葉大鵬，崔蘊涵，翁海勇，郭茂成，林穎軒，何金成

蓮子間歇式微波分段變功率真空干燥方法

葉大鵬1,2，崔蘊涵1,2，翁海勇1,2，郭茂成1，林穎軒1，何金成1,2※

（1. 福建農(nóng)林大學機電工程學院，福州 350002；2. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備福建省高校工程研究中心，福州 350002）

目前蓮子干燥仍以傳統(tǒng)熱風干燥為主，該方式不僅能耗高，耗時長，且蓮子品質(zhì)不佳，嚴重制約了蓮子產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。為了提高蓮子干燥品質(zhì)、縮短干燥時間和降低能耗，該研究比較了間歇式微波恒定功率和微波分段變功率兩種微波真空干燥法，分析了微波功率、干燥時間對蓮子干燥特性影響。研究結(jié)果表明，間歇式微波分段變功率真空干燥較佳工藝參數(shù)為：真空度0.1 MPa，微波工作間歇方式為1.5 min-開/1.5 min-關(guān)，干燥過程分兩個階段進行，第一階段在微波功率1 600 W條件下共工作3 min，間歇3 min，第二階段在微波功率1 200 W條件下共工作3 min，間歇3 min。在此條件下，蓮子主要營養(yǎng)成分中淀粉含量43.43 g/100 g，與恒定微波功率真空干燥（40.83～43.80 g/100 g）和傳統(tǒng)熱風干燥（42.73 g/100 g）效果相當；蛋白質(zhì)含量為19.37 g/100g，高于恒定微波功率真空干燥（18.17～18.67 g/100 g）與熱風干燥（18.57 g/100 g）；膳食纖維含量為14.60 g/100 g，是熱風干燥（6.94 g/100 g）的2.10倍，具有顯著性差異（<0.05），與恒定微波功率真空干燥（11.03～14.70 g/100 g）無明顯差異（＞0.05）；單位質(zhì)量干燥能耗為7 848 kJ/kg，相較于傳統(tǒng)熱風干燥（465 012 kJ/kg）和恒定微波功率真空干燥（10 440～15 012 kJ/kg），干燥時間縮短，能耗降低。研究結(jié)果為蓮子的加工生產(chǎn)提供理論支持。

干燥；品質(zhì)控制；蓮子；分段變功率；能耗

0 引 言

蓮子的食用和藥用價值極高，含有豐富的黃酮類、生物堿和膳食纖維等營養(yǎng)保健成分，具有降壓、補脾止瀉、養(yǎng)心安神之功效[1-2]。建寧作為福建蓮子的主產(chǎn)區(qū)，生產(chǎn)的建寧白蓮潔白飽滿，味香清甜，營養(yǎng)價值極高，是當?shù)剞r(nóng)民的主要經(jīng)濟收入之一[3]。新鮮蓮子含水率很高，采收后不宜貯藏，除了鮮食外，大部分會干燥加工制成干蓮子。然而，目前蓮子干燥仍以傳統(tǒng)的熱風干燥為主，該方式不僅能耗高，耗時長，且蓮子外觀品質(zhì)不佳，嚴重制約蓮子質(zhì)量和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[4-6]。

