曾 睿

（河南科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽 471000）

四川泡菜是我國四大腌漬名菜之一，川菜屬系，有“川菜之骨”“國粹”之美譽(yù)[1]，是由多種新鮮蔬菜發(fā)酵加工而成。四川泡菜發(fā)酵加工過程中產(chǎn)生的乳酸菌可以保護(hù)人體胃腸道，維持腸胃微生態(tài)穩(wěn)定，具有增加食欲、幫助消化、降低人體膽固醇、預(yù)防高血壓、抗癌抗衰老等保健功能[2-4]。四川泡菜制作簡(jiǎn)單，不受時(shí)間季節(jié)約束，是家家戶戶飯桌常備小菜，又因其歷史悠久、味道鮮美、酸辣可口、清香撲鼻而更受廣大消費(fèi)者的喜愛[5-7]。

四川泡菜水分較多、儲(chǔ)存不易而容易腐敗，隨著人們生活節(jié)奏和品質(zhì)的提升，果蔬干燥是近年發(fā)展起來的一種受消費(fèi)者熱愛的食品保存方法。干燥后的食品幾乎不含水，既能抑制微生物的繁殖又能增加保存期[8-9]。

熱風(fēng)干燥是傳統(tǒng)的干燥方法之一，通過利用加熱后的空氣為媒介，對(duì)物料進(jìn)行加熱來促進(jìn)水分的蒸發(fā)，具有高熱效率、干燥速率快，且設(shè)備操作簡(jiǎn)單、成本較低、溫度高、適應(yīng)性強(qiáng)、衛(wèi)生條件較好等優(yōu)勢(shì)[10-11]。目前，熱風(fēng)干燥仍是我國干制蔬菜加工采用的主要干燥方式，普遍用于果蔬、糧食等領(lǐng)域[12-13]。陳建福等人[14]研究了不同溫度對(duì)海菇干燥特性的影響，結(jié)果表明隨著干燥溫度的升高，干燥效果提高明顯，Page 方程較適用于海鮮菇的熱風(fēng)干燥動(dòng)力學(xué)模型的描述，海鮮菇的水分有效擴(kuò)散系數(shù)隨著熱風(fēng)干燥溫度的升高而增大。杜偉峰等人[15]研究了延胡索Corydalis yanhusuo W.T.Wang 熱風(fēng)干燥特性及動(dòng)力學(xué)行為，結(jié)果顯示Modified Page 模型擬合的方程與實(shí)測(cè)值差異較小，在50～90 ℃時(shí)，Deff 范圍為3.972×10-10～1.362×10-9m2/s，Ea 為30.17 kJ/mol。建立的Modified Page 模型精確度較高，可為延胡索熱風(fēng)干燥過程提供理論依據(jù)。

試驗(yàn)利用熱風(fēng)干燥方式對(duì)四川泡菜進(jìn)行干燥，以溫度為影響因素，對(duì)四川泡菜干燥后的干基含水率、干燥速率、水分比、復(fù)水率、色澤進(jìn)行分析研究，并建立干燥數(shù)學(xué)模型，為四川泡菜熱風(fēng)干燥的工廠化提供相關(guān)的理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

大白菜、紅尖椒、綠尖椒、八角、陳皮、生姜、胡椒、花椒，購于河南省洛陽市大張超市；食鹽，四川久大制鹽有限公司提供。

1.2 儀器設(shè)備

101 型電熱風(fēng)干燥箱、YLJYE-100 型水浴鍋，北京市科偉永興儀器有限公司產(chǎn)品；JJ223BC 型電子天平，常熟市雙杰測(cè)試儀器廠產(chǎn)品；Xrite colori5 型色差計(jì)，上海市皆準(zhǔn)儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

（1） 原料的選擇。選擇個(gè)大、鮮嫩、葉飽、無病、無腐爛的大白菜，除去根部和老葉。

（2） 預(yù)處理。將白菜剝開清洗干凈后攤開晾曬1 d，晾曬期間應(yīng)將白菜翻面晾曬。

（3） 熱燙。把水浴鍋溫度設(shè)為90 ℃，并將盛有適量蒸餾水的大燒杯置于溫水浴鍋中，待達(dá)到設(shè)定溫度后將晾曬過的干凈的白菜浸入燒杯中煮燙2～3 min 至表皮發(fā)蔫。

（4） 裝罐。將白菜撈出來瀝水后切成條，塞入潔凈的發(fā)酵罐內(nèi)，約1 000 g，同時(shí)加入以下各種調(diào)料：紅尖椒100 g，綠尖椒100 g，生姜60 g，八角5 g，花椒3 g，陳皮和胡椒各5 g，封口后置于室溫中發(fā)酵25 d。

