熱泵溫度對白蘿卜干燥速率及品質的影響

余洋洋 唐道邦 溫 靖 吳繼軍 余元善 安可婧 鄒 穎

(1. 廣東省農業科學院蠶業與農產品加工研究所，廣東 廣州 510610； 2. 廣東省農產品加工重點實驗室，廣東 廣州 510610)

白蘿卜(Raphanussativus)又名萊菔、蘆菔、土人參等，原產歐洲，十字花科蘿卜屬根菜類蔬菜的主要品種之一[1]。白蘿卜中含有蛋白質、脂肪、多糖、膳食纖維、芥子油苷、胡蘿卜素、VC、VE、鈣、鐵、鋅等[2]，具有豐富的營養價值和防病保健功能。新鮮白蘿卜水分活度高，易腐爛、糠心、存放不方便等[3]。近幾年來，干燥是白蘿卜加工的重要方式，蘿卜干風味獨特，深受人們喜愛，市場前景廣闊。而傳統的干制方法為自然干制法，容易受微生物污染、氣候變化等多方面的影響；熱風干燥是目前最常用的干燥技術，具有設備簡單、操作容易和成本低廉等優勢[4]，但熱風干燥能源消耗較大、干燥不均，產品品質參差不齊[5]；微波干燥具有干燥時間短、熱效率高、清潔生產且兼有殺菌作用等特點，但設備成本高，在農產品加工企業運用較少[6]；王鑫等[7]通過真空遠紅外干燥設備對白蘿卜干燥進行了研究，結果表明：熱效率高，干燥時間短，細胞破損、變形少，可以較好地保留新鮮食品中的營養成分，但現在多數干燥設備的研究基于微型企業或實驗室，不能滿足企業的規模化生產[8]。

目前，熱泵干燥技術(HPD)能夠有效利用熱源，不僅能較好地保留物料中的熱敏性物質，還具有“高效節能、環境友好”優勢，在蔬菜加工領域得到了迅速推廣[9]。藍炎陽等[10]研究顯示，熱泵干燥后產品可很好地保持各種營養成分，減少營養損失。秦學磊等[11]研究發現，熱泵干燥的胡蘿卜葉綠素保留最多，含量最高，表面孔徑較大，收縮程度最小，并認為采用熱泵干燥的胡蘿卜干制品的綜合品質最好。詹歌等[12]研究表明，熱泵干燥的菊花樣品抗氧化性(自由基清除能力、脂質過氧化抑制能力)、感官評分顯著高于熱風干燥的菊花樣品。林羨等[13]研究表明，熱泵干燥溫度對龍眼的干燥效果影響最顯著。熱泵溫度是影響物料干燥品質的重要因素，目前，關于熱泵溫度對白蘿卜干燥品質影響的研究尚未見報道。

試驗擬采用不同熱泵溫度對白蘿卜進行干燥，研究熱泵溫度對白蘿卜干燥速率、營養成分及微觀結構等的影響，為熱泵干燥技術在白蘿卜干加工中的應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

白蘿卜：短葉13號，水分含量(95.3±0.8)%，廣東省蘿卜產業園。

1.2 儀器與設備

高溫熱泵干燥箱：GHRH-20型，廣東省農業機械研究所；

紫外分光光度計：UV-1800型，日本島津公司；

高效液相色譜儀：LC-20A型，日本島津公司；

全自動色差儀：Ultra Scan VIS型，美國Hunter Lab公司；

智能超聲清洗機：DL-800B型，上海之信儀器有限公司。

1.3 干燥方法

將白蘿卜均勻切成長度約60 mm，厚度5 mm，均勻鋪在干燥盤上，熱泵干燥條件為風速1.0 m/s，溫度分別為50，55，60，65 ℃，干燥至水分含量為(8±1)%。

1.4 指標測定

1.4.1 干基含水率 按GB 5009.3—2010執行。

1.4.2 脫水速率 按式(1)計算脫水速率。

R=(W0-Wt)/T，

(1)