微波干燥技術(shù)是一種快速干燥技術(shù)。由于物料內(nèi)含有大量極性分子，極性分子運動造成摩擦、碰撞產(chǎn)生熱能，實現(xiàn)了物料溫度快速升高，并將物料內(nèi)部的水分排出。微波干燥技術(shù)因具有較高加熱速率和能量利用率，能顯著縮短干燥時間，且能更好的保留物料的風味、色澤、質(zhì)量和營養(yǎng)價值，在堅果[7]、蔬菜[8]、水果[9-10]、海鮮[11]等食品加工中表現(xiàn)出巨大的應用前景[12]。然而上述的微波干燥方法多采用連續(xù)微波干燥，在干燥后期，由于物料含水率大大減少，水分擴散不均勻，會出現(xiàn)局部過熱甚至焦化現(xiàn)象，導致物料內(nèi)外品質(zhì)降低[13-14]。為了克服連續(xù)式微波對流干燥存在的過熱問題，一部分研究學者提出間歇式微波干燥方法。張緒坤等[15]提出了基于控溫的蓮子微波干燥方法，有效緩解微波加熱不均問題；張黎驊等[16]探究了酒糟微波間歇干燥工藝，微波脈沖比對酒糟干燥效果的影響最大；楊國峰等[17]研究發(fā)現(xiàn)增加干燥段數(shù)，能降低稻谷的爆腰率，從而提高稻谷發(fā)芽率；朱德泉等[18]優(yōu)化了山核桃堅果分段變功率微波干燥工藝，有效降低了單位質(zhì)量干燥能耗；Junqueira等[19]研究發(fā)現(xiàn)南瓜片間歇微波干燥比對流干燥時間更短，外觀顏色更好；唐小閑等[20]發(fā)現(xiàn)與熱風干燥相比，微波間歇干燥的馬蹄淀粉微觀結(jié)構(gòu)和性能更優(yōu)；程裕東等[21]研究表明采用間歇循環(huán)加熱能提高干燥均勻性，樣品的水分損失主要依賴壓力驅(qū)動；張志勇等[22]探究了香菇微波干燥過程中的溫度和水分變化特性；周小理等[23]探究了不同加熱方式對苦蕎蛋白特性的影響，結(jié)果表明短時微波加熱可提高苦蕎蛋白的持水性。上述研究表明間歇微波干燥能較好緩解局部過熱問題，另一部分研究學者提出連續(xù)式微波結(jié)合真空干燥方法。林鴻等[24]研究發(fā)現(xiàn)連續(xù)式微波真空干燥后鐵皮石斛的總游離氨基酸和風味氨基酸含量顯著提高；陳健凱等[25]發(fā)現(xiàn)腔體絕對壓力小，物料脫水過程料溫較低，對杏鮑菇干燥產(chǎn)品氨基酸的破壞較??；Monteiro等[26]研究發(fā)現(xiàn)微波真空可以提高南瓜片的復水性能；Chua等[27]發(fā)現(xiàn)微波真空干燥比傳統(tǒng)的對流干燥方法更能有效保存脆葉馬蘭的活性成分；蔡路昀等[28]研究表明經(jīng)微波真空干燥后的中國對蝦能很好保留其特有的香味；杜婕妤等[29]研究表明在水發(fā)過程中微波真空處理海參更有利于保持蛋白結(jié)構(gòu)及功能的完整性；陳豐[30]研究發(fā)現(xiàn)微波真空干制蓮子顆粒均勻飽滿，光澤度好，氣味清香，完好率高；周鳴謙等[31]探究了不同干燥方式對蓮子品質(zhì)的影響，表明不同干燥方式對蓮子的蛋白質(zhì)和粗纖維含量影響不大。其中干燥效率方面，微波真空干燥比傳統(tǒng)熱風干燥有明顯優(yōu)勢，且所得產(chǎn)品的復水性、色澤、硬度等均較佳。綜上所述，間歇式微波干燥方法可以有效緩解物料干燥過程中局部過熱問題，而微波真空干燥方法能較好保持物料的品質(zhì)。因此，有必要探究間歇式微波真空干燥條件下的蓮子干燥方法。因此，本文以建寧白蓮為研究對象，以微波功率和干燥時間為試驗因素，研究蓮子間歇式微波真空的干燥特性，對比分析不同的間歇式微波真空干燥工藝對蓮子干燥時間、營養(yǎng)品質(zhì)、外觀及干燥能耗的影響，以期確定其較優(yōu)的蓮子干燥工藝，為蓮子的加工生產(chǎn)提供理論和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮成熟蓮子于2020年8月從福建建寧采摘，根據(jù)相同的外觀（鮮蓮縱徑（23±1）mm，橫徑（16±1）mm，外殼為褐黃色），所有樣品置于（4±0.5）℃的冷藏室進行臨時性存儲。選擇600個蓮子樣品（鮮質(zhì)量約1.6 kg），并單層放置進行干燥。在每次干燥試驗前，將蓮子果皮、種皮、蓮心去除，并用蒸餾水沖洗干凈。在干燥過程中測質(zhì)量，根據(jù)測量的蓮子初始質(zhì)量和最終質(zhì)量以確定其初始含水率，每次試驗重復3次求平均值。根據(jù)試驗結(jié)果可知，建寧白蓮所有樣品的平均初始濕基含水率為57.74%±0.29%。

