知，實際微波干燥生產時以溫度60 ℃且物料厚5 mm干燥的效果更好。關鍵詞：鐵棍山藥；微波干燥；溫度；厚度

鐵棍山藥為薯蕷科植物薯蕷(DioscoreaoppositeThunb.)的塊莖，又名淮山藥1號[1]。它是中國山藥種質資源中的特有種質，其藥食兼優，口感甘甜，含有20多種營養和保健成分，常被作為“貢品”，素有“懷參”之稱。作為藥食同源的食物，已經有了3 000多年的食用歷史[2]。徐琴等[3]從淮山藥中提取粗多糖RDP，進行純化分離，得到均一的多糖RP。徐增萊等[4]研究測定了山藥粗多糖對小鼠免疫功能的影響，得出了多糖具有增強小鼠淋巴細胞增殖能力的作用，促進小鼠抗體生成的作用和增強小鼠碳廓清能力的作用。

干燥鐵棍山藥片較高的藥用價值引起人們對其的關注和研究。葉曉夢等[5]采用凍干—微波真空聯合干燥工藝干燥鐵棍山藥，但該法干燥時間長，能耗大；陳媛媛等[6]考察了微波真空干燥處理對鐵棍山藥多糖得率和干燥特性的影響，發現僅控制微波功率在含水量低時容易導致焦糊；黃略略等[7]研究表明鐵棍山藥中的多糖性質穩定，在溫度一致的條件下，加工方式對其影響不顯著。而對于微波干燥鐵棍山藥沒有研究。對于鐵棍山藥在固定溫度切片厚度下的間歇微波干燥更是沒有研究。并且目前對鐵棍山藥干燥稱重的研究，一般采用的是中斷取出物料進行稱重，數據存在一定的誤差。本試驗擬采用課題組研發的電氣控制微波干燥系統進行在線測量。該設備通過Labview編程以及National Instrument 采集卡、光纖調節儀和光纖對微波爐的功率大小以及微波爐的開關進行控制。采用光纖對微波爐內的物料中心溫度在線監測，并通過比較物料中心的溫度和軟件程序中設定溫度的差距控制微波爐的開關[8]。本試驗通過研究不同溫度以及不同物料厚度對鐵棍山藥的多糖含量、色差、含水率的影響，以期獲得干燥鐵棍山藥的最佳溫度以及厚度，為鐵棍山藥的生產提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

鐵棍山藥購于江蘇無錫天惠超市，選擇個體完整、粗細均勻、表皮無霉、無病蟲害、無機械損傷的長柱形鐵棍山藥。鐵棍山藥的濕基含水率為(85.0±0.4)%(烘干法，105 ℃烘干24 h)。試驗前將鐵棍山藥放于室溫下。

1.1.2 主要儀器設備

電氣控制微波干燥系統(圖1)：本實驗室自制；

紫外分光光度計：UV-2450型，日本島津公司；

色彩色差計：CR-300X型，深圳市三恩時科技有限公司。

圖1 電氣微波干燥系統Figure 1 Electric microwave drying system

1.2 試驗方法

1.2.1 單因素試驗的設計方法 鐵棍山藥經過清洗、削皮、切片處理后，稱取 20～25 g 放入微波干燥控制系統的微波爐里并選擇其中一片鐵棍山藥插入光纖，編寫程序控制微波爐的溫度和功率參數并運行程序。設定微波爐功率200 W以及物料的溫度參數后，運行程序。在程序運行初期，物料的溫度由常溫快速升高到設定的物料溫度參數，并且被光纖實時監測的物料溫度參數會顯示在程序的界面上。之后整個程序將測得物料的實時溫度和設定溫度一直進行比較，如果實時溫度高于設定溫度，則程序中的微波爐功率立即改為0 W；如果實時溫度低于設定溫度，微波爐功率按照設定功率工作。當物料的含水率降為30%時，設定功率改為100 W 直至物料重量達到安全含水率(10%)的重量時，程序自動將微波爐功率改為0 W，并停止程序運轉。具體的試驗方案：

(1) 干燥溫度的影響：固定物料厚度為5 mm，考察干燥溫度(50，60，70 ℃)對多糖得率的影響。

(2) 物料厚度的影響：在最佳干燥溫度下，考察物料厚度(3，5，7 mm)對多糖得率的影響。

以最佳溫度及物料厚度下熱風干燥的鐵棍山藥為對照。

1.2.2 多糖得率的測定 參考文獻[9]。

1.2.3 干燥曲線 鐵棍山藥微波干燥過程的重量變化可以通過電子秤實時數據傳送獲得記錄數據。干燥的物料的初始含水率約為85%，通過重量數據的處理即：

(1)

