艾力·哈斯木- -- 李澤平 - 李雪蓮 - 史 勇 周 軍 黃 華 郭俊先 -

(1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)數(shù)理學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052)

葡萄是新疆主產(chǎn)水果之一，主要以新鮮食用、加工罐頭、制成葡萄干等途徑銷售[1-3]。新疆地區(qū)對(duì)葡萄的加工方式主要分為晾干、曬干以及烘干，其中曬干的葡萄干衛(wèi)生狀況較差且褐變嚴(yán)重，導(dǎo)致整體品質(zhì)較差，烘干只能小批量進(jìn)行且消耗成本較高，因此曬干及烘干均未被廣泛應(yīng)用[4-6]。目前吐魯番地區(qū)葡萄晾干仍以傳統(tǒng)的晾房為主，晾干周期較長(zhǎng)(一般需要30～40 d)且品質(zhì)難以控制，不能夠滿足市場(chǎng)的需求[7-9]。

目前學(xué)者在葡萄晾房改進(jìn)方面已取得了一定成果，諸如：汪政富等[10-11]研究了兩種不同晾房中無(wú)核白葡萄太陽(yáng)能干燥特性及薄層干燥數(shù)學(xué)模型；趙永忠等[12]利用太陽(yáng)能改進(jìn)晾房使得經(jīng)濟(jì)效益較大提高，并已申請(qǐng)專利，但未見晾房材料及走向?qū)ζ咸迅稍锾匦约捌焚|(zhì)影響的相關(guān)報(bào)道。

試驗(yàn)擬針對(duì)不同材料建造的晾房及其走向?qū)ζ咸迅稍锾匦缘挠绊戇M(jìn)行研究，探究各晾房的干燥速率、糖度、維生素C含量及色澤的變化趨勢(shì)，探索最佳的葡萄晾房結(jié)構(gòu)，以期為吐魯番當(dāng)?shù)仄咸蚜婪康慕ㄔ炫c改進(jìn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料

無(wú)核白葡萄：葡萄的濕基含水率為(82±5)%，果實(shí)大小均勻，葡萄粒長(zhǎng)度為(223.79±3.00) mm，粒徑為(53.74±4.00) mm，吐魯番市勝金鄉(xiāng)艾西夏村伊力買買提葡萄園；

鹽酸、2,6-二氯靛酚、碳酸氫鈉、亞甲基藍(lán)、抗壞血酸、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、草酸、硫酸銅、葡萄糖、乙醇(95%)、甲基紅、高嶺土：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

電子天平：JM-B型，浙江余姚紀(jì)銘稱重校驗(yàn)設(shè)備有限公司；

數(shù)顯干燥箱：101-0AS型，上海特慧實(shí)業(yè)有限公司；

溫濕度記錄儀：RC-4HA型，溫州標(biāo)諾儀器有限公司；

彩色面陣3CCD攝像機(jī)：AT-200CL型，丹麥JAI公司；

風(fēng)速儀：GM8902型，杭州華制電子商行；

分光測(cè)色計(jì)：CM-700d型，日本Konica Minolta美能達(dá)公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)地域及晾房設(shè)計(jì) 試驗(yàn)于吐魯番市勝金鄉(xiāng)艾西夏村(北緯43°、東經(jīng)89°、海拔204 m，精度±9.0 m)晾房群進(jìn)行。選擇3種不同結(jié)構(gòu)的晾房，預(yù)處理選擇3.0%濃度促干劑進(jìn)行處理，掛串密度選擇1.00∶0.75密度。晾房地理位置基本一致。

(1) 土坯晾房：晾房尺寸為9 200 mm×4 100 mm×3 180 mm，土坯尺寸為310 mm×150 mm×50 mm，墻體為蜂窩式孔洞結(jié)構(gòu)，孔洞約占晾房整體結(jié)構(gòu)的60%，屋頂遮光。晾架為鋼絲網(wǎng)格，網(wǎng)格尺寸為600 mm×180 mm。