1.2 儀器與設(shè)備

蓮子的微波真空干燥設(shè)備由福建農(nóng)林大學機電工程學院自主設(shè)計研發(fā)，如圖1所示。該設(shè)備組成包括微波發(fā)生系統(tǒng)、加熱箱、抽真空系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、溫度檢測系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)等。微波頻率為2 450 MHz，微波功率在240～1 600 W內(nèi)可調(diào)，真空度范圍為0～0.1 MPa。本系統(tǒng)可設(shè)定十段微波功率并且可設(shè)定相應的干燥時間，從而實現(xiàn)干燥過程連續(xù)化。加熱箱內(nèi)的真空度由真空表監(jiān)測和控制。同時，該設(shè)備有安全保護系統(tǒng)，通過程序設(shè)置溫度上下限，實現(xiàn)微波發(fā)生系統(tǒng)的自動啟停。

1.3 試驗方法

1.3.1 蓮子中心溫度的測定

由于蓮子含有大量淀粉，在高溫下極易糊化，因此有必要探究蓮子干燥過程中的中心溫度變化情況，以確定其在最大功率條件下的可允許最長連續(xù)加熱時間。選擇20顆（約60 g）進行試驗，將其單層平鋪在干燥盤中，微波功率設(shè)定為最高功率1 600 W。每輪測定溫度時，從載樣裝置邊緣到內(nèi)部采樣標記干燥盤中3個不同位置的蓮子，每隔1.5 min對其各自的中心溫度進行測量。測量時，用食品中心溫度計（11063型，美國Delta Trak公司）探針插入蓮子通心處，等待8～10 s穩(wěn)定后，記錄溫度值，再用電子天平測定其質(zhì)量，隨后放回微波真空干燥設(shè)備中繼續(xù)干燥，多次重復操作，直到達到安全含水率（濕基含水率<10%），每次試驗重復3次求平均值。

1.3.2 蓮子間歇式微波真空干燥參數(shù)優(yōu)化

由于微波真空干燥特性與真空度有關(guān)，真空度越大，蓮子干燥時間越短，干燥速率就越大[32]。因此，試驗設(shè)定本設(shè)備的真空度為0.1 MPa。通過前期大量的預試驗，最終確定間歇模式為1.5 min-開/1.5 min-關(guān)，即微波每開啟1.5 min則間歇停止1.5 min。為進一步探究間歇恒功率和間歇分段變功率兩種干燥工藝對蓮子干燥特性的影響，本文首先以微波強度作為試驗因素，進行間歇恒功率單因素試驗。將一定量的（蓮子質(zhì)量約（60±0.28）g）均勻單層平鋪在干燥盤上，調(diào)節(jié)微波功率分別在1 600、1 200、800、400 W進行干燥，試驗過程中間隔1.5 min取出蓮子并稱其質(zhì)量，再放回設(shè)備中繼續(xù)干燥，直到蓮子濕基含水率小于10%，停止試驗。每組試驗重復3次取平均值。間歇分段變功率試驗則是將蓮子干燥過程分為多個階段，不同階段設(shè)置不同微波功率和開啟時間。本試驗共設(shè)置5種模式（表1），間歇比均為1.5 min-開/ 1.5 min-關(guān)，即代表試驗中微波單次加熱工作1.5 min，間歇1.5 min，依次循環(huán)加熱。模式1代表干燥過程分兩個階段：第一階段在1 600 W下間歇循環(huán)加熱兩次，共加熱時間3 min，間歇時間3 min，第二階段在1 200 W下繼續(xù)加熱總時間T1 min，間歇時間T1 min，直到蓮子濕基含水率小于10%；模式2代表干燥過程分4個階段：第一階段在1 600 W下循環(huán)加熱1次，加熱時間1.5 min，間歇時間1.5 min，第二階段在1 200 W下循環(huán)加熱一次，加熱時間1.5 min，間歇時間1.5 min，第三階段在800 W下循環(huán)加熱4次，加熱總時間6 min，間歇總時間6 min，第四階段在400 W下繼續(xù)加熱時間T2 min，間歇時間T2 min，直到蓮子濕基含水率小于10%。模式3、模式4和模式5表達方式同模式2。蓮子濕基含水率的測定方式與間歇恒功率方式相同。

