龍成樹，劉清化※，李浩權(quán)，龔 麗，曾小輝

（1.廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣州 510630；廣東省農(nóng)產(chǎn)品干燥加工工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510630）

響應(yīng)面法優(yōu)化桑葉熱泵干燥速率模型

龍成樹1，2，劉清化1，2※，李浩權(quán)1，2，龔 麗1，2，曾小輝1，2

（1.廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣州 510630；廣東省農(nóng)產(chǎn)品干燥加工工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510630）

應(yīng)用GHRH型熱泵干燥機(jī)，研究了干燥溫度、干燥風(fēng)速、熱燙時(shí)間、鋪料密度對(duì)桑葉脫水特性的影響。單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，桑葉干燥的較優(yōu)鋪料料量為1.0 kg/m2，適當(dāng)?shù)臒釥C預(yù)處理能夠起到護(hù)色和提高干燥速率的作用。從溫度、風(fēng)速、熱燙時(shí)間三因素的中心復(fù)合表面實(shí)驗(yàn)得到，溫度是影響干燥速率的顯著因素，風(fēng)速為次顯著因素，熱泵干燥對(duì)桑葉品質(zhì)的影響較小，并得到了干燥速率的數(shù)學(xué)模型為Y=2.3 103-0.0 804X1+0.0 539X2+0.0 213X3+0.0 008X1X1-0.0 094X2X2-0.0 043X3X3。應(yīng)用Minitab軟件響應(yīng)優(yōu)化器優(yōu)化工藝參數(shù)，當(dāng)干燥溫度為64.20℃、風(fēng)速為2.40 m/s、熱燙時(shí)間為2.0 min、干燥耗時(shí)2.25 h時(shí)，所得產(chǎn)品蛋白質(zhì)和黃酮含量為鮮桑葉的77.93%和69.75%，優(yōu)化工藝的平均干燥速率為0.5 532，與回歸方程預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差為2.38%。所得數(shù)學(xué)模型及最優(yōu)工藝，對(duì)桑葉批量干燥生產(chǎn)有一定指導(dǎo)作用。

桑葉，熱泵干燥，響應(yīng)面，干燥速率

0 前言

桑葉為?？浦参锷orus alba L.的葉子，我國(guó)是世界上最大的桑樹種植國(guó)[1]，衛(wèi)生部將桑葉列為藥食兩用中藥材之一[2]。因其滋陰涼血，清肝明目，故是中醫(yī)臨床上治療糖尿病的有效藥物之一。現(xiàn)代藥理學(xué)及化學(xué)成分研究表明桑葉具有降血糖、降血脂、抗氧化、抗病毒等多種藥理活性，其中生物堿以及黃酮類物質(zhì)是桑葉中主要的降血糖活性成分[3,4]。

桑葉一年可以采摘3～6次[5]，定時(shí)采摘不僅能夠提高產(chǎn)量，而且有利于加快桑樹的新陳代謝，充分利用陽(yáng)光和養(yǎng)分進(jìn)行光合作用，凈化空氣和制造有機(jī)物。然而，大量高水分的新鮮桑葉產(chǎn)出，需要及時(shí)進(jìn)行脫水處理，以防止其褐變和微生物滋生而腐爛。國(guó)內(nèi)有關(guān)桑葉脫水的工藝研究相對(duì)較少，不同溫度、干燥方式及前處理對(duì)桑葉內(nèi)多糖、DNJ、黃酮等營(yíng)養(yǎng)成分都有一定影響[6]。冷凍干燥能最大限度保持桑葉的成分，微波干燥對(duì)桑葉各種成分的影響也較小，但是前者干燥時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高，而后者操作過(guò)程過(guò)于復(fù)雜[6]。熱風(fēng)干燥對(duì)桑葉營(yíng)養(yǎng)成分的保持比前兩種干燥方式略差，但不影響桑葉降糖主要功效，從可操作性、產(chǎn)能及經(jīng)濟(jì)效益等方面綜合考慮，熱風(fēng)干燥比前兩種干燥方式更適合工業(yè)批量生產(chǎn)。熱風(fēng)干燥是一種純排濕的干燥方式，此種