1.4 單因素試驗(yàn)

1.4.1 絕干處理

均勻制備3 組樣品，每組樣品應(yīng)保證莖葉含量均勻，分別將樣品平鋪于熱風(fēng)干燥箱的3 個(gè)物料盤上（帶網(wǎng)托盤） 并記錄各初始樣品質(zhì)量。在大氣壓下（101.3 kPa），將3 組樣品編號(hào)后同時(shí)放入105 ℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，干燥至試樣質(zhì)量不再發(fā)生變化時(shí)結(jié)束干燥，記錄3 組樣品的干物質(zhì)質(zhì)量，并換算為每100 g 濕物料中的干基質(zhì)量后求得均值用于后續(xù)計(jì)算。

1.4.2 熱風(fēng)干燥單因素試驗(yàn)

制備12 組樣品后4 等分，每組樣品應(yīng)保證莖葉含量均勻。同一水平下，每次取3 組樣品進(jìn)行干燥處理，分別將樣品平鋪于熱風(fēng)干燥箱的3 個(gè)物料盤上（帶網(wǎng)托盤） 并記錄各初始樣品質(zhì)量。將3 組同一水平下的樣品同時(shí)放置在電熱風(fēng)干燥箱中，樣品厚度影響不計(jì)，分別在50，60，70，80 ℃下進(jìn)行熱風(fēng)干燥。在干燥過程中，干燥前期每30 min 用電子天平稱量一次物料的質(zhì)量，干燥中期每20 min 稱量一次物料質(zhì)量，干燥后期每10 min 稱量一次物料質(zhì)量，直到物料達(dá)到恒質(zhì)量為終點(diǎn)。各水平下的干燥試驗(yàn)均設(shè)置3 組樣品作為平行試驗(yàn)，最終取平均值進(jìn)行分析。

1.5 樣品的測(cè)定

1.5.1 干基含水率指標(biāo)測(cè)定

參照GB/T 5009.3—2016 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)-食品中水分的測(cè)定對(duì)干燥四川泡菜的初始干基含水率進(jìn)行測(cè)定記錄，即將泡菜樣品置于電熱恒溫干燥箱內(nèi)，設(shè)置干燥溫度為105 ℃，持續(xù)加熱，使泡菜完全干燥，保證前后2 次測(cè)定的樣品質(zhì)量之差小于0.002 g，最終質(zhì)量作為全干質(zhì)量, 再由每個(gè)測(cè)量時(shí)刻測(cè)得的質(zhì)量計(jì)算各瞬時(shí)干基含水率。干基含水率計(jì)算公式按公式（1） 計(jì)算[16]：

式中：Mt——泡菜樣品的干基含水率，g/g；

Wt——試樣在任何t 時(shí)間的總質(zhì)量，g；

W——絕干物質(zhì)質(zhì)量，g。

1.5.2 水分比指標(biāo)測(cè)定

水分比（MR） 計(jì)算公式[17]

式中：M0——初始的干基含水率，g/g；

Mt——任意干燥t 時(shí)刻干基含水率，g/g；

Me——干燥到平衡時(shí)干基含水率，g/g。

但是平衡時(shí)干基含水率Me 遠(yuǎn)小于M0和Mt，因此計(jì)算公式能夠簡(jiǎn)化成如下公式（3）。

1.5.3 干燥速率的測(cè)定

干燥特性中的干燥速率，通常是作為非常重要的參數(shù)被用于研究試樣的干燥動(dòng)力學(xué)[18]。

干燥速率（Drying Rate，DR，g /（g·h）） 表示四川泡菜樣品的脫水速率，單位為g /（g·h），其計(jì)算公式如下：

式中：Mt+Δt——干燥時(shí)間t+Δt 時(shí)四川泡菜試樣的干基含水率，g/g；

Δt——每2 次測(cè)定之間的時(shí)間差，h。

1.5.4 L 值的測(cè)定

用Xrite color i5 型色差儀測(cè)定樣品L 值時(shí)先用白板校訂色差計(jì)，然后再使用黑板校正，校正結(jié)束后使用白板作為測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)[19]，最后再用樣品逐一測(cè)定。L 值作為樣品亮度值，可以用來表示干燥四川泡菜干樣品的褐變程度。L 值越高，白度越大，試樣的褐變程度越小，樣品的干燥效果越好。