1.3.3 蓮子熱風干燥試驗

為了對比微波真空干燥與傳統(tǒng)熱風干燥的蓮子干燥品質(zhì)差異，本文同時采用傳統(tǒng)的熱風干燥法進行對照。周鳴謙等[31]研究表明蓮子熱風干燥最佳的干燥溫度應保持在50～60 ℃。因此，本文再次選取20顆蓮子樣品（約60 g）置于溫度為50 ℃鼓風干燥箱中，風速為1.5 m/s，每隔20 min測定蓮子的質(zhì)量，直到蓮子的質(zhì)量前后相差小于0.1 g，即視為達到恒質(zhì)量。

表1 五種間歇式微波分段變功率工作方式

注：表中各階段時間表示微波開啟的時間，間歇時間等于微波開啟時間；T1～5代表模式1～5最后階段蓮子干燥至安全含水率10%的時間。下同。

Note: The time of each stage indicates the total time of microwave opening in the table. Microwave intermittent time equals opening time.T1 - T5 represent the time for the water content of lotus seeds to dry to 10% in the last stage of modes 1 - 5. The same below.

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

蓮子干燥過程中的含水率采用烘干法進行測定，每個間歇時間節(jié)點通過電子分析天平測定蓮子質(zhì)量測定濕基含水率，具體的計算公式如式（1）所示

M=[(m-0)/m]×100%（1）

式中M為干燥過程中時刻蓮子的濕基含水率，%；m為干燥過程中時刻蓮子的質(zhì)量，g；0為蓮子的干基質(zhì)量，g。

蓮子干燥過程中失水速率的計算方法如式（2）所示

=(m1-m2)/(2-1)（2）

式中m1為1時刻蓮子的質(zhì)量，g；m2為2時刻蓮子的質(zhì)量，g；為蓮子的失水速率，g/min。

單位質(zhì)量干燥能耗是指每蒸發(fā)蓮子單位質(zhì)量水分所消耗的電能，以微波功率及每組試驗微波總接通時間計算，計算方法如下

=/（3）

式中為單位質(zhì)量干燥能耗，kJ/kg；為微波功率，W；為微波總接通時間，s；為去除水分的質(zhì)量，kg。

本試驗測定了蓮子中主要的3個成分，分別為蛋白質(zhì)、淀粉和膳食纖維。測定方法分別參照 GB 5009.5—2016《食品中蛋白質(zhì)的測定》、GB 5009.9—2016《食品中淀粉的測定》以及GB 5009.88—2014《食品中膳食纖維的測定》。

2 結(jié)果與分析

2.1 蓮子中心溫度變化情況分析

分析蓮子中心溫度在微波真空干燥過程中的變化情況可確定蓮子在本設(shè)備最大功率下可承受的最長干燥時間。在真空度和微波功率分別設(shè)定最大0.1 MPa和1 600 W條件下蓮子的中心溫度變化和外觀如圖2所示。當蓮子加熱至1.5 min時，中心溫度為58.5 ℃，加熱3 min左右，達到了最高溫度，為86.8 ℃。隨著加熱時間的延長，在3.0～7.5 min范圍內(nèi)，蓮子的中心溫度基本保持在85～90 ℃之間，相對穩(wěn)定，直到蓮子干燥達到安全含水率。蓮子中心溫度在微波作用下短時間內(nèi)快速升溫到最高點與微波加熱過程中熱量從物料的內(nèi)部向外部驅(qū)動階梯式傳遞的方式有關(guān)，相對于對流傳熱方式，能夠增加質(zhì)量傳遞，減少干燥時間[33]。由于淀粉糊化溫度范圍在67～78 ℃[34]，考慮到蓮子內(nèi)部升溫速度快或蓮子在高溫下持續(xù)時間太久易導致蓮子糊化等問題（圖2b），在本設(shè)備的最大功率1 600 W條件下，蓮子的最長加熱時間不宜超過1.5 min，即單次微波接通時間為1.5 min，這也與間歇比（1.5 min-開/1.5 min-關(guān)）的設(shè)定相吻合。

