丁濤，李靖，董繼先，袁越錦

（1.延安大學化工學院，陜西延安716000；2.延安大學，陜西延安716000；3.陜西科技大學 機電工程學院，陜西西安710021；4.陜西農產品加工技術研究院，陜西西安710021）

胡蘿卜（Daucus carrot），又稱甘荀，是傘形科胡蘿卜屬二年生草本植物。以肉質根作蔬菜食用。胡蘿卜是一種質脆味美、營養(yǎng)豐富的家常蔬菜，素有“小人參”之稱[1-2]。胡蘿卜富含糖類、脂肪、揮發(fā)油、胡蘿卜素、維生素 A、維生素 B1、維生素 B2、維生素 C、花青素、鈣、鐵等人體所需的營養(yǎng)成分[3-4]。胡蘿卜的濕基含水率一般在90%左右，在采摘后的運輸或儲存過程中極易發(fā)生腐爛變質。而干燥處理是蔬菜采摘后常用的方法之一，可以使果蔬的含水率降到3%～5%，阻礙微生物增長繁殖，抑制蔬菜中酶的活性，推遲和減少以水為媒介的腐爛變質[5-12]，從而使脫水后的產品能夠在常溫下持久保存，便于運輸和攜帶。目前，胡蘿卜干燥的工藝形式主要是單一的熱風烘干、油炸或者是純真空干燥的方式[13-15]，單一的干燥方式具有設備成熟、操作簡單等優(yōu)點。但是單一的干燥方式干燥能耗較高，干燥品質差，不能達到含水率低、色澤好、營養(yǎng)成分損失小的優(yōu)點[16]。

為了解決現(xiàn)有胡蘿卜單一的干燥技術的缺點，達到較好的產品品質，本文采用熱風真空組合干燥方法對胡蘿卜丁進行干燥。對影響胡蘿卜組合干燥特性的因素：切丁大小、熱風風速、熱風溫度、中間轉換點含水率、真空溫度和真空度進行試驗研究，獲得胡蘿卜最佳的熱風真空組合干燥工藝參數，從而為胡蘿卜的組合干燥加工和相關設備的設計提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料、藥品與儀器設備

新鮮胡蘿卜：西安湖北莊農貿市場。

碳酸氫鈉（純度為≥99.5%，相對分子質量84.01）、草酸（純度 99.5%，相對分子質量 126.07）、維生素 C（純度 99.7%，相對分子質量 176.13）、2，6二氯酚靛酚酸鈉（相對分子質量290.08）：北京中生瑞泰科技有限公司。

太陽能熱風真空組合干燥設備（自制）；SFY017快速水分測定儀：深圳市冠亞電子科技有限公司；AR826風速儀：北京泰如電子科技限公司。

1.2 試驗裝置

自制太陽能果蔬熱風真空組合干燥設備如圖1所示，主要由空氣預熱器、排風管、排濕風機、智能控制器、太陽能熱水器、水泵、真空泵、干燥箱、熱風輔助加熱器、引風機等組成。

圖1 太陽能果蔬熱風真空組合干燥設備的結構Fig.1 Solar air vacuum combination drying equipment structure of fruit and vegetable

自制太陽能果蔬熱風真空組合干燥設備在進行熱風干燥時，打開空氣進出口管路閥門，空氣通過進氣口進入空氣預熱器1進行預熱之后通過進風管30及引風機29將空氣送至熱風輔助加熱器28，加熱器28將空氣加熱到預定溫度后，熱風通過均風通道8進入干燥箱26，與被干燥物料發(fā)生傳熱傳質后，通過排風管2，在空氣預熱器1處預熱新鮮空氣后排出。當進行真空干燥時，關閉排風控制閥3及風量控制閥27，關閉干燥箱箱門6，打開水泵18，預定溫度的熱水經過高溫進水管9進入干燥箱內的熱水盤管，將被干燥物料加熱到所需溫度，然后回水經由低溫回水管19排出。打開真空泵20，干燥箱內的空氣由真空泵抽出，進行抽真空干燥。

