趙叢枝等

摘要

[目的]利用真空冷凍干燥技術(shù)對(duì)麻山藥進(jìn)行干燥，以確定其凍干的技術(shù)指標(biāo)和工藝參數(shù)。[方法]以麻山藥為試驗(yàn)材料，以切片厚度、加熱板溫度、干燥室壓力為響應(yīng)因子，凍干能耗為響應(yīng)值，采用3因素3水平的響應(yīng)面分析法優(yōu)化了麻山藥真空冷凍干燥工藝條件。[結(jié)果]通過分析確定了各參數(shù)最佳水平，但考慮到生產(chǎn)的可操作性將各參數(shù)調(diào)整為物料厚度5.0～5.5 mm，加熱板溫度50 ℃，干燥室壓力40 Pa，在此操作條件下測(cè)得的凍干能耗為（19.27±0.05）kW·h。[結(jié)論]該研究可為麻山藥凍干生產(chǎn)提供相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)。

關(guān)鍵詞 麻山藥；冷凍干燥；干燥模型；響應(yīng)面法；工藝條件

中圖分類號(hào) S632.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）11-03358-02

Abstract [Objective] Vacuum freezedrying technique was used to dry yam， so as to determine freezedrying technical indicators and parameters. [Method] With yam as the test materials， response surface methodology（RSM）was employed to optimize the process parameters of vacuum freezedrying. Slice thickness， heating plate temperature and drying chamber pressure were selected as the test influencing factors， the freezedrying energy consumption as the test indicators. [Result] The optimum condition was obtained from RSM. But considering the maneuverability of production， adjusted parameter conditions for material thickness 5.0-5.5 mm， the heating plate temperature 50 ℃， the drying chamber pressure 40 Pa， the actual measured lyophilized energy consumption in this condition is （19.27±0.05）kW·h. [Conclusion] The study can provide corresponding technique parameters for yam freezedrying production.

Key words Yam； Vacuum freezedrying； Drying model； Response surface methodology； Technological conditions

山藥為薯蕷屬（Dioscorea）植物，是一種1年或多年生的藤本植物，主要分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)，全世界有600種以上，而我國(guó)有90多種[1]。近年來的研究表明，山藥中含有多種營(yíng)養(yǎng)和保健成分，可增強(qiáng)人體免疫力，具有降血壓、抗衰老、抗癌等多種功能，經(jīng)常食用能夠強(qiáng)身健體、延緩衰老。隨著人們生活水平的提高和對(duì)健康的關(guān)注，麻山藥因其本身的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值而受到人們的喜愛，種植面積迅速增長(zhǎng)，加之目前國(guó)外對(duì)麻山藥的需求很大，國(guó)際麻山藥市場(chǎng)貨源緊張，麻山藥已成為很多地區(qū)的重要經(jīng)濟(jì)支柱。河北蠡縣種植麻山藥的歷史悠久，至2010年，蠡縣已發(fā)展麻山藥種植戶2萬(wàn)余戶，種植面積突破4 660 hm2，是全國(guó)山藥種植面積最大、產(chǎn)量最高的區(qū)域，種植麻山藥成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的重要經(jīng)濟(jì)來源[2]。

麻山藥多以出售新鮮塊莖為主，人們食用方法也主要是用來做菜或蒸煮食用。然而麻山藥采收期集中，不耐長(zhǎng)期貯存和長(zhǎng)途運(yùn)輸。因此，對(duì)麻山藥進(jìn)行加工，提高產(chǎn)品的附加值、延長(zhǎng)產(chǎn)品的市場(chǎng)供應(yīng)期，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

傳統(tǒng)麻山藥干制是烘干或曬干，對(duì)其本身保健成分的保存不利。真空冷凍干燥因其本身的優(yōu)勢(shì)，在近些年來發(fā)展迅速，經(jīng)凍干后的制品能最大限度地保持原料的營(yíng)養(yǎng)、形狀、顏色及主要的生物活性物質(zhì)，且脫水徹底，易于貯存、運(yùn)輸和銷售[3-4]。

響應(yīng)面分析法（RSM）是研究幾種試驗(yàn)因素作用的回歸分析方法，可通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析找出因素的最佳組合和響應(yīng)值的最優(yōu)值，是解決多變量問題的一種統(tǒng)計(jì)方法[5-7]。

