熱敏性果蔬物料常溫?zé)岜酶稍镄袨檠芯?/h1>
2010-11-10 01:20:06徐建國李華棟張森旺張緒坤
食品工業(yè)科技 2010年12期
徐建國，徐 剛，李華棟，顧 震，張森旺，張緒坤
（江西省科學(xué)院食品工程創(chuàng)新中心，江西南昌330029）
熱敏性果蔬物料常溫?zé)岜酶稍镄袨檠芯?/p>
徐建國，徐 剛，李華棟，顧 震，張森旺，張緒坤*
（江西省科學(xué)院食品工程創(chuàng)新中心，江西南昌330029）
利用常溫?zé)岜酶稍镅b置對熱敏性果蔬物料進(jìn)行了干燥實(shí)驗(yàn)。對生物物料在熱泵干燥過程中的干燥行為進(jìn)行了研究，探索了熱泵干燥產(chǎn)品質(zhì)量變化特征，考察了該類物料的收縮特性、顏色以及熱敏性和易氧化組分的變化趨勢，探討了酶促褐變在熱泵干燥過程中對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。結(jié)果表明：體積收縮與干基含水量間存在線性關(guān)系，物料顏色變化主要發(fā)生在熱泵干燥中期，熱敏性和易氧化組分呈降解趨勢，并且較長的熱泵干燥時(shí)間致使其內(nèi)的生物酶長時(shí)間保持較高的生物活力。
熱泵干燥，干燥行為，收縮
熱泵干燥作為一種能效顯著的干燥方式正逐漸被應(yīng)用到多種干燥領(lǐng)域，特別是木材和食品的固體干燥領(lǐng)域［1-3］。干燥前期能效高、產(chǎn)品質(zhì)量好是單一熱泵干燥技術(shù)的優(yōu)勢，而其劣勢主要是因干燥后期效率下降致使總干燥時(shí)間過長。為縮短干燥時(shí)間，研究人員在提高熱泵性能以及干燥器設(shè)計(jì)方面做了大量工作［4-5］。但對于物料在熱泵干燥過程中發(fā)生的干燥行為，如結(jié)殼、收縮、褐變等，以及這些行為的引發(fā)機(jī)制報(bào)道較少。實(shí)際上，熱敏性天然果蔬物料內(nèi)部具有各向異性、多孔的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其干燥過程常伴有物理、化學(xué)以及生物變化，如玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變、蛋白質(zhì)變性以及Maillard反應(yīng)等。這些復(fù)雜干燥行為不僅影響到干燥效率和干燥質(zhì)量，而且會(huì)掩蓋物料內(nèi)部真實(shí)的濕、熱傳遞過程［6-7］。因此，開展熱敏性物料在熱泵干燥過程中干燥行為的研究，對深入認(rèn)識(shí)該過程中質(zhì)熱傳遞過程、產(chǎn)品質(zhì)量控制以及新型熱泵干燥裝置的開發(fā)有重要意義。本文利用江西省科學(xué)院食品工程創(chuàng)新中心建立的常溫?zé)岜么┝鞲稍镅b置，研究了高糖深色物料（南瓜）以及高水分淺色物料（白蘿卜）在熱泵干燥過程中的干燥行為，重點(diǎn)考察了物料收縮現(xiàn)象、顏色變化以及關(guān)鍵組分的降解趨勢等，探討了酶促褐變在熱泵干燥過程中對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。
1 材料與方法
1.1 材料與設(shè)備
當(dāng)?shù)禺a(chǎn)南瓜、白蘿卜 市購；3，5-二硝基水楊酸化學(xué)純，上海遠(yuǎn)帆助劑廠；鄰苯二酚 化學(xué)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；檸檬酸 化學(xué)純，上海中博化工有限公司；磷酸二氫鈉 化學(xué)純，上海鄭華化工工廠；葡萄糖 化學(xué)純，汕頭市西隴化工廠有限公司；其它試劑 均為分析純。
常溫?zé)岜么┝鞲稍镅b置 如圖1，江西省科學(xué)院食品工程創(chuàng)新中心；電子分析天平 FA2004型，上海良平儀器儀表有限公司；烘箱 山東濰坊醫(yī)藥集團(tuán)有限公司醫(yī)療器械廠；多用切菜機(jī) YQC-QJ660型，山東章丘市炊具機(jī)械總廠；紫外可見分光光度計(jì) 752型，上海菁華科技儀器有限公司；比較測色儀 WSL-2型，上海昕瑞儀表有限公司；高速組織搗碎機(jī) DS-1型，上海標(biāo)本模型廠。
