紫薯遠(yuǎn)紅外輻射干燥及品質(zhì)特性

易 婕，劉云宏,2,*，李海登，司尚斐，周弦龍，檀茜茜，馬麗婷

紫薯（Ipomoea batatas）屬旋花科一年生草本植物[1]，富含維生素、多糖、酚類和黃酮類物質(zhì)等多種營養(yǎng)成分，具有抗氧化、清除自由基、預(yù)防癌變等良好的營養(yǎng)保健功能[2-3]。新鮮紫薯由于含水量高，水分活度較大，在貯藏時很容易發(fā)生腐敗變質(zhì)及營養(yǎng)成分流失。因此，紫薯采后需要及時干燥脫水，而采用合適的干燥方式對于延長紫薯貯藏期、提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

常規(guī)的紫薯干燥方式為熱風(fēng)干燥，但該方法具有干燥時間長、產(chǎn)品品質(zhì)低等缺點[4]。熱泵干燥是另一種常用干燥方法，具有操作方便、高效節(jié)能、環(huán)境友好等特點[5]，但該技術(shù)的應(yīng)用受到設(shè)備成本、溫度控制等諸多限制[6]。此外，上述干燥方式均為表面加熱，不利于紫薯這種組織結(jié)構(gòu)致密、干燥阻力較大物料的干燥加工。為了提高紫薯傳統(tǒng)干燥方法的干燥速率，可以采用輔助措施來改善干燥過程的質(zhì)熱傳遞，進(jìn)而縮短干燥時間及提高產(chǎn)品品質(zhì)。

遠(yuǎn)紅外輻射干燥具有傳熱均勻、干燥時間短、產(chǎn)品品質(zhì)好等優(yōu)點[7-8]，近年來成為果蔬干燥研究的熱點。當(dāng)采用遠(yuǎn)紅外輻射干燥物料時，紅外輻射線到達(dá)物料表面，會穿透進(jìn)入物料1～3 mm[9]，輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，物料受熱使內(nèi)部溫度提高，加快內(nèi)部水分蒸發(fā)與擴(kuò)散，達(dá)到縮短干燥時間的目的。Leonard等[10]將遠(yuǎn)紅外輻射運用于低壓過熱蒸汽干燥和真空干燥中，結(jié)果顯示遠(yuǎn)紅外輻射有利于增加物料的孔隙度及促使水分快速蒸發(fā)，從而提高干燥速率。Nathakaranakule等[11]關(guān)于龍眼的干燥研究表明，由于遠(yuǎn)紅外輻射能量可直接被物料吸收而無需加熱空氣，遠(yuǎn)紅外輻射加熱可有效降低干燥能耗。An Kejing等[12]研究了不同干燥方式對生姜抗氧化性能的影響，得到遠(yuǎn)紅外輻射可有助于總酚及總黃酮類物質(zhì)保存的結(jié)論。Seung等[13]也認(rèn)為遠(yuǎn)紅外輻射有利于提高果蔬的酚類物質(zhì)含量及抗氧化活性。紫薯結(jié)構(gòu)致密，且含有大量的糖類及淀粉等物質(zhì)，導(dǎo)致其內(nèi)部水分?jǐn)U散較難，若將遠(yuǎn)紅外輻射加熱應(yīng)用于紫薯的干燥加工，理論上可利用紅外輻射的穿透性、加熱均勻、熱效率高的特點來加快紫薯干燥速率，進(jìn)而提高紫薯干燥產(chǎn)品品質(zhì)，但目前鮮見關(guān)于紫薯遠(yuǎn)紅外輻射干燥特性及其品質(zhì)特性的研究報道。

本實驗將遠(yuǎn)紅外輻射應(yīng)用于紫薯的熱風(fēng)干燥，研究不同輻射溫度與輻射距離條件下紫薯片的干燥特性及有效水分?jǐn)U散系數(shù)（Deff），并探討遠(yuǎn)紅外輻射加熱對紫薯干燥產(chǎn)品營養(yǎng)成分的影響，以期為遠(yuǎn)紅外輻射干燥技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用、提升紫薯的經(jīng)濟(jì)價值提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實驗所用新鮮紫薯購于洛陽丹尼斯超市，大小、成熟度基本一致，購買后放于冰箱中于2～4 ℃溫度下冷藏待用。

沒食子酸（純度≥95%）、單寧酸（純度≥95%）、Folin-Ciocalteu試劑 上海源葉生物科技有限公司；2,4-二硝基苯肼、硫脲、鹽酸、硫酸、葡萄糖、3,5-二硝基水楊酸、結(jié)晶苯酚、亞硫酸鈉、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、亞硝酸鈉、氯化鋁、碳酸鈉等均為分析純試劑。

