何江濤，楊炳南，楊延辰，宋健宇，尹學清，梁曉軍，盧黎明，李永輝（中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院，北京100083）

速凍薯條加工過程中預干燥工藝的研究

何江濤，楊炳南*，楊延辰，宋健宇，尹學清，梁曉軍，盧黎明，李永輝（中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院，北京100083）

預干燥工序是速凍薯條生產(chǎn)線中的重要一環(huán)。本試驗研究了不同的預干燥條件（不同的干燥溫度、干燥風速、干燥時間及單位面積鋪料量）對薯條成品品質(zhì)的影響，進而得出了最佳的預干燥工藝參數(shù)。試驗結(jié)果表明，干燥溫度為75℃、干燥風速為1.6 m/s、單位面積鋪料量為15 kg/m2、干燥時間為60 min，在此預干燥工藝條件下生產(chǎn)出來的速凍薯條，其成品的綜合品質(zhì)最好。

速凍薯條；干燥溫度；干燥風速；單位面積鋪料量；成品品質(zhì)

quality

在速凍薯條的工業(yè)化生產(chǎn)過程中，預干燥工序是整條生產(chǎn)線中的一個重要環(huán)節(jié)。脫水干燥的主要目的是去除薯條中的一部分水分，從而縮短預油炸時間，降低薯條在油炸過程中的吸油量［1］；同時還可以讓淀粉部分糊化，增加后期產(chǎn)品的酥脆度；還可以使干燥后的產(chǎn)品水分均勻分布，內(nèi)外濕度一致［2］。薯條的預干燥環(huán)節(jié)處理不好會直接影響整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)，同時還會對速凍薯條的成品品質(zhì)產(chǎn)生嚴重影響。因此，對預干燥工藝的研究有著極其重要的意義。趙鳳敏、尹爾方等研究了烘干溫度和烘干時間對薯條產(chǎn)品質(zhì)量的影響，他們認為烘干這一環(huán)節(jié)是速凍薯條加工工藝流程中關鍵之關鍵，它直接影響到薯條產(chǎn)品的最終品質(zhì)。烘干程度嚴重，薯條水分散失過多，再經(jīng)油炸后薯條表面易形成硬殼，影響口感，若烘干程度不夠，給下一步的油炸工藝造成不必要的負擔，選擇最佳烘干溫度和時間，控制好薯條的降水量成為生產(chǎn)良好品質(zhì)薯條的關鍵［3］；Agblor等描述了薯條加工的預干燥工藝：采用70℃預干燥后，升溫至120℃干燥11 min［4］；吳洪成、胡卓炎等研究了不同干燥溫度、干燥時間對薯條的顏色、含水率和含油率的影響。試驗結(jié)果顯示干燥溫度在108℃～110℃；干燥時間在11 min～12 min；預油炸時間38 s時，薯條的各響應變量同時達到商品薯條的指標值［5］。王金剛、杜寧娟認為工業(yè)生產(chǎn)中，干燥熱源為蒸汽，壓力0.8 MPa/m2，用大流量風送。一般采用1.5 m～2 m寬的皮帶式干燥機，干燥機內(nèi)分區(qū)，空氣流動方向不同，機內(nèi)要極易清潔，抑制細菌生長。干燥機的干燥腔溫度60℃，并保持內(nèi)外水分平衡，干燥時間15 min～20 min，料層厚100 mm［2］。江敏、譚興和等研究認為油炸速凍馬鈴薯條最佳的干燥溫度為85℃，時間為40 min［6］。雖然薯條的預干燥效果與干燥的溫度、干燥時間有著密切的關系，但干燥的風速以及單位面積鋪料量同樣對預干燥的效果有著重要的影響。本試驗結(jié)合速凍薯條工廠化生產(chǎn)過程的實際情況，針對性的選擇了干燥溫度、干燥時間、干燥風速和單位面積鋪料量（均勻鋪料）4個主要影響因素，并選擇油炸速凍薯條的成品品質(zhì)（包括：外觀、回軟時間和口感）作為試驗綜合指標，通過正交優(yōu)化組合試驗，得到最優(yōu)的干燥溫度、干燥時間、干燥風速以及單位面積鋪料量的工藝參數(shù)組合，從而為速凍薯條的工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1　試驗原材料、設備和方法

