紅棗熱風(fēng)干燥特性的單因素試驗(yàn)分析

木合塔爾·米吉提，吾爾泥沙·吐尼牙孜，瑪依努爾·托乎提

(阿克蘇職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，新疆 阿克蘇 843000)

0 引言

據(jù)史料記載，紅棗的營養(yǎng)保健價(jià)值在遠(yuǎn)古時(shí)期就被人們發(fā)現(xiàn)并利用。《詩經(jīng)》已有“八月剝棗”的記載了。《禮記》上有“棗栗飴蜜以甘之”，并用于菜肴制作。紅棗又名大棗，性溫味甘，含有蛋白質(zhì)、脂肪、糖及豐富的維生素，還含有多種礦物質(zhì)等，營養(yǎng)成分十分豐富，民間有“天天吃紅棗，一生不顯老”之說。紅棗不僅是人們喜愛的水果，而且還是一味滋補(bǔ)、養(yǎng)血、安神的良藥[1-3]。紅棗鮮果因含水量高、不易儲存和運(yùn)輸，造成了極大的浪費(fèi)，故紅棗的深加工很有必要，采用熱風(fēng)干燥方法加工是目前使用最廣泛的方法之一。采用熱風(fēng)干燥紅棗的研究有許多，李煥榮等[4]使用兩種不同的干燥方式進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)干燥時(shí)干燥溫度對紅棗品質(zhì)的影響最大。香氣也是紅棗品質(zhì)區(qū)分的標(biāo)準(zhǔn)之一，不同的干燥溫度對香氣的影響也存在著差異[5-8]。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)確定干燥溫度，不同的升溫方法也會影響紅棗的品質(zhì)[9-17]，熱風(fēng)干燥工藝已經(jīng)成熟[18-20]。

本試驗(yàn)采用熱風(fēng)干燥的方式加工紅棗干制品，分析紅棗干燥的影響因素，并對影響因素進(jìn)行試驗(yàn)分析，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果找出各個(gè)影響因素對干燥速率的影響，并通過分析研究各個(gè)影響因素對紅棗的品質(zhì)和香氣的影響，比較出各個(gè)因素對紅棗干燥的影響大小，為紅棗干制品的生產(chǎn)加工提供參考。

1 試驗(yàn)分析設(shè)計(jì)

1.1 分析原理

在熱風(fēng)干燥過程中，主要影響因素有溫度、風(fēng)速及紅棗排密。本文采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)溫度為30、40、50℃，風(fēng)速為0.4、0.8、1.2m/s，紅棗排密為10、12、14kg/m2，分別進(jìn)行單因素試驗(yàn)，分析單因素的干燥特性。試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示，通過3組試驗(yàn)進(jìn)行。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

本試驗(yàn)使用的設(shè)備主要有紅棗薄層連續(xù)干燥試驗(yàn)臺、電熱鼓風(fēng)干燥箱(WL861-2型)、電子天平、毛發(fā)溫濕度表KTH-1和TES-1341熱線式風(fēng)速計(jì)等。

試驗(yàn)時(shí)，溫度、濕度和風(fēng)速通過紅棗薄層連續(xù)干燥試驗(yàn)臺、電熱鼓風(fēng)干燥箱(WL861-2型)控制調(diào)節(jié)，毛發(fā)溫濕度表KTH-1測量濕度，TES-1341熱線式風(fēng)速計(jì)測量風(fēng)速，采用電子天平測量紅棗的質(zhì)量后進(jìn)行干燥可以控制紅棗干燥排密。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)采用新疆樓蘭紅棗，未經(jīng)加工的鮮果產(chǎn)地為新疆巴音郭楞蒙古自治州若羌縣境內(nèi)。紅棗鮮果含水率為78%±3%，挑選無破損、蟲蛀、霉?fàn)€，個(gè)頭飽滿的紅棗進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)紅棗不采用清水清洗，采用75%的酒精擦拭，在試驗(yàn)前用保鮮袋存放，并放在冰箱保鮮層中。

2.2 試驗(yàn)參數(shù)