1.2 儀器與設(shè)備

GHRH-20型熱風(fēng)干燥機(jī)由廣東省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所研發(fā)。在其中加裝一套遠(yuǎn)紅外輻射加熱系統(tǒng)，即得本研究所用的遠(yuǎn)紅外輻射干燥設(shè)備。采用的陶瓷遠(yuǎn)紅外輻射加熱板（20 cm×20 cm）的主要輻射波長范圍為5～15 μm，輻射率為0.90，最大輻射功率為1 000 W，最高許用溫度為999 ℃。輻射板通過緊固螺釘與伸縮架下表面相連，其位置可通過伸縮架進(jìn)行調(diào)節(jié)，選用Pt100溫度傳感器固定于遠(yuǎn)紅外輻射板表面，遠(yuǎn)紅外輻射板溫度可通過溫度傳感器連接的溫控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。物料支架和物料盤位于輻射板下方，不同的輻射距離可以通過調(diào)節(jié)伸縮架來改變遠(yuǎn)紅外輻射板的位置獲得，利用K型熱電偶檢測干燥過程中的物料溫度。

切片機(jī) 德州天馬糧油機(jī)械有限公司；Scout SE型電子天平 奧豪斯儀器有限公司；101-3ES型熱風(fēng)干燥機(jī)北京永光明醫(yī)療儀器廠；SB-120DT型超聲波清洗機(jī)寧波新芝生物科技股份有限公司；T6新世紀(jì)型紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠；TG16-WS臺式高速離心機(jī) 湘儀離心機(jī)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 新鮮紫薯干基含水率的測定

將紫薯洗凈，去皮，用切片機(jī)切成厚度為4 mm的圓形薄片，稱質(zhì)量，得到紫薯的初始質(zhì)量，放入105 ℃的烘箱內(nèi)干燥24 h，取出，再次稱質(zhì)量，得到絕干物質(zhì)的質(zhì)量md，進(jìn)行3 次平行實驗。

樣品干基含水率（M）的計算公式如式（1）所示。

式中：m為物料質(zhì)量/kg；md為絕干物質(zhì)質(zhì)量/kg。

經(jīng)計算可知，紫薯的初始干基含水率為（196±15）%。

1.3.2 樣品干燥含水率的測定

干燥前，先設(shè)定好紅外輻射干燥設(shè)備的輻射距離與輻射板溫度。將紫薯洗凈，去皮，用切片機(jī)切成直徑為40 mm、厚度為4 mm的圓形薄片，每組實驗取27 片，對應(yīng)物料總質(zhì)量約為50 g。將切好的紫薯片放入沸水鍋中蒸2 min進(jìn)行鈍酶殺青處理，然后迅速取出并用吸水紙吸干表面水分，平鋪在物料盤上稱質(zhì)量，再放入遠(yuǎn)紅外輻射干燥設(shè)備中遠(yuǎn)紅外輻射板下方的物料支架上，關(guān)閉箱門后開始干燥。干燥過程中，每隔30 min取出物料稱質(zhì)量一次，然后立即放回，繼續(xù)干燥，直至連續(xù)兩次稱質(zhì)量變化率小于1%時干燥結(jié)束[14]，最終干燥產(chǎn)品對應(yīng)的干基含水率約為10%。本研究中，分別設(shè)定紅外輻射板溫度為200、240、280 ℃，輻射距離為6、10、14 cm，探討輻射溫度與輻射距離對紫薯干燥特性與營養(yǎng)成分的影響。為更好地探討遠(yuǎn)紅外輻射對紫薯干燥特性及品質(zhì)指標(biāo)的影響，本研究不再改變熱風(fēng)溫度、風(fēng)速、物料量等其他干燥參數(shù)，將熱風(fēng)溫度和風(fēng)速固定為40 ℃和3 m/s。每組實驗均重復(fù)3 次。

1.3.3 干燥特性的測定

1.3.3.1 干燥速率

干燥速率采用式（2）進(jìn)行計算。

式中：DR為干燥速率/（%/min）；Dt1、Dt2分別為t1、t2時刻的干基含水率/%。

1.3.3.2 水分比

物料水分比（moisture ratio，MR）的計算如式（3）所示。

式中：Mt為物料在t時刻的干基含水率/%；M0為物料的初始干基含水率/%；Me為物料的平衡干基含水率/%。

1.3.3.3 有效水分?jǐn)U散系數(shù)

由于紫薯厚度遠(yuǎn)小于其直徑，其濕分?jǐn)U散特性可視為一維擴(kuò)散[14]。根據(jù)Fick擴(kuò)散定律可計算干燥過程中物料的有效水分?jǐn)U散系數(shù)[15]，計算公式如式（4）。