圖1 熱泵干燥裝置示意圖
1.2 干燥方法
將南瓜、白蘿卜精選，清洗后，用切菜機(jī)切成厚3mm左右的物料片，并平鋪于熱泵穿流干燥箱內(nèi)的托盤（托盤底為篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)）上。設(shè)定熱泵干燥條件（溫度分別為 30、40℃；穿流風(fēng)速分別為 1、2m·s-1），進(jìn)行薄層干燥，并每隔一定時(shí)間進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測定。
1.3 分析方法
1.3.1 體積收縮測定方法［8］采用阿基米德法（浸水法）對南瓜塊（1～2cm3）進(jìn)行體積測量。體積變化率定義為
1.3.2 還原性糖含量測定［9］采用3，5-二硝基水楊酸（DNS）可見光比色法。
將一定質(zhì)量的物料和提取劑（水）在組織搗碎機(jī)中搗碎，離心，取上層清液。并取定量上清液與適量DNS在沸水中充分反應(yīng) 15min，冷卻，定容。在470nm的波長下測定吸光值，根據(jù)葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線可算出1g干料所含的還原糖含量。
其中：y-還原糖含量，mg·g-1；xp-南瓜濕基水分含量，%；mp-樣品質(zhì)量，g；np-提取劑（水）質(zhì)量，g；c-標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖含量，mg·mL-1；k-體積換算系數(shù)。
1.3.3 維生素C含量測定［10］采用改進(jìn)的紫外分光光度法。
關(guān)鍵步驟：a.維生素C標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。b.樣品溶液的制取。c.測定樣品溶液吸光度A1。d.測得用雙氧水消除其它還原性物質(zhì)干擾后的吸光度A2。e.利用差值（A1-A2）和VC標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算總還原性VC含量。
樣品液制取以及樣品干基VC含量計(jì)算方法參考本文1.3.2步驟。
1.3.4 物料總顏色變化測量 采用比較測色法（Lab法）［11］。
利用比色儀測定樣品的L值（白度/灰度）、a值（紅度/綠度）及b值（黃度/藍(lán)度），可以獲得樣品總顏色變化值（△E）?？傤伾兓翟酱?，說明物料偏離初始顏色越大，顏色改變越大。其計(jì)算公式如下：
其中：L-灰度值；a-紅度值；b-黃度值；下標(biāo)0表示初始值。
1.3.5 多酚氧化酶活力測定［12］采用樣品清液催化鄰苯二酚溶液顯色法。
取定量樣品m g，加入n g pH6的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液，用組織搗碎機(jī)打漿，離心取清液。取1g左右清液加入到25mL、0.1mol/L的鄰苯二酚溶液中，在30℃下反應(yīng)5min，在可見光波長為410nm處測吸光度A。其活力值可表示如下：
其中：mr，mrE-分別為樣品質(zhì)量、酶液質(zhì)量，g；xr-濕基水分含量，%；nr-提取劑（水）質(zhì)量，g。
2 結(jié)果與討論
2.1 物料熱泵干燥過程特征
采用常溫?zé)岜么┝鞲稍锲鲗崦粜愿咛穷愇锪夏瞎稀⒏咚治锪习滋}卜（含水率95%左右）進(jìn)行了干制，考察了其熱泵干燥溫度分別為30、40℃，穿流風(fēng)速分別為1、2m·s-1時(shí)的干燥曲線。
由圖2、圖3可以看出，兩類固體物料的干燥曲線呈現(xiàn)出如下特點(diǎn)：隨著干燥溫度、穿流風(fēng)速的增加，達(dá)到最終含濕量的干燥時(shí)間縮短。這是因?yàn)闊岜酶稍飳?shí)質(zhì)是用絕對濕度降低干燥介質(zhì)（空氣）與物料表面接觸而進(jìn)行濕熱傳遞的過程。干燥溫度升高一方面可以加速物料表層水分蒸發(fā)，增大物料內(nèi)部與表層的水分傳遞推動(dòng)力；另一方面可以降低干燥介質(zhì)的相對濕度，進(jìn)而加大物料表面水氣向干燥介質(zhì)的擴(kuò)散動(dòng)力，因而縮短了干燥時(shí)間。而穿流風(fēng)速增大可以降低物料表面的水蒸汽分壓，加速表面水分傳遞。