筆者利用真空冷凍干燥技術(shù)對(duì)麻山藥進(jìn)行干燥，

針對(duì)影響麻山藥冷凍干燥的3個(gè)主要工藝參數(shù)，即加熱板溫度、干燥室壓力和物料厚度，采用Box響應(yīng)面法進(jìn)行3因素3水平的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化確定麻山藥凍干的相關(guān)參數(shù)，并以凍干能耗為指標(biāo)分析建立了數(shù)學(xué)模型，確定了干燥的最佳參數(shù)，為麻山藥凍干生產(chǎn)提供相應(yīng)的技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

選用蠡縣麻山藥為原料，運(yùn)回后放入河北農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)冷庫(kù)，剔除有機(jī)械傷和病蟲害的塊根，盡量選擇粗細(xì)大小均勻的作為試驗(yàn)樣品。主要儀器設(shè)備：

LG1.5型真空冷凍干燥試驗(yàn)機(jī)，沈陽(yáng)航天新陽(yáng)速凍設(shè)備制造有限公司。

1.2 方法

將洗凈的麻山藥用不銹鋼刀去皮，用1%VC和0.3%檸檬酸復(fù)配液進(jìn)行護(hù)色，然后加熱煮制10 min，瀝干后切片，將麻山藥片平鋪在凍干盤上，每盤只鋪一層物料，將料盤放入速凍庫(kù)內(nèi)，達(dá)到預(yù)凍溫度后保持1 h，拿出快速放入干燥室內(nèi)，按照各處理的預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行凍干。記錄干燥過程中所消耗的能耗值。各處理均重復(fù)3次。

1.3 響應(yīng)面（RSM）試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)切片厚度、加熱板溫度、干燥室壓力3個(gè)因素進(jìn)行復(fù)因子試驗(yàn)，以凍干能耗為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)3因素3水平響應(yīng)面試驗(yàn)。各試驗(yàn)因素及相關(guān)水平設(shè)計(jì)見表1。試驗(yàn)所測(cè)定的凍干能耗值，是指一定重量的物料在干燥過程中所消耗的電能（kW·h）。

合因素水平，即物料切片厚度為5.27 mm，加熱板溫度為50.41 ℃，干燥室壓力為38.71 Pa，此時(shí)凍干能耗的預(yù)測(cè)值為19.19 kW·h。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

對(duì)于真空冷凍干燥生產(chǎn)來說，凍干能耗是影響加工產(chǎn)品成本的主要指標(biāo)，因此在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，較低的生產(chǎn)能耗可以大大降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本。為了檢驗(yàn)該試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性，采用DesignExpert.軟件進(jìn)行了優(yōu)化分析，得到了麻山藥凍干最佳工藝參數(shù)?？紤]到產(chǎn)品生產(chǎn)實(shí)際的可操作性，將最佳工藝參數(shù)調(diào)整為物料厚度5.0～5.5 mm，加熱板溫度50 ℃，干燥室壓力40 Pa，并進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)以確定模型的有效性，在該條件下測(cè)得凍干能耗為（19.27±0.05）kW·h，與預(yù)測(cè)值比較接近，說明調(diào)整后的麻山藥真空冷凍干燥工藝參數(shù)是可行的。

3 結(jié)論

試驗(yàn)利用BoxBehnken進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過響應(yīng)面法對(duì)影響凍干能耗的幾個(gè)因素建立了二次多項(xiàng)模型，模型調(diào)整系數(shù)R2Adj=0.995 9，說明該模型擬合程度良好。并用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了方差分析，確定了各因素水平及交互作用對(duì)凍干能耗影響的顯著程度，優(yōu)化了關(guān)鍵因素及水平。

結(jié)合產(chǎn)品加工的可操作性，將最佳工藝參數(shù)調(diào)整為物料厚度5.0～5.5 mm，加熱板溫度50 ℃，干燥室壓力40 Pa，并進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，在此條件下實(shí)際測(cè)得的凍干能耗為（19.27±0.05）kW·h，與預(yù)測(cè)值相近。經(jīng)檢驗(yàn)證明該工藝參數(shù)是合理可靠的。

參考文獻(xiàn)

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