高志強(qiáng)沈夏筠林育釗林河通

(1.漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品工程學(xué)院，福建 漳州 363000；2.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002；3.亞熱帶特色農(nóng)產(chǎn)品采后生物學(xué)福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350002)

引言

荔枝(Litchi chinensis Sonn.)屬于無患子科，是我國(guó)南方特色的熱帶、亞熱帶水果[1-4]。由于荔枝果實(shí)含有較多的營(yíng)養(yǎng)成分，如有機(jī)酸、糖分、抗氧化物質(zhì)等，因此具有較高的商業(yè)價(jià)值和食用價(jià)值[5-7]。然而，荔枝果實(shí)成熟和采收于高溫高濕的季節(jié)，采后生理代謝較為旺盛，極易發(fā)生果實(shí)腐爛、果皮褐變等癥狀，這不利于荔枝果實(shí)采后貯藏、遠(yuǎn)距離運(yùn)輸及銷售[1,2,9,10]。鑒于荔枝果實(shí)采后不耐貯藏，荔枝常被加工成不同產(chǎn)品[3,11,12]，其中以荔枝干為最普遍的、最主要的加工產(chǎn)品，約占其加工產(chǎn)品的80%以上[11]。

目前，市場(chǎng)上的荔枝干大多由農(nóng)戶自己生產(chǎn)并進(jìn)行加工，技術(shù)水平參差不齊，致使荔枝果實(shí)的產(chǎn)品質(zhì)量較差，不利于形成較大的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，因此對(duì)荔枝果實(shí)干燥加工技術(shù)的優(yōu)化和發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本研究以“烏葉”荔枝果實(shí)作為試驗(yàn)材料，針對(duì)不同熱風(fēng)溫度、熱風(fēng)風(fēng)速及裝載量對(duì)荔枝果實(shí)的熱風(fēng)干燥特性(干基含水率、干燥速率)的影響進(jìn)行研究；并對(duì)這3個(gè)不同的參數(shù)進(jìn)行工藝優(yōu)化，最終得到最佳的工藝組合，旨在促進(jìn)荔枝果實(shí)的加工產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，并提供理論參考和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以采收自福建省漳州市龍海九湖荔枝園的八成熟“烏葉”荔枝作為試驗(yàn)材料，采收當(dāng)天運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室(福州)，置于冷庫(kù)(5℃)中貯藏。在試驗(yàn)時(shí)，挑選大小一致、色澤相近、無病蟲害、健康的荔枝果實(shí)進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。經(jīng)測(cè)定得知，新鮮荔枝果實(shí)的干基含水率為4.0kg·kg-1。

1.2 儀器與設(shè)備

BSA224S型電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司；6LH-70型果蔬烘干干燥機(jī)，福建安溪佳友機(jī)械有限公司；DHG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

荔枝果實(shí)熱風(fēng)干燥特性試驗(yàn)設(shè)計(jì)是在參考相關(guān)文獻(xiàn)[13-16]的基礎(chǔ)上進(jìn)行的研究。

1.3.1 不同熱風(fēng)溫度時(shí)荔枝果實(shí)的熱風(fēng)干燥特性

以2m·s-1的干燥風(fēng)速、5.0kg·m-2的裝載量為條件，分別用干燥溫度為70℃、80℃、90℃對(duì)荔枝果實(shí)進(jìn)行干燥，每隔1h對(duì)荔枝干進(jìn)行稱重。

1.3.2 不同熱風(fēng)風(fēng)速時(shí)荔枝果實(shí)的熱風(fēng)干燥特性

以80℃的干燥溫度、5.0kg·m-2的裝載量為條件，分別用干燥風(fēng)速為1m·s-1、2m·s-1、3m·s-1對(duì)荔枝果實(shí)進(jìn)行干燥，每隔1h對(duì)荔枝干進(jìn)行稱重。

1.3.3 不同裝載量時(shí)荔枝果實(shí)的熱風(fēng)干燥特性

以80℃的干燥溫度、2m·s-1的干燥風(fēng)速為條件，分別以裝載量為2.5kg·m-2、5.0kg·m-2、7.5kg·m-2對(duì)荔枝果實(shí)進(jìn)行干燥，每隔1h對(duì)荔枝干進(jìn)行稱重。

1.3.4 荔枝果實(shí)干燥工藝優(yōu)化

以上述荔枝熱風(fēng)干燥特性研究結(jié)果為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)L9(34)正交試驗(yàn)，研究上述3個(gè)工藝參數(shù)的優(yōu)化試驗(yàn)，以期得出最佳的工藝組合。具體的因素和水平如表1所示。

表1 熱風(fēng)干燥工藝正交試驗(yàn)因素與水平表

1.4 測(cè)定方法

1.4.1 荔枝果實(shí)水分含量的測(cè)定

荔枝果實(shí)的含水量測(cè)定參考GB/T 5009.3-2003[17]。為方便試驗(yàn)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析，本研究統(tǒng)一用荔枝果實(shí)干基含水率表示。