方式單位能耗脫水能力較差，尤其當(dāng)遇到高濕天氣時(shí)，熱風(fēng)干燥單位脫水能耗將進(jìn)一步升高。

熱泵干燥技術(shù)是基于逆卡諾循環(huán)原理的一種高效除濕干燥技術(shù)，它能夠有效地利用環(huán)境熱源，高效、節(jié)能并已廣泛應(yīng)用于木材工業(yè)、紡織、制藥、食品和農(nóng)產(chǎn)品加工等行業(yè)[7]。本文應(yīng)用GHRH型中高溫?zé)岜酶稍餀C(jī)，研究桑葉的脫水特性，旨在對(duì)桑葉干燥工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到一個(gè)合理的桑葉熱泵干燥工藝方案，對(duì)桑葉脫水批量工業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

1 材料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 材料與試劑

材料：大桑葉，采摘于廣東省蠶桑所桑園，形狀為300 mm×200 mm的橢圓形，初始水分含量為（76±2.0)%。采摘時(shí)應(yīng)防止葉脈受損，溢出的汁液遇空氣氧化而桑葉變色，桑葉采摘后于5℃冷庫(kù)中低溫保鮮貯藏。

試劑：

1）G-250考馬斯亮藍(lán)：上海金穗生物科技有限公司；

2）蘆?。悍侵苿虾＝鹚肷锟萍加邢薰?；

3）乙醇、氫氧化鈉、亞硝酸鈉，分析純，天津化學(xué)試劑三廠；

4）硝酸鋁，AR級(jí)分析純，上海埃比化學(xué)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

GHRH型閉式熱泵干燥實(shí)驗(yàn)裝置，廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所自制，溫度可控范圍為35～65℃，風(fēng)速可控范圍為0～5.0 m/s，干燥風(fēng)在風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下于垂直面內(nèi)循環(huán)，干燥室內(nèi)空氣與濕物料進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，經(jīng)過(guò)傳質(zhì)的高濕空氣穿過(guò)蒸發(fā)器除濕，經(jīng)過(guò)冷凝器加熱，以此達(dá)到干燥桑葉的目的。

賽多利斯水分測(cè)定儀，MA150，德國(guó)賽多利斯集團(tuán)；FA/JA系列上皿電子天平，上海天平儀器廠；KANOMAX風(fēng)速測(cè)定儀，KA32L型，沈陽(yáng)加野科學(xué)儀器公司；272-A型干濕溫度計(jì)，河間市重光溫濕度儀表廠；UV-180OPC型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海亞榮生化儀器廠；HH-2恒溫水浴鍋，江蘇金壇市宏華儀器廠；離心機(jī)，長(zhǎng)沙平凡儀器儀表有限公司；移液管、研缽、石英砂、容量瓶、離心管、漏斗、燒杯、濾紙。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

新鮮桑葉預(yù)處理→開水熱燙→迅速冷卻，拭干水分→稱重、鋪放于篩盤上→熱泵干燥機(jī)干燥箱干燥→每隔一定時(shí)間測(cè)量桑葉質(zhì)量→干燥至樣品相鄰減重低于0.2 g即終止→產(chǎn)品包裝保存，記錄及分析數(shù)據(jù)。

1.3.1 單因素實(shí)驗(yàn)

桑葉熱泵干燥主要受鋪料量、熱燙時(shí)間、干燥溫度、干燥風(fēng)速共4個(gè)因素影響，其中前2個(gè)因素為預(yù)處理操作，后2個(gè)因素是干燥過(guò)程影響因素。分別對(duì)各因素的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：

鋪料量的影響：設(shè)定溫度和風(fēng)速45℃，0.5 m/s，不采用熱燙預(yù)處理，鋪料量因素的3水平依次為0.5、1.0、1.5 kg/m2，鋪好物料于干燥箱中進(jìn)行烘干，比較干燥效率和干燥產(chǎn)品的品質(zhì)，得到合適的鋪料量參數(shù)。

熱燙時(shí)間的影響：將鋪料量、溫度和風(fēng)速設(shè)為定值1.0 kg/m2、45℃、0.5 m/s，熱燙時(shí)間因素6水平依次為0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 min，桑葉熱燙后去除桑葉表面水分，放至物料盤中入干燥箱進(jìn)行烘干，比較干燥效率和干燥產(chǎn)品品質(zhì)，得到合適的熱燙時(shí)間參數(shù)范圍。