(2) 磚結(jié)構(gòu)晾房：晾房尺寸為15 500 mm×4 500 mm×4 000 mm，紅磚墻體，主墻體有效空洞面積(即通風(fēng)面積)約為60%，屋頂遮蔽，避免陽(yáng)光直射，晾架采用鐵絲網(wǎng)格，網(wǎng)格尺寸為600 mm×180 mm；晾架間隙15～25 cm。

(3) 棚架晾房：晾房尺寸為5 000 mm×3 500 m×2 600 mm，無(wú)墻、四周空曠僅有頂部，為大棚晾掛。掛架為柱形，高約2.6 m，間隔20～30 cm。

1.2.2 干燥速率測(cè)定 葡萄含水率的測(cè)定執(zhí)行以含水率的變化反映不同材料建造晾房中的葡萄干燥的速率。每天定時(shí)進(jìn)入各晾房采集樣本，依據(jù)GB 5009.3—2016測(cè)定葡萄水分含量，按式(1)計(jì)算葡萄含水率。

(1)

式中：

X——水分含量，g/100 g；

m1——干燥皿中樣本質(zhì)量，g；

m2——干燥皿與樣本干燥后質(zhì)量，g；

m3——干燥皿質(zhì)量，g。

1.2.3 糖度測(cè)定 依據(jù)GB 5009.7—2016中的直接滴定法測(cè)定葡萄的干糖度。將需檢測(cè)的樣本溶液取兩份，對(duì)試樣1酸水解，試樣2直接稀釋，用堿性酒石酸銅標(biāo)定，平行條件做3次試驗(yàn)，記錄每次標(biāo)定時(shí)所消耗的葡萄糖的體積并取平均值。按式(2)計(jì)算糖度。

(2)

式中：

X——糖度，g/100 g；

A——堿性酒石酸銅溶液(甲液、乙液各半)相當(dāng)于葡萄糖的質(zhì)量，mg；

m——試樣質(zhì)量，g；

V——測(cè)定時(shí)平均消耗試樣溶液體積，mL；

V1——樣品試液體積，mL。

1.2.4 維生素C含量測(cè)定 依據(jù)GB 5009.86—2016中2,6-二氯靛酚滴定法對(duì)維生素C含量進(jìn)行測(cè)定。按式(3)計(jì)算維生素C含量。

(3)

式中：

VC——維生素C含量，mg/100 g；

V——滴定樣液時(shí)消耗染料溶液的體積，mL；

V0——滴定空白時(shí)消耗染料溶液的體積，mL；

T——2,6-二氯靛酚染料滴定度，mg/mL；

A——稀釋倍數(shù)；

w——滴樣品重量，g。

1.2.5 綠品率測(cè)定 根據(jù)GB/T 19586—2008中規(guī)定的果粒色澤度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行葡萄干綠品率檢測(cè)，按式(4)計(jì)算。

(4)

式中：

C——綠品率，%；

S——色澤相對(duì)一致的綠葡萄干果?？傎|(zhì)量，g；

T——試樣品質(zhì)，g。

1.2.6 色澤分析 使用3CCD面陣相機(jī)進(jìn)行不同晾房中葡萄干樣本的RGB圖像的采集，采用Matlab進(jìn)行葡萄干樣本的灰度值分析，根據(jù)其R、G、B通道的灰度值確定其色度的變化情況及L*、a*、b*值的變化情況，確定不同材料建造晾房對(duì)葡萄干燥顏色的影響。

1.3 數(shù)據(jù)處理

進(jìn)行3次相同條件的重復(fù)試驗(yàn)。用IBM SPSS Statistics 19對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，結(jié)果用平均值±SD表示。差異分析用SPSS軟件進(jìn)行。圖、表繪制使用Microsoft Excel 97-2003。

2 結(jié)果與分析

2.1 晾房建造材料及走向?qū)o(wú)核白葡萄干燥速率影響

從樣本掛入各個(gè)試驗(yàn)晾房開始，每日分別對(duì)3種不同材料建造的晾房的4個(gè)不同走向的干燥晾房進(jìn)行樣本采集，測(cè)定含水率，繪制干燥速率趨勢(shì)圖，見圖1。