1.4.2 干燥速率的測(cè)定

荔枝果實(shí)的干燥速率的測(cè)定參考王紹青[13]和Falade等[18]的方法。

根據(jù)公式(1) 進(jìn)行計(jì)算荔枝果實(shí)的干燥速率。

(1)

式中，U為荔枝果實(shí)干燥速率,g·g-1·h-1；ΔM為相鄰兩次測(cè)定的荔枝果實(shí)干基含水率，%；Δt為相鄰兩次測(cè)量的時(shí)間間隔，h。

另外，平均干燥速率定義為干燥前后荔枝果實(shí)質(zhì)量差與所消耗干燥時(shí)間的比值，單位為g·h-1。

1.5 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用數(shù)據(jù)分析軟件(SPSS 16.0)對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析(ANOVA)，運(yùn)用Ducan多重比較法進(jìn)行分析所得數(shù)據(jù)的顯著差異水平。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱風(fēng)溫度對(duì)荔枝熱風(fēng)干燥特性的影響

從圖1a可知，不同熱風(fēng)溫度下的荔枝果實(shí)干基含水率隨著熱風(fēng)干燥時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷降低。在熱風(fēng)干燥20h時(shí)，熱風(fēng)溫度為70℃、80℃、90℃的荔枝果實(shí)干基含水率分別為0.79kg·kg-1、0.61kg·kg-1、0.50kg·kg-1。進(jìn)一步比較可知，熱風(fēng)溫度越高，荔枝果實(shí)干基含水率的下降越快，這可能是由于溫度的上升導(dǎo)致空氣中相對(duì)濕度的減小，荔枝果實(shí)和空氣之間的溫度差(熱推動(dòng)力)及濕度差(傳質(zhì)推動(dòng)力)不斷加大，進(jìn)而提高干燥速率[19]。此外，比較整個(gè)熱風(fēng)干燥過程，80℃和90℃熱風(fēng)溫度下的荔枝果實(shí)干基含水率下降趨勢(shì)并無顯著差異，見圖1a。

從圖1b可發(fā)現(xiàn)，荔枝果實(shí)在不同熱風(fēng)溫度下的熱風(fēng)干燥過程均屬于降速干燥階段，無恒速干燥階段。在熱風(fēng)干燥前期，由于荔枝果實(shí)表面水分含量較大、含濕量較高，果實(shí)表面和空隙內(nèi)的非結(jié)合水能較快被除去，因此這部分水能較為快速地從荔枝果實(shí)內(nèi)部遷移到果實(shí)表面，接觸到熱風(fēng)之后即可快速汽化，最終加快熱風(fēng)干燥速率[13]。然而，隨著熱風(fēng)干燥進(jìn)程的推移，荔枝果實(shí)中的非結(jié)合水已大部分被除去、果實(shí)含濕量大幅度降低，使得在熱風(fēng)干燥后期去除的是果實(shí)中與化合物緊密結(jié)合的結(jié)合水。另外，荔枝果實(shí)含濕量的減少將減緩果實(shí)內(nèi)部水分向表面遷移的速率，阻礙水分的散失，降低熱風(fēng)干燥速率，最終導(dǎo)致荔枝果實(shí)在不同熱風(fēng)溫度下的干燥后期，其果實(shí)干燥速率無明顯差異，見圖1b。

圖1 不同熱風(fēng)溫度對(duì)荔枝果實(shí)干基含水率(a)與干燥速率(b)的影響

2.2 熱風(fēng)風(fēng)速對(duì)荔枝熱風(fēng)干燥特性的影響

從圖2a可知，不同熱風(fēng)風(fēng)速下的荔枝果實(shí)干基含水率隨著熱風(fēng)干燥時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷下降。在熱風(fēng)干燥20h時(shí)，熱風(fēng)風(fēng)速為1m·s-1、2m·s-1、3m·s-1的荔枝果實(shí)干基含水率分別為0.78kg·kg-1、0.61kg·kg-1、0.59kg·kg-1。進(jìn)一步比較可知，熱風(fēng)風(fēng)速越快，荔枝果實(shí)干基含水率的下降越快，這可能是因?yàn)轱L(fēng)速的提高降低了空氣中的含水量，從而加大荔枝果實(shí)與空氣之間的濕度差，進(jìn)而促進(jìn)干燥速率的升高。此外，比較整個(gè)熱風(fēng)干燥過程，對(duì)于荔枝果實(shí)干基含水率的下降，在熱風(fēng)風(fēng)速為2m·s-1和3m·s-1的條件下并無顯著差異，見圖2a。

