王存堂++張雄峰++王偉++李鑫++王璐瑤+++王芝偉++李萌

摘要：研究洋蔥切片在60、70、80、90 ℃不同干制溫度下薄層熱風(fēng)干制特性，建立干制過(guò)程中的數(shù)學(xué)模型，以分析熱風(fēng)干制溫度對(duì)洋蔥切片干制特性的影響。結(jié)果表明，洋蔥切片熱風(fēng)干制過(guò)程以降速干燥為主，熱風(fēng)干制時(shí)的水分轉(zhuǎn)移符合菲克（Fick）擴(kuò)散模型，從確定系數(shù)（R2）、卡方（χ2）、均方根誤差（RMSE）3個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，Page方程模型與洋蔥切片干制過(guò)程的擬合度較高。

關(guān)鍵詞：洋蔥切片；干制特性；薄層干制模型；溫度

中圖分類(lèi)號(hào)： TS255.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）06-0369-03

收稿日期：2015-05-11

基金項(xiàng)目：黑龍江省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（編號(hào)：C2015050）；齊齊哈爾大學(xué)青年教師科研啟動(dòng)支持計(jì)劃（編號(hào)：2014K-M25）。

作者簡(jiǎn)介：王存堂（1980—），男，甘肅高臺(tái)人，博士，副教授，主要從事農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)藏與加工研究。Tel：（0452）2714727；E-mail：robbertwang@163.com。洋蔥（Allium cepa）系百合科蔥屬多年生草本植物，以肥大的肉質(zhì)鱗莖供食用，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，在歐美素有“蔬菜皇后”之美譽(yù)[1]。 洋蔥在中國(guó)分布很廣，南北各地均有栽培，而且種植面積還在不斷擴(kuò)大，是目前中國(guó)主栽蔬菜之一[2]。洋蔥收獲季節(jié)相對(duì)比較集中，其鱗莖含水量高，易腐爛，貯藏難度大，在運(yùn)輸過(guò)程中損失較大，運(yùn)輸成本較高，因此，通常將洋蔥干制脫水后再進(jìn)行外銷(xiāo)。洋蔥有紅皮洋蔥、黃皮洋蔥、白皮洋蔥之分，本試驗(yàn)選用黃皮洋蔥，其皮為黃色或淡黃色，扁圓形，直徑6～8 cm，肉質(zhì)為鱗片狀，組織細(xì)密，辣味較濃，產(chǎn)量雖比紅皮種低，但品質(zhì)較好，可作脫水加工用[3]。

果蔬干制有曬干、烘干、減壓干制及冷凍干制等多種方式。曬干過(guò)程果蔬容易被微生物污染，產(chǎn)品衛(wèi)生質(zhì)量差，質(zhì)量不均一；烘干、冷凍干燥耗時(shí)耗能。為縮短干制時(shí)間，減少營(yíng)養(yǎng)成分損失和能量消耗，物料切片后再干制被廣泛應(yīng)用于果蔬的脫水干制加工[4]。但是，果蔬干制過(guò)程中水分變化對(duì)干燥過(guò)程的意義重大，將直接影響產(chǎn)品的品質(zhì)，而限于現(xiàn)代干燥技術(shù)，實(shí)現(xiàn)干燥過(guò)程中物料水分的在線(xiàn)檢測(cè)是個(gè)難題。研究干燥過(guò)程中果蔬水分的變化規(guī)律，將為其實(shí)際脫水生產(chǎn)提供更多的數(shù)據(jù)支持。目前，已有學(xué)者對(duì)辣椒、番茄、胡蘿卜、梨等果蔬物料切片進(jìn)行熱風(fēng)干燥特性和動(dòng)力學(xué)模型研究[5-11]，而關(guān)于洋蔥切片熱風(fēng)薄層干制數(shù)學(xué)模型的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，本試驗(yàn)將洋蔥進(jìn)行切片處理并熱風(fēng)干制，考查洋蔥切片熱風(fēng)干制溫度對(duì)其干制特性的影響，建立干制過(guò)程中的數(shù)學(xué)模型，以望為洋蔥的生產(chǎn)加工實(shí)踐提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

無(wú)軟爛、大小均一的新鮮黃皮洋蔥，購(gòu)于黑龍江省齊齊哈爾農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。

1.2主要儀器設(shè)備

數(shù)顯101A-2型電熱鼓風(fēng)干燥箱，由上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)；BS222S電子天平，由賽多利斯科學(xué)儀器（北京） 有限公司生產(chǎn)。

1.3試驗(yàn)方法

干制之前，將洋蔥外層干皮剝?nèi)?，用刀將洋蔥橫切成寬度為（0.5±0.1） cm的切片，切片大小均勻一致，初始的水分含量（M0）為（10.43±0.52） g/g（水分質(zhì)量/干物質(zhì)質(zhì)量，下同）；干制試驗(yàn)前2 h，將熱風(fēng)干燥箱開(kāi)機(jī)并分別選定溫度，以獲得穩(wěn)定的干制條件；準(zhǔn)確稱(chēng)取洋蔥切片200 g，單層平鋪于鐵絲網(wǎng)上，置于電熱鼓風(fēng)進(jìn)行干燥，干制溫度分別為60、70、80、90 ℃，風(fēng)速恒定為1.0 m/s；每隔10 min 記錄1次洋蔥切片的質(zhì)量變化，精確至0.01 g，每次稱(chēng)質(zhì)量不超過(guò)20 s，直至連續(xù)3次質(zhì)量不發(fā)生變化為止。重復(fù)3次。