式中：t為干燥時間/s；Deff為有效水分?jǐn)U散系數(shù)/（m2/s）；L為物料厚度/m。

將式（4）簡化并將對數(shù)性線化，可得式（5）。

由式（5）可知：-ln MR與t呈線性關(guān)系，其斜率K如式（6）計算。

根據(jù)式（6）可計算有效水分?jǐn)U散系數(shù)Deff。

1.3.4 紫薯品質(zhì)指標(biāo)測定

1.3.4.1 總酚含量測定

總酚的提取與檢測采用Folin-Ciocaileu法[16]。取5～6 片干燥后的紫薯，用研缽磨碎，稱取1 g樣品，用體積分?jǐn)?shù)為60%的甲醇溶液定容，超聲處理20 min，抽濾、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后定容至15 mL。取1 mL溶液于離心管中，設(shè)置轉(zhuǎn)速為10 000 r/min，離心20 min，取1 mL上清液加入試管中，再加入1 mL Folin-Ciocaileu試劑，5 min后加10 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)7%的Na2CO3溶液，定容至15 mL，充分混合后放在避光處反應(yīng)2 h，使用紫外-可見分光光度計在710 nm波長處測定吸光度。總酚含量以干物質(zhì)質(zhì)量樣品的沒食子酸為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)計，單位為mg/100 g。

1.3.4.2 總黃酮含量測定

總黃酮物質(zhì)的提取與檢測采用NaNO2-AlCl3法[17]。取5～6 片干燥后的紫薯，用研缽磨碎，稱取1 g樣品，用體積分?jǐn)?shù)為60%的甲醇溶液定容，超聲處理20 min，抽濾、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后定容至15 mL。取1 mL溶液于離心管中，設(shè)置轉(zhuǎn)速為10 000 r/min，離心20 min，取1 mL上清液加入試管中，加入0.3 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)5% NaNO2溶液，反應(yīng)5 min，再加入0.3 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)10% AlCl3溶液，繼續(xù)反應(yīng)5 min后，加入2 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)7% NaOH溶液，迅速定容至10 mL，充分混勻后在510 nm波長處測定吸光度。總黃酮含量以干物質(zhì)質(zhì)量樣品的單寧酸為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)計，單位為mg/100 g。

1.3.4.3 VC含量測定

VC的提取與檢測方法采用2,4-二硝基苯肼比色法[18]。稱取3 g干燥后的紫薯，用研缽磨碎，再加入10 g/L的草酸溶液磨成勻漿，將勻漿移入100 mL容量瓶，用提取液定容，搖勻，過濾。取25 mL濾液，加入2 g活性炭，振搖1 min，過濾，棄去最初10 mL濾液，取10 mL提取液，加入10 mL 20 g/L硫脲溶液，混勻。于3 支試管中各加入4 mL稀釋液，一個試管作為空白，在其余試管中加入1.0 mL 20 g/L 2,4-二硝基苯肼溶液，將所有試管放入（37.0±0.5）℃水浴鍋中，保溫3 h。取出后，除空白管外，將所有試管放入冰水中。空白管取出后冷至室溫，然后再加入1.0 mL 20 g/L 2,4-二硝基苯肼溶液，在室溫下放置10 min后放入冰水內(nèi)。向每支試管加入5 mL體積分?jǐn)?shù)為90%的硫酸溶液，滴加時間為1 min，邊加邊搖動試管。將試管從冰水中取出，在室溫下放置30 min，于500 nm波長處測定吸光度。VC含量以干物質(zhì)質(zhì)量樣品的抗壞血酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)計，單位為mg/100 g。

1.3.4.4 總糖含量測定

總糖的提取與檢測方法采用3,5-二硝基水楊酸比色法[19]。取5～6 片干燥后的紫薯，用研缽磨碎，稱取1 g樣品于錐形瓶中，加50 mL水，超聲處理20 min，再于沸水中浸泡20 min，冷卻后過濾，加入10 mL 6 mol/L鹽酸溶液，沸水浴30 min，冷卻后加入一滴酚酞指示劑，用6 mol/L的NaOH溶液中和至微紅色，定容至100 mL。取樣品液1.0 mL，加入1.5 mL 3,5-二硝基水楊酸顯色液，補(bǔ)水至3.5 mL，搖勻，再沸水浴5 min，取出后立即冷卻至室溫，定容至25 mL，在530 nm波長處測定吸光度。總糖含量以干質(zhì)量樣品的葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)計，單位為g/100 g。

1.3.5 加權(quán)綜合評分法

在兩因素三水平的9 組試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，綜合考慮干燥時間、總酚、總黃酮、VC及總糖含量5 個指標(biāo)，采用加權(quán)綜合評分法對遠(yuǎn)紅外輻射干燥紫薯的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。由于各指標(biāo)量綱不同，可先變換成無量綱參數(shù)，再計算加權(quán)綜合評分值。可令干燥時間、總酚、總黃酮、VC、總糖分別為Y1、Y2、Y3、Y4、Y5，分配5 個指標(biāo)相等的加權(quán)系數(shù)λ＝0.2，計算公式如式（7）、（8）所示。

式中：Ci、Cmax和Cmin分別為實際指標(biāo)值、最大指標(biāo)值和最小指標(biāo)值。

通過上面公式對各指標(biāo)進(jìn)行綜合評分。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理與分析采用Origin 8.5統(tǒng)計軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 輻射溫度對干燥特性的影響

圖1 不同輻射溫度下遠(yuǎn)紅外輻射干燥紫薯的干燥曲線及干燥速率曲線Fig. 1 Drying curves and drying rate curves of sweet purple potato during far-infrared radiation drying at different radiation temperatures