式中：

R——脫水速率，g/h；

W0——物料初始含水量，g；

Wt——干燥t時刻物料含水量，g；

T——干燥過程總時間，h。

1.4.3 色澤 采用色差計測定。其中L*表示樣品黑白程度；a*代表樣品紅綠程度；b*表示樣品紅藍程度；以干燥前白蘿卜為對照，△E代表干燥前后色澤變化。

1.4.4 總糖 按GB/T 15672—2009執行。

1.4.5 蛋白質 按GB/T 5009.5—2010執行。

1.4.6 脂肪 按GB/T 5009.6—2016執行。

1.4.7 VC按GB/T 6195—1986執行。

1.4.8 復水率 將干燥后的白蘿卜干放入 40 ℃去離子水中2 h，使其充分吸水，然后稱量[14]，按式(2)計算白蘿卜的復水率。

(2)

式中：

RR——復水率，%；

m1——白蘿卜干燥樣品質量，g；

m2——復水后白蘿卜質量，g。

1.4.9 微觀結構 將樣品剪切后固定在樣品架上，經過黏臺離子濺射鍍金后，使用環境掃描電鏡(ESEM)觀察并拍照。

1.4.10 數據分析 試驗結果以(平均數±標準差)表示。利用 SPSS 21.0軟件對數據進行統計分析，顯著水平P≤0.05，字母不同表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 對白蘿卜干燥特性的影響

由圖1可知，熱泵溫度50，55，60，65 ℃下，白蘿卜含水量降至(8±1)%分別需12，11，10，9 h。白蘿卜含水量隨干燥時間的增加而降低，且隨著熱泵溫度的升高，干燥時間縮短，熱泵溫度越高，水分含量下降越快。白蘿卜失水速率曲線在初始階段快速增長，干燥2 h后到達峰值進入短暫的恒速干燥階段，再緩慢下降進入降速干燥階段至失水速率漸漸變得平緩并趨近于0。當熱泵溫度為50，55，60，65 ℃時，最大干燥速率分別為4.69，4.94，5.35，5.81 g/h。熱泵溫度增加提高了白蘿卜對熱能的吸收量，加快了物料中水分蒸發和擴散。

2.2 對白蘿卜色澤的影響

由表1可知，當熱泵溫度為55，60 ℃時，L*分別為77.10±2.95，76.32±2.16，a*分別為2.06±0.79，1.88±0.23，均無顯著性差異，但與熱泵溫度50，65 ℃下白蘿卜干的差異性顯著。這可能是低溫干燥過程中干燥時間長、水分高，促進了白蘿卜干燥過程中褐變的發生，而高溫干燥促進了白蘿卜中美拉德反應的發生[15]。不同熱泵溫度下，b*差異性不顯著。當熱泵溫度為55 ℃ 時，△E最小，表明55 ℃熱泵干燥前后白蘿卜顏色變化最小。楊曉紅等[16]研究發現干燥溫度過低或過高都會使木瓜粉顏色加深。

圖1 不同熱泵溫度下白蘿卜干燥特性曲線和

Figure 1 Drying characteristics and drying rate curves of different heat pump drying temperature

表1熱泵溫度對白蘿卜色澤變化的影響

Table1Effectsofdifferentheatpumpdryingtemperatureonthecolorchangeofwhitedriedturnip

熱泵溫度/℃L*a*b*△E5071.69±1.17b1.59±0.14b18.04±1.70a7.64±0.82ab5579.10±2.05a2.06±0.19a21.43±1.29a5.35±0.61b6077.32±1.06a1.88±0.23ab19.93±1.09a6.69±0.91b6573.10±1.70b1.28±0.13b20.87±1.47a8.65±0. 74a

2.3 對白蘿卜營養成分的影響

由表2可知，熱泵溫度越高，蛋白質、總糖含量越低，可能是高溫促進美拉德反應，反應所需的蛋白質、糖越多，白蘿卜干中蛋白質、糖含量就越低；熱泵溫度65 ℃的脂肪含量顯著低于其他組的；VC含量隨熱泵溫度的升高而降低，可能是VC的熱敏性高，熱的作用造成VC發生熱氧化、熱裂解。