Me=Mo×(1-85%)，

(2)

式中：

MR——t時刻的含水率，%；

Mt——t時刻系統中電子秤稱得的重量，g；

Me——物質的干重，g；

Mo——物質的初始重量，g。

1.2.4 色差分析 淮山藥的顏色是評價其質量的一個指標。色差計中的L指標表示所測樣品的白度。鐵棍山藥干燥后的顏色以偏白色為佳(即L值越高，色澤越好)。

2 結果與分析

2.1 多糖得率測量結果

在微波干燥溫度設定為70 ℃時，多糖得率比較低。可能是干燥過程中，物質經過了一些化學變化，多糖相對減少了。而在50 ℃和60 ℃時，溫度較合適干燥。此時的多糖得率相對于70 ℃來說均比較高。由于50 ℃時，干燥時間較長，且兩個干燥溫度的多糖得率差距較小，采用60 ℃為微波干燥的固定溫度。當微波干燥的溫度設定為60 ℃時，物料厚度為5 mm時，多糖得率最高。而物料厚度為3 mm時，多糖得率最低。由于物料的多糖相對接觸的面積較大，得到的多糖則減少。干燥鐵棍山藥的多糖得率的最佳微波干燥工藝參數為：微波干燥溫度為60 ℃且物料厚度為5 mm。熱風干燥鐵棍山藥時選擇最佳溫度60 ℃以及物料厚度為5 mm，此時的多糖得率明顯低于其它試驗條件的(見圖2)。這一試驗結果和任廣躍等[10]試驗結果中微波干燥的多糖得率比熱風干燥的多糖得率高相符。

2.2 干燥曲線

由圖3 可知，溫度為50 ℃時，干燥最慢。干燥最快達到安全含水率的溫度參數為70 ℃。50 ℃的干燥時間是70 ℃ 的3倍。而60 ℃的干燥時間為9 000 s，是70 ℃的1.4倍。由于程序設計時，物料溫度達到設定溫度70 ℃時需要吸收足夠的微波能，微波爐工作的時間比較長，所以整個干燥過程所需時間短[8]。其中，干燥溫度為50 ℃和60 ℃的干燥前期，含水率隨著時間的增加而減少得比較慢，在后期含水率隨著時間的增加減少得比較快。70 ℃ 的干燥前期，含水率隨著時間的增加減少得比較快，在后期含水率隨著時間的增加減少得更快。

1. 50 ℃/5 mm 2. 60 ℃/5 mm 3. 70 ℃/5 mm 4. 60 ℃/3 mm 5. 60 ℃/7 mm 6. 對照

圖2 不同樣品的多糖得率

Figure 2 Polysaccharide yield of different samples (n=3)

圖3 物料厚度為5 mm時不同干燥溫度樣品 的含水率曲線圖

Figure 3 The moisture content curve of material with drying at different temperature and the same thickness, 5 mm (n=3)

在圖4 中所有干燥溫度為60 ℃。物料厚度為7 mm時，干燥得最慢，達到安全含水率的時間為9 100 s。干燥最快達到安全含水率的物料厚度是3 mm，需要4 400 s。7 mm的干燥時間是3 mm的干燥時間的2.06倍。而5 mm的物料厚度的干燥時間為8 100 s，是3 mm的干燥時間的1.84倍。物料厚度越薄，干燥時間越短[6]。其中，物料厚度為50 ℃和60 ℃的干燥前期，干燥速率小，在后期干燥速率大。70 ℃的干燥前期，干燥速率大，在后期干燥速率小。

而熱風干燥對照樣(圖5)的時間長達500 min以上，說明控溫微波干燥方法比目前干燥普遍使用的方法即熱風控溫方法更有優勢，比凍干、凍干-真空微波聯合以及低溫真空微波在干燥時間上都有優勢[7]。

圖4 60 ℃時不同厚度物料樣品的含水率曲線圖

Figure 4 The moisture content curve of material with different drying at the same temperature, 60 ℃, and different thickness (n=3)

圖5 對照樣的含水率曲線圖

Figure 5 The moisture content curve of material with hot air drying at 60 ℃ and thickness, 5 mm (n=3)

2.3 色差參數

干燥后的鐵棍山藥片的色澤有所不同，原鐵棍山藥顏色為白色，加工后偏向白色較佳。圖6為樣品的白度色差值。

1. 50 ℃/5 mm 2. 60 ℃/5 mm 3. 70 ℃/5 mm 4. 60 ℃/3 mm 5. 60 ℃/7 mm 6. 對照

圖6 不同樣品的白度色差值

Figure 6 The color of value of different samples (n=3)