紅棗干燥特性分析以含水率來表示，紅棗干燥特性曲線以時(shí)間為橫坐標(biāo)，含水率為縱坐標(biāo)。不同干燥時(shí)間紅棗的干基含水率P為

(1)

式中D—干燥速率；

MT—在干燥時(shí)間T時(shí)的質(zhì)量(g)；

M0—紅棗的初始質(zhì)量(g)。

(2)

式中D—干燥速率；

T2、T1—時(shí)間；

P2、P1—時(shí)間在T2、T1時(shí)的含水率(%)。

2.3 試驗(yàn)評價(jià)指標(biāo)

紅棗的干燥特性的單因素分析中，紅棗的含水率為控制指標(biāo)之一。香氣的控制也是紅棗干制品的重要分級指標(biāo)，干燥效果好的紅棗香氣不被大量破壞，成品有著清新的棗香味。

紅棗的色澤是人們購買紅棗的直接影響因素，在紅棗干燥過程中應(yīng)考慮到。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5835-2009 《干制紅棗》的要求，應(yīng)保證紅棗干制品的棗皮呈玫紅色、有光澤；紅棗的外形完整，果實(shí)飽滿，大小均勻，無硬皮，無霉?fàn)€，干燥均勻，口感無焦味，棗肉甜潤，肉質(zhì)緊密、肥厚。

3 試驗(yàn)與結(jié)果

3.1 溫度單因素試驗(yàn)

根據(jù)參考文獻(xiàn)及試驗(yàn)確定風(fēng)速為0.4m/s，排密12kg/m2，溫度為30、40、50℃。在上述基礎(chǔ)上開始溫度單因素分析試驗(yàn)，3個(gè)不同溫度下的干燥曲線如圖1所示。由圖1可以看出：隨著干燥時(shí)間的增加，試驗(yàn)品紅棗的含水率逐漸降低。

圖1 不同溫度干燥曲線

不同溫度干燥速率如表2所示。由表2可以看出：紅棗干燥溫度越高，速率越高；在紅棗干燥初期，干燥溫度設(shè)置高的試驗(yàn)組，紅棗干燥速率高。速率在紅棗干燥后期沒有明顯的增加，是因?yàn)樵诟稍锖笃诩t棗中自由水減少，剩余的結(jié)合水難以析出，故干燥速率不再增加。

表2 不同溫度干燥速率

Table 2 Different temperature drying rate %/h

30℃干燥速率40℃干燥速率50℃干燥速率122124235324445565666667778888888

經(jīng)觀察，干燥后的紅棗呈玫紅色至深紅色，有棗香味。在干燥溫度高的條件下，紅棗的顏色更深，紅棗中的維生素C在加熱時(shí)氧化分解，與氨基酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使紅棗顏色加深，紅棗的糖分焦糖化，也會導(dǎo)致紅棗的顏色加深。3種不同的溫度干燥下，觀察色澤發(fā)現(xiàn)：50℃干燥溫度的紅棗顏色最深，30℃、40℃的紅棗顏色較淺，色澤光亮度比較好。因?yàn)榧t棗的含糖和維生素C很重要，為不影響紅棗的品質(zhì)，干燥時(shí)選擇干燥溫度不宜太高。

3.2 風(fēng)速單因素試驗(yàn)

根據(jù)前期試驗(yàn)及參考文獻(xiàn)確定溫度為40℃，排密12kg/m2，風(fēng)速試驗(yàn)數(shù)據(jù)為0.4、0.8、1.2m/s。在上述基礎(chǔ)上開始風(fēng)速的單因素分析試驗(yàn)，3種不同風(fēng)速下的干燥曲線如圖2所示。由圖2可知：隨著干燥時(shí)間的增加，紅棗的含水率逐漸降低，風(fēng)速低條件下干燥時(shí)間需要更多，但3種不同風(fēng)速下的紅棗含水率差別不大。