由圖1可知：磚結(jié)構(gòu)晾房中西南走向的晾房干燥速率從一開始就快于其他幾個(gè)走向的晾房，其干燥天數(shù)為24 d，其他3個(gè)走向的晾房干燥時(shí)間在26 d左右；棚架結(jié)構(gòu)的晾房干燥速率差別不大，4個(gè)走向干燥時(shí)間均為22 d；土坯結(jié)構(gòu)的晾房西南走向干燥速率最快為24 d，東南、南北、東西3個(gè)走向的干燥時(shí)間為26，27，27 d。3種結(jié)構(gòu)晾房中均以西南走向的晾房干燥速率最快。根據(jù)對(duì)晾房環(huán)境的監(jiān)控，判定由于西南走向的晾房橫向?yàn)橛L(fēng)面，在干燥過程中可以使自然風(fēng)通過晾房且與葡萄接觸良好，因此西南走向的晾房干燥速度快于其他幾個(gè)走向的晾房。為探索哪一種材料建造的結(jié)構(gòu)晾房干燥速率最快，以3種不同材料結(jié)構(gòu)晾房西南走向干燥速率繪制圖2。由圖2可知，西南走向的3種不同材料建造的晾房中，棚架晾房的干燥速率最快，為22 d；磚結(jié)構(gòu)晾房與土坯晾房的干燥速率基本一致為24 d。由于棚架晾房四周空曠，僅有頂棚，在干燥過程中四周與自然風(fēng)的接觸情況基本一致，水分可以快速地被空氣帶走，因此棚架干燥的速率較快于磚結(jié)構(gòu)與土坯結(jié)構(gòu)晾房。

圖2 3種材料建造西南走向晾房晾制無(wú)核白葡萄的干燥速率

圖1 晾房材料及走向?qū)o(wú)核葡萄干燥速率的影響

根據(jù)表1描述，不同材料建造的幾種不同走向晾房中的葡萄，干燥完成后的水分含量與干燥所用的時(shí)間表現(xiàn)出顯著性變化(P<0.05)。同一種晾房，長(zhǎng)軸墻面迎風(fēng)建造，干燥速率普遍高于其他幾個(gè)方向建造的晾房，干燥周期縮短約2～4 d；長(zhǎng)軸墻面迎風(fēng)建造的晾房干燥平衡時(shí)的含水率普遍較低。

綜合表1和圖1、2初步確定，晾房長(zhǎng)軸墻面迎風(fēng)建造的晾房干燥效果較優(yōu)。

表1 不同材料及走向晾房晾制無(wú)核白葡萄的干燥平衡時(shí)的水分含量與干燥時(shí)間?

2.2 晾房建造材料及走向?qū)Ω稍锍善返奶嵌燃熬S生素C含量的影響

由表2可知：磚結(jié)構(gòu)晾房干制的產(chǎn)品糖度平均含量為(714.10±3.37) mg/g，維生素C的平均含量(7.39±0.78) mg/100 g，晾房?jī)?nèi)上、中、下3個(gè)位置溫度差較小，在1 ℃左右；土坯材料晾房的糖度平均含量為(707.20±2.76) mg/g，維生素C的平均含量(7.31±0.57) mg/100 g，晾房?jī)?nèi)上、中、下3個(gè)位置溫度差較為明顯，在4 ℃左右；棚架晾房的糖度平均含量為(694.90±4.49) mg/g，維生素C的平均含量(7.04±0.87) mg/100 g，晾房?jī)?nèi)上、中、下 3個(gè)位置溫度差較小，在1 ℃左右。

由表2還可知：不同材料建造晾房所干燥的葡萄干的含糖量和維生素C含量存在顯著性的差異(P<0.05)。磚結(jié)構(gòu)的晾房的糖度平均含量為(714.10±3.37) mg/g，維生素C的平均含量(7.39±0.78) mg/100 g，顯著高于土坯材料與棚架晾房；磚結(jié)構(gòu)與土坯材料的西南走向晾房的糖度及維生素C含量也顯著高于其他走向晾房的。

表2 不同材料晾房與干燥成品糖度及維生素C含量的關(guān)系?