干燥溫度的影響：將鋪料量、熱燙時(shí)間和風(fēng)速設(shè)為定值1.0 kg/m2、0 min、0.5 m/s，選取干燥溫度因素的4水平依次為35、45、55、65℃，將新鮮桑葉鋪放于料盤中放入干燥箱進(jìn)行烘干，比較干燥效率以獲得合適的干燥溫度參數(shù)。

干燥風(fēng)速的影響：將鋪料量、熱燙時(shí)間和干燥溫度設(shè)為定值1.0 kg/m2、0 min、45℃，選取干燥風(fēng)速因素的6水平依次為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 m/s，將桑葉放至物料盤中入干燥箱進(jìn)行烘干，比較干燥效率和干燥產(chǎn)品品質(zhì)，得到合適的干燥風(fēng)速參數(shù)。

表1 響應(yīng)面分析因素水平表Table 1 Factors and levels for response surface experiment

1.3.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Minitab軟件設(shè)置了溫度、熱燙時(shí)間、風(fēng)速三個(gè)因素的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，由于最大溫度參數(shù)為中高溫?zé)岜酶稍餀C(jī)的上邊界溫度（65℃），依據(jù)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則，選用了中心復(fù)合表面實(shí)驗(yàn)方法，因素水平設(shè)計(jì)內(nèi)容見(jiàn)表1。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

單因素實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用直觀分析，以確定各因素對(duì)桑葉熱泵干燥速率的影響趨勢(shì)及波動(dòng)較大的參數(shù)區(qū)間。在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Minitab軟件分析響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別選取完全二次、線性+交互模型、線性+平方模型、線性模型對(duì)桑葉熱泵干燥的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化，比較溫度、熱燙時(shí)間、風(fēng)速以及兩兩交互作用對(duì)干燥速率的影響，逐步去除不顯著因素，最終得到桑葉熱泵干燥的最優(yōu)數(shù)學(xué)模型，并在軟件響應(yīng)面優(yōu)化器中選擇望大項(xiàng)目進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化，得到最優(yōu)干燥工藝參數(shù)。

1.5 產(chǎn)品指標(biāo)測(cè)定方法

1.5.1 復(fù)水性檢測(cè)

將干燥后的桑葉（M1）放入50倍質(zhì)量溫度為60℃的水，進(jìn)行復(fù)水實(shí)驗(yàn)，復(fù)水15 min后，將桑葉撈出自然瀝干表面水分，然后進(jìn)行準(zhǔn)確稱重（M2），復(fù)水比ρ的計(jì)算，見(jiàn)公式1：

1.5.2 蛋白質(zhì)含量檢測(cè)

應(yīng)用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定桑葉樣品中蛋白質(zhì)的含量[8]。

1.5.3 黃酮含量檢測(cè)

采用紫外分光光度法測(cè)定桑葉樣品中黃酮的含量[9]。

2 結(jié)果與分析

圖1 溫度桑葉熱泵干燥速率曲線Figure.1 Mulberry leaf heat pump drying rate curve of temperature

圖2 風(fēng)速桑葉熱泵干燥速率曲線Figure.2 Mulberry leaf heat pump drying rate curve of wind speed

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖1和圖2分別是溫度、風(fēng)速對(duì)干燥速率的影響。

圖1可知，隨著熱泵干燥溫度的提高，干燥速

率不斷增大，且溫度在55～65℃間，單位溫升干燥速率提高量最大為1.898%，分別為35～45℃和45～55℃的2.16倍和1.38倍。溫度升高，空氣干燥介質(zhì)傳遞給高濕桑葉的蒸發(fā)熱量增加，桑葉中水分蒸發(fā)速率加快，干燥速率增大，但是溫度太高會(huì)影響桑葉內(nèi)營(yíng)養(yǎng)成分損失。因此，在保證桑葉內(nèi)有效成分的前提下，可選擇較高溫度用于桑葉干燥，以達(dá)到提高干燥效率的目的。