由圖1可知，在所有干燥條件下，紫薯遠(yuǎn)紅外輻射干燥過程只呈現(xiàn)降速階段，而不存在明顯的恒速干燥階段，說明其干燥過程主要受內(nèi)部擴(kuò)散控制，即紫薯內(nèi)部的質(zhì)熱傳遞阻力要遠(yuǎn)大于表面質(zhì)熱傳遞阻力。在干燥初期，物料的水分含量較高，對應(yīng)的干燥速率也高于含水率較低時的干燥速率，且輻射溫度越高對應(yīng)的干燥速率越大。由于遠(yuǎn)紅外線可穿透物料進(jìn)入內(nèi)部，會使紫薯中的水分子產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振，從而加劇水分子運動[20]，增強(qiáng)分子間振動摩擦并導(dǎo)致電子能級躍遷[21]，致使物料內(nèi)部溫度升高及溫度梯度增大，進(jìn)而促進(jìn)水分?jǐn)U散[22]。隨著干燥的進(jìn)行，物料含水率降低，物料內(nèi)部水分減少，水分遷移變得困難，同時所吸收的紅外輻射能量減少，因此干燥速率隨之減小。由斯特藩-玻爾茲曼定律可知，一個輻射體在單位時間內(nèi)輻射出的總能量與其熱力學(xué)溫度的四次方成正比[6]，因此提高輻射板溫度會顯著增加輻射能量，傳遞到物料的能量也越多[23]，有利于提高物料的能量吸收量及物料溫度，進(jìn)而有利于促進(jìn)干燥的進(jìn)行。以輻射距離為10 cm為例，輻射板溫度為200、240、280 ℃時，紫薯的平均表面溫度分別為（46.1±0.8）、（52.5±0.9）、（55.2±1.2）℃，干燥至終點所需時間分別為300、240、210 min。可見輻射溫度升高，物料表面溫度也隨之升高，這種現(xiàn)象有利于加劇紫薯內(nèi)部水分子運動及加快水分?jǐn)U散，還會增大物料內(nèi)部的溫度梯度并提高傳熱速率，進(jìn)而提高干燥速率及縮短干燥時間。Nimmol等[8]的研究結(jié)果也表明提高紅外輻射溫度會顯著提高香蕉片的溫度并縮短干燥時間，與本研究結(jié)果一致。

2.2 輻射距離對干燥特性的影響

圖1也表明了輻射距離對紫薯干燥過程的影響。以輻射溫度為240 ℃為例，輻射距離為6、10、14 cm時的干燥時間分別為210、240、270 min，平均干燥速率分別為0.92、0.77、0.65 %/min。可知在輻射板溫度相同的情況下，隨著輻射距離的縮短，干燥時間縮短且干燥速率加快。根據(jù)照度定律，物料所獲得的輻射能量與輻射距離的二次方成反比[9]。輻射距離縮短，輻射板發(fā)射至物料及物料吸收的紅外線能量均顯著增加，增強(qiáng)了水分子的各種運動幅度，物料內(nèi)部能量增大[23]，從而有利于水分的流動與擴(kuò)散。在輻射溫度為240 ℃時，輻射距離為6、10、14 cm時物料平均表面溫度分別為（59.4±1.5）、（52.5±0.9）、（48.7±1.1）℃，可見，縮短輻射距離會顯著提高物料溫度，這會導(dǎo)致更高的溫度梯度及蒸汽分壓梯度，進(jìn)而促進(jìn)物料內(nèi)部水分遷移并擴(kuò)張物料內(nèi)部微細(xì)孔道[10]，有利于加快物料表面的水分蒸發(fā)速度及內(nèi)部水分?jǐn)U散速度，從而提高干燥速率及縮短干燥時間。輻射距離縮短還能提高輻射干燥的角系數(shù)[9]，進(jìn)而提高物料接收紅外輻射的能量利用率，也有利于提高干燥速率。但Doymaz等[22]指出紅外輻射距離過近會導(dǎo)致物料局部過熱而發(fā)生褐變現(xiàn)象；Leonard等[10]也認(rèn)為8～20 cm的輻射距離最有利于發(fā)揮紅外輻射的優(yōu)勢，輻射距離過近則不利于干燥操作及產(chǎn)品品質(zhì)保護(hù)。本研究中也發(fā)現(xiàn)在輻射距離小于6 cm的條件下，若紅外輻射溫度過高，紫薯表面會發(fā)生局部變黑。因此，不能單純地為提高干燥速率而提高輻射溫度及縮短輻射距離，而應(yīng)結(jié)合紫薯干燥產(chǎn)品的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮。