圖2 白蘿卜片熱泵干燥曲線
但兩類物料片的總熱泵干燥時(shí)間較長（大于5.5h），這將導(dǎo)致該過程消耗較多的高品質(zhì)電能。這是因?yàn)槌責(zé)岜酶稍飾l件溫和，雖可以減小因物料表面結(jié)殼而不利于質(zhì)、熱傳遞的影響，但在該干燥環(huán)境中沒有其它能量強(qiáng)化傳遞方式（如微波、遠(yuǎn)紅外等）和高溫條件，具有多細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物物料僅依靠常溫對流傳熱、熱傳導(dǎo)以及濕分?jǐn)U散的方式進(jìn)行濕熱傳遞。
2.2 物料收縮現(xiàn)象研究
在常規(guī)干燥過程中，生物物料常因干燥應(yīng)力作用發(fā)生收縮，這一現(xiàn)象一方面可以改變干品外形，更重要的是它改變了質(zhì)、熱傳遞面積，影響到了決定干燥過程的重要參數(shù)-有效傳遞系數(shù)［13］。本節(jié)采用阿基米德法對南瓜塊在干燥過程中的體積變化進(jìn)行追蹤測量，考察了南瓜塊（2.3cm3）在熱泵干燥（溫度30℃、穿流風(fēng)速為1m·s-1）過程中的體積收縮特征。從圖4中可以看出，南瓜塊的體積收縮現(xiàn)象一直存在于整個(gè)常溫?zé)岜酶稍镞^程中。特別是干燥初期，體積收縮速率較大，這可能與初期失水速率較快有關(guān)。隨著物料濕基含水量的降低，其體積收縮速率變小。特別是干燥后期，體積收縮緩慢。整個(gè)干燥過程其體積與濕基含水量表現(xiàn)出正相關(guān)性，體積變化率與之呈非線性變化。
圖4 南瓜塊熱泵干燥體積變化曲線
而圖5則呈現(xiàn)如下規(guī)律：常溫?zé)岜酶稍铮℉PD）以及高溫（70℃）熱風(fēng)干燥（HAD）過程中，南瓜塊體積收縮與干基含水量均呈線性相關(guān)性；干燥方式以及初始含水量決定其收縮過程。熱泵干燥過程中南瓜塊體積變化與干基含水量間存在的線性關(guān)系可以為基于物料收縮的質(zhì)、熱傳遞過程模擬提供依據(jù)。
圖5 南瓜塊兩種干燥方式收縮現(xiàn)象比較
2.3 熱泵干燥過程中物料的質(zhì)量變化
熱敏性果蔬物料的干燥過程應(yīng)在滿足提高干燥效率和降低干燥能耗的同時(shí)，更重要的是應(yīng)該保證物料的干燥質(zhì)量和品質(zhì)。本節(jié)就南瓜片和白蘿卜片在常溫?zé)岜酶稍镞^程中關(guān)鍵組分的降解趨勢、顏色變化與誘因進(jìn)行了探討。
圖6、圖7是利用比較測色法，追蹤深色物料南瓜、淺色物料白蘿卜在常溫?zé)岣稍锖蜔犸L(fēng)（70℃）干燥過程獲得的總顏色變化曲線。對于兩種物料，常溫?zé)岜酶稍锱c高溫?zé)犸L(fēng)干燥都會(huì)引起其產(chǎn)品外觀的總顏色改變。高溫?zé)犸L(fēng)干燥過程使得兩類物料的總顏色變化一直處于增大狀態(tài)，特別是在高溫?zé)犸L(fēng)干燥后期，總顏色改變有進(jìn)一步增大趨勢，最終影響了產(chǎn)品外觀。而隨著常溫?zé)岜酶稍镞^程的進(jìn)行，深色南瓜片總顏色變化平緩，干燥中后期總顏色變化趨于平穩(wěn)；淺色白蘿卜片總顏色改變主要發(fā)生在干燥過程中期，干燥后期對物料外觀顏色影響較小，產(chǎn)品總顏色變化趨于穩(wěn)定。
圖6 南瓜片總顏色變化曲線比較
圖7 白蘿卜片總顏色變化曲線比較
可見，較之熱風(fēng)干燥，熱泵干燥果蔬物料的外觀顏色改變較小?？刂莆锪显跓岜酶稍镏衅诘念伾兓?，可以保證產(chǎn)品有更好的外觀。