圖2可知，隨著風(fēng)速的提高，干燥速率逐漸增大，且風(fēng)速在2.0～2.5 m/s時(shí)，風(fēng)速增大對(duì)干燥速率提高量影響最大，最大可增加5.48%，分別是1～2 m/s和2.5～3.0 m/s時(shí)的1.64倍和2.30倍。風(fēng)速增大，循環(huán)次數(shù)增加，單位時(shí)間輸送濕空氣量增大，干燥速率增大，但因?yàn)闈裎锪狭恳欢?，單位風(fēng)速增大干燥速率提高量會(huì)呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后減少，且風(fēng)速的增大促使干燥介質(zhì)空氣與濕物料傳熱傳質(zhì)時(shí)間縮短，能量利用率下降，對(duì)于非閉式循環(huán)干燥將會(huì)導(dǎo)致熱量浪費(fèi)。因此，應(yīng)采用合理風(fēng)速以保證能源的充分利用。

圖3曲線可知，隨著熱燙時(shí)間的延長(zhǎng)，桑葉干燥速率先增加后逐漸趨于不變，未經(jīng)熱燙或者熱燙時(shí)間為零時(shí)，干燥速率最慢，熱燙時(shí)間為0～1 min變化最快。熱燙即采用90℃以上的水對(duì)桑葉進(jìn)行前處理，熱燙也稱殺青，有利于保護(hù)桑葉的綠色，抑制一些氧化酶的活性，同時(shí)也會(huì)破壞桑葉細(xì)胞的細(xì)胞壁，釋放細(xì)胞間的物理結(jié)合水。因此，有可能桑葉絕干物質(zhì)會(huì)有所減少，適當(dāng)?shù)臒釥C時(shí)間可能增大細(xì)胞間隙，有利于桑葉物料濕分的蒸發(fā)，從而提高干燥速率，但是熱燙時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將會(huì)導(dǎo)致桑葉糜爛，細(xì)胞分離，營(yíng)養(yǎng)成分流失。因此，適當(dāng)?shù)臒釥C預(yù)處理有利于桑葉護(hù)色及干燥速率提高。

圖3 熱燙時(shí)間桑葉熱泵干燥速率曲線Figure.3 Mulberry leaf heat pump drying rate curve of blanching time

表2 鋪放密度對(duì)桑葉熱泵干燥特性的影響Table 2 Effect of characteristics on the heat pump drying mulberry leaf of laying density

從表2數(shù)據(jù)可知，隨著鋪料密度的增大，干燥時(shí)間及干燥不均勻度逐漸增大，桑葉干燥過(guò)程表現(xiàn)為表面迅速干燥而底層桑葉干燥速度較慢，當(dāng)桑葉鋪料密度達(dá)到1.5 kg/m2時(shí)，干燥不均勻度增加至5.20%，高低水分差達(dá)到了14.72%，表面桑葉皺縮嚴(yán)重，下層物料粘結(jié)緊密只能依靠逐層向下干燥，如果層數(shù)太多將會(huì)造成表層桑葉過(guò)干燥，影響桑葉產(chǎn)品的品質(zhì)，而鋪料密度小，層數(shù)少，干燥速率快，但是占用面積大，鋪料工作量增加，不利于提高單位產(chǎn)出率，因此選取鋪放密度為1.0 kg/m2，這樣桑葉干燥不均勻度較小，且能取得較大產(chǎn)出率。

綜上所述，單因素實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、曲線反應(yīng)了桑葉熱泵干燥各因素的影響，分析得到在保證品質(zhì)的前提下，宜采用較高溫度，故溫度取熱泵干燥機(jī)上邊界值（65℃）；較優(yōu)風(fēng)速能提高熱能利用率，故風(fēng)速范圍為1.0～3.0 m/s；適當(dāng)熱燙能夠起到護(hù)色、抑制

酶活性及提高干燥速率，因此選取熱燙時(shí)間為1.0～3.0 min。

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 干燥速率影響方差分析

在單因素實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，以溫度、風(fēng)速、熱燙時(shí)間為自變量，以干燥速率為響應(yīng)值Y，采用了三因素三水平的中心復(fù)合表面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行響應(yīng)面分析，中心點(diǎn)實(shí)驗(yàn)重復(fù)了6次，用以估計(jì)實(shí)驗(yàn)誤差，采用Minitab 16.0進(jìn)行分析。