2.2 蓮子間歇式微波真空干燥特性分析

2.2.1 蓮子間歇式微波恒定功率真空干燥特性分析

分析圖3a可知，真空度恒定0.1 MPa條件下，微波功率對蓮子干燥時間的影響很大。隨著微波功率的增大，蓮子干燥時間逐漸縮短。當微波功率由400 W增加至1 600 W時，蓮子干燥至安全含水率的時間也從39 min縮短至6 min。Su等[35]通過對龍眼肉的研究也得出了類似的結(jié)果。進一步分析圖3b可知，整個干燥過程大致可分為加速、降速和恒速3個階段。在加速階段，1.5 min時刻1 600 W條件下的蓮子的失水速率達到最大值，為0.55 g/min，而400 W條件下的失水速率最小，為0.30 g/min；1.5 min后，不同微波功率條件下的蓮子的失水速率均迅速降低，進入降速階段；4.5 min后失水速率不再大幅度降低，進入恒速干燥階段，基本在0.02 g/min上下浮動，這是因為在干燥后期蓮子的含水率大大減少，失水速率也隨之趨于恒定。

2.2.2 蓮子間歇式微波分段變功率真空干燥特性分析

蓮子間歇式微波分段變功率真空干燥特性曲線如圖 3c所示。同一時刻，微波功率越大，干燥曲線斜率越大，干燥時間也越短。由圖3d可知，蓮子分段變功率干燥整體變化趨勢也大致分為加速、降速和恒速3個階段。在加速階段，1.5 min時刻模式4失水速率達到最大值0.65 g/min，模式1、模式2的失水速率則均為0.60 g/min，蓮子的含水率在前1.5 min內(nèi)迅速減少。1.5 min后蓮子的失水速率迅速降低，進入降速階段，4.5 min之后蓮子的失水速率變化幅度變小，進入恒速干燥階段。不同模式下的蓮子失水速率趨于一致，這與間歇式微波恒定功率真空干燥條件下得到的干燥特性相似。

2.3 蓮子干燥品質(zhì)分析

2.3.1 營養(yǎng)成分分析

由表2可知，微波功率和加熱時間對蓮子淀粉含量具有影響，過高的微波功率和過長的加熱時間均會降低蓮子中的淀粉含量。然而，在間歇式微波恒定功率（1 200 W和400 W）和間歇式微波變功率（模式1）的真空干燥條件下蓮子的淀粉含量分別為43.80 g/100 g、42.23 g/100 g和43.43 g/100 g，與傳統(tǒng)熱風干燥（42.73 g/100 g）的效果相當，沒有顯著性差異（>0.05）。采用傳統(tǒng)熱風和恒定微波功率真空干燥后的蓮子中蛋白質(zhì)的含量并無顯著性差異（>0.05）。相較于傳統(tǒng)熱風和恒定微波功率真空干燥的方式，分段微波變功率真空干燥方法中模式1和模式3的蓮子中蛋白質(zhì)含量較高，分別為19.37 g/100 g、19.27 g/100 g，具有顯著性差異（<0.05）。上述結(jié)果說明間歇式分段變功率能夠較好地保持蓮子中淀粉、蛋白質(zhì)成分。這是因為在微波加熱過程中，淀粉、蛋白質(zhì)等的介電常數(shù)和介電損耗值比水的小，吸收的微波能也較少[17]。劉偉東等[36]研究也表明微波輔助干燥能有效降低物料營養(yǎng)成分的損耗率。相對于蛋白質(zhì)和淀粉，膳食纖維含量在不同微波真空干燥條件下均保留較好，明顯高于熱風干燥（6.94 g/100 g）。其中，微波恒定功率1 600 W與分段變功率模式1條件下的蓮子膳食纖維含量較高，分別為14.70 g/100 g、14.60 g/100 g，分別是熱風干燥的2.12倍和2.10倍，這可能是由于微波加熱產(chǎn)生的局部高熱作用破壞了纖維分子間的氫鍵，改變了膳食纖維的晶體結(jié)構(gòu)，促使物料纖維形成無數(shù)微隙與空洞，增加了膳食纖維中可溶性成分的含量[37-38]。與傳統(tǒng)熱風干燥方式相比，微波真空干燥時間較短，膳食纖維的損失可能會較少[39]。綜上，間歇式分段變功率真空干燥模式1能更好地保留蓮子的淀粉、蛋白質(zhì)和膳食纖維成分。

表2 不同干燥模式下的蓮子營養(yǎng)成分含量（含水率<10%）

注：兩種間歇式微波真空干燥方法與熱風干燥相比，對于同一指標，字母不同代表差異顯著（<0.05）。表中的數(shù)值為平均值±標準偏差。

Note: Comparing the two intermittent microwave vacuum drying methods with hot air drying, for the same index, there were significant differences in different letters (< 0.05). The values in the table are mean ± standard deviation.

