王慶惠，楊嘉鵬，楊忠強(qiáng)

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆工程學(xué)院控制工程學(xué)院，烏魯木齊 830022)

0 引 言

【研究意義】杏果實(shí)風(fēng)味酸甜可口[1]。2018年新疆杏樹的種植面積11.13×104hm2(166.90萬畝)，產(chǎn)量93.31×104t[2]。新疆杏主要集中在喀什、和田等地區(qū)，鮮杏成熟集中、產(chǎn)量大、較難存放，制干已成為杏子產(chǎn)后加工的主要手段[3]。熱風(fēng)干燥技術(shù)在生產(chǎn)中逐漸開始推廣應(yīng)用。研究杏子干燥特性以及干燥工藝對其干產(chǎn)品品質(zhì)，對推動干燥技術(shù)發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】前人對杏子的研究主要集中在干燥特性、干燥模型和干燥品質(zhì)等方面。肖紅偉[4]與王慶惠[5]等研究得出，干燥溫度和風(fēng)速對杏子的干燥速率均有顯著影響，但干燥溫度對其的影響比風(fēng)速更為突出。王慶惠等[6]對杏子不同狀態(tài)進(jìn)行研究，得出切分去核不僅能縮短杏子的干燥時間，還可以獲得較優(yōu)的杏干色澤。過利敏等[7]得出Page模型適合用來描述溫度對明星杏薄層干燥過程的影響，而王寧等[8]則認(rèn)為杏在較低溫度下的干燥模型為Wang-Singh方程，且模型系數(shù)與溫度、風(fēng)速有關(guān)。李瓊[9]研究得出，熱風(fēng)干制處理能夠促進(jìn)杏果中己糖向蔗糖的轉(zhuǎn)化，較高的干制溫度不利于糖含量的積累、熱風(fēng)干制40℃綜合評分最高，香氣品質(zhì)最好。陳雪等[10]采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對鮮杏和杏干香氣成分進(jìn)行檢測分析，結(jié)果表明，干制方式對杏干香氣成分和含量影響顯著，影響杏干香氣品質(zhì)的主要香氣物質(zhì)種類為酯類、醛類、醇類和酮類。王威[11]對鮮杏干燥過程中的褐變機(jī)理進(jìn)行研究得出，酶促褐變與非酶促褐變均起了一定作用，同時受干制溫度與成熟度的影響較大。了解不同干燥工藝對不同狀態(tài)下杏子品質(zhì)指標(biāo)變化是干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及后期產(chǎn)品開發(fā)的重要前提。【本研究切入點(diǎn)】了解不同干燥工藝對不同狀態(tài)下，杏子品質(zhì)指標(biāo)變化是干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及后期產(chǎn)品開發(fā)的重要前提。目前，市場上普遍采用整杏干燥。整杏干燥不僅干燥周期長，而且杏殼、杏仁無法有效利用。建立不同干燥條件與杏子品質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系，對優(yōu)化杏子干燥工藝有重要意義?！緮M解決的關(guān)鍵問題】采用整杏、切分去核杏以及去核杏為研究對象，分析不同干燥工藝條件對杏子干制品產(chǎn)品品質(zhì)指標(biāo)的影響，運(yùn)用響應(yīng)面分析法篩選綜合得分，確定杏子最佳干燥工藝以及切分方式，減少杏子干燥過程中營養(yǎng)成分損失以及提高杏子干制品色澤，為杏子干燥工藝優(yōu)化以及杏產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 杏

試驗(yàn)所用原料是新鮮的賽買提杏，2019年7月采摘于新疆喀什英吉沙縣，選用成熟度、色澤、大小基本一致，無蟲眼的杏子，試驗(yàn)前放置于(5±1)℃的冷庫內(nèi)保存，杏子平均單果重23.92 g/個，長軸直徑35.28 mm、短軸直徑33.67 mm，杏肉的濕基含水率為81.37%±0.36%(真空干燥箱內(nèi)70℃干燥24 h)(AOAC)[12]。

1.1.2 主要儀器

6QF-200杏子切分去核機(jī)(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所)；TD電子天平(上海精科天平，10 g)；6QX-350杏子核肉分離機(jī)(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所)；5HRG-14熱泵烘干機(jī)(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所)；SC-10精密色差儀(蘇州美方機(jī)電有限公司)；DS-Ⅰ高速組織搗碎機(jī)(德州潤昕實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋(上海力辰邦西儀器科技有限公司)；GI-3000-14高效液相色譜儀(通用儀器有限公司)；TG16高速離心機(jī)(上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司)；N4紫外-可見分光光度計(jì)(上海儀電分析儀器有限公司)；PS3200超聲波振蕩器(西安普勒實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)制造有限公司)。