對于熱敏性果蔬物料在干燥過程中出現(xiàn)的顏色變化，研究者一般認(rèn)為是由酶促褐變和非酶促褐變引起。在熱泵干燥過程中，白蘿卜中的關(guān)鍵組分維生素C和南瓜中的關(guān)鍵組分還原性糖含量均呈現(xiàn)下降趨勢（圖8、圖9），并且兩者的最終保持率較高。較之熱風(fēng)干燥使得白蘿卜片的多酚氧化酶活力迅速下降，常溫?zé)岜酶稍镏?450min（水分含量約為16.5%）時(shí)，其活力仍有很高的保持率 74.1%（圖10）。這就使得由生物酶引起的顏色反應(yīng)一直存在于熱泵干燥過程中。同時(shí)，由于常溫?zé)岜酶稍餃囟容^低，因非酶褐變，如維生素C氧化變黃、還原性糖發(fā)生的Maillard反應(yīng)等，引起的顏色反應(yīng)速率較慢，進(jìn)而有利于產(chǎn)品顏色的保持。而熱風(fēng)干燥由于溫度較高，維生素C和還原性糖引起的顏色反應(yīng)速率加大，使得非酶褐變成為該干燥方式產(chǎn)品總顏色發(fā)生變化的主要原因。
圖8 熱泵干燥白蘿卜片維生素C含量變化
圖9 熱泵干燥南瓜片還原性糖含量變化
圖10 白蘿卜片多酚氧化酶（PPO）活力變化
3 結(jié)論
本文針對熱敏性果蔬物料南瓜和白蘿卜在常溫?zé)岜酶稍镞^程中發(fā)生的干燥行為進(jìn)行了研究。主要結(jié)論如下：
3.1 溫和的干燥條件使得該類物料具有較長的干燥時(shí)間（大于5.5h），并致使其內(nèi)的生物酶長時(shí)間保持較高的生物活力。當(dāng)熱泵干燥至水分含量（w.b）約為16.5%時(shí)，多酚氧化酶活力具有74.1%的保持率。這可能為生物酶等產(chǎn)品的脫水提供一種干燥途徑。
3.2 物料總顏色變化主要發(fā)生在熱泵干燥中期，由非酶褐變引起的顏色反應(yīng)占次要因素?？刂莆锪显跓岜酶稍镏衅诘念伾兓?，可以保證產(chǎn)品有更好的外觀。
3.3 關(guān)鍵組分（維生素C和還原性糖）在熱泵干燥過程呈降解趨勢，但最終含量較高。
3.4 收縮現(xiàn)象同樣發(fā)生在熱泵干燥過程中，干燥初期物料收縮速率較大，并且體積收縮與干基含水量間存在線性關(guān)系。
本文的研究可以為熱泵干燥技術(shù)在高含水果蔬物料的工業(yè)應(yīng)用、干燥質(zhì)量控制以及開發(fā)基于熱泵干燥技術(shù)的組合式干燥方式提供參考。
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Study on drying behavior of fruits and vegetables during heat pump drying
XU Jian-guo，XU Gang，LI Hua-dong，GU Zhen，ZHANG Sen-wang，ZHANG Xu-kun*
（Food Engineering Innovation Center，Jiangxi Academy of Sciences，Nanchang 330029，China）
Drying behaviors of fruits and vegetables，such as shrinkage，total color changes and degradation of key components during heat pump drying were studied.The results showed volume changed linearly with moisture conten（td.b）.The changes of total color took place mainly in the mid stage of the drying process，which may be caused by enzymatic browning because of a high activity of polyphenol oxidase until the moisture conten（tw.b）was 16.5%.The final contents of the key components（vitamin C and reducing sugar）kept higher although they showed a declining degradation trend during the process.These results may be capable of improving the quality of products and R&D of drying technology based on the heat pump drying.