圖2 不同風(fēng)速干燥曲線

不同風(fēng)速干燥速率如表3所示。由表3可知：3組試驗(yàn)數(shù)據(jù)相差不大，紅棗含水率對比國家表GB/T 5835-2009 《干制紅棗》的要求都可以達(dá)標(biāo)。試驗(yàn)后觀察紅棗感官性狀，紅棗的色澤呈深紅色，紅棗外觀飽滿，大小均勻，口嘗棗肉清甜，無異味。3組試驗(yàn)的棗香味存在差異，風(fēng)速高時(shí)干燥的紅棗的棗香味比較淡，風(fēng)速低時(shí)干燥的紅棗香味比較濃。為保持紅棗的較高品質(zhì)，干燥時(shí)風(fēng)速不宜過大，否則會帶走紅棗的香氣，造成紅棗品質(zhì)的下降。

表3 不同風(fēng)速干燥速率

Table 3 Different wind speed drying rate %/h

0.4m/s干燥速率0.8m/s干燥速率1.2m/s干燥速率213323444455

續(xù)表3

3.3 排密單因素試驗(yàn)

根據(jù)前期試驗(yàn)及參考文獻(xiàn)，確定溫度為40℃，風(fēng)速為0.4m/s，排密試驗(yàn)數(shù)據(jù)為10、12、14kg/m2。在上述基礎(chǔ)上開始排密的單因素分析試驗(yàn)，對3種不同排密下的干燥曲線進(jìn)行排密因素的分析，如圖3所示。

圖3 不同排密干燥曲線

由圖3可知：隨著干燥時(shí)間的增加，紅棗的含水率逐漸降低，不同排密對紅棗干燥有著比較大的影響，排密少的紅棗干燥效果更佳。紅棗排密過大會影響紅棗中水分的蒸發(fā)，紅棗占據(jù)空間，減少空隙，無法使熱風(fēng)對流帶走水汽，對干燥產(chǎn)生不良影響；過稀會造成紅棗干燥成本的增加。因此，應(yīng)用合適的干燥密度不會造成成本的浪費(fèi)，且能達(dá)到最佳的干燥效果。

不同排密干燥速度率如表4所示。由表4可知：3組試驗(yàn)數(shù)據(jù)紅棗含水率的要求達(dá)標(biāo)。根據(jù)試驗(yàn)前期數(shù)據(jù)，紅棗干燥密度小，前期干燥速率大，干燥空間的空隙大，紅棗中水分蒸發(fā)快，紅棗干燥見效快；另外，紅棗干燥時(shí)，接觸到其它物質(zhì)時(shí)，會影響紅棗接觸面的色澤。因此，選擇合適的干燥排密可以提高干紅棗的品質(zhì)。

紅棗的干燥程序分為兩個(gè)階段：一是紅棗內(nèi)的自由水向表面轉(zhuǎn)移的過程；二是紅棗中轉(zhuǎn)移到表面的水分受熱蒸發(fā)轉(zhuǎn)移到空氣中成為水蒸氣的過程。溫度的影響主要在第1階段，溫度的升高有利于紅棗內(nèi)部水分的轉(zhuǎn)移，風(fēng)速有利于轉(zhuǎn)移紅棗表面的水分。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知：溫度對紅棗干燥的影響最大，風(fēng)速次之，最后是排密。

表4 不同排密干燥速率

Table 4 Different sorting drying rate %/h

10干燥速率12干燥速率14干燥速率3213324435445556557668669779889109

4 結(jié)論

1)溫度、風(fēng)速和排密都能影響紅棗干燥速率，但影響程度有所差異。其中，溫度對紅棗干燥需要的時(shí)間、速率影響較大，而風(fēng)速的影響比較偏重在香氣方面，排密可以比較好的保存紅棗的外觀。

2)本試驗(yàn)對于紅棗深加工工藝中的干燥工藝、干燥采用的設(shè)備及干燥程序的控制提供了參考數(shù)據(jù)，有利于更好地控制加工過程，確定最佳的干燥工藝參數(shù)，減少紅棗鮮果的浪費(fèi)，獲得更高品質(zhì)的紅棗干制品，提高紅棗的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)紅棗加工的優(yōu)化。

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