1.4熱風(fēng)干制的特性

1.4.1水分比和干制速率的計(jì)算洋蔥切片薄層干制試驗(yàn)的水分比（MR）和干制速率（DR）的計(jì)算方程分別為：

MR=（M-Me）/（M0-Me）；

DR=（Mt+dt-Mt）/dt。

式中：M為任意時(shí)刻的水分含量，M0為初始水分含量，Me為平衡水分含量，Mt為t時(shí)刻的水分含量，Mt+dt為t+dt時(shí)刻的水分含量，單位均為g/g；t為干制的某一時(shí)刻，單位為min。當(dāng)干制時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，與M或M0相比，Me值比較小時(shí)可以忽略不計(jì)，此時(shí)，MR=M/M0。

1.4.2相關(guān)系數(shù)和誤差分析利用5個(gè)常見(jiàn)的理論-擴(kuò)散模型（表1）分別描述洋蔥切片的干制曲線(xiàn)[5，8]，以選擇合適的數(shù)學(xué)模型描述洋蔥切片的干制過(guò)程。

采用OriginPro 8.5數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件分析線(xiàn)性和非線(xiàn)性回歸方程，統(tǒng)計(jì)確定系數(shù)（R2）、卡方（χ2）、均方根誤差（RMSE）3個(gè)參數(shù)。χ2、RMSE的計(jì)算方程分別為：

χ2=∑Ni=1（MRexp，i-MRpre，i）2N-z；

RMSE=1N∑Ni=1（MRexp，i-MRpre，i）2。

式中：MRexp，i、MRpre，i分別為試驗(yàn)MR值和預(yù)測(cè)MR值，N為觀(guān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量，z為干制數(shù)學(xué)模型中常數(shù)的數(shù)量。

2結(jié)果與分析

2.1洋蔥切片的干制曲線(xiàn)

干制特性曲線(xiàn)是物料水分比（MR）與干制時(shí)間之間的關(guān)系曲線(xiàn)，可表明水分含量隨干制時(shí)間延長(zhǎng)而下降的過(guò)程。由圖1可見(jiàn)，洋蔥切片的MR值隨干制時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸下降；熱風(fēng)溫度對(duì)MR值的影響較為明顯，溫度分別為60、70、80、90 ℃ 條件下，干制獲得平衡水分的時(shí)間分別為230、170、140、120 min；熱風(fēng)溫度的增加加速了洋蔥切片的干制過(guò)程，干制時(shí)間縮短。這在番茄片、梨切片、茄切片、蘋(píng)果渣等[6，8，12-13]干制過(guò)程中均有類(lèi)似報(bào)道。

2.2洋蔥切片的干制速率

由圖2可見(jiàn)，洋蔥切片干制過(guò)程中只有極短時(shí)間的加速干燥，達(dá)到某一速率便依次進(jìn)入減速干燥、降速干燥過(guò)程，洋蔥切片干制沒(méi)有出現(xiàn)恒速干燥過(guò)程。這主要是因?yàn)檠笫[在干

制過(guò)程中，表面的水分?jǐn)U散速率大于洋蔥內(nèi)部的水分轉(zhuǎn)移速率，水分?jǐn)U散過(guò)程很快，與Vega等的研究結(jié)果[5，12-13]相似。由圖3可見(jiàn)，隨水分含量持續(xù)下降，洋蔥切片的干制速率降低；洋蔥切片干制速率大于0.07 g/（g·min） 時(shí)，干制溫度越高，干制速率越大，洋蔥切片干制速率小于0.07 g/（g·min）時(shí)，干制溫度越高，干制速率越小。干制后期，洋蔥切片內(nèi)部水分含量越低，干制的速率越小，水分也越難以除去。因此，在干制后期，可采用微波干制等干制方式以加快水分的蒸發(fā)，縮短干制時(shí)間[7]。

2.3洋蔥切片的熱風(fēng)干制模型

由表2可見(jiàn)，R2、χ2、RMSE值的變化范圍分別為 0.971 8～0.998 5、0.001 4×10-4～0.003 1、0.000 3～0.053 3；Page模型計(jì)算得到的R2相對(duì)較大，χ2、RMSE相對(duì)較小，這說(shuō)明其擬合度相對(duì)較高，能很好地描述洋蔥切片的薄層干制過(guò)程。由圖4可見(jiàn)，Page方程預(yù)測(cè)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)得的MR值非常吻合，這與Demiray等的研究結(jié)論[6，8，12]類(lèi)似。

3結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，熱風(fēng)溫度對(duì)洋蔥切片薄層熱風(fēng)干燥特性的影響十分明顯，在60～90 ℃試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，熱風(fēng)溫度越高，洋蔥切片的干燥速率越快，干燥時(shí)間越短，其干燥過(guò)程為開(kāi)始短暫的升速階段，其后為降速干燥階段，沒(méi)有恒速干燥階段。經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型的擬和結(jié)果表明，Page模型擬合度相對(duì)較高，R2值相對(duì)較高，χ2、RMSE相對(duì)較小，是模擬洋蔥切片薄層熱風(fēng)干燥過(guò)程最適合的數(shù)學(xué)模型，能準(zhǔn)確表達(dá)和預(yù)測(cè)洋蔥切片薄層熱風(fēng)干燥過(guò)程中不同溫度條件任一時(shí)刻的水分含量和干燥速率。

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