2.3.2 外觀品質(zhì)分析

不同模式條件干燥后蓮子外觀如圖4所示。熱風干燥條件下的蓮子有較多褶皺，體積縮小程度較大，而在間歇式微波真空干燥條件干燥的蓮子品質(zhì)更佳，且色澤白潤飽滿，沒有明顯的褶皺凹痕。間歇式恒定微波真空干燥與間歇式微波分段變功率真空干燥工藝相比，蓮子的外觀品相接近，無明顯差距，說明間歇式微波真空干燥工藝在能更好地保持蓮子的外觀品質(zhì)。

2.4 蓮子單位質(zhì)量干燥能耗分析

從表3中可以看出，微波恒定功率模式中，在400 W條件下的干燥過程總耗時78 min，耗時最長；與傳統(tǒng)熱風干燥相比，微波功率800 W條件下總耗時減少63%，時長為30 min；微波功率1 200 W條件下耗時長為18 min；微波功率1 600 W條件下的干燥耗時最少，僅為12 min。400 W條件下單位質(zhì)量能耗值15 012 kJ/kg，在4種微波恒定功率模式中是最高的，微波功率800 W條件下單位質(zhì)量干燥能耗值次之，為11 448 kJ/kg，微波功率1 200 W條件和微波功率1 600 W條件下的單位質(zhì)量干燥能耗值接近，分別為10 440 kJ/kg、10 548 kJ/kg。上述結(jié)果表明在蓮子干燥過程中，微波功率越低，所需要的干燥時間越長，隨之單位質(zhì)量干燥能耗也越高。間歇式微波分段變功率干燥模式中，模式5的干燥過程總耗時45 min，在5種微波分段變功率真空干燥模式中耗時最長；模式2、模式3次之，分別是24 min和21 min；模式4耗時較少為15 min；模式1耗時最少，僅為12 min；模式5的單位質(zhì)量干燥能耗值11 484 kJ/kg，在5種微波分段變功率真空干燥模式中同樣也是最高的，模式2、模式3能耗值次之，分別是9 972 kJ/kg和9 108 kJ/kg，模式4能耗值較少為7 956 kJ/kg，模式1的單位質(zhì)量干燥能耗值最少為7 848 kJ/kg。通過分析上述結(jié)果可知，在蓮子達到安全含水率時，微波分段變功率真空干燥與微波恒定功率真空干燥方法相比，微波分段變功率真空干燥方法能夠在相同干燥時間內(nèi)減少蓮子單位質(zhì)量干燥能耗。蓮子熱風50 ℃干燥工藝下的干燥時長為300 min，單位質(zhì)量干燥能耗為465 012 kJ/kg，遠大于間歇式微波真空干燥方法。綜上所述，從干燥能耗角度考慮，與傳統(tǒng)熱風干燥相比，間歇式微波真空干燥方法能夠極大地減少物料干燥時間和能耗，其中間歇式微波分段變功率真空干燥模式1的干燥時間和單位質(zhì)量干燥能耗均較少，為較佳干燥工藝。

圖4 不同干燥模式下制得的干蓮子外觀圖

表3 不同干燥模式下的蓮子干燥能耗（含水率<10%）

3 結(jié) 論

1）通過蓮子連續(xù)干燥過程中的中心溫度變化試驗可知，在最大功率1 600 W條件下可允許最長加熱時間為1.5 min。1.5 min-開/1.5 min-關(guān)的間歇比可避免過熱造成蓮子損傷。

2）蓮子分段變功率微波真空干燥較佳工藝參數(shù)為：微波間歇方式（1.5 min-開/1.5 min-關(guān)），真空度為0.1 MPa，第一階段在微波功率1 600 W條件下共工作3 min，第二階段在微波功率1 200 W條件下共工作3 min。在此條件下，蓮子淀粉含量為43.43 g/100 g，與傳統(tǒng)熱風干燥（42.73 g/100 g）效果相當，無顯著性差異（>0.05）。蛋白質(zhì)含量為19.37 g/100 g，膳食纖維含量14.60 g/100 g，差異明顯（＜0.05），其中膳食纖維含量是熱風干燥（6.94 g/100 g）的2.10倍。從干燥能耗角度考慮，較佳干燥工藝條件下的蓮子單位質(zhì)量干燥能耗為7 848 kJ/kg，與傳統(tǒng)熱風干燥（465 012 kJ/kg）相比，極大降低了能耗，縮短了干燥時間。且蓮子白潤飽滿，無明顯凹痕，外觀品質(zhì)佳。研究結(jié)果可為蓮子干燥加工生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。