1.1.3 工作原理

5HRG-14熱泵烘干機(jī)根據(jù)逆卡諾循環(huán)原理，采用少量的電能，利用壓縮機(jī)將自然中的空氣吸入并加熱，加熱后的熱空氣在風(fēng)機(jī)作用下強(qiáng)行吹入到干燥室，均勻通過料車后，再風(fēng)機(jī)作用下又回到熱泵主機(jī)，形成循環(huán)風(fēng)，當(dāng)干燥室內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度時，熱泵和電加熱管同時加熱，當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度時，熱泵和加熱管停止加熱，如此反復(fù)直至結(jié)束。圖1

注：1控制系統(tǒng)，2熱泵主機(jī)，3加熱管，4干燥室，5溫度傳感器，6濕度傳感器，7風(fēng)機(jī)，8隔板，9料車，10門

1.2 方 法

1.2.1 原料處理

去核，將需要去核的杏子利用杏子核肉分離機(jī)去除杏核；切分去核，將需要切分去核的杏子利用杏子切分去核機(jī)沿臍縫線切成大小幾乎相同的兩瓣，取出杏核。將準(zhǔn)備好整杏、去核杏、切分去核杏依次單層均勻地?cái)[放在料盤上，其中切分去核杏的切分面向上。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)文獻(xiàn)[4-7]，設(shè)定干燥溫度分別為45、50、55和60℃，干燥風(fēng)速分別為2、4、6和8 m/s，采用整杏、去核杏，以及切分去核杏3種杏子切分方式，進(jìn)行干燥試驗(yàn)。按照試驗(yàn)設(shè)定工藝參數(shù)開啟熱泵烘干設(shè)備，當(dāng)干燥室內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定溫度時，放入料盤。當(dāng)杏子濕基含水率下降到15%時[13-14]，抽樣密封包裝后放置在陰涼環(huán)境中保存。每組試驗(yàn)重復(fù)3次。

為進(jìn)一步研究變量之間交互作用的影響關(guān)系，使用響應(yīng)面分析法篩選綜合得分確定最佳干燥工藝?；贐ox-Benhnken采樣原理，結(jié)合上述單因素試驗(yàn)，選切分方式A、干燥溫度B和速度C 3個影響因素進(jìn)行3因素3水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)。

利用Design-Expert 10.0.1軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到二次多項(xiàng)式回歸方程：綜合得分=94.2 + 0.25 A + 1.625 B -0.125 C + 1 AB + 1.5 AC -2.25 BC -7.225 A^2 -12.475 B^2 -5.475 C^2(編碼制)。

1.2.3 杏子干燥單因素試驗(yàn)1.2.3.1 不同干燥溫度對杏子糖酸比和色澤的影響

選定干燥風(fēng)速為4 m/s，切分去核杏作為試驗(yàn)原料，分析不同干燥溫度(45、50、55和60℃)對杏子糖酸比和色澤的影響。

1.2.3.2 不同干燥風(fēng)速對杏子糖酸比和色澤的影響

選定干燥溫度為50℃，切分去核杏作為試驗(yàn)原料，分析不同干燥風(fēng)速(2、4、6和8 m/s)對杏子糖酸比和色澤的影響。

1.2.3.3 不同切分方式對杏子糖酸比和色澤的影響

選定干燥溫度為50℃，風(fēng)速為4 m/s時，分析不同切分方式(整杏、切分杏和切分去核杏)對杏子糖酸比和色澤的影響。

1.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

利用Design-Expert 10.0.1軟件進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，運(yùn)用Box-Behnken設(shè)計(jì)3因素3水平響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)，分析干燥溫度、干燥風(fēng)速和切分方式3個因素對杏子糖酸比和色澤綜合得分影響。表1

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平和編碼

1.2.5 糖酸比含量

試驗(yàn)參照GB5009.8-2016的測定方法測定杏子內(nèi)總糖含量[15]，參照GB/T 12456-2008的測定方法測定杏子內(nèi)部總酸含量[16]。杏子的糖酸比按照公式(1)計(jì)算。

(1)