由圖2b發(fā)現(xiàn)，在3種不同的熱風(fēng)風(fēng)速下，荔枝果實(shí)的干燥過程均屬于降速階段，即荔枝果實(shí)的干燥速率隨著熱風(fēng)干燥的不斷進(jìn)行而不斷下降。在熱風(fēng)干燥前期，較快的風(fēng)速能更好地帶走荔枝果實(shí)表面的水分，同時(shí)降低了果實(shí)表面的傳熱、傳質(zhì)的邊界層的厚度，這將有利于對(duì)荔枝果實(shí)的干燥，進(jìn)而提升熱風(fēng)干燥速率；然而，隨著果實(shí)水分的不斷散失，致使熱風(fēng)干燥后期的果實(shí)干燥速率下降，即不同熱風(fēng)風(fēng)速條件下的荔枝果實(shí)干燥速率無顯著差異，見圖2b。

圖2 不同熱風(fēng)風(fēng)速對(duì)荔枝果實(shí)干基含水率(a)與干燥速率(b)的影響

2.3 裝載量對(duì)荔枝熱風(fēng)干燥特性的影響

從圖3a可知，不同裝載量下的荔枝果實(shí)干基含水率隨著熱風(fēng)干燥時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷下降。在熱風(fēng)干燥20h時(shí)，裝載量為2.5kg·m-2、5.0kg·m-2、7.5kg·m-2時(shí)，荔枝果實(shí)的干基含水率分別為0.78kg·kg-1、0.61kg·kg-1、0.59kg·kg-1。進(jìn)一步對(duì)比可知，隨著荔枝果實(shí)裝載量的增加，荔枝果實(shí)間隙減小，這阻礙了果實(shí)水分向空氣遷移；另外，又由于荔枝裝載量增多所致的相對(duì)濕度上升，導(dǎo)致荔枝果實(shí)干基含水率下降慢、干燥時(shí)間延長(zhǎng)。

從圖3b可知，3種不同裝載量的荔枝果實(shí)干燥過程均處于降速階段，即荔枝果實(shí)干燥速率不斷下降。荔枝果實(shí)裝載量越小，則荔枝果實(shí)與空氣接觸的面積增大，進(jìn)而促進(jìn)熱傳遞、加快荔枝果實(shí)干燥速率。

圖3 不同裝載量對(duì)荔枝果實(shí)干基含水率(a)與干燥速率(b)的影響

2.4 荔枝熱風(fēng)干燥加工工藝參數(shù)優(yōu)化

荔枝果實(shí)的熱風(fēng)干燥工藝優(yōu)化結(jié)果見表2。極差分析(直觀分析)是以每個(gè)因素的平均極差作為基礎(chǔ)，進(jìn)而找到確定影響指標(biāo)的重要因素，最終找到因素水平的最佳組合。由極差分析結(jié)果可知，影響荔枝果實(shí)平均干燥速率的各因素主次順序?yàn)闊犸L(fēng)溫度(A)>裝載量(C)>熱風(fēng)風(fēng)速(B)，即熱風(fēng)溫度對(duì)荔枝果實(shí)平均干燥速率的影響最大，裝載量次之，而熱風(fēng)風(fēng)速對(duì)荔枝果實(shí)平均干燥速率的影響最小，且最佳的組合是A3B3C2。此外，由表3可得，F(xiàn)A(2,2)=68.548>F0.05(2,2)=19.000，F(xiàn)B(2,2)=7.462F0.05(2,2)=19.000，由此可得，熱風(fēng)溫度與裝載量都能顯著影響荔枝果實(shí)的熱風(fēng)干燥速率，所以這2個(gè)因素為主要因素；然而，熱風(fēng)風(fēng)速對(duì)荔枝果實(shí)熱風(fēng)干燥速率的影響不顯著，所以這一因素為次要因素。

因此，荔枝果實(shí)熱風(fēng)干燥最佳組合：熱風(fēng)溫度90℃、裝載量5kg·m-2和風(fēng)速3m·s-1，能使得荔枝果實(shí)在干燥過程中具有較快的干燥速率。

表2 熱風(fēng)干燥工藝的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表3 熱風(fēng)干燥工藝的正交試驗(yàn)方差分析

3 結(jié)論

本文研究了荔枝果實(shí)在不同熱風(fēng)風(fēng)速、熱風(fēng)溫度和裝載量下的干燥特性(干基含水率和干燥速率)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，較低的裝載量、較高的熱風(fēng)溫度和熱風(fēng)風(fēng)速能有效促進(jìn)荔枝果實(shí)熱風(fēng)干燥速率。此外，通過對(duì)上述3個(gè)因素的正交試驗(yàn)分析可知，當(dāng)熱風(fēng)溫度為90℃、裝載量為5kg·m-2、熱風(fēng)風(fēng)速為3m·s-1時(shí)，荔枝果實(shí)具有最佳的干燥速率。