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Lotus seed drying by intermittent phased varying power microwave under vacuum

Ye Dapeng1,2, Cui Yunhan1,2, Weng Haiyong1,2, Guo Maocheng1, Lin Yingxuan1, He Jincheng1,2※

(1.350002,2.350002,)

Lotus seeds are widely serving as functional food and Chinese herbal medicine, due mainly to their high nutritional value rich in protein, starch, and dietary fiber. Nevertheless, drying has been an important but weak link in the processing of lotus seeds. Microwave drying has generally been used in the drying of fruits and vegetables, showing high efficiency, energy saving, high product quality, and automatic control. Currently, the constant power microwave easy to operate and control is therefore commonly used to dry most of food, but the treated food is easy to be over-dried or burned. Correspondingly, the original nutrients can be reduced, due to the high speed of heat and mass transfer generated in the late drying stage of constant power microwave. Great efforts have also been made on microwave vacuum microwave drying to greatly maintain quality appearance of food. However, the commonly-used hot air drying consumes high energy to dry fresh lotus seeds with low efficiency, often failing to gain high quality. In this study, two intermittent microwave vacuum dryings were designed to improve the quality of dried lotus seeds, including constant and stage-varying power microwave drying. A systematic investigation was implemented to optimize the drying parameters of vacuum degree and microwave intermission mode, as well as the impact on drying characteristics. Additionally, traditional hot air drying was also introduced as a reference. The results demonstrated that the stage-varying power microwave drying performed much better than the traditional hot air drying and constant power microwave drying. The optimal drying parameters were achieved for the stage-varying power microwave drying with a vacuum degree of 0.1 MPa, and a microwave intermission mode of 1.5 min-on /1.5 min-off. Two stages were contained to obtain a safe water content of lotus seeds, where the first stage worked for 3 min under the microwave power of 1 600 W, and the second stage worked for 3 min under the microwave power of 1 200 W. Specifically, the concentrations of starch were 43.43 g/100g and 42.73 g/100g within lotus seeds for the hot air drying and stages-varying power microwave drying, respectively, indicating an insignificant difference between them. But there was a significant difference in the concentration of protein and crude fibers within lotus seeds under two drying. The concentration of protein in lotus seeds using stage-varying power microwave (19.37 g/100g) was higher than that of hot air drying (18.57 g/100g). More importantly, the crude fibers within lotus seeds using stage-varying power microwave drying (14.60 g/100g) remained much higher than those using hot air drying (6.94 g/100g), increasing as high as 2.1 times. The external quality of lotus seeds was also better under the stage-varying power microwave drying. Additionally, the drying time was greatly shortened with an energy consumption of 7 848 kJ/kg, compared with hot air drying (465 012 kJ/kg). It inferred that the stage-varying power microwave drying gained a better quality of dried lotus seeds with less energy consumption. The presented findings can provide a potential guideline for drying and processing of lotus seeds.

drying; quality control; lotus seed; intermittent phased varying power microwave; energy consumption

葉大鵬，崔蘊涵，翁海勇，等. 蓮子間歇式微波分段變功率真空干燥方法[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2021，37(8)：288-295.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.08.033 http://www.tcsae.org

Ye Dapeng, Cui Yunhan, Weng Haiyong, et al. Lotus seed drying by intermittent phased varying power microwave under vacuum[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(8): 288-295. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.08.033 http://www.tcsae.org

2021-01-09

2021-04-06

福建省科技重大專項（2018NZ0003）

葉大鵬，博士，教授，研究方向為農(nóng)業(yè)機械自動化。Email：ydp@fafu.edu.cn

何金成，博士，副教授，研究方向為農(nóng)業(yè)機械化工程。Email：bighjc@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.08.033

S436.66；TP391.41

A

1002-6819(2021)-08-0288-08