表3 響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table.3 Experimental result of response surface experiment

表4 干燥速率影響因素方差分析表Table.4 Variance analysis of influencing factors on drying rate

表3為響應(yīng)面分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)表3響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析，見(jiàn)表4。表4可知，溫度因素和溫度平方因素的P值為0.0 003和0.001，均小于0.01，因此溫度及其平方作用為顯著影響因素，風(fēng)速因素的P值為0.041小于0.05，說(shuō)明風(fēng)速為影響干燥速率的次顯著因素，熱燙時(shí)間、其它平方項(xiàng)和交互作用項(xiàng)為P值均大于0.05，說(shuō)明其它因素項(xiàng)對(duì)干燥速率影響不顯著。

2.2.2 交互作用響應(yīng)曲面及等值線

圖4和5為桑葉溫度與風(fēng)速交互作用，圖4響應(yīng)曲面逐漸往溫度和風(fēng)速增大的方向彎曲，最終得到一個(gè)凹曲面；而圖5等值線，更直觀顯現(xiàn)溫度和風(fēng)速增大，干燥速率逐漸增大。在溫度處于45～52℃時(shí)，出現(xiàn)了一個(gè)峰值，而后隨著溫度的升高等值線呈現(xiàn)于溫度軸平行的曲線，即溫度相對(duì)較低時(shí)，與風(fēng)速對(duì)干燥速率的交互作用影響大，但隨著溫度的升高風(fēng)速對(duì)干燥速率的影響逐漸被削弱。

圖6和圖7為風(fēng)速、熱燙時(shí)間的交互作用圖，圖6曲面隨著風(fēng)速的增大逐漸向上彎曲且彎曲度逐漸平緩，而隨熱燙時(shí)間的變化相對(duì)較少；圖7等值線可以直觀看出在風(fēng)速為2.0～2.5 m/s取得較大干燥速率，風(fēng)速與熱燙時(shí)間對(duì)干燥速率交互作用影響隨著風(fēng)速的增大變得更明顯。

圖4 桑葉熱泵干燥溫度-風(fēng)速與干燥速率響應(yīng)曲面Figure.4 Temperature-wind speed and drying rate of response surface of heat pump drying mulberry leaf

圖5 桑葉熱泵干燥溫度-風(fēng)速與干燥速率等值線Figure.5 Temperature-wind speed and drying rate of contour of heat pump drying mulberry leaf

圖6 桑葉熱泵干燥風(fēng)速-熱燙時(shí)間與干燥速率響應(yīng)曲面Figure.6 Wind speed-blanching time and drying rate of response surface of heat pump drying mulberry leaf

圖8 桑葉熱泵干燥溫度-熱燙時(shí)間與干燥速率響應(yīng)曲面Figure.8 Temperature-blanching time and drying rate of response surface of heat pump drying mulberry leaf

圖9 桑葉熱泵干燥溫度-熱燙時(shí)間與干燥速率等值線Figure.9 Temperature-blanching time and drying rate of contour of mulberry heat pump drying mulberry leaf

圖8 和圖9溫度與熱燙時(shí)間交互作用圖，圖7響應(yīng)曲面隨干燥溫度的升高呈現(xiàn)下凹曲面，而隨熱燙時(shí)間變化較少，圖9等值線圖中等值線幾乎與溫度軸保持垂直，說(shuō)明溫度和熱燙時(shí)間對(duì)干燥速率幾乎沒(méi)有交互作用影響。

綜上，桑葉熱泵干燥過(guò)程中當(dāng)采用溫度45～52℃，應(yīng)考慮風(fēng)速與溫度的交互作用影響，當(dāng)采用風(fēng)速為2.0 m/s以上時(shí)，應(yīng)考慮熱燙時(shí)間與風(fēng)速的交互作用影響。