其中：n是杏子的糖酸比，%；s1是杏子內(nèi)總糖含量，%；s2是杏子內(nèi)總酸含量，%。

1.2.6 色澤

色澤是判定杏子品質(zhì)重要的外觀依據(jù)，對商品價值有重要影響，在一定程度上可以反映杏子內(nèi)部品質(zhì)的變化。杏子顏色變化采用色差儀測定，采用反射模式測定樣品的明亮度L*、綠/紅值a*以及藍(lán)/黃值b*，并計(jì)算總色差ΔE*，具體如式(2)所示。

E*=

(2)

其中：L*在0(黑色)～100(白色)范圍內(nèi)變化；a*在-60(純綠色)～+60(純紅色)范圍內(nèi)變化；b*在-60(純藍(lán)色)～+60(純黃色)范圍內(nèi)變化，L*、a*和b*為標(biāo)準(zhǔn)樣。ΔE*表示物料色澤的差別程度，稱為色差。ΔE*值越大，物料與標(biāo)準(zhǔn)樣間的色差值越大，物料色澤越差。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 做單因素柱狀圖，分析單因素的選擇范圍；利用Design-Expert 10.0.1對Box-Behnken中心組合試驗(yàn)進(jìn)行線性回歸和方差分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 不同干燥溫度對杏子糖酸比和色澤的影響

研究表明，隨著干燥溫度的升高，杏子內(nèi)糖酸比含量逐漸增加，當(dāng)干燥溫度到達(dá)60 ℃時，杏子表面會形成硬殼，減緩水分蒸發(fā)，致使糖酸比含量增加減緩，因此，干燥溫度為60 ℃時杏子內(nèi)的糖酸比僅比干燥溫度為55 ℃時杏子內(nèi)的糖酸比高0.35%。對于色澤而言，隨著干燥溫度的增加，ΔE*值逐漸增大，杏干與鮮杏標(biāo)準(zhǔn)樣之間的差值逐漸增加，杏子色澤越差。因此，為了獲得較好的杏子糖酸比和色澤值，選擇較適宜的杏子干燥溫度為45-55 ℃。圖2

圖2 不同干燥溫度下杏子糖酸比和色澤變化

2.1.2 不同干燥風(fēng)速對杏子糖酸比和色澤的影響

隨著干燥風(fēng)速的增加，杏子內(nèi)糖酸比含量逐漸增加，但當(dāng)風(fēng)速增加到8 m/s時，杏子內(nèi)糖酸比含量增加減緩，干燥風(fēng)速為8 m/s時杏子內(nèi)的糖酸比僅比干燥風(fēng)速為6 m/s時杏子內(nèi)的糖酸比高0.365%。對于色澤而言，隨著干燥風(fēng)速的增加，杏子的ΔE*值差異不大。因此，為了獲得較好的杏子糖酸比和色澤，選用的干燥風(fēng)速為2～6 m/s。圖3

圖3 不同干燥風(fēng)速下杏子糖酸比和色澤變化

2.1.3 不同切分方式對杏子糖酸比和色澤的影響

研究表明，整杏、去核杏和切分去核杏的糖酸比含量分別為31.78%、33.05%和35.11%，其中切分去核杏的糖酸比含量比整杏的糖酸比含量高3.33%。對于色澤而言，與整杏和去核杏相比，切分去核杏具有較小的色澤值，杏子色澤較好。因此，切分去核可獲得較好的色澤。圖4

圖4 不同切分方式下杏子糖酸比和色澤變化

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果及方差分析

研究表明，可得二次多項(xiàng)式回歸方程：綜合得分=94.2 + 0.25 A + 1.625 B -0.125 C + 1 AB + 1.5 AC -2.25 BC -7.225 A^2 -12.475 B^2 -5.475 C^2(編碼制)。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表3 響應(yīng)面擬合回歸模型方差

2.2.2 干燥因素響應(yīng)曲面

研究表明，切分方式A和溫度B的交互作用對綜合得分的影響呈拋物面分布，當(dāng)切分方式A一定時，隨著溫度B的增加，綜合得分先上升后下降，且波動幅度較大。當(dāng)溫度B不變時，隨著切分方式A的提高，綜合得分也呈現(xiàn)先增加后減小，但是波動幅度小于溫度B的影響。二者交互作用下，溫度B在交互作用中的貢獻(xiàn)更大，對綜合得分影響也更大。最優(yōu)干燥工藝組合范圍為：切分方式A為0.25～0.75，溫度B為48～52℃。切分方式A和速度C的變化均引起綜合得分先增后減波動。整體波動幅度相對較小。圖形對稱性較好。當(dāng)切分方式A取0.25～0.75、速度C取3～5 m/s水平范圍值時，該組合作用下的綜合得分最高。交互曲面整體呈一近似拱形曲面，且曲面縱向跨度較大，二者交互作用顯著。當(dāng)溫度B不變時，速度C引起曲面小幅度變化，當(dāng)速度C不變時，溫度B引起曲面大幅度變化，在交互作用中溫度B的貢獻(xiàn)率更大。當(dāng)溫度B在50 ℃水平時，綜合得分較高。

