茄子热风干燥试验研究