heat pump drying；drying behaviour；shrinkage
TS255.3
A
1002-0306（2010）12-0149-04
2009-12-09 *通訊聯(lián)系人
徐建國（1979-），男，碩士，助理研究員，從事干燥技術(shù)與設(shè)備的研究。
徐建國，徐 剛，李華棟，顧 震，張森旺，張緒坤
（江西省科學(xué)院食品工程創(chuàng)新中心，江西南昌330029）
熱敏性果蔬物料常溫?zé)岜酶稍镄袨檠芯?/p>
徐建國，徐 剛，李華棟，顧 震，張森旺，張緒坤*
（江西省科學(xué)院食品工程創(chuàng)新中心，江西南昌330029）
利用常溫?zé)岜酶稍镅b置對熱敏性果蔬物料進(jìn)行了干燥實(shí)驗(yàn)。對生物物料在熱泵干燥過程中的干燥行為進(jìn)行了研究，探索了熱泵干燥產(chǎn)品質(zhì)量變化特征，考察了該類物料的收縮特性、顏色以及熱敏性和易氧化組分的變化趨勢，探討了酶促褐變在熱泵干燥過程中對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。結(jié)果表明：體積收縮與干基含水量間存在線性關(guān)系，物料顏色變化主要發(fā)生在熱泵干燥中期，熱敏性和易氧化組分呈降解趨勢，并且較長的熱泵干燥時(shí)間致使其內(nèi)的生物酶長時(shí)間保持較高的生物活力。
熱泵干燥，干燥行為，收縮
熱泵干燥作為一種能效顯著的干燥方式正逐漸被應(yīng)用到多種干燥領(lǐng)域，特別是木材和食品的固體干燥領(lǐng)域［1-3］。干燥前期能效高、產(chǎn)品質(zhì)量好是單一熱泵干燥技術(shù)的優(yōu)勢，而其劣勢主要是因干燥后期效率下降致使總干燥時(shí)間過長。為縮短干燥時(shí)間，研究人員在提高熱泵性能以及干燥器設(shè)計(jì)方面做了大量工作［4-5］。但對于物料在熱泵干燥過程中發(fā)生的干燥行為，如結(jié)殼、收縮、褐變等，以及這些行為的引發(fā)機(jī)制報(bào)道較少。實(shí)際上，熱敏性天然果蔬物料內(nèi)部具有各向異性、多孔的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其干燥過程常伴有物理、化學(xué)以及生物變化，如玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變、蛋白質(zhì)變性以及Maillard反應(yīng)等。這些復(fù)雜干燥行為不僅影響到干燥效率和干燥質(zhì)量，而且會(huì)掩蓋物料內(nèi)部真實(shí)的濕、熱傳遞過程［6-7］。因此，開展熱敏性物料在熱泵干燥過程中干燥行為的研究，對深入認(rèn)識(shí)該過程中質(zhì)熱傳遞過程、產(chǎn)品質(zhì)量控制以及新型熱泵干燥裝置的開發(fā)有重要意義。本文利用江西省科學(xué)院食品工程創(chuàng)新中心建立的常溫?zé)岜么┝鞲稍镅b置，研究了高糖深色物料（南瓜）以及高水分淺色物料（白蘿卜）在熱泵干燥過程中的干燥行為，重點(diǎn)考察了物料收縮現(xiàn)象、顏色變化以及關(guān)鍵組分的降解趨勢等，探討了酶促褐變在熱泵干燥過程中對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。
1 材料與方法
1.1 材料與設(shè)備
當(dāng)?shù)禺a(chǎn)南瓜、白蘿卜 市購；3，5-二硝基水楊酸化學(xué)純，上海遠(yuǎn)帆助劑廠；鄰苯二酚 化學(xué)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；檸檬酸 化學(xué)純，上海中博化工有限公司；磷酸二氫鈉 化學(xué)純，上海鄭華化工工廠；葡萄糖 化學(xué)純，汕頭市西隴化工廠有限公司；其它試劑 均為分析純。
常溫?zé)岜么┝鞲稍镅b置 如圖1，江西省科學(xué)院食品工程創(chuàng)新中心；電子分析天平 FA2004型，上海良平儀器儀表有限公司；烘箱 山東濰坊醫(yī)藥集團(tuán)有限公司醫(yī)療器械廠；多用切菜機(jī) YQC-QJ660型，山東章丘市炊具機(jī)械總廠；紫外可見分光光度計(jì) 752型，上海菁華科技儀器有限公司；比較測色儀 WSL-2型，上海昕瑞儀表有限公司；高速組織搗碎機(jī) DS-1型，上海標(biāo)本模型廠。