1.5.5 復(fù)水率的測(cè)定

取干燥后的部分四川泡菜樣品（盡量保證莖葉含量均勻），記錄其質(zhì)量為mf，將泡菜干樣品浸沒入已存400 mL 蒸餾水的總?cè)萘繛?00 mL 的大燒杯中，在室溫下進(jìn)行水浴2 h，用吸水紙（濾紙） 除去表面水分后稱量，直到前后2 次測(cè)量的四川泡菜樣品質(zhì)量之差小于0.001 g， 最終質(zhì)量記為mg計(jì)算復(fù)水率。復(fù)水比的大小通常用質(zhì)量的增加程度表示，其數(shù)值越大越好，其計(jì)算公式如下[20-22]。

式中：Rr——四川泡菜樣品的復(fù)水率，%；

mf——干燥四川泡菜試樣復(fù)水完全后的瀝水質(zhì)量，g；

mg——干制四川泡菜樣品質(zhì)量，g。

1.5.6 統(tǒng)計(jì)分析

采用Origin 2017 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。每組試驗(yàn)重復(fù)3 次，取其平均值對(duì)各干燥四川泡菜的各指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱風(fēng)干燥溫度對(duì)四川泡菜干基含水率的影響

熱風(fēng)干燥溫度對(duì)干基含水率的影響見圖1。

圖1 熱風(fēng)干燥溫度對(duì)干基含水率的影響

從圖1 中可以看出，四川泡菜的干燥曲線均呈下降趨勢(shì)，設(shè)置熱風(fēng)風(fēng)速保持一定（1.5 m/s），當(dāng)干燥溫度為50 ℃時(shí)，所需的總干燥時(shí)間最長(zhǎng)；當(dāng)干燥溫度提升為60 ℃時(shí)，到達(dá)安全含水率所需時(shí)間明顯減少（p＜0.05）；當(dāng)干燥溫度為80 ℃時(shí)，四川泡菜樣品完成整個(gè)干燥過程所用時(shí)間最短，即隨著熱風(fēng)溫度的提高，四川泡菜的干基含水率下降越快，達(dá)到干燥終點(diǎn)所需的時(shí)間也越短，干燥曲線越陡。四川泡菜干燥曲線由陡變緩，這是因?yàn)楦稍锍跗?，泡菜表面水分較多，水分大部分以自由水的形式脫除，脫除較容易；干燥后期，泡菜水分則以結(jié)合水為主，表面容易結(jié)殼，內(nèi)部與周圍濕度差較小，水分脫除較慢。

從圖1 中可以看出，熱風(fēng)溫度越高，干燥介質(zhì)的相對(duì)濕度越低，其與干燥四川泡菜樣品的濕度差越大，則樣品水分?jǐn)U散動(dòng)力越大，四川泡菜樣品的水分蒸發(fā)速度也相應(yīng)提升，從而干燥四川泡菜的整個(gè)干燥過程所用的總時(shí)間會(huì)隨著溫度的升高而縮短。因此，提高熱風(fēng)干燥時(shí)的溫度能夠顯著縮短四川泡菜樣品的干燥時(shí)間，從而提高整體的干燥效率。

2.2 熱風(fēng)干燥溫度對(duì)四川泡菜水分比的影響

熱風(fēng)干燥溫度對(duì)水分比的影響見圖2。

圖2 熱風(fēng)干燥溫度對(duì)水分比的影響

水分比（MR） 是用來表示水分比率與干燥時(shí)間之間的比率關(guān)系，也可用來表示樣品干燥速率的快慢。四川泡菜的MR 曲線與干基含水率曲線下降趨勢(shì)一致，MR 值隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)而減小，溫度越高，MR 值減小越快，這是因?yàn)橐环矫嫔邷囟瓤梢约涌焖衷谒拇ㄅ莶酥械倪w移速率；另一方面，溫度升高后，四川泡菜外圍的相對(duì)濕度下降與周圍環(huán)境的濕度差增大，這使得四川泡菜中的水分更快發(fā)散出來，從而縮短干燥所需要的時(shí)間[23]。