2.3 桑葉熱泵干燥速率數(shù)學(xué)模型優(yōu)化分析

由表5數(shù)據(jù)可知，建立模型回歸方程P值小于0.05，表明模型顯著，建立的回歸模型方程能夠較好的解釋響應(yīng)結(jié)果并預(yù)測(cè)最佳干燥工藝參數(shù)。線性項(xiàng)和平方項(xiàng)P值均小于0.05，說(shuō)明線性項(xiàng)和平方項(xiàng)對(duì)干燥速率數(shù)學(xué)模型的主要影響因素，而交互作用項(xiàng)為非顯著因素。因此，數(shù)學(xué)模型擬合中應(yīng)側(cè)重線性項(xiàng)和平方項(xiàng)。

由表6數(shù)學(xué)模型擬合數(shù)據(jù)知，完全二次模型和

線性+平方模型的R-Sq值與R-Sq（調(diào)整）值均達(dá)到了90%以上，且R-Sq值與R-Sq（調(diào)整）比較接近，認(rèn)為模型的擬合效果比較好，而線性模型和線性+交互作用模型的R-Sq值與R-Sq（調(diào)整）值相對(duì)較低，擬合效果較差。失擬的P值越大，說(shuō)明擬合效果越好；R-Sq（預(yù)測(cè)）值與R-Sq值越接近，表明用此回歸模型進(jìn)行預(yù)測(cè)的效果比較可信。比較表6中完全二次和線性+平方模型數(shù)據(jù)可知，線性+平方模型的R-Sq（預(yù)測(cè)）值與R-Sq值更接近，且P值為0.076大于完全二次的失擬P值，因此選擇線性+平方模型。

表5 數(shù)學(xué)模型顯著性分析表Table.5 Significant analysis of mathematical model

表6 數(shù)學(xué)模型差異分析表Table.6 Difference analysis of mathematical model

對(duì)表3中數(shù)據(jù)進(jìn)行線性+平方模型擬合，得到桑葉熱泵干燥速率Y的回歸方程為：

2.4 優(yōu)化工藝參數(shù)及驗(yàn)證結(jié)果

應(yīng)用Minitab 16.0軟件響應(yīng)面分析優(yōu)化器，對(duì)表2中數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化分析得到結(jié)果，見(jiàn)圖10。

圖10 響應(yīng)面法參數(shù)優(yōu)化曲線Figure.10 Optimization of parameters by response surface methodology

由圖10優(yōu)化參數(shù)數(shù)據(jù)曲線可知，最優(yōu)干燥參數(shù)組合為：干燥溫度為64.20℃，風(fēng)速為2.40 m/s，熱燙時(shí)間為 2.0 min，此時(shí)取到最大干燥速率為0.5 482，合意度達(dá)到了99.402%，將最優(yōu)參數(shù)代入回歸模型計(jì)算得到預(yù)測(cè)干燥速率Y為0.5 403，與響應(yīng)面優(yōu)化器優(yōu)化結(jié)果的相對(duì)誤差為1.44%。

應(yīng)用優(yōu)化工藝參數(shù)設(shè)置了三個(gè)平行888實(shí)驗(yàn)，鋪料密度為1.0 kg/m2。桑葉熱泵干燥平行888實(shí)驗(yàn)果如下：干燥耗時(shí)均為2.25 h，對(duì)三次平行888實(shí)驗(yàn)的干燥速率求平均值，得到干燥速率為0.5 523，與回歸方程預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差為2.38%，進(jìn)一步證明響應(yīng)面設(shè)計(jì)分析所得的回歸方程具有較高的預(yù)測(cè)可信度。

2.5 產(chǎn)品品質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)

選取響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)中干燥速率較大實(shí)驗(yàn)組所得桑葉產(chǎn)品進(jìn)行了蛋白質(zhì)、黃酮及復(fù)水性的檢測(cè)，并與新鮮桑葉對(duì)應(yīng)指標(biāo)含量進(jìn)行了對(duì)照，實(shí)驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表7。

由表7品質(zhì)指標(biāo)參數(shù)可知，溫度和熱燙時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)和黃酮含量都有一定的程度影響，熱燙時(shí)間越長(zhǎng)桑葉營(yíng)養(yǎng)成分損失越多，干燥溫度越高和干燥速率越大蛋白質(zhì)含量稍有減少，干燥過(guò)程對(duì)黃酮含量幾乎無(wú)影響。熱泵干燥所得桑葉干的復(fù)水比為3.14～3.33，將實(shí)驗(yàn)所用大片桑葉水分含量按76%計(jì)