2.3 遠(yuǎn)紅外輻射對有效水分?jǐn)U散系數(shù)的影響

有效水分?jǐn)U散系數(shù)是描述水分?jǐn)U散特性的參數(shù)，表征干燥過程中物料內(nèi)部的蒸汽擴(kuò)散、液體擴(kuò)散和水力流動等[24]。不同輻射溫度及輻射距離下，遠(yuǎn)紅外輻射干燥紫薯片的有效水分?jǐn)U散系數(shù)如圖2所示，其值介于2.42×10-10～4.64×10-10m2/s之間。紫薯的有效水分?jǐn)U散系數(shù)隨著輻射溫度的增大而增大，隨著輻射距離的增大而減小，這與Nathakaranakule[11]和馬海樂[25]等的研究結(jié)果一致。輻射溫度越高或者輻射距離越小，其熱效應(yīng)和穿透效應(yīng)就越顯著，會導(dǎo)致物料吸收的能量增多及物料溫度升高，有利于加快物料內(nèi)部水分?jǐn)U散及表面水分蒸發(fā)速率，從而提高有效水分?jǐn)U散系數(shù)。有效水分?jǐn)U散系數(shù)的方差分析結(jié)果如表1所示，可見輻射溫度與輻射距離對有效水分?jǐn)U散系數(shù)均呈極顯著影響。

圖2 紫薯遠(yuǎn)紅外輻射干燥的有效水分?jǐn)U散系數(shù)Fig. 2 Effective moisture diffusivity of sweet purple potato during far-infrared radiation drying

表1 有效水分?jǐn)U散系數(shù)的方差分析Table 1 Analysis of variance of effective moisture diffusivity

2.4 遠(yuǎn)紅外輻射干燥對紫薯品質(zhì)的影響

2.4.1 總酚含量

圖3 不同輻射溫度及輻射距離下的總酚含量Fig. 3 Contents of total phenols in sweet purple potato dried by far-infrared radiation drying at different radiation temperatures and distances

不同輻射溫度及輻射距離下遠(yuǎn)紅外輻射干燥后的紫薯總酚含量如圖3所示，當(dāng)輻射距離較大時（14 cm），總酚含量隨著輻射溫度的升高而增大，說明輻射距離較遠(yuǎn)時提高輻射溫度有利于提高總酚含量，這可能是因為此時輻射溫度的效應(yīng)大于輻射距離，當(dāng)輻射溫度增加，干燥時間縮短，可有效防止酚類物質(zhì)的氧化；但當(dāng)輻射距離較短時（6 cm和10 cm），總酚含量隨著輻射溫度的升高呈先增大后減小的趨勢，這可能是由于輻射距離近，若輻射溫度過高，由于遠(yuǎn)紅外輻射的熱效應(yīng)，物料在短時間內(nèi)吸收大量的輻射能，使得物料溫度過高，反而會導(dǎo)致酚類物質(zhì)的受熱降解速率加快。當(dāng)輻射溫度較低時（200 ℃和240 ℃），總酚含量隨著輻射距離的增大呈先增加后減小的趨勢；但當(dāng)輻射溫度較高時（280 ℃），總酚含量則隨輻射距離的增大而升高，上述現(xiàn)象進(jìn)一步說明輻射溫度過高和輻射距離過近均不利于保護(hù)紫薯中的總酚物質(zhì)。Senevirathne等[26]研究了遠(yuǎn)紅外輻射干燥對柑橘餅中總酚含量的影響，發(fā)現(xiàn)溫度的升高會使總酚含量先升高后降低，與本研究得出的結(jié)論相似。由圖3可知，在輻射溫度為240 ℃及輻射距離為10 cm的條件下，遠(yuǎn)紅外輻射干燥紫薯總酚含量最高。

2.4.2 總黃酮含量

圖4 不同輻射溫度及輻射距離下的總黃酮含量Fig. 4 Contents of total flavonoids in sweet purple potato dried by far-infrared radiation drying at different radiation temperatures and distances

不同輻射溫度及輻射距離下的總黃酮含量如圖4所示，干燥后的紫薯其總黃酮含量在117.73～276.90 mg/100 g之間。當(dāng)輻射距離為6 cm和10 cm時，總黃酮含量在輻射溫度為200 ℃時分別為146.61 mg/100 g和255.89 mg/100 g，干燥時間分別為240 min和300 min；當(dāng)輻射溫度升至240 ℃時，總黃酮含量分別提高了51.7%和8.2%，干燥時間分別縮短了12.5%和20%，說明雖然降低輻射距離會使總黃酮降解速率加快，但通過進(jìn)一步升高輻射溫度來縮短干燥時間，仍可以較好地保存總黃酮含量。但當(dāng)輻射溫度升至280 ℃后，輻射距離為6 cm和10 cm時對應(yīng)的總黃酮含量均明顯下降，此時對應(yīng)的物料平均溫度分別為（67.1±0.3）℃和（55.2±1.2）℃，說明過高的輻射溫度會導(dǎo)致過高的物料溫度，進(jìn)而促進(jìn)總黃酮物料的受熱降解，不利于總黃酮物質(zhì)的保護(hù)。Ning Xiaofeng等[27]在關(guān)于遠(yuǎn)紅外輻射干燥對蹄葉橐吾中黃酮類物質(zhì)的影響研究中，認(rèn)為黃酮類物質(zhì)在干燥過程中容易氧化并遭到熱破壞，從而導(dǎo)致其含量下降。AN Kejing等[12]在關(guān)于不同干燥方式對生姜的抗氧化性能的影響的研究中，提到遠(yuǎn)紅外輻射加熱還可以影響部分共價鍵，進(jìn)而釋放物料內(nèi)部的部分黃酮類物質(zhì)，在某種程度上可提高干燥物料的總黃酮含量。