圖1 熱泵干燥裝置示意圖
1.2 干燥方法
將南瓜、白蘿卜精選，清洗后，用切菜機(jī)切成厚3mm左右的物料片，并平鋪于熱泵穿流干燥箱內(nèi)的托盤（托盤底為篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)）上。設(shè)定熱泵干燥條件（溫度分別為 30、40℃；穿流風(fēng)速分別為 1、2m·s-1），進(jìn)行薄層干燥，并每隔一定時(shí)間進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測定。
1.3 分析方法
1.3.1 體積收縮測定方法［8］采用阿基米德法（浸水法）對南瓜塊（1～2cm3）進(jìn)行體積測量。體積變化率定義為
1.3.2 還原性糖含量測定［9］采用3，5-二硝基水楊酸（DNS）可見光比色法。
將一定質(zhì)量的物料和提取劑（水）在組織搗碎機(jī)中搗碎，離心，取上層清液。并取定量上清液與適量DNS在沸水中充分反應(yīng) 15min，冷卻，定容。在470nm的波長下測定吸光值，根據(jù)葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線可算出1g干料所含的還原糖含量。
其中：y-還原糖含量，mg·g-1；xp-南瓜濕基水分含量，%；mp-樣品質(zhì)量，g；np-提取劑（水）質(zhì)量，g；c-標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖含量，mg·mL-1；k-體積換算系數(shù)。
1.3.3 維生素C含量測定［10］采用改進(jìn)的紫外分光光度法。
關(guān)鍵步驟：a.維生素C標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。b.樣品溶液的制取。c.測定樣品溶液吸光度A1。d.測得用雙氧水消除其它還原性物質(zhì)干擾后的吸光度A2。e.利用差值（A1-A2）和VC標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算總還原性VC含量。
樣品液制取以及樣品干基VC含量計(jì)算方法參考本文1.3.2步驟。
1.3.4 物料總顏色變化測量 采用比較測色法（Lab法）［11］。
利用比色儀測定樣品的L值（白度/灰度）、a值（紅度/綠度）及b值（黃度/藍(lán)度），可以獲得樣品總顏色變化值（△E）?？傤伾兓翟酱?，說明物料偏離初始顏色越大，顏色改變越大。其計(jì)算公式如下：
其中：L-灰度值；a-紅度值；b-黃度值；下標(biāo)0表示初始值。
1.3.5 多酚氧化酶活力測定［12］采用樣品清液催化鄰苯二酚溶液顯色法。
取定量樣品m g，加入n g pH6的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液，用組織搗碎機(jī)打漿，離心取清液。取1g左右清液加入到25mL、0.1mol/L的鄰苯二酚溶液中，在30℃下反應(yīng)5min，在可見光波長為410nm處測吸光度A。其活力值可表示如下：
其中：mr，mrE-分別為樣品質(zhì)量、酶液質(zhì)量，g；xr-濕基水分含量，%；nr-提取劑（水）質(zhì)量，g。
2 結(jié)果與討論
2.1 物料熱泵干燥過程特征
采用常溫?zé)岜么┝鞲稍锲鲗崦粜愿咛穷愇锪夏瞎稀⒏咚治锪习滋}卜（含水率95%左右）進(jìn)行了干制，考察了其熱泵干燥溫度分別為30、40℃，穿流風(fēng)速分別為1、2m·s-1時(shí)的干燥曲線。
由圖2、圖3可以看出，兩類固體物料的干燥曲線呈現(xiàn)出如下特點(diǎn)：隨著干燥溫度、穿流風(fēng)速的增加，達(dá)到最終含濕量的干燥時(shí)間縮短。這是因?yàn)闊岜酶稍飳?shí)質(zhì)是用絕對濕度降低干燥介質(zhì)（空氣）與物料表面接觸而進(jìn)行濕熱傳遞的過程。干燥溫度升高一方面可以加速物料表層水分蒸發(fā)，增大物料內(nèi)部與表層的水分傳遞推動(dòng)力；另一方面可以降低干燥介質(zhì)的相對濕度，進(jìn)而加大物料表面水氣向干燥介質(zhì)的擴(kuò)散動(dòng)力，因而縮短了干燥時(shí)間。而穿流風(fēng)速增大可以降低物料表面的水蒸汽分壓，加速表面水分傳遞。
