任廣躍，化春光，段 續(xù)，朱文學(xué)

(河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471003)

鮮切懷山藥片微波干燥特性及品質(zhì)研究

任廣躍，化春光，段 續(xù)，朱文學(xué)

(河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471003)

研究微波功率、單位質(zhì)量微波功率和切片厚度對(duì)鮮切懷山藥片干燥特性的影響。采用三因素三水平(耗能功效、干燥速率、多糖得率)正交試驗(yàn)，對(duì)鮮切懷山藥片的微波干燥工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明：鮮切懷山藥片微波干燥過(guò)程中升速、恒速和降速三個(gè)階段明顯，其最佳工藝參數(shù)為微波功率600W、單位質(zhì)量微波功率8W/g、切片厚度5mm。

懷山藥；微波干燥；特性；多糖；品質(zhì)

懷山藥為薯蕷科植物薯蕷，富含營(yíng)養(yǎng)因子，是傳統(tǒng)的藥食同源食物。懷山藥主產(chǎn)于古懷慶府(今河南省焦作市溫縣、泌陽(yáng)市、武陟縣等沿沁河一帶)，是著名的“四大懷藥”之一，藥用其根莖[1]。懷山藥性甘、味平，具有補(bǔ)脾養(yǎng)胃、生津益肺、補(bǔ)腎澀精等功用。山藥多糖是目前公認(rèn)的山藥主要活性成分之一，具有免疫調(diào)節(jié)、抗氧化、延緩衰老、降血糖、降血脂、抗腫瘤、抗突變、調(diào)節(jié)脾胃等功用[2]。懷山藥雖具有較高的藥用和食用價(jià)值，但對(duì)其加工和保鮮的研究國(guó)內(nèi)外報(bào)道較少[3-5]。

微波技術(shù)作為一種現(xiàn)代高新技術(shù)在食品中的應(yīng)用越來(lái)越廣，具有加熱速度快、節(jié)能高效、能高度保持食品原有的營(yíng)養(yǎng)成分及色、香、味、形等優(yōu)點(diǎn)[6]。目前已被廣泛應(yīng)用于一些食品的干燥加工過(guò)程中[7-15]，但微波技術(shù)應(yīng)用于懷山藥的干燥處理卻鮮有報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)主要進(jìn)行鮮切懷山藥片微波干燥的特性研究，并以耗能功效、干燥速率和多糖得率為指標(biāo)，優(yōu)化其干燥處理工藝參數(shù)，以期解決懷山藥的加工及貯藏問(wèn)題。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

懷山藥購(gòu)于河南溫縣當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)。選擇個(gè)體完整、粗細(xì)均勻、表皮無(wú)霉、無(wú)病蟲(chóng)害、無(wú)機(jī)械損傷、肉質(zhì)潔白的光皮長(zhǎng)柱形的懷山藥。

護(hù)色液：由質(zhì)量濃度為0.02g/100mL L-半胱氨酸、1.4g/100mL檸檬酸、0.016g/100mL VC及2.5g/100mL NaCl配制而成[16]。

1.2 儀器與設(shè)備

HWZ-2B型微波真空干燥設(shè)備 廣州興興微波能設(shè)備有限公司；BS223S型電子天平 北京賽多利有限公司；WFZ UV-2008AH型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 尤尼柯(上海)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 鮮切懷山藥片生產(chǎn)工藝流程

懷山藥→清洗→切片→護(hù)色(上述復(fù)合護(hù)色劑，浸泡3h)→微波干燥→包裝→貯藏

1.3.2 干燥速率的測(cè)定

采用《食品中水分的測(cè)定方法》GB/T 14769—1993常壓加熱干燥法測(cè)定。干燥速率公式：

式中：V為干燥速率；Δm為固定時(shí)間段懷山藥的質(zhì)量變化量；Δt為固定時(shí)間間隔。

1.3.3 干燥終點(diǎn)的確定

根據(jù)國(guó)家醫(yī)藥管理局(82)藥儲(chǔ)字第17號(hào)文件規(guī)定，山藥的儲(chǔ)存安全水分范圍為12%～17%，所以在實(shí)驗(yàn)中以含水率低于17%為干燥終點(diǎn)。

1.3.4 多糖得率測(cè)定

葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液：精密稱取105℃干燥至質(zhì)量恒定的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品100mg，加蒸餾水定容至100mL的容量瓶中，配制成1mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)液。

繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線：精密稱取0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35mL的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液于25mL試管中，準(zhǔn)確補(bǔ)蒸餾水至1mL，依次加入5%苯酚溶液1mL，濃硫酸5mL，100℃水浴10min，冷卻后在490nm處測(cè)吸光度。得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.2011x－0.0016，R2=0.9994。

干制懷山藥1g→粉碎→50mL石油醚，90℃回流2h (除脂)→過(guò)濾，棄濾液，濾渣用50mL 80%的乙醇，60℃回流提取2h(除單糖、多酚、低聚糖和皂苷等小分子)→過(guò)濾，棄濾液，濾渣用50mL水回流提取2次，每次2h→收集濾液，定容至100mL的容量瓶中，苯酚-硫酸比色法測(cè)多糖含量。

式中：ε為多糖得率；m2為實(shí)驗(yàn)測(cè)定的多糖含量；m1為實(shí)驗(yàn)所測(cè)樣品的質(zhì)量。

1.3.5 耗能功效

為反映微波能的利用效率，本實(shí)驗(yàn)中用β來(lái)表示耗能功效，即單位功率單位時(shí)間內(nèi)微波干燥的水分。公式如下。

式中：β為耗能功效；G1為干燥前質(zhì)量；G2為干燥后質(zhì)量；W為微波功率；t為干燥時(shí)間。

1.3.6 微波干燥試驗(yàn)設(shè)計(jì)

微波干燥屬于輻射干燥，影響干燥的重要因素有微波功率、物料種類和大小等。

在微波功率位460W、切片厚度為5mm的條件下，考查單位質(zhì)量微波功率對(duì)懷山藥片干燥特性的影響；微波干燥不同于常規(guī)干燥方法，物料的干燥效果不僅受微波功率的影響，還會(huì)受到微波功率密度的影響，因而提出了單位質(zhì)量微波功率的概念，計(jì)算公式如下：

式中：δ為單位質(zhì)量微波功率；P為微波功率；m為干燥初始物料質(zhì)量。

在單位質(zhì)量微波功率為6W/g、切片厚度為5mm的條件下，考查微波功率(對(duì)懷山藥片干燥特性的影響；在微波功率為600W，單位質(zhì)量微波功率為6W/g的條件下，考查切片厚度對(duì)懷山藥片干燥特性的影響。

在單因素的基礎(chǔ)上，選取較佳水平，以耗能功效、干燥速率和多糖得率為指標(biāo)，設(shè)計(jì)3因素3水平的正交試驗(yàn)，以期得到最佳的工藝參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單位質(zhì)量微波功率對(duì)懷山藥片干燥特性的影響

圖1 不同單位質(zhì)量微波功率下的微波干燥曲線Fig.1 Microwave drying curves of cut Dioscorea opposite slices at different microwave power per unit mass

圖2 不同單位質(zhì)量微波功率下的微波干燥速率曲線Fig.2 Microwave drying rate curves of cut Dioscorea opposite slices at different microwave power per unit mass

圖1、2分別是微波功率為460W，切片厚度為5mm時(shí)不同單位質(zhì)量微波功率的干燥曲線和干燥速率曲線。

由圖1可知，當(dāng)微波功率、切片厚度一定時(shí)，單位質(zhì)量微波功率對(duì)懷山藥片的干燥速率影響很大，單位質(zhì)量微波功率越高，干燥曲線越陡峭，所需干燥時(shí)間越短。由圖2可知，微波干燥過(guò)程分升速，恒速和降速3個(gè)階段。單位質(zhì)量微波功率越大，升速階段用時(shí)則越少，越早達(dá)到恒速階段，恒速階段的干燥速率越大，但其達(dá)到恒速階段時(shí)含水率就越低，也就可能出現(xiàn)不明顯的恒速階段，或不存在恒速階段，直接由升速和降速階段組成，如圖2中12W/g的干燥曲線。造成上述現(xiàn)象的原因是當(dāng)采用較高單位質(zhì)量微波功率處理時(shí)，大部分水分在加速階段就已經(jīng)被脫去，達(dá)到最大干燥速率時(shí)，懷山藥所含的水分已不能維持最大干燥速度，因此出現(xiàn)沒(méi)有恒速階段或恒速階段不明顯的現(xiàn)象。

2.2 微波功率對(duì)懷山藥片干燥特性的影響

圖3、4分別是單位質(zhì)量微波功率為6W/g、切片厚度為5mm時(shí)不同微波功率下的干燥曲線和干燥速率曲線。其中120W功率下的含水率是每隔5min測(cè)一次。

圖3 不同功率下的微波干燥曲線Fig.3 Microwave drying curves of cut Dioscorea opposite slices at different microwave power

