微波-熱風聯合干燥在芒果果脯加工中的應用

張強，鄧酥萍，張娜英，李露，周裔彬，*

（1.安徽農業大學茶與食品科技學院，安徽合肥230036；2.安徽省農產品加工工程實驗室，安徽合肥230036）

芒果是熱帶地區的一種名貴水果，以其良好的形、色、香、味而聞名于世，享有“熱帶水果之王”的美譽[1]，但其耐貯藏性相對于一般的水果較差，而且芒果是具有較為旺盛的采后生理代謝狀態的一種水果，采摘后極易進入后熟軟化狀態，從而硬度加速下降，芒果不易貯藏的主要生理因素就在于此。同時在芒果的生長成熟過程中，環境中的微生物等十分容易侵害或污染到芒果本身，故而在采后的貯藏、運輸以及銷售過程中極易造成大量的腐敗變質，損失嚴重[2-4]。

因此，芒果的深加工變得尤為重要。將新鮮芒果進行深加工不僅能夠使芒果的經濟附加值得以提高，延長芒果的產業鏈，并且能增加商品品類的數量，為人們提供更多選擇[5]。在干燥工藝中，脫水干燥是農產品長期貯藏的一項重要技術手段。一般來說，芒果的干燥方法主要是以熱風干燥為主，其優勢為操作工藝較為簡單、投資成本較少，但熱風干燥法也存在干燥時間相對較長、效率降低、果脯的品質可能會有一定程度的下降等缺點。

微波其本身具有很強的穿透性，可以做到內外同時加熱被干燥的物體，當利用微波進行加熱時，不會出現內生外熟的狀況，其不需要熱傳導，所以微波加熱的加熱速度是極快的，而且不論被加熱的物體是何形狀，因為微波穿透性極強，所以可以做到被加熱物體的內外溫度幾乎保持一樣，加熱均勻，極大地縮短了干燥時間，提高了干燥物體的質量以及脫水的效果[6-8]。數年來，微波干燥技術發展日新月異，因其具有干燥速度較快、節約能源消耗、操作簡單方便、無污染等優點，在食品加工工業中得到了廣泛地應用與推廣[9]。本研究為了提高干燥芒果果脯的效率、縮短干燥芒果果脯的時間、提高產品的質量，故而將微波干燥工藝和熱風干燥工藝聯合起來使用，使其優勢互補，從而期望其能夠對實際生產操作提供一定的依據和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

八成熟新鮮的水仙芒、白砂糖、麥芽糖、糖霜：市售；氯化鈣、檸檬酸（均為食品級）：泉州市泉洋化工有限公司。

GZX-9246 MBE鼓風干燥箱：上海博訊實業有限公司醫療設備廠；AEI-200電子分析天平：陜西衡器廠；DK-98電子調溫萬用電爐：天津市秦斯特儀器有限公司；CEM SAM-255微波干燥儀：美國培安有限公司；WZ-103手持式折光儀：浙江托普儀器有限公司；玻璃器皿等。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

選料→去皮、削核→切片→硬化→糖制→微波干燥→熱風干燥→常溫（25℃）冷卻→裹糖霜→密封保存

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 選料

采用八分熟、果實新鮮、外表無機械傷、果肉無粗纖維的水鮮芒為原料，將之清洗干凈[10]。

1.2.2.2 去皮、削核

要求去皮后外表光滑，去皮厚度應不超過1 mm。然后，將芒果切開，削去核。

1.2.2.3 切分、硬化

將果肉立刻進行切分，每一枚芒果一般切成5片～6片，要求大小、薄厚均勻一致，厚度約6 mm，切分后立即放入到濃度為0.2%的氯化鈣溶液中，浸泡1h后撈出，漂洗干凈。

1.2.2.4 糖制

先糖腌，后糖煮。按照果肉∶糖質量比為100∶40，一層果肉一層糖，糖量下少上多，最上層以糖覆蓋，腌漬24 h～32 h。接著進行糖煮，將糖漬液置于鍋中，加入0.5%的檸檬酸，加熱至沸騰狀態，調整糖液濃度至50%～55%，之后加入果肉煮制，煮制約20 min，再按照果肉∶麥芽糖質量比100∶10加入麥芽糖煮制糖液濃度為70%，出鍋，整個過程約為40 min～50 min。