圖2 白蘿卜片熱泵干燥曲線
但兩類物料片的總熱泵干燥時(shí)間較長（大于5.5h），這將導(dǎo)致該過程消耗較多的高品質(zhì)電能。這是因?yàn)槌責(zé)岜酶稍飾l件溫和，雖可以減小因物料表面結(jié)殼而不利于質(zhì)、熱傳遞的影響，但在該干燥環(huán)境中沒有其它能量強(qiáng)化傳遞方式（如微波、遠(yuǎn)紅外等）和高溫條件，具有多細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物物料僅依靠常溫對流傳熱、熱傳導(dǎo)以及濕分?jǐn)U散的方式進(jìn)行濕熱傳遞。
2.2 物料收縮現(xiàn)象研究
在常規(guī)干燥過程中，生物物料常因干燥應(yīng)力作用發(fā)生收縮，這一現(xiàn)象一方面可以改變干品外形，更重要的是它改變了質(zhì)、熱傳遞面積，影響到了決定干燥過程的重要參數(shù)-有效傳遞系數(shù)［13］。本節(jié)采用阿基米德法對南瓜塊在干燥過程中的體積變化進(jìn)行追蹤測量，考察了南瓜塊（2.3cm3）在熱泵干燥（溫度30℃、穿流風(fēng)速為1m·s-1）過程中的體積收縮特征。從圖4中可以看出，南瓜塊的體積收縮現(xiàn)象一直存在于整個(gè)常溫?zé)岜酶稍镞^程中。特別是干燥初期，體積收縮速率較大，這可能與初期失水速率較快有關(guān)。隨著物料濕基含水量的降低，其體積收縮速率變小。特別是干燥后期，體積收縮緩慢。整個(gè)干燥過程其體積與濕基含水量表現(xiàn)出正相關(guān)性，體積變化率與之呈非線性變化。
圖4 南瓜塊熱泵干燥體積變化曲線
而圖5則呈現(xiàn)如下規(guī)律：常溫?zé)岜酶稍铮℉PD）以及高溫（70℃）熱風(fēng)干燥（HAD）過程中，南瓜塊體積收縮與干基含水量均呈線性相關(guān)性；干燥方式以及初始含水量決定其收縮過程。熱泵干燥過程中南瓜塊體積變化與干基含水量間存在的線性關(guān)系可以為基于物料收縮的質(zhì)、熱傳遞過程模擬提供依據(jù)。
圖5 南瓜塊兩種干燥方式收縮現(xiàn)象比較
2.3 熱泵干燥過程中物料的質(zhì)量變化
熱敏性果蔬物料的干燥過程應(yīng)在滿足提高干燥效率和降低干燥能耗的同時(shí)，更重要的是應(yīng)該保證物料的干燥質(zhì)量和品質(zhì)。本節(jié)就南瓜片和白蘿卜片在常溫?zé)岜酶稍镞^程中關(guān)鍵組分的降解趨勢、顏色變化與誘因進(jìn)行了探討。
圖6、圖7是利用比較測色法，追蹤深色物料南瓜、淺色物料白蘿卜在常溫?zé)岣稍锖蜔犸L(fēng)（70℃）干燥過程獲得的總顏色變化曲線。對于兩種物料，常溫?zé)岜酶稍锱c高溫?zé)犸L(fēng)干燥都會(huì)引起其產(chǎn)品外觀的總顏色改變。高溫?zé)犸L(fēng)干燥過程使得兩類物料的總顏色變化一直處于增大狀態(tài)，特別是在高溫?zé)犸L(fēng)干燥后期，總顏色改變有進(jìn)一步增大趨勢，最終影響了產(chǎn)品外觀。而隨著常溫?zé)岜酶稍镞^程的進(jìn)行，深色南瓜片總顏色變化平緩，干燥中后期總顏色變化趨于平穩(wěn)；淺色白蘿卜片總顏色改變主要發(fā)生在干燥過程中期，干燥后期對物料外觀顏色影響較小，產(chǎn)品總顏色變化趨于穩(wěn)定。
圖6 南瓜片總顏色變化曲線比較
圖7 白蘿卜片總顏色變化曲線比較
可見，較之熱風(fēng)干燥，熱泵干燥果蔬物料的外觀顏色改變較小?？刂莆锪显跓岜酶稍镏衅诘念伾兓?，可以保證產(chǎn)品有更好的外觀。
對于熱敏性果蔬物料在干燥過程中出現(xiàn)的顏色變化，研究者一般認(rèn)為是由酶促褐變和非酶促褐變引起。在熱泵干燥過程中，白蘿卜中的關(guān)鍵組分維生素C和南瓜中的關(guān)鍵組分還原性糖含量均呈現(xiàn)下降趨勢（圖8、圖9），并且兩者的最終保持率較高。較之熱風(fēng)干燥使得白蘿卜片的多酚氧化酶活力迅速下降，常溫?zé)岜酶稍镏?450min（水分含量約為16.5%）時(shí)，其活力仍有很高的保持率 74.1%（圖10）。這就使得由生物酶引起的顏色反應(yīng)一直存在于熱泵干燥過程中。同時(shí)，由于常溫?zé)岜酶稍餃囟容^低，因非酶褐變，如維生素C氧化變黃、還原性糖發(fā)生的Maillard反應(yīng)等，引起的顏色反應(yīng)速率較慢，進(jìn)而有利于產(chǎn)品顏色的保持。而熱風(fēng)干燥由于溫度較高，維生素C和還原性糖引起的顏色反應(yīng)速率加大，使得非酶褐變成為該干燥方式產(chǎn)品總顏色發(fā)生變化的主要原因。