2.4.3 VC含量

圖5 不同輻射溫度及輻射距離下的VC含量Fig. 5 VC contents in sweet purple potato dried by far-infrared radiation drying at different radiation temperatures and distances

不同輻射溫度及輻射距離下紫薯干燥產(chǎn)品中VC的含量如圖5所示。VC是一種極不穩(wěn)定的水溶性物質(zhì)，易受光照、溫度、pH值、氧氣及金屬離子等因素的影響，在干燥脫水過程中十分容易降解，有文獻(xiàn)報道熱風(fēng)干燥造成的VC損失率可高達(dá)85.25%[28]。本研究中，遠(yuǎn)紅外輻射干燥后紫薯片的VC含量在7.21～11.81 mg/100 g之間。VC的保留率與加熱溫度及加熱時間密切相關(guān)[24]。當(dāng)輻射距離為6 cm和10 cm時，VC的含量隨著輻射溫度的升高而降低，說明輻射溫度升高，遠(yuǎn)紅外輻射到物料的能量越多，使得VC降解速率加快。當(dāng)輻射距離為14 cm時，隨著輻射溫度的升高，VC的含量先升高后降低，這可能是輻射距離較長時，物料溫度較低及干燥時間較長所致，可通過升高輻射溫度來縮短干燥時間及減少VC的降解時間，但輻射溫度過高仍會導(dǎo)使物料溫度過高及VC損失速率加快。當(dāng)輻射溫度為200 ℃時，輻射距離越長，VC保存率越低，說明輻射時間越長，越不利于VC的保存；當(dāng)輻射溫度為240 ℃和280 ℃時，輻射距離增大，VC的含量先減少后增加，也說明輻射能量增加會使得VC氧化降解的速率加快，但輻射溫度較高時，物料中含水率迅速下降，使得干燥速率的大幅提高，可減少受熱及氧化時間，從而提高VC的保存率。Ernest等[28]在關(guān)于不同干燥方式對番茄品質(zhì)的影響的研究中，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)紅外輻射干燥過程中的VC降解率范圍為8%～63%，并認(rèn)為合適的輻射加熱參數(shù)有利于保護(hù)VC。在本研究中，當(dāng)輻射溫度為240 ℃及輻射距離為14 cm時，所得紫薯干制品的VC含量最高。

2.4.4 總糖含量

如圖6所示，遠(yuǎn)紅外輻射干燥后紫薯的總糖含量在8.91～31.64 g/100 g之間。當(dāng)輻射距離不變時，總糖含量隨著輻射溫度的升高呈先升高后下降的趨勢，這可能是因為輻射溫度適當(dāng)升高可有效縮短干燥時間，進(jìn)而減少糖類物質(zhì)發(fā)生降解反應(yīng)的時間；但輻射溫度過高可能會導(dǎo)致糖類物質(zhì)發(fā)生美拉德及焦糖化反應(yīng)的速率加快，不利于總糖的保存，這與郭玲玲等[29]的研究結(jié)果一致。當(dāng)輻射溫度較低時（200 ℃），總糖含量隨著輻射距離的增大而升高，這可能是因為輻射距離較遠(yuǎn)時，輻射能量較小及物料溫度較低，美拉德反應(yīng)不易進(jìn)行，有利于糖類物質(zhì)的保存；但當(dāng)輻射溫度較高時（280 ℃），總糖含量隨著輻射距離的增大而降低，這可能是因為干燥時間延長會使糖類物質(zhì)有更多的時間進(jìn)行美拉德及焦糖化反應(yīng)，從而導(dǎo)致其含量減少，這與Lan Xiaohong等[30]的研究結(jié)果相似。

圖6 不同輻射溫度及輻射距離下的總糖含量Fig. 6 Total sugar contents in sweet purple potato dried by far-infrared radiation drying at different radiation temperatures and distances

2.5 加權(quán)綜合評分法結(jié)果分析

表2 不同輻射溫度及輻射距離下的綜合評分結(jié)果Table 2 Comprehensive scores of sweet purple potato dried far-infrared radiation drying at different radiation temperatures and distances

由表2可知，當(dāng)輻射溫度為240 ℃、輻射距離為14 cm時，得到的綜合評分值最高，此條件下對應(yīng)的干燥時間、總酚含量、總黃酮含量、VC含量及總糖含量分別為270 min、359.62、223.13、11.81 mg/100 g及30.71 g/100 g，從而在實現(xiàn)較短干燥時間的同時得到較高的營養(yǎng)成分含量。