1.1原材料

夏波蒂（含水率：80.3%）：市售。

1.2設備

ZNG20智能控溫熱風干燥試驗臺：自制，見圖1，其性能參數(shù)見表1；JH-S8數(shù)顯恒溫水浴鍋：上海佳航儀器儀表有限公司；ZW-903手動薯條機：北京志偉興業(yè)機械有限公司；YC-X600-7毛刷式摩擦去皮機：燕誠神州食品機械（北京）有限公司；101-2A電熱鼓風干燥箱：天津市泰斯特儀器有限公司；BSA3202S標準型電子天平：賽多利斯（上海）貿(mào)易有限公司；玻璃干燥器：上海達豐玻璃儀器廠；美菱DW-FL90超低溫冷凍儲藏箱：合肥美菱股份有限公司；匯利HY-82R電炸鍋：廣州匯利廚具有限公司；BCD-290WDPK海爾冰箱：青島海爾股份有限公司。

圖1　智能控制熱風干燥試驗臺原理圖Fig.1　Intelligent control principle diagram of the hot air drying equipment

表1 干燥試驗臺性能參數(shù)表Table 1　The performance of the drying equipment

1.3方法

1.3.1工藝流程

參照現(xiàn)有速凍薯條生產(chǎn)線的工藝流程，確定本試驗的工藝流程如圖2所示。

圖2　速凍薯條加工工藝流程圖Fig.2　Frozen Fench fries production process

1.3.2操作要點

1）原料：選用鮮馬鈴薯，并剔除腐爛、變質(zhì)以及有病蟲害的馬鈴薯。

2）清洗去皮：將馬鈴薯表面的泥沙清洗干凈，去除表皮。

3）切條：將馬鈴薯切成規(guī)格均勻的薯條，本試驗中馬鈴薯條規(guī)格為10 mm×10 mm，且選用薯條的長度為40 mm～75 mm。

4）漂洗：切條后的馬鈴薯立即浸入水中，洗去表面游離的淀粉。

5）漂燙：將漂洗后的馬鈴薯條放入85℃的熱水中漂燙5 min。

6）調(diào)理：將漂燙后的馬鈴薯條放入50℃的溫水中保持30 min。

7）預干燥：將調(diào)理后的薯條撈起，靜置2 min瀝水，再用吸水紙吸去薯條表面游離的水分，之后均勻地放入智能控制熱風干燥試驗臺進行試驗。

8）初油炸：將經(jīng)過預干燥的薯條放入電熱油炸鍋中連續(xù)油炸90 s，油溫165℃。

9）速凍：初油炸后的薯條經(jīng)手動振動脫油1 min后，放入冷凍儲藏箱中-24℃速凍1 h。

10）凍藏：將速凍后的薯條放入-18℃的冷柜中儲存。

11）復油炸：將冷藏的薯條放入電熱油炸鍋中連續(xù)油炸150 s，油溫190℃。

2　單因素試驗結(jié)果與分析

速凍薯條的預干燥以熱空氣為干燥介質(zhì)，通過強制對流循環(huán)的方式與薯條進行濕熱交換，薯條表面上的水分通過表面的氣膜向氣流主體擴散；與此同時由于表面汽化的結(jié)果，使薯條內(nèi)部和表面之間產(chǎn)生水分梯度差，內(nèi)部的水分因此以汽態(tài)或液態(tài)的形式向表面擴散，從而達到連續(xù)干燥的目的。

2.1干燥溫度對薯條水分含量變化的影響

干燥溫度對薯條水分含量的變化的影響見圖3。

圖3　不同的干燥溫度對薯條水分含量變化的影響Fig.3　Effect of different drying temperature on the moisture content in the chips

從圖3中可以看出：

1）薯條水分含量的下降速率與干燥溫度成正相關，干燥溫度越高，薯條水分下降的速率就越大，相同的干燥時間，薯條水分損失的就越多。這與薯條表面水分的蒸發(fā)速度有關，溫度越高，則薯條表面水分的蒸發(fā)速度就越快，相同的干燥時間內(nèi)，水分損失的也就越多，水分下降速率也就越大。

2）相同的干燥溫度下，薯條水分含量的下降速率隨著干燥時間的增長而逐漸降低，這是因為：①薯條表面水分的蒸發(fā)速度與其水分活度有密切關系，干燥前期，薯條的水分活度相對較高，其表面水分的蒸發(fā)速度也就相對較快，但隨著薯條水分含量的下降，其水分活度也在逐漸降低，故其表面水分蒸發(fā)速度也就相應下降。②薯條的干燥過程其實是一個水分遷移的過程，它共包含兩個遷移過程，即薯條內(nèi)部的水分遷移（水分由薯條內(nèi)部遷移至薯條表面）和薯條表面的水分遷移（薯條表面的水分遷移到大氣中）。干燥前期，薯條水分的下降速度主要是其表面的水分遷移速度決定的；干燥中期和后期，薯條水分的下降則明顯表現(xiàn)為兩個遷移過程共同作用的結(jié)果，且干燥時間越長，薯條水分的下降速度受薯條內(nèi)部水分遷移速度的影響也越顯著。而薯條表面的水分遷移速度要明顯高于薯條內(nèi)部的水分遷移速度。因此，薯條水分下降的速率隨著干燥時間的增長而逐漸降低。③隨著薯條水分含量的降低，其表面性狀也會發(fā)生一定的變化，如表層硬化等，均會降低其水分蒸發(fā)的速度，從而導致后期水分含量下降速率降低。