圖4 不同功率下的微波干燥速率曲線Fig.4 Microwave drying rate curves of cut Dioscorea opposite slices at different microwave power

由圖3可知，在單位質(zhì)量微波功率和切片厚度一定時(shí)，功率越高，懷山藥的干燥曲線變化越明顯，但高于600W時(shí)，干燥干燥曲線變化并不明顯。這是因?yàn)槲⒉üβ试酱?，物料吸收的微波能越多，從而?dǎo)致水分的快速蒸發(fā)。由圖4可知，微波功率對(duì)懷山藥片干燥速率的影響很大，干燥功率越大，恒速干燥階段的干燥速率越高。不同功率下，其干燥曲線非常相似，升速、恒速、降速3個(gè)干燥階段非常明顯。

2.3 切片厚度對(duì)懷山藥片干燥特性的影響

圖5、6分別是在不同切片厚度下，微波功率為600W、單位質(zhì)量微波功率為6W/g條件下的干燥曲線和干燥速率曲線。

圖5 不同切片厚度下的微波干燥曲線Fig.5 Microwave drying curves of cut Dioscorea opposite slices at different slice thickness

圖6 不同切片厚度下的微波干燥速率曲線Fig.6 Microwave drying rate curves of cut Dioscorea opposite slices at different slice thickness

由圖5、6可以看出，切片厚度對(duì)懷山藥片的干燥特性影響不大。當(dāng)微波功率和單位質(zhì)量微波功率一定時(shí)，不同切片厚度下的干燥曲線變化類同，其干燥速率曲線基本重合在一起，因此，實(shí)際干燥時(shí)切片厚度大小對(duì)干燥速率影響不大。但實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，懷山藥切片越薄，物料越容易因局部溫度過(guò)高出現(xiàn)焦化現(xiàn)象；而當(dāng)切片太厚時(shí)，干燥過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)懷山藥片崩裂的現(xiàn)象。因此，微波干燥懷山藥的切片厚度以5～7mm為佳。

2.4 正交試驗(yàn)

以耗能功效、干燥速率和多糖得率為指標(biāo)，采用L9(34)設(shè)計(jì)了微波干燥懷山藥片的三因素三水平正交試驗(yàn)，因素水平見(jiàn)表1，正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table1 Factors and levels of orthogonal experiments

表2 試驗(yàn)正交表及極差分析Table2 Results and range analysis of orthogonal experiments

由表2的極差結(jié)果可知，微波功率對(duì)干燥速率、耗能功效和多糖得率影響最大，單位質(zhì)量微波功率也有較大的影響，而切片厚度的影響不大?？紤]到多糖為懷山藥的主要功能成分，單位質(zhì)量微波功率對(duì)耗能功效和干燥速率的影響又不顯著，因此，可綜合評(píng)定懷山藥微波干燥的最佳參數(shù)為微波功率600W，單位質(zhì)量微波功率為8W/g，切片厚度為5mm。

3 結(jié) 論

鮮切懷山藥片微波干燥處理過(guò)程可分為升速、恒速和降速3個(gè)階段。干燥速率隨著單位質(zhì)量微波功率和微波功率的上升而增大，切片厚度對(duì)其影響不大，但可促使干燥提前進(jìn)入恒速階段，縮短干燥時(shí)間。鮮切懷山藥片微波干燥的最佳參數(shù)為微波功率600W、單位質(zhì)量微波功率為8W/g、切片厚度為5mm，此時(shí)多糖得率達(dá)到最高為15.292%。

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Microwave-drying Characteristics and Quality of Cut Dioscorea opposite Slices

REN Guang-yue，HUA Chun-guang，DUAN Xu，ZHU Wen-xue
(College of Food and Bioengineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, China)

The effects of microwave power, microwave power per unit mass and slice thickness on drying characteristics of cut Dioscorea opposita were investigated in this paper. The optimal drying processing was explored through orthogonal experiments by evaluating energy efficiency, drying rate and polysaccharide content. Results showed that the drying process exhibited a three-phase process including increasing speed, constant speed and decreasing speed phases. The optimal processing parameters were microwave power of 600 W, microwave power per unit mass of 8 W/g and slice thickness of 5 mm. These studies provide a theoretical reference for microwave drying of cut Dioscorea opposite slices.

Dioscorea opposite；microwave drying；characteristics；polysaccharide；quality

TS255.36

A

1002-6630(2010)22-0203-04

2010-06-23

河南省重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(092102110023)

任廣躍(1971—)，副教授，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工與干燥技術(shù)。E-mail：rgy@mail.haust.edu.cn