3 結(jié) 論

本研究以紫薯為實驗材料，進(jìn)行遠(yuǎn)紅外輻射干燥的實驗研究。輻射溫度及輻射距離對紫薯干燥速率和干燥時間有極顯著影響，提高輻射溫度及縮短輻射距離有利于提高干燥速率。紫薯干燥的有效水分?jǐn)U散系數(shù)在2.42×10-10～4.64×10-10m2/s之間，且隨著輻射溫度的升高而增大，隨著輻射距離的增大而減小，說明增加輻射溫度或減小輻射距離均有利于加快物料內(nèi)部水分?jǐn)U散及表面水分的蒸發(fā)，進(jìn)而提高干燥速率，縮短干燥時間。

輻射溫度及輻射距離對總酚、總黃酮、總糖含量及VC的保存率均有顯著影響。在輻射距離為6 cm和10 cm時，隨著輻射板溫度的升高，總酚、總黃酮和總糖的含量呈先上升后下降的趨勢，VC含量則呈下降趨勢；在輻射距離為14 cm時，VC和總糖含量隨輻射溫度的升高呈先上升后下降的趨勢，總酚和總黃酮含量則隨輻射溫度的升高而增加。

經(jīng)加權(quán)綜合評分法優(yōu)化，確定遠(yuǎn)紅外輻射干燥紫薯的最佳工藝參數(shù)為：輻射溫度240 ℃及輻射距離14 cm，對應(yīng)的干燥時間、總酚含量、總黃酮含量、VC含量及總糖含量分別為270 min、359.62、223.13、11.81 mg/100 g及30.71 g/100 g。

參考文獻(xiàn)：

[1] 史光輝, 胡志和, 馬科銘, 等. 紫薯花青素提取條件優(yōu)化及淀粉等產(chǎn)物的制備[J]. 食品科學(xué), 2014, 35(22): 39-45. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201422008.

[2] 吳昊. 紫甘薯色素的亞臨界水萃取及其性質(zhì)研究[D]. 哈爾濱: 東北農(nóng)業(yè)大學(xué), 2013: 1-4.

[3] WANG S M, YU D J, KYUNG B S. Quality characteristics of purple sweet potato (Ipomoea batatas) slices dehydrated by the addition of maltodextrin[J]. Horticulture, Environment, and Biotechnology, 2011,52(4): 435-441. DOI:10.1007/s13580-011-0015-x.

[4] MASKAN M. Drying, shrinkage and rehydration characteristics of kiwifruits during hot air and microwave drying[J]. Journal of Food Engineering, 2001, 48(2): 177-182. DOI:10.1016/S0260-8774(00)00155-2.

[5] CO?KUN S, DOYMAZ I, TUN?KAL C, et al. Investigation of drying kinetics of tomato slices dried by using a closed loop heat pump dryer[J]. Heat and Mass Transfer, 2016, 53(6): 1863-1871.DOI:10.1007/s00231-016-1946-7.

[6] AKTAS M, SEVIK S, AKTEKELI B. Development of heat pump and infrared-convective dryer and performance analysis for stale bread drying[J]. Energy Conversion and Management, 2016, 113: 82-94.DOI:10.1016/j.enconman.2016.01.028.

[7] SAENGRAYAP R, TANSAKUL A, MITTAL G S. Effect of farinfrared radiation assisted microwave-vacuum drying on drying characteristics and quality of red chilli[J]. Journal of Food Science &Technology, 2015, 52(5): 2610-2621. DOI:10.1007/s13197-014-1352-4.

[8] NIMMOL C, DEVAHASTIN S, SWASDISEVI T, et al. Drying and heat transfer behavior of banana undergoing combined low-pressure superheated steam and far-infrared radiation drying[J]. Applied Thermal Engineering, 2007, 27(14): 2483-2494. DOI:10.1016/j.applthermaleng.2007.02.003.

[9] 潘永康, 王喜忠, 劉相東. 現(xiàn)代干燥技術(shù)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2007: 549-582.

[10] LEONARD A, BLACHER S, NIMMOL C, et al. Effect of farinfrared radiation assisted drying on microstructure of banana slices:an illustrative use of X-ray microtomography in microstructural evaluation of a food product[J]. Journal of Food Engineering, 2008,85(1): 154-162. DOI:10.1016/j.jfoodeng.2007.07.017.

[11] NATHAKARANAKULE A, JAIBOON P, SOPONRONNARIT S. Far-infrared radiation assisted drying of longan fruit[J]. Journal of Food Engineering, 2010, 100(4): 662-668. DOI:10.1016/j.jfoodeng.2010.05.016.

[12] AN Kejing, ZHAO Dandan, WANG Zhengfu, et al. Comparison of different drying methods on Chinese ginger (Zingiber officinale Roscoe): changes in volatiles, chemical profile, antioxidant properties,and microstructure[J]. Food Chemistry, 2016, 197: 1292-1300.DOI:10.1016/j.foodchem.2015.11.033.