1.2.2.5 干燥

首先將糖制好的芒果進行微波間歇性干燥，再將芒果轉入熱風干燥箱，干燥至其濕基含水率為16%～18%，常溫（25℃）靜置冷卻。

1.2.2.6 裹糖霜

將冷卻后的芒果果脯均勻裹上糖霜后在干燥狀態下進行密封貯存[11]。

1.3 單因素和響應面試驗設計

1.3.1 微波功率試驗設計

做5組試驗，微波功率分別設為300、350、400、450、500 W。每組稱取糖制好的芒果片100 g，第一階段進行微波干燥，干燥1 min，間歇1 min，直至轉換點含水率為60%停止，第二階段熱風干燥，熱風溫度為55℃，干燥至濕基含水率為16%～18%停止干燥，記錄干燥所用時間。

1.3.2 轉換點含水率試驗設計

做5組試驗，轉換點含水率分別設為45%、50%、55%、60%、65%。每組稱取糖制好的芒果片100 g，第一階段進行微波干燥，微波功率設為400 W，干燥1 min，間歇1 min，直至干燥至相應的轉換點含水率，第二階段進行熱風干燥，熱風溫度設為55℃，干燥至濕基含水率為16%～18%停止，記錄干燥所用時間。

1.3.3 熱風干燥溫度試驗設計

做5組試驗，熱風溫度分別設為40、45、50、55、60℃。每組稱取糖制好的芒果片100 g，第一階段進行微波干燥，微波功率設為400 W，干燥1 min，間歇1 min，干燥至轉換點含水率為60%停止，第二階段用相應的熱風溫度干燥至濕基含水率為16%～18%停止，記錄干燥所用時間。

1.3.4 響應面法優化微波與熱風聯合干燥試驗

采用Box-Behnken中心組合試驗設計進行優化改良研究，各因素的水平設計及編碼見表1，果脯評價標準見表2。

表1 試驗因素水平編碼表Table 1 Horizontal coding table of test factors

表2 普通果脯感官評價標準Table 2 Sensory evaluation criteria for preserved fruit

1.4 測定方法

1.4.1 濕基含水率的測定

濕基含水率計算公式[12-15]為：

式中：w為芒果片的含水率，%；mo為芒果片的初始質量，g；m1為芒果片干燥后的質量，g。

1.4.2 轉換點含水率的測定

轉換點含水率計算公式為：

式中：wt為t時刻轉換點含水率，%；mt為t時刻芒果片的質量，g；m0為芒果片的初始質量，g；w0為芒果片初始含水率，%。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 微波功率對芒果干感官評價的影響

按方法1.3.1進行干燥試驗，并參照表2對樣品進行評分，結果如圖1所示。

圖1 微波功率對感官評價的影響Fig.1 Effect of microwave power on sensory evaluation

由圖1可以看出，芒果干的感官評分隨著微波功率的增大先增大后減少，其感官評價最高處時微波功率為400 W，超過400 W時其感官評價呈現下降趨勢，原因在于隨著微波功率的過分增大，芒果內部出現氣泡或邊緣處部分焦化現象。

2.1.2 轉換點含水率對芒果干感官評價的影響

按方法1.3.2進行干燥試驗，并參照表2對樣品進行評分，結果如圖2所示。

圖2 轉換點含水率對感官評價的影響Fig.2 Effect of moisture content at the transition point on sensory evaluation

結果如圖2所示，芒果干的感官評價隨著轉換點含水率的增加呈現先增大后減少的趨勢，在轉換點含水率為60%時，其感官評分最高。同時可以看出過低水分對其的影響較大，原因在于，微波加熱時間較長，芒果容易發生褐變，對其色澤、氣味影響較大。

2.1.3 熱風溫度對芒果干感官評價的影響

按方法1.3.3進行干燥試驗，并參照表2對樣品進行評分，結果如圖3所示。

圖3 熱風溫度對感官評價的影響Fig.3 Effect of hot air temperature on sensory evaluation

結果如圖3所示，芒果干的感官評價隨著熱風溫度的增加呈現先增大后下降的趨勢，熱風溫度為55℃時，其感官評價最高。熱風溫度較低，其干燥至安全含水率所需時間過長，芒果容易收縮，而溫度過高，其表面有硬化現象，但內部過軟。主要是因為在干燥前期是水分快速蒸發的階段，樣品內部的糖液隨水分遷移到表面并形成了一層干硬膜[16-17]，從而出現外表硬化的現象。

2.2 響應面法優化與分析

根據表1的響應面因素水平編碼表進行聯合試驗設計，按照表3相應的操作條件對糖制后的芒果片進行干燥，并進行感官評價測試，測試各批樣品的色澤、滋味、外形，得出感官評價總值，數據經過整理后如表4所示。