出現(xiàn)上述差異的主要原因可能是：① 磚結(jié)構(gòu)的傳熱效果較優(yōu)于土坯，因此磚結(jié)構(gòu)晾房?jī)?nèi)部環(huán)境較為干燥，空氣流動(dòng)較快，溫度分布較為均勻，而土坯材料晾房?jī)?nèi)部濕度較大且空氣流動(dòng)較慢，容易導(dǎo)致局部出現(xiàn)溫度較高現(xiàn)象；② 糖度及維生素C含量受溫度的影響，高溫會(huì)造成糖度的流失，因此溫度均勻的晾房干燥的葡萄干糖及維生素C含量較高；③ 棚架晾房四周無(wú)遮擋，溫度較高且上、中、下基本一致，由于物料直接接觸外界空氣干燥過程長(zhǎng)期處于高溫條件下，因此糖度、維生素C含量較低。

試驗(yàn)結(jié)果表明：磚結(jié)構(gòu)的西南走向晾房的糖度及維生素C含量顯著高于其他走向晾房的；3種材料建造晾房中無(wú)論哪種走向，均為棚架材料晾房的糖度及維生素C含量最低。

2.3 晾房建造材料及走向?qū)Ω稍锂a(chǎn)品顏色的影響

將不同材料建造的晾房中的葡萄樣本的RGB圖像使用Matlab進(jìn)行圖像分析，經(jīng)圖像增強(qiáng)、圖像分割、二值圖像后處理和二值圖像掩模R、G、B分通道圖像，計(jì)算R、G、B值[13-17]。在RBG模式中，其RGB值越大則說(shuō)明顏色越淺，即褐變幾率越低，品質(zhì)越好。表3為不同材料建造晾房干燥葡萄干色澤參數(shù)匯總表。

表3 不同晾房及走向干燥葡萄干色澤參數(shù)

由表3可知，磚結(jié)構(gòu)的葡萄晾房RGB總值整體較大，綠品率較高，其中西南走向的晾房RGB總值與綠品率最大，RGB總值為314，綠品率為32%；土坯晾房中西南走向的RGB總值最大，為308，綠品率最高，為24%；棚架材料的晾房西南、東南、南北、東西4個(gè)走向的晾房的RGB總值分別為292，294，288，292，綠品率分別為7%，9%，5%，8%，其RGB總值及綠品率相差都不大。

初步分析：① 由于西南走向的磚結(jié)構(gòu)與土坯材料晾房按晾房長(zhǎng)軸走向迎風(fēng)建造，氣流接觸面積較大，通風(fēng)條件較優(yōu)，因此綠品率與RGB總值較高；② 由于棚架四周無(wú)遮擋墻體，葡萄與空氣接觸情況基本一致，因此4個(gè)走向晾房的綠品率與RGB總值相差不大。

利用分光測(cè)色計(jì)對(duì)磚結(jié)構(gòu)材料、土坯材料及棚架材料的西南走向晾房干燥過程中葡萄的L*、a*、b*的平均值進(jìn)行測(cè)定。西南走向下不同材料建造晾房L*、a*、b*平均值變化趨勢(shì)如圖3所示。

圖3 西南走向下不同材料建造晾房L*、a*、b*平均值變化趨勢(shì)圖

由圖3可以看出，3種不同材料建造晾房中的葡萄在干燥過程中：①L*值都呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，說(shuō)明干燥過程中葡萄的亮度增加，顏色也來(lái)越淺。② 磚結(jié)構(gòu)和土坯材料晾房中葡萄的a*值的變化趨勢(shì)是，正值整體不斷減小，到負(fù)值后，負(fù)值開始增加，且磚結(jié)構(gòu)晾房的負(fù)值增加較大，說(shuō)明磚結(jié)構(gòu)和土坯材料晾房的葡萄紅度在持續(xù)減弱，綠度在增強(qiáng)，且磚結(jié)構(gòu)晾房中葡萄的綠度均強(qiáng)于土坯材料晾房中的葡萄；而棚架材料晾房中葡萄的a*值為正值且一直增加，說(shuō)明其紅度在增強(qiáng)，其褐變機(jī)率增加。③ 3種材料晾房的b*值都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，干燥時(shí)基本值差別不大，說(shuō)明3種材料晾房中葡萄的黃度在減弱。