圖8 熱泵干燥白蘿卜片維生素C含量變化
圖9 熱泵干燥南瓜片還原性糖含量變化
圖10 白蘿卜片多酚氧化酶（PPO）活力變化
3 結(jié)論
本文針對熱敏性果蔬物料南瓜和白蘿卜在常溫?zé)岜酶稍镞^程中發(fā)生的干燥行為進(jìn)行了研究。主要結(jié)論如下：
3.1 溫和的干燥條件使得該類物料具有較長的干燥時(shí)間（大于5.5h），并致使其內(nèi)的生物酶長時(shí)間保持較高的生物活力。當(dāng)熱泵干燥至水分含量（w.b）約為16.5%時(shí)，多酚氧化酶活力具有74.1%的保持率。這可能為生物酶等產(chǎn)品的脫水提供一種干燥途徑。
3.2 物料總顏色變化主要發(fā)生在熱泵干燥中期，由非酶褐變引起的顏色反應(yīng)占次要因素?？刂莆锪显跓岜酶稍镏衅诘念伾兓?，可以保證產(chǎn)品有更好的外觀。
3.3 關(guān)鍵組分（維生素C和還原性糖）在熱泵干燥過程呈降解趨勢，但最終含量較高。
3.4 收縮現(xiàn)象同樣發(fā)生在熱泵干燥過程中，干燥初期物料收縮速率較大，并且體積收縮與干基含水量間存在線性關(guān)系。
本文的研究可以為熱泵干燥技術(shù)在高含水果蔬物料的工業(yè)應(yīng)用、干燥質(zhì)量控制以及開發(fā)基于熱泵干燥技術(shù)的組合式干燥方式提供參考。
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Study on drying behavior of fruits and vegetables during heat pump drying
XU Jian-guo，XU Gang，LI Hua-dong，GU Zhen，ZHANG Sen-wang，ZHANG Xu-kun*
（Food Engineering Innovation Center，Jiangxi Academy of Sciences，Nanchang 330029，China）
Drying behaviors of fruits and vegetables，such as shrinkage，total color changes and degradation of key components during heat pump drying were studied.The results showed volume changed linearly with moisture conten（td.b）.The changes of total color took place mainly in the mid stage of the drying process，which may be caused by enzymatic browning because of a high activity of polyphenol oxidase until the moisture conten（tw.b）was 16.5%.The final contents of the key components（vitamin C and reducing sugar）kept higher although they showed a declining degradation trend during the process.These results may be capable of improving the quality of products and R&D of drying technology based on the heat pump drying.
heat pump drying；drying behaviour；shrinkage
TS255.3
A
1002-0306（2010）12-0149-04
2009-12-09 *通訊聯(lián)系人
徐建國（1979-），男，碩士，助理研究員，從事干燥技術(shù)與設(shè)備的研究。