綜合得分在切分方式A、溫度B、速度C的共同影響下的最優(yōu)工藝為：切分方式A為0.510、溫度B為50.338℃、速度C為3.954 m/s，最大綜合得分為94.259。圖5～7

圖6 切分方式和速度下綜合得分

圖7 溫度和速度的交互作用下綜合得分

2.2.3 最優(yōu)工藝條件試驗(yàn)驗(yàn)證

研究表明，切分方式A為0.5、溫度B為50.3℃、速度C為3.95 m/s為條件進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，得平均綜合得分為95.012，與模型預(yù)測結(jié)果接近，基于該響應(yīng)面模型分析優(yōu)化綜合得分提取工藝的方法有效可行。杏子最優(yōu)干燥工藝參數(shù)修正為：干燥溫度50℃、風(fēng)速4 m/s，采用切分去核杏。

3 討 論

3.1較低的干燥溫度，有利于保持杏子內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，減輕美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)，相應(yīng)的糖酸比值也較低。對于色澤而言，杏子是熱敏性水果，長時間的高溫干燥，使得杏子內(nèi)的多酚氧化酶(PPO)[17-18]與干燥空氣中的氧氣和水共同作用發(fā)生酶促褐變，在較低的溫度下，美拉德反應(yīng)較為緩和，褐變現(xiàn)象不明顯；隨著干燥溫度的增加，杏子內(nèi)部在干燥過程中溫度也隨之升高，PPO分子熱運(yùn)動不斷加劇，PPO與氧氣發(fā)生碰撞幾率不斷加強(qiáng)，美拉德反應(yīng)劇烈程度不斷加強(qiáng)，褐變現(xiàn)象也隨之明顯，致使色差值增加[19]。

3.2隨著風(fēng)速的增加，干燥介質(zhì)中熱空氣流動速度越快，單位時間內(nèi)杏子表面與周圍介質(zhì)進(jìn)行能量交換數(shù)量增加，促使杏子內(nèi)部水分蒸發(fā)，糖酸比含量增加。對于色澤而言，風(fēng)速增加雖然會縮短干燥時間，但杏子發(fā)生褐變反應(yīng)與糖的種類及含量、溫度、水分、氨基酸及其它含氨物種類、PH值以及金屬離子和亞硫酸鹽有關(guān)[20]，跟風(fēng)速無關(guān)，因此，風(fēng)速對杏子干燥過程中的色澤影響不明顯。

3.3杏子切分去核后，切分面與空氣直接接觸，杏子內(nèi)部水分較易逸出，水分含量降低，總糖含量增加與總酸含量降低程度均高于整杏，因而獲得較大的糖酸比含量值。對于色澤而言，切分去核后，能有效縮短杏子內(nèi)部水分遷移的距離，加快干燥進(jìn)程，縮短杏子發(fā)生褐變的時間，同時，切分面細(xì)胞的破壞，還會打破PPO和酚類物質(zhì)的區(qū)域分布，在一定程度上也能夠抑制酶促褐變的產(chǎn)生[22]，因此，可獲得較好的色澤值。

4 結(jié) 論

4.1隨著干燥溫度的升高，杏子內(nèi)糖酸比含量逐漸增加，杏子色澤越差。

4.2隨著干燥風(fēng)速的升高，杏子內(nèi)糖酸比含量也逐漸增加，杏子色差差異不大。

4.3對于不同切分方式的杏子來說，切分去核杏內(nèi)糖酸比含量最高，杏子色澤最好。

4.4使用響應(yīng)面分析法篩選綜合得分得出，杏子最優(yōu)干燥工藝參數(shù)為：干燥溫度50℃、風(fēng)速4 m/s，采用切分去核杏的方式，在此條件下，平均綜合得分為95.012，與模型預(yù)測結(jié)果接近，優(yōu)化結(jié)果可靠。