1.3 試驗方法

1.3.1 評價指標

1）含水率：采用冠亞牌SFY系列快速水分測定儀進行測量，將儀器的加熱溫度調至105℃，研判時間設定為40 s，取大于0.5 g的樣品，放在料盤上進行測量，待紅外燈泡熄滅、報警器發(fā)出報警時，按下顯示鍵讀出樣品的水分值?？焖偎譁y定儀的測定濕基含水率X的原理為：

式中：X為物料的含水率，%；m0為初始重量，g；mt為現(xiàn)時重量，g。

2）VC含量：氧化型2，6-二氯酚靛酚在酸性溶液中呈粉紅色，在中性或堿性溶液中呈藍色，還原型2，6-二氯酚靛酚無色。當用此染料滴定含有VC的酸性溶液時，在VC未全部氧化前，滴下的染料立即被還原成無色：一旦溶淀中的VC全部被氧化時，則滴下的染料立即使溶液顯示粉紅色，此時即為滴定終點，表示溶液中的VC剛剛被氧化完全。因此，從滴定時2，6一二氯酚靛酚標準液的消耗量，則被檢物質中Vc的含量按式（2）計算：

式中：V1為滴定樣品消耗的染料體積，mL；V0為空白滴定消耗的染料體積，mL；ρ為1 mL染料溶液相當于抗壞血酸的質量，mg/mL；Vs為滴定時所取樣品溶液體積，mL；V為樣品提取液總體積，mL；m為樣品質量，g。

3）復水后體積變形率：隨機分別選取10個新鮮、復水后的胡蘿卜丁用游標卡尺測量出長寬高，分別計算出新鮮胡蘿卜的平均體積V0與復水后的胡蘿卜丁的平均體積V1，則復水后體積變形率按式（3）計算：

式中：Y為復水后體積收縮率，%；V0為新鮮胡蘿卜丁的平均體積；V2為復水后的胡蘿卜丁的平均體積。

1.3.2 試驗方法及設計

1）試驗流程：新鮮胡蘿卜→前處理（挑選、清洗）→切丁→測量初始數據（含水率、體積等）→熱風干燥→測量中間數據→真空干燥→測量最終數據→包裝。

挑選大小均勻，無腐爛無銹斑，肉質嫩顏色鮮亮的胡蘿卜，將胡蘿卜置于清水中洗干凈后切成5 mm×5 mm×5 mm、10 mm×10 mm×5 mm、15 mm×15 mm×5 mm的小丁，取大于0.5 g的樣品放在快速水分測定儀的物料盤上進行測量水分，隨機取10粒胡蘿卜丁用游標卡尺測量出新鮮的胡蘿卜丁的長寬高，計算出胡蘿卜丁的平均體積，然后將胡蘿卜丁均勻的鋪至物料盤內放入熱風真空組合干燥箱內進行干燥，熱風干燥階段0.5 h取樣一次，真空干燥階段1 h取樣一次，均記錄取樣時間、含水率。

2）正交試驗：選取胡蘿卜切丁大小、熱風風速、熱風溫度、中間轉換點含水率、真空溫度、真空度作為試驗因素，以干燥時間、VC含量、復水后體積收縮率作為綜合評價指標，以含水率作為熱風與真空轉換及干燥終了指標，進行正交試驗，其胡蘿卜組合干燥正交試驗設計表如表1。

表1 胡蘿卜組合干燥正交試驗設計表Table 1 Table of orthogonal experimental design on carrot combination drying

2 結果與分析

2.1 試驗結果分析

試驗結果見表2。

2.1.1 干燥時間的回歸分析及回歸方程

由于模型1～4對線性回歸方程的建立幫助不大，故在干燥時間的回歸分析中只列出模型5的相關參數，本線性回歸的分析方法為逐步回歸法，不顯著的影響因素在回歸分析時已被剔除。干燥時間的線性回歸

表2 試驗結果Table 2 The test results

模型摘要見表3。

表3 干燥時間的線性回歸模型摘要Table 3 The drying time of linear regression model

從表3中可以看出R=0.933，R2=0.871，調整后R2=0.817，一般情況下調整后的R2≥0.8時，說明回歸方程具較好的擬合性，在本模型中調整后R2=0.817＞0.8，所以該模型可以解釋81.7%的變化，該模型能夠對胡蘿卜熱風真空組合干燥的干燥時間進行分析和預測。干燥時間的線性回歸變異數分析見表4。