同時在試驗中還發(fā)現(xiàn)，當干燥溫度超過80℃時，干燥時間超過20 min后，薯條表面淀粉易糊化，形成硬殼，嚴重影響后期成品薯條的產(chǎn)品品質(zhì)，且干燥效果的均勻性明顯下降。干燥溫度過低，雖然薯條表面不易形成硬殼，但干燥時間過長，工業(yè)化生產(chǎn)過程中，會導致干燥設備體積龐大，增加設備的制造成本。結(jié)合試驗結(jié)果選擇70、75、80℃3個試驗水平值。

2.2干燥風速對薯條水分含量變化的影響

干燥風速對薯條水分含量變化的影響見圖4。

圖4　不同的干燥風速對薯條水分含量變化的影響Fig.4　Effect of different drying wind speed on the moisture contentin the chips

從圖4中可以看出：不同的干燥風速對薯條水分含量的變化有著不同的影響，隨著干燥風速的增大，薯條水分含量的下降速率也在逐漸變大。這是因為風速越大，薯條表面水分的蒸發(fā)速度就越快，相同的干燥時間內(nèi)水分損失的就越多。

同時在試驗中還發(fā)現(xiàn)，當熱風風速超過2.0m/s時，也同樣會導致薯條表面過快形成硬殼，干燥效果的均勻性變差。干燥的不均勻性主要表現(xiàn)為：薯條受風表面的水分損失過快，背風表面則水分損失緩慢；單根薯條的水分分布不均勻，且放置一定時間平衡水分后，結(jié)硬殼表面的水分含量無明顯改善。但干燥熱風風速過低，也同樣存在著干燥時間過長的問題。因此選擇干燥風速1.2、1.6、2.0 m/s 3個水平值。

2.3單位面積鋪料量（均勻鋪料）對薯條水分含量變化的影響

單位面積鋪料量對薯條水分含量變化的影響見圖5。

圖5　不同的單位面積鋪料量對薯條水分含量變化的影響Fig.5　Effect of different material density on the moisture content in the chips

從圖5中可以看出：薯條干燥時，單位面積鋪料量的不同，其失水速率也不同。在相同的干燥時間內(nèi)，單位面積鋪料量越大，薯條失水速率就越低，失水量就越少。這是因為在相同的干燥條件下，單位面積鋪料量越大，同等時間內(nèi)需要被干燥的薯條量就越多，料層就越厚。由于料層厚度的增加，一方面會導致水分蒸發(fā)的速度變慢；另一方面由于料層厚度增加，薯條與薯條表面的不規(guī)則重疊面積就越大，直接造成薯條的總蒸發(fā)表面積下降，故其失水速率也會下降。

在試驗中還發(fā)現(xiàn)，薯條單位面積鋪料量越低，干燥過程中薯條的棱邊、尖端越容易過干燥變硬，形成硬殼，使干燥效果變差；而單位面積鋪料量過大，則干燥時間長，干燥效果的均勻性差，同時還會導致后續(xù)薯條的水分平衡時間增加。從圖5中可以看出，當單位面積鋪料量達到25 kg/m2時，物料的干燥時間明顯延長。因此選擇單位面積鋪料量10、15、20 kg/m23個水平值。

3　正交試驗結(jié)果與分析

速凍薯條預干燥效果的好壞，直接關系到后期薯條油炸后成品的品質(zhì)。為此，我們采用薯條油炸后成品的品質(zhì)作為評判預干燥效果優(yōu)劣的檢驗指標。薯條成品的品質(zhì)由外觀、回軟時間和口感（出鍋1 min時）3個分指標組成，這3個分指標按照不同的標準共分為5個等級，分值從1～5逐漸增加，詳見表2。