2.3 熱風(fēng)干燥溫度對(duì)四川泡菜干燥速率的影響

熱風(fēng)干燥溫度對(duì)干燥速率的影響見圖3。

圖3 熱風(fēng)干燥溫度對(duì)干燥速率的影響

從圖3 可以看出，在熱風(fēng)風(fēng)速保持1.5 m/s 時(shí)，每條干燥速率曲線均先由零上升至最大值隨后下降至最低值，熱風(fēng)溫度越高，四川泡菜樣品的干燥速率峰值越大，達(dá)到干燥終點(diǎn)所用的總時(shí)間越短，干燥速率曲線越陡峭。當(dāng)熱風(fēng)風(fēng)速和溫度均一定時(shí)，樣品的干燥速率迅速變大，很快達(dá)到最大值，這可能是因?yàn)樗拇ㄅ莶说馁|(zhì)地較為疏松，水分散發(fā)比較容易。接著開始進(jìn)入降速階段，初期時(shí)干燥速率下降較快，隨著四川泡菜干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，中后期時(shí)下降速度變慢并逐漸趨于平緩，此結(jié)果與李葉貝等人[23]的研究相符，Doymaz I[24]在南瓜切片的熱風(fēng)干燥研究中也有這種現(xiàn)象出現(xiàn)。這是因?yàn)殡S著干燥的不斷進(jìn)行，干燥進(jìn)行到一定階段后物料的含水量已經(jīng)接近平衡含水量，使得四川泡菜本身的濕度與環(huán)境的濕度差變小，此時(shí)四川泡菜的干燥速率處在較高的水平，而在此試驗(yàn)條件下可揮發(fā)出的水分卻不多，這時(shí)四川泡菜的熱風(fēng)干燥過程主要為降速階段，即內(nèi)部擴(kuò)散控制階段，四川泡菜內(nèi)部水分向表面擴(kuò)散遷移的速率受到一定的阻礙后，內(nèi)部水分?jǐn)U散速度開始低于外部水分蒸發(fā)速度，表現(xiàn)為四川泡菜樣品的干燥速率不斷降低，最后趨于最低值。

表1 薄層干燥模型

2.4 干燥模型擬合

2.4.1 干燥模型的選擇

選取果蔬干燥常用3 種數(shù)學(xué)模型來描述其干燥過程[23-26]。

薄層干燥模型見表1。

采用式（6）～式（8）干燥模型對(duì)四川泡菜干燥過程中水分比與時(shí)間之間的關(guān)系進(jìn)行擬合，對(duì)（6），（7），（8）進(jìn)行線性化處理后分別為：

2.4.2 干燥模型的擬合結(jié)果

對(duì)所選的3 個(gè)較常用的薄層干燥模型進(jìn)行擬合（具體表達(dá)式見表1），并將結(jié)果匯總于表2。R2越大，RMSE 越小擬合度越好。由表2 的結(jié)果可以看出，Page 模型的R2值均大于0.95，為所擬合模型中的最小值，且RMSE 均小于0.05 值更大，所以Page模型對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)有更好的擬合度。擬合結(jié)果說明Page 模型能很好地反映四川泡菜的干燥特性。以更加適合擬合四川泡菜的熱風(fēng)干燥過程。

不同干燥條件下水分比隨干燥時(shí)間變化的擬合結(jié)果見表2，不同干燥溫度的lnMR-t 曲線見圖4，不同干燥溫度的-lnMR-t 曲線見圖5，不同干燥溫度的ln（-lnMR）-lnt 曲線見圖6。

表2 不同干燥條件下水分比隨干燥時(shí)間變化的擬合結(jié)果

結(jié)合表2 與圖4 ～圖5，可以看出這3 種薄層干燥模型中Page 模型較優(yōu)，其模型中的參數(shù)k，n 與試驗(yàn)中的溫度T 有關(guān)。為了描述溫度因素對(duì)Page 模型的影響，采用進(jìn)一步的回歸來擬合k，n。

在表2 中可以看出，模型中系數(shù)k 和n 隨著溫度T 的變化而變化，因此k 和n 是溫度T 的函數(shù)，用一元二次式擬合方程中的常數(shù)，k 和n 用式（6）和式（7） 2 個(gè)式子表示：

式中：T 表示溫度，℃。

圖4 不同干燥溫度的lnMR-t 曲線

圖5 不同干燥溫度的-lnMR-t 曲線

圖6 不同干燥溫度的ln（-lnMR）-lnt 曲線

方程中的干燥參數(shù)k 和n 采用SPSS 19.0 進(jìn)行回歸，結(jié)果如下式（8） 和式（9） 2 個(gè)式子：

因此，四川泡菜熱風(fēng)干燥回歸方程是：

2.4.3 模型驗(yàn)證

Page 模型為四川泡菜干燥的最佳模型，為了驗(yàn)證回歸方程的準(zhǔn)確度，選擇模型以外試驗(yàn)中的一組數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，試驗(yàn)條件為干燥溫度50 ℃。用Page方程在以上條件下進(jìn)行預(yù)測(cè)。