表4 干燥時間的線性回歸變異數分析Table 4 The drying time variance analysis of linear regression

在干燥時間線性回歸的變異數分析中分別給出了回歸項、殘差、平方和、自由度（df）、均方、F 值和對應的顯著性概率值，在本回歸分析中回歸方程的顯著性檢驗中顯著性概率值sig.=0.000＜0.05，所以對干燥時間所建立的回歸方程達到顯著水平，說明干燥時間與各因素之間存在顯著性回歸關系。干燥時間線性回歸方程的系數表見表5。

表5 干燥時間線性回歸方程的系數表Table 5 Table of the drying time of linear regression equation coefficient

從表5中分析可以得到，干燥時間的回歸方程顯著性檢驗中，因素 X1、X2、X5、X4、X6的 F 檢驗（sig 值）均小于 0.05，說明因素 X1、X2、X5、X4、X6對干燥時間的影響均較為顯著，其中回歸方程中因素 X1、X2、X5、X4、X6所對應的系數分別為：0.003、-0.110、-0.110、0.081、0.141，其中常數項為18.538。

2.1.2 VC含量的回歸分析及回歸方程

由于模型1～3對VC含量的線性回歸方程的建立幫助不大，故在VC含量的回歸分析中只列出模型4的相關參數，采用逐步線性回歸分析法，不顯著的影響因素在回歸分析時已被剔除。VC含量的模型摘要見表6。

表6 VC含量的模型摘要Table 6 The VCof linear regression model

從表6中可以看出R=0.932，R2=0.868，調整后R2=0.828，一般情況下調整后的R2≥0.8時，說明回歸方程具較好的擬合性，在本模型中調整后R2=0.828＞0.8，所以該模型可以解釋82.8%的變化，該模型能夠對胡蘿卜熱風真空組合干燥的VC含量進行分析和預測。VC含量的變異數分析見表7。

表7 VC含量的變異數分析Table 7 Linear regression of the VCvariance analysis

在VC含量的線性回歸變異數分析中分別給出了回歸項、殘差、平方和、自由度（df）、均方、F 值和對應的顯著性概率值，在本回歸分析中回歸方程的顯著性檢驗中顯著性概率值sig.=0.000＜0.05，所以對VC含量所建立的回歸方程達到顯著水平，說明VC含量與各因素之間存在顯著性回歸關系。VC含量線性回歸方程的系數表見表8。

表8 VC含量線性回歸方程的系數表Table 8 Table of the VCof linear regression equation coefficient

從表8中分析可以得到，VC含量的回歸方程顯著性檢驗中，因素 X1、X2、X5、X4的 F 檢驗（sig值）均小于0.05，說明因素 X1、X2、X5、X4對 VC含量的影響均較為顯著，其中回歸方程中 X1、X2、X5、X4所對應的系數分別為：0.003、-0.079、-0.077、0.060 其中常數項為 17.413。

綜合以上回歸性分析，用逐步回歸法求得VC含量的多元回歸方程式為：

2.1.3 復水后體積收縮率的回歸分析及回歸方程

由于模型1～3對復水后體積收縮率的線性回歸方程的建立幫助不大，故在復水后體積收縮率的回歸分析中只列出模型4的相關參數，本線性回歸的分析方法為逐步回歸法，不顯著的影響因素在回歸分析時已被剔除。復水后體積收縮率的模型摘要見表9。

表9 復水后體積收縮率的模型摘要Table 9 Linear regression model of after water volume shrinkage ratio

從表9中可以看出R=0.951，R2=0.904，調整后R2=0.874，一般情況下調整后的R2≥0.8時，說明回歸方程具較好的擬合性，在本模型中調整后R2=0.874＞0.8，所以該模型可以解釋87.4%的變化，該模型能夠對胡蘿卜熱風真空組合干燥的復水后體積收縮率進行分析和預測。復水后體積收縮率的變異數分析見表10。

表10 復水后體積收縮率的變異數分析Table 10 Linear regression of after water volume shrinkage ratio variance analysis