薯條成品的品質(zhì)由3個分指標得分值的總和來評定，總分值越高，品質(zhì)就越好。試驗選取8位有經(jīng)驗的分析人員對不同預干燥條件下得到的油炸薯條成品進行外觀、回軟時間和口感3方面的評價打分，并將這3方面的分值相加，所得結(jié)果作為該條件下油炸薯條成品品質(zhì)的感官評價，之后對這8組分值求和后再取平均值，所得平均值即認為是該預干燥條件下油炸薯條成品品質(zhì)的分值。

表2　薯條成品品質(zhì)分值表Table 2　Fries quality assessment table

3.1正交試驗與因素水平設計

在預干燥過程中，干燥時間的長短也是影響速凍薯條預干燥效果的一個重要因素。因此結(jié)合上述單因素試驗，最終確定預干燥試驗各因素及水平如表3所示，試驗采用正交試驗設計L9（34），具體試驗安排如表4所示。

表3 預干燥試驗因素水平表Table 3　Factor and levels of pre-drying test

3.2油炸薯條成品品質(zhì)的正交試驗與分析

油炸薯條成品品質(zhì)正交試驗結(jié)果分析見表4。

表4 正交試驗結(jié)果分析Table 4　Orthogonal experiment results analysis

由表4可知，通過均值分析認為最佳預干燥工藝條件為A2B2C2D3，即干燥溫度為75℃，干燥風速為1.6m/s，單位面積鋪料量為15 kg/m2，干燥時間為60 min，在該預干燥工藝條件下生產(chǎn)出來的速凍薯條，其成品的品質(zhì)最好。

通過對極差R分析認為，以上因素對油炸速凍薯條成品品質(zhì)的影響各不相同，其影響程度大小的順序為：干燥時間＞干燥溫度＞單位面積鋪料量＞干燥風速，四因素中干燥風速對于薯條成品品質(zhì)的影響相對最小。

3.3驗證試驗

為了驗證上述最佳工藝參數(shù)A2B2C2D3，在確定的最優(yōu)條件下，進行3次獨立的實際生產(chǎn)試驗并取樣檢測，實測試驗結(jié)果見表5。

表5　驗證試驗結(jié)果Table 5　Results of verification experiment

由表5可知，按照最佳預干燥工藝參數(shù)生產(chǎn)出的油炸薯條，其成品的綜合品質(zhì)分值為14.3分，均高于正交試驗表中的品質(zhì)分值。由此可以確定，通過正交優(yōu)化試驗所得到的最優(yōu)預干燥工藝參數(shù)組合能夠顯著地提升油炸薯條的成品品質(zhì)。

4　結(jié)論

1）單因素試驗表明：干燥溫度、干燥風速和單位面積鋪料量均對薯條的預干燥效果有明顯的影響，干燥溫度和干燥風速與薯條水分含量的下降速率成正比例，單位面積鋪料量與薯條水分含量的下降速率成反比例，即干燥溫度越高、干燥風速越大、單位面積鋪料量越小，薯條水分含量的下降速率就越大，預干燥效果的均勻性就差。

2）正交試驗結(jié)果表明：最佳預干燥工藝條件為A2B2C2D3，即干燥溫度為75℃，干燥風速為1.6 m/s，單位面積鋪料量為15 kg/m2，干燥時間為60 min，在此預干燥工藝條件下生產(chǎn)出來的速凍薯條，其成品品質(zhì)最好。此參數(shù)組合下的驗證試驗也與以上結(jié)論一致。

3）極差分析結(jié)果表明，4個因素對油炸速凍薯條成品品質(zhì)影響程度大小的順序為：干燥時間＞干燥溫度＞單位面積鋪料量＞干燥風速，4個因素中干燥風速對于薯條成品品質(zhì)的影響相對最小。

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Research on the Pre-drying Technology during Frozen French Fries Processing

HE Jiang-tao，YANG Bing-nan*，YANG Yan-chen，SONG Jian-yu，YIN Xue-qing，LIANG Xiao-jun，
LU Li-ming，LI Yong-hui

（China Academy of Agricultural Mechanization Science，Beijing 100083，China）Abstract：Pre-drying process was an important part in frozen French fries production line.The operation conditions different drying temperature，wind speed，drying time and material quantity per unit area were investigated by single and orthogonal array design methods based on quality of French fries，and their optimum levels were Found to be 75℃，1.6 m/s，60 min，15 kg/m2，respectively.Under the optimized conditions to produce frozen French fries，its product quality was best.

frozen French fries；drying temperature；wind velocity；material quantity per unit area；product

2015-09-06

國家馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（CARS-10-P23）

何江濤（1981—），男（漢），工程師，碩士，研究方向：薯類深加工設備研發(fā)及成套工程設計。

楊炳南（1962—），男，研究員，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工。