[13] SEUNG H L, YOU J J. Effects of far infrared radiation drying on antioxidant and anticoagulant activities of Ecklonia cava extracts[J].Journal of the Korean Society for Applied Biological Chemistry, 2010,53(2): 175-183. DOI:10.3839/jksabc.2010.029.

[14] 劉云宏, 吳建業(yè), 劉建學(xué), 等. 超聲滲透脫水-熱風(fēng)干燥梨的研究[J].食品科學(xué), 2014, 35(3): 23-28. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201403005.

[15] CORREA J L G, BRAGE A M P, HOCHHEIM M, et al. The influence of ethanol on the convective drying of unripe, ripe, and overripe bananas[J]. Drying Technology, 2012, 30(8): 817-826. DOI:10.1080/0 7373937.2012.667469.

[16] KIM D O, JEONG S W, LEE C Y. Antioxidant capacity of phenolic phytochemicals from various cultivars of plums[J]. Food Chemistry,2003, 81(3): 321-326. DOI:10.1016/S0308-8146(02)00423-5.

[17] BOUAYED J, HOFFMANN L, BOHN T. Total phenolics, flavonoids,anthocyanins and antioxidant activity following simulated gastrointestinal digestion and dialysis of apple varieties: bioaccessibility and potential uptake[J]. Food Chemistry, 2011, 128(1): 14-21.DOI:10.1016/j.foodchem.2011.02.052.

[18] 孫鵬, 王寧, 孫先鋒. 兩種方法對蘋果中維生素C含量測定的比較[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 50(16): 3386-3388. DOI:10.3969/j.issn.0439-8114.2011.16.046.

[19] 王俊剛, 張樹珍, 楊本鵬, 等. 3,5-二硝基水楊酸(DNS)法測定甘蔗莖節(jié)總糖和還原糖含量[J]. 甘蔗糖業(yè), 2008(5): 45-49. DOI:10.3969/j.issn.1005-9695.2008.05.010.

[20] SONG X Y, CHENG L M. Study of iron yam-chip (Dioscorea opposita thunb. cv. tiegun) dehydration using far-infrared radiation assisted heat pump drying[J]. Journal of Food & Nutrition Research, 2015, 3(1): 20-25.

[21] 程曉燕, 劉建學(xué). 遠(yuǎn)紅外技術(shù)在食品工程中的應(yīng)用與進(jìn)展[J]. 河南科技大學(xué)學(xué)報(農(nóng)學(xué)版), 2003, 23(3): 51-54.

[22] DOYMAZ I, KARASU S, BASLAR M. Effects of infrared heating on drying kinetics, antioxidant activity, phenolic content, and color of jujube fruit[J]. Journal of Food Measurement & Characterization,2016, 10(2): 283-291. DOI:10.1007/s11694-016-9305-4.

[23] 劉云宏, 李曉芳, 苗帥, 等. 南瓜片超聲-遠(yuǎn)紅外輻射干燥特性及微觀結(jié)構(gòu)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2016, 32(10): 277-286. DOI:10.11975/j. issn.1002-6819. 2016.10.038.

[24] CHEN Q Q, BI J F, WU X Y, et al. Drying kinetics and quality attributes of jujube (Zizyphus jujuba Miller) slices dried by hot-air and short- and medium-wave infrared radiation[J]. Food Science and Technology, 2015, 64(2): 759-766. DOI:10.1016/j.lwt.2015.06.071.

[25] 馬海樂, 王娟, 劉斌, 等. 馬鈴薯片紅外加熱滅酶脫水試驗及動力學(xué)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2015, 31(7): 304-310. DOI:10.3969/j.issn.1002-6819.2015.07.043.

[26] SENEVIRATHNE M, KIM S, KIM Y, et al. Effect of far-infrared radiation drying of citrus press-cakes on free radical scavenging and antioxidant activities[J]. Journal of Food Engineering, 2010, 97(2):168-176. DOI:10.1016/j.jfoodeng.2009.10.006.

[27] NING Xiaofeng, HAN C S, CHO S C, et al. Far-infrared drying characteristics and quality assessment of Ligularia fischeri[J]. Food Science and Biotechnology, 2013, 22(1): 281-288. DOI:10.1007/s10068-013-0078-9.

[28] ERNEST E A. Influence of hot-air, microwave-vacuum, and farinfrared catalytic drying on drying kinetics and quality of tomato slices[D]. 鎮(zhèn)江: 江蘇大學(xué), 2013: 38-58.

[29] 郭玲玲, 周林燕, 畢金峰, 等. 香菇中短波紅外干燥工藝優(yōu)化[J]. 食品科學(xué), 2016, 37(6): 44-51. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201606008.

[30] LAN Xiaohong, LIU Ping, XIA Shuqin, et al. Temperature effect on the non-volatile compounds of Maillard reaction products derived from xylose-soybean peptide system: further insights into thermal degradation and cross-linking[J]. Food Chemistry, 2010, 120(4):967-972. DOI:10.1016/j.foodchem.2009.11.033.