圖6中干燥溫度為50 ℃且物料厚度為5 mm時的樣品白度值最高，為91.17±0.32。干燥的顏色最佳。而干燥溫度為60 ℃且物料厚度為3 mm時的樣品白度值最低，為81.99±0.59。物料厚度都是5 mm 時，干燥溫度越高，物料的白度值越低。物料干燥溫度為60 ℃ 時，物料厚度越厚，樣品的白度值越高。此外，熱風干燥60 ℃和微波干燥的物料在色澤上沒有明顯優勢。另外從色澤上考慮，盡量避免物料處于高溫和厚度小的參數。

3 結論

通過試驗得出使用課題組自行設計的電氣控制微波干燥系統，可以更快速地干燥鐵棍山藥片，同時干燥后的樣品多糖得率比較高。綜合試驗各個檢測結果，確定最佳干燥條件為干燥溫度60 ℃，物料厚度5 mm，此時多糖得率較高且干燥時間短。其中不同干燥參數下的樣品的白度值中，5 mm 厚的物料在50 ℃干燥后白度值最高，5 mm厚的物料在60 ℃時白度值第二高，差值低于1。綜合看，5 mm厚的物料在60 ℃時干燥后的產品最佳。本試驗結果可為以后鐵棍山藥的產地加工提供技術支持。然而對于不同階段的干燥溫度參數需要進一步研究以獲得更佳的干燥參數。

[1] 陳佳希. 鐵棍山藥有效成分提取分離及其活性研究[D]. 西安: 西北大學, 2011: 1.

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[3] 徐琴, 徐增萊, 沈振國, 等. 淮山藥多糖提取工藝的研究[J]. 食品工業科技, 2006, 27(12): 117-118, 121.

[4] 徐增萊, 汪瓊, 趙猛, 等. 淮山藥多糖的免疫調節作用研究[J]. 時珍國醫國藥, 2007, 18(5): 1 040-1 041.

[5] 葉曉夢, 黃略略, 喬方, 等. 鐵棍山藥凍干-微波真空聯合干燥工藝研究[J]. 食品工業, 2014, 35(7): 152-155.

[6] 陳媛媛, 符云鵬, 陳亮亮, 等. 微波真空干燥處理對鐵棍山藥多糖得率和干燥特性影響[J]. 農產品加工: 學刊, 2012(11): 99-102.

[7] 黃略略, 喬方, 葉曉夢, 等. 不同干燥方式對鐵棍山藥品質的影響[J]. 食品與生物技術學報, 2014, 33(11): 1 210-1 215.

[8] LI Zhen-feng, RAGHAVAN G V, WANG Ning, et al. Real-time, volatile-detection-assisted control for microwave drying[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2009, 69(2): 177-184.

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Effects of temperature and thickness on quality of tiegun yam by microwave drying

XU Wan-xiu1,2

LIZhen-feng1,2

LIJing1,2,3

SONGFei-hu1,2

(1.JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China; 2.JiangsuKeyLaboratoryofAdvancedFoodManufacturingEquipmentandTechnology,Wuxi,Jiangsu214122,China; 3.ShaoxingQuelandMechanicalandElectricalTechnologyCo.,LTD,Shaoxing,Zhejiang312000,China)

Slices of tiegun yam were dried at different temperature and thickness without any chemical preservatives added. To dry the slices with constant temperature, optical fiber was used to detect the center temperature of the slices. As the material, fresh tiegun yam was dried by single factor experiment. To evaluate the drying parameters, polysaccharide was extracted by soxhlet extraction and phenol sulfuric acid colorimetry was used to determine polysaccharide e yield of the samples. Besides, weight was online recorded with microwave drying system. Moreover, the sample color was measured with controlling different temperature of material and constant thickness of 5 mm, the highest of the yield of polysaccharide was retained from temperature of material 50 ℃, with the maximum whiteness value, but the drying time was longest. With different thickness of the material when the temperature was 60 ℃, the highest of the yield of polysaccharide was retained from material thickness 5 mm. In general, microwave drying temperature 60 ℃ and the material thickness 5 mm after harvest will retain higher yield polysaccharide higher yield , better color and costs less time.

Tiegun yam; microwave drying; temperature; thickness

國家自然基金項目(編號：21206051)；江蘇省產學研聯合創新資金(編號：BY20130155-22)；江蘇省普通高校研究生科研創新計劃項目(編號：KYLX_1158)

徐晚秀，女，江南大學在讀博士研究生。

李臻鋒(1968-)，男，江南大學教授，博士。 E-mail: 352151043@qq.com

2015—04—18

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.11.044