算，桑葉經(jīng)15 min復(fù)水達(dá)到了69.35%～73.54%的新鮮程度，而30 min復(fù)水后，桑葉干復(fù)水比為3.84～4.02，即通過(guò)復(fù)水后達(dá)到了84.80%～88.78%的新鮮程度，最優(yōu)工藝蛋白質(zhì)和黃酮含量為鮮桑葉的77.58%和69.74%。

表7 桑葉主要品質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)表Table.7 The main quality indexes test data of mulberry leaf

3 結(jié)論

應(yīng)用GHRH型閉式熱泵干燥實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)對(duì)桑葉進(jìn)行干燥，得到結(jié)論如下：

單因素實(shí)驗(yàn)得到了大桑葉的較佳鋪料密度為1.0 kg/m2，此種鋪料密度下桑葉的干燥均勻性較好；高溫能較快提高干燥速率，適當(dāng)?shù)臒釥C預(yù)處理具有護(hù)色和提高干燥速率作用，控制風(fēng)速能夠提高單位熱能除水量，以達(dá)到節(jié)能的效果。

響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方差分析得到溫度是影響干燥速率的顯著因素，風(fēng)速是次顯著因素，并通過(guò)選擇比較得到了桑葉熱泵干燥速率的最佳數(shù)學(xué)模型，模型預(yù)測(cè)響應(yīng)值與響應(yīng)優(yōu)化器得到最優(yōu)參數(shù)誤差較小，最后選擇干燥速率較優(yōu)的產(chǎn)品進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)，得到熱燙時(shí)間對(duì)桑葉營(yíng)養(yǎng)成分的損失有較大影響，而熱泵干燥過(guò)程對(duì)桑葉品質(zhì)影響很小。

此外，后續(xù)實(shí)驗(yàn)可進(jìn)一步研究桑葉熱泵干燥能耗與風(fēng)速、溫度、相對(duì)濕度等的關(guān)系，有利于投資實(shí)踐生產(chǎn)應(yīng)用。

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LONG Chengshu1,2,LIU Qinghua1,2,LI Haoquan1,2,GONG Li1,2,ZENG Xiaohui1,2
(1.Guangdong Agricultural Machinery Research Institute,Guangzhou,Guangdong 510630,China; 2.Food Science College of South China Agricultural University,Guangzhou,Guangdong 510630,China)

A type of heat pump dryer named GHRH was used to study which the drying temperature,wind speed,blanching time and material density have effect on the dehydration of mulberry leaves.The single factor experiment results show that the dry mulberry better paving material is 1.0 kg/m2,appropriate time of blanching pretreatment can protect color of product and improve the drying rate.Three factors such as temperature,wind speed,and blanching time were of the central composite surface experiment.The experiment acquired that temperature is the significant factors affecting the drying rate,wind speed is the secondary significant factor,heat pump drying have less affect on the quality of mulberry leaves,and the mathematical model of drying rate was obtained:Y=2.3 103-0.0 804X1+0.0 539X2+0.0 213X3+0.0 008X1X1-0.0 094X2X2-0.0 043X3X3.Application of response optimizer of the Minitab software to optimize the process parameters are as follows:the temperature is 64.20℃,the wind speed is 2.40 m/s,the blanching time is 2.0 min and the drying time of 2.25 hours.The protein and flavonoids of obtained product are 77.93%and 69.75%of fresh mulberry leaves,respectively.Average drying rate of optimization process is 0.5532,and the relative error between the predicted values by regression equations was 2.38%.It is the mathematical model and the optimal process that useful for guiding batch production of dry mulberry leaves.

mulberry leaves,heat pump drying,response surface methodology,drying rate

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201403064）

龍成樹（1988-），男，漢族，湖南人，碩士，助理工程師，主要從事農(nóng)產(chǎn)品貯藏和干燥工藝及設(shè)備研究工作。E-mail:814117567@qq.com

※通訊作者：劉清化（1966-），男，漢族，湖南人，學(xué)士，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工和干燥工藝研究工作。E-mail:dryinglong261@163.com