通過L*、a*、b*模型及RGB圖像的分析，可以得出磚結(jié)構(gòu)的西南走向晾房的綠品率顯著高于其他幾個(gè)走向。

2.4 不同晾房中無(wú)核白葡萄干的感官品質(zhì)

2.4.1 不同材料晾房葡萄干感官品質(zhì) 根據(jù)NY/T 705—2003及GB/T 19586—2008標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同材料結(jié)構(gòu)的晾房干燥葡萄干的果粒均勻度、色澤及風(fēng)味進(jìn)行檢驗(yàn)，其中均勻度及色澤使用目測(cè)的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，風(fēng)味利用鼻嗅及品嘗的方式檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)如表4所示。

表4 不同材料晾房葡萄干感官指標(biāo)檢驗(yàn)表

由表4可知：

(1) 3種結(jié)構(gòu)晾房中大棚晾房的果粒均勻度較低(<80%)，僅達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。原因在于大棚晾房四周無(wú)任何遮擋物，容易遭灰塵、蟲等污染，由于葡萄粒生長(zhǎng)間隙小，污染會(huì)擴(kuò)大范圍；強(qiáng)光照射，導(dǎo)致干燥過程條件不一。而土坯和磚結(jié)構(gòu)晾房的葡萄干達(dá)到一級(jí)要求。原因在于這兩種晾房不會(huì)遭受強(qiáng)光暴曬，且通風(fēng)條件等基本一致。

(2) 磚結(jié)構(gòu)晾房的綠品率較高，土坯與大棚晾房的綠品率等級(jí)較低。原因在于磚的傳熱性能較好在干燥過程中可以促進(jìn)干燥效率，因此在與土坯晾房同等干燥條件下磚結(jié)構(gòu)的晾房發(fā)生褐變的概率更低。大棚晾房由于長(zhǎng)時(shí)間暴露于太陽(yáng)照射、灰塵等環(huán)境條件下，因此發(fā)生褐變的概率較高。

(3) 3種不同材料結(jié)構(gòu)的晾房雖然均勻度與色澤度情況各不相同，但是其風(fēng)味與品味均正常。

2.4.2 不同走向晾房葡萄干感官品質(zhì) 根據(jù)NY/T 705—2003及GB/T 19586—2008標(biāo)準(zhǔn)對(duì)同一晾房區(qū)不同走向的晾房干燥的葡萄干進(jìn)行果粒均勻度、色澤及風(fēng)味的檢驗(yàn)，其中均勻度及色澤使用目測(cè)的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，風(fēng)味利用鼻嗅及品嘗的方式檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)如表5所示。

由表5可知：

表5 不同走向晾房葡萄干感官指標(biāo)檢驗(yàn)表

(1) 4種走向的晾房干燥的葡萄干果粒均勻度差別不大均達(dá)到一級(jí)要求。

(2) 東西走向的葡萄晾房的葡萄干與西南走向的葡萄干綠品率均在30%以上，高于其他兩個(gè)走向的晾房。原因在于吐魯番八九月份以西北風(fēng)為主，而東至西走向晾房與西南至東北走向晾房其晾架與風(fēng)向構(gòu)成一定角度，能使自然風(fēng)更好地通過晾房，使晾房?jī)?nèi)的溫濕度更加合適，因此東西走向晾房與西南走向晾房綠品率更好。

(3) 4種不同走向的晾房雖然均勻度與色澤度情況各不相同，但是其風(fēng)味與品味均正常。

3 結(jié)論

比較了3種不同材料建造的晾房及其不同走向下其無(wú)核白葡萄的干燥速率、成品綠色率以及對(duì)干燥成品的糖度和維生素C含量，以及葡萄的L*、a*、b*平均值及R、G、B值，結(jié)果表明，以磚結(jié)構(gòu)建造的晾房在西南走向方位時(shí)，干燥時(shí)間為24 d，綠品率為32%，糖度為721.3 mg/g，維生素C含量為7.84 mg/100 g，效果顯著優(yōu)于其他幾組晾房，為最佳干燥晾房。后續(xù)還需對(duì)不同品種的葡萄進(jìn)行干燥試驗(yàn)研究，建立一個(gè)更加完整、廣泛的葡萄干燥技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。