表2熱泵溫度對白蘿卜干營養成分的影響

Table2Effectsofdifferentheatpumpdryingtemperatureonthenutritionalqualityofwhitedriedturnip g/100g

熱泵溫度/℃總糖蛋白質脂肪VC5030.35±1.16a6.14±0.46a2.56±0.31a0.28±0.01a5527.56±1.29b5.59±0.31a2.74±0.24a0.21±0.03b6020.76±1.08c4.54±0.44b2.57±0.18a0.16±0.02b6518.65±1.82c3.86±0.37b2.03±0.17b0.10±0.01c

2.4 對白蘿卜復水率的影響

復水是指干制品吸收水分后復原的過程，可以反映物料由干燥引起的結構變化和細胞結構的破壞程度[17]。復水率越高，說明干燥對產品的結構組織和細胞破壞程度越小，干制品品質越好。由圖2可知，熱泵溫度65 ℃下的產品復水率顯著低于55，60 ℃的；而熱泵溫度55，60 ℃ 下的產品復水率無顯著差異；當熱泵溫度為55 ℃時，白蘿卜組織結構破壞程度輕，具有較好的復水能力；復水能力為55 ℃>60 ℃>50 ℃>65 ℃。高溫破壞了組織結構，收縮率較大，復水能力降低，而低溫熱泵干燥形成多孔狀組織結構，具有較強的復水能力[18]；50 ℃雖然溫度較低，但干燥時間長，水分轉移速度受到延緩，同樣對白蘿卜組織結構破壞嚴重，降低了產品復水率。

2.5 對白蘿卜微觀結構的影響

白蘿卜干燥是一個水分減少的過程，果肉組織細胞壁結構破壞、胞壁物質皺縮，出現許多波形皺褶，宏觀上果實皺縮干癟；微觀上細胞壁微絲排列由緊密有序變得松散無序[18]。由圖3可知，干燥過程中，細胞中水分快速汽化膨脹，蒸汽壓力增強，導致細胞壁擴張，隨著水分的脫離，細胞出現卷曲、皺縮或微小的斷裂變形[19]。當熱泵溫度為55，60 ℃時，產品細胞組織保存較完整，細胞破損、變形較少，較好地延緩了蔬菜組織的皺縮與干硬，進而保持了組織超微結構的完整性，使得白蘿卜干組織完好；當熱泵溫度為65 ℃時，產品組織結構變形、皺縮、破損較嚴重，是因為高溫使果皮迅速失水出現皺縮，進而破壞了蔬菜細胞結構和與果肉組織相互交織的網狀結構，細胞間分離[20]。

圖2 熱泵溫度對白蘿卜干復水率的影響

Figure 2 Effects of different heat pump drying temperature on rehydration rate of white dried turnip

圖3 不同熱泵溫度下的ESEM圖

Figure 3 ESEM photos of microstructure of white dried turnip by different heat pump drying temperature (200×)

3 結論

試驗結果表明，熱泵溫度50，55，60，65 ℃下，白蘿卜含水量降至(8±1)%分別需12，11，10，9 h；熱泵溫度對白蘿卜理化性狀均有一定影響，當熱泵溫度為55，60 ℃時，白蘿卜色澤保持較好；影響白蘿卜干復水率的熱泵溫度依次為55 ℃>60 ℃>50 ℃>65 ℃，其中55，60 ℃的差異不顯著；當熱泵溫度為50 ℃時，白蘿卜干總糖、蛋白質和VC含量最高，且隨熱泵溫度的升高而降低；且熱泵溫度50 ℃下的白蘿卜干細胞破損和變形較少，組織結構破壞較輕。綜合考慮，以55 ℃熱泵干燥11 h比較合適，此時白蘿卜干色澤、營養成分保留程度高，組織結構破壞較輕，產品品質較好。后續還需對熱泵干燥過程中切片厚度、鋪盤量、能耗等進行研究。