在復水后體積收縮率線性回歸的變異數分析中分別給出了回歸項、殘差、平方和、自由度（df）、均方、F值和對應的顯著性概率值，在本回歸分析中回歸方程的顯著性檢驗中顯著性概率值sig.=0.000＜0.05，所以對復水后體積收縮率所建立的回歸方程達到顯著水平，說明復水后體積收縮率與各因素之間存在顯著性回歸關系。復水后體積收縮率的回歸方程的系數表見表11。

表11 復水后體積收縮率的回歸方程的系數表Table 11 Table of after water volume shrinkage ratio of linear regression equation coefficient

從表11中分析可以得到，復水后體積收縮率的回歸方程顯著性檢驗中，因素 X1、X5、X4、X2的 F 檢驗（sig值）均小于 0.05，說明因素 X1、X5、X4、X2對復水后體積收縮率的影響均較為顯著，其中回歸方程中X1、X5、X4、X2所對應的系數分別為：8.231×10-5、0.001、0.001、0.001其中常數項為0.172。

試驗地位于貴州省思南縣塘頭鎮(zhèn)機場壩，地處108°11′470″E，27°44′551″N，海拔398米，年降雨量1 140毫米，年蒸發(fā)量750毫米，年均溫度17.5攝氏度，有效積溫5 300攝氏度，無霜期290天。土壤類型為沙壤潮泥，肥力中等，排灌方便。土壤肥力，全氮1.261克/公斤,有效氮58.078毫克/公斤,有效磷47.083毫克/公斤，有效鉀96.698毫克/公斤，酸堿度6.41，有機質21.087克/公斤，有效硼0.622毫克/公斤。

綜合以上回歸性分析，用逐步回歸法求得復水后體積收縮率的多元回歸方程式為：

2.2 參數優(yōu)化

對干燥時間、VC含量和復水后體積收縮率分別進行線性回歸分析，得出了干燥時間、VC含量和復水后體積收縮率的線性回歸方程，為了得到最佳的干燥工藝，用 MATLAB R2010（b）[11]對所述的干燥時間、VC含量和復水后體積收縮率進行參數優(yōu)化，找到合理的胡蘿卜的干燥加工工藝，即對公式（4）、（6）在約束條件（式8）內求最小值，對公式（5）在約束條件內求最大值，干燥時間、VC含量、復水后體積收縮率的目標函數如公式（7）。

目標函數為：

由MATLAB R2010b軟件優(yōu)化[18]得到胡蘿卜熱風真空組合干燥的最佳工藝條件為：胡蘿卜丁的體積為942.391 83 mm3即 5 mm×13.72 mm×13.72 mm 熱風溫度為75℃，熱風風速為0.069 4 m/s，中間轉換點含水率為49%，真空溫度為70℃，真空度為10 kPa。此時干燥時間為11.06 h，VC含量為11.65 mg/100 g，復水后體積收縮率為40.64%。

3 結論

胡蘿卜在熱風真空組合干燥過程中干燥時間受胡蘿卜切丁大小、熱風溫度、中間轉換點含水率、真空溫度、真空度的影響較為顯著，上述因素越大，干燥時間越長。胡蘿卜在熱風真空組合干燥過程中VC含量主要受胡蘿卜切丁大小、熱風溫度、中間含水率、真空溫度的影響：熱風溫度、真空溫度越高VC含量越低：切丁大小、中間轉換點含水率越大，VC含量越高。胡蘿卜在熱風真空組合干燥過程中復水后體積收縮率主要受胡蘿卜切丁大小、熱風溫度、中間含水率、真空溫度的影響，上述因素越大，復水后體積收縮率越大。本試驗中熱風風速對干燥時間、VC含量、復水后體積收縮率影響并不顯著。利用多目標線性優(yōu)化分析法對胡蘿卜熱風真空組合干燥工藝進行綜合優(yōu)化，得到胡蘿卜組合干燥的最佳工藝參數組合：胡蘿卜丁大小為5 mm×13.72 mm×13.72 mm熱風溫度為75℃，熱風風速為0.069 m/s，中間轉換點含水率為30%，真空溫度為61.9℃，真空度為10 kPa。此時干燥時間為11.06 h，VC含量為11.65 mg/100 g，復水后體積收縮率為40.64%。此試驗數據為果疏組合干燥工藝和干燥轉換點的確定提供參考，對胡蘿卜干燥的工業(yè)化應用具有一定的實際意義。

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