預(yù)測(cè)值和試驗(yàn)值見圖7。

圖7 預(yù)測(cè)值和試驗(yàn)值

由圖7 可以看出，Page 模型下的試驗(yàn)值與模型預(yù)測(cè)值之間可以很好地契合，且實(shí)際值與預(yù)測(cè)值差異很小，表明Page 模型能夠很好地反映四川泡菜熱風(fēng)干燥過程中水分比的變化規(guī)律，故其對(duì)試驗(yàn)過程的描述性最佳。

2.5 熱風(fēng)干燥溫度對(duì)四川泡菜復(fù)水率的影響

不同熱風(fēng)溫度下的復(fù)水率見圖8。

復(fù)水率是反映干燥過程中干燥樣品結(jié)構(gòu)破壞程度大小的重要指標(biāo)[27]，從圖8 中能夠看出，當(dāng)熱風(fēng)風(fēng)速保持一定（1.5 m/s） 時(shí)，所采用的熱風(fēng)溫度越高，四川泡菜干制品的復(fù)水率反而越低。熱風(fēng)溫度50 ℃時(shí)的干燥樣品的復(fù)水率最大，四川泡菜的復(fù)水性能最好；60 ℃時(shí)的四川泡菜次之；熱風(fēng)溫度為70 ℃或80 ℃時(shí)的四川泡菜干燥樣品復(fù)水率偏低，可能是因?yàn)楦稍餃囟冗^高致使四川泡菜樣品內(nèi)部組織細(xì)胞遭到破壞、糊化變形，使其恢復(fù)原態(tài)的能力變?nèi)酰瑢?dǎo)致四川泡菜干制品的復(fù)水性能變差，同時(shí)溫度過高會(huì)造成干樣品內(nèi)部受損，成分損失嚴(yán)重，不利于良好四川泡菜食品品質(zhì)的形成[28]。

圖8 不同熱風(fēng)溫度下的復(fù)水率

2.6 熱風(fēng)干燥溫度對(duì)四川泡菜L 值的影響

不同熱風(fēng)溫度下的L 值見圖9。

圖9 不同熱風(fēng)溫度下的L 值

從圖9 可以看出，當(dāng)熱風(fēng)風(fēng)速保持一定（1.5 m/s）時(shí)，四川泡菜的L 值隨著熱風(fēng)溫度的升高而升高，當(dāng)溫度為70℃時(shí)，泡菜的L 值最大，為60.92；當(dāng)溫度升高到80℃時(shí)，泡菜的L 值則又下降至53.12。70 ℃下的四川泡菜干燥樣品的L 值最大，白度最大。可能是由于熱風(fēng)溫度雖為70 ℃，但所用干燥時(shí)間很短，生成的褐色物質(zhì)積累量較少，因此此時(shí)色澤最好。溫度為80℃時(shí)，泡菜干燥樣品的L 值最小，可能是由于溫度過高，泡菜組織結(jié)構(gòu)開始糊化變形，顏色則偏暗；溫度為50 ℃時(shí)，由于干燥時(shí)間過長(zhǎng)，酶促褐變生成的褐色物質(zhì)積累量過多，L 值也偏小。

3 結(jié)論

當(dāng)采用熱風(fēng)干燥對(duì)四川泡菜樣品進(jìn)行干燥處理時(shí)，保持同一干燥風(fēng)速下（1.5 m/s），干燥溫度越高，四川泡菜樣品的干基含水率下降越快，當(dāng)干燥溫度為80 ℃時(shí)，四川泡菜樣品完成整個(gè)干燥過程所用時(shí)間最短。四川泡菜的MR 值隨著熱風(fēng)溫度的增高而下降。隨著溫度的升高，四川泡菜干燥速率峰值逐漸增高，四川泡菜達(dá)到干燥終點(diǎn)所需的時(shí)間也越短。

選取3 種常用的薄層干燥模型對(duì)不同溫度條件下獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，結(jié)果表示Page 模型可作為四川泡菜熱風(fēng)干燥過程的最優(yōu)模型，此模型的平均R2值是0.977 5，RMSE 最小值是0.014 76。且經(jīng)模型求解驗(yàn)證后有較好的擬合度，說明Page 模型對(duì)四川泡菜的熱風(fēng)干燥過程有較好的預(yù)測(cè)性。能夠準(zhǔn)確（R2＞0.97） 描述四川泡菜熱風(fēng)干燥過程中水分比變化規(guī)律。

干燥溫度越低，四川泡菜干制品的復(fù)水率越高，即50 ℃下的四川泡菜干燥樣品的復(fù)水率最大。從四川泡菜干制品的色差來看，70 ℃下的四川泡菜干燥樣品的L 值最大，其褐變程度最小，其次分別為50，60 ℃下的干燥樣品。