表3 響應面分析試驗相關數據表Table 3 Data tables related to response surface analysis and test

表4 感官評價Table 4 Sensory evaluation

2.2.1 最佳干燥工藝條件的確定

應用Design-Expert 8.0.6軟件對優化試驗數據進行多元回歸擬合，得到感官評價（Y）對微波功率A、轉換點含水率B、熱風溫度C的回歸模型為：Y=75.49-3.04A+5.38B+2.11C+0.19AB+1.79AC-1.48BC-13.13A2-3.73B2-9.83C2。

表5 二次回歸模型方差分析Table 5 Analysis of variance of quadratic regression model

由表5可以看出，該模型的P值＜0.000 1，說明該方差模型中的各項因素和響應值間的線性關系十分顯著；該模型的相關系數為R2=0.981 8，說明該模型的相關性顯著，可以用此回歸方程對不同干燥條件下的芒果果脯的感官評價進行預測[18-20]。根據上述數據分析得到芒果脯最佳干燥工藝參數為：微波功率394.62 W、轉換點含水率63.55%、熱風溫度55.22℃。考慮到實際操作條件，對最佳工藝參數進行了修正：微波功率395 W、轉換點含水率64%、熱風溫度55℃，并在此條件下進行驗證試驗，結果表明，此條件制得的芒果果脯顏色鮮亮，有濃郁的芒果風味，口感軟硬適中。

2.2.2 干燥條件對感官評價的影響

可以從回歸模型中一次項的方差分析中看出，所設置的3種干燥條件中影響芒果干的感官評價值的因素為：B＞A＞C，故而對感官評價值影響的大小依次為：轉換點含水率＞微波功率＞熱風溫度，感官評價的變化最受轉換點含水率所影響。

2.2.3 雙因素對感官評價的影響

2.2.3.1 微波功率與轉換點含水率交互作用

當干燥過程中熱風溫度固定時，微波功率與轉換點含水率交互作用對感官評價的影響如圖4。

圖4 微波功率與轉換點含水率交互作用對感官評價的影響的響應面Fig.4 Response surface diagram of the interaction between microwave power and moisture content at the conversion point on sensory evaluation

由圖4可知，當固定熱風溫度時，芒果干的感官評價值隨著微波功率的增大而先增大后減小，隨著轉換點含水率的增大而增大，而且因為微波功率的曲線較陡，故而微波功率對感官評價值的影響比轉換點含水率顯著。

2.2.3.2 微波功率與熱風溫度交互作用

當干燥過程中轉換點含水率固定時，微波功率與熱風溫度交互作用對感官評價的影響如圖5。

圖5 微波功率與熱風溫度交互作用對感官評價的影響的響應面圖Fig.5 Response surface diagram of the effect of interaction between microwave power and hot air temperature on sensory evaluation

由圖5可知，當固定轉換點含水率時，芒果干的感官評價值隨著微波功率的增大，先是增大趨勢后呈減小趨勢，隨著熱風溫度的增大呈現出先增大后減小的趨勢，而且因為微波功率曲線較陡，所以微波功率對感官評價值的影響較熱風溫度顯著。

2.2.3.3 熱風溫度與轉換點含水率交互作用

當干燥過程中微波功率為定值時，轉換點含水率與熱風溫度的交互作用對感官評價值的影響如圖6所示。

圖6 轉換點含水率與熱風溫度交互作用對感官評價的影響的響應面Fig.6 Response surface diagram of the interaction between moisture content at the transition point and thermal air temperature on sensory evaluation

從圖6可以看出，當微波功率為定值時，芒果果脯的感官評價值隨著轉換點含水率的增大而呈現增大的趨勢，隨著熱風溫度的增大而呈現先增大后減小的趨勢，而且因為熱風溫度的狀態曲線較陡，故而熱風溫度對感官評價值的影響較轉換點含水率顯著。

3 結論

本研究運用三因素三水平Box-Behnken設計建立了微波與熱風聯合干燥芒果果脯的回歸方程：Y=75.49-3.04A+5.38B+2.11C+0.19AB+1.79AC-1.48BC-13.13A2-3.73B2-9.83C2，R2=0.981 8，確定影響芒果果脯感官評價高低的干燥因素順序為：轉換點含水率＞微波功率＞熱風溫度。對芒果果脯微波與熱風聯合干燥工藝進行優化研究，得到最佳干燥工藝參數為：切片厚度6 mm，前期微波功率395 W，轉換點含水率64%，后期熱風溫度55℃，在此條件下制得的芒果果脯顏色鮮亮，有濃郁的芒果風味，口感軟硬適中。

當轉換點含水率一定時，感官評價隨著微波功率的增大先增大后減小，熱風溫度越高，芒果果脯失水速率越快，使樣品質地干硬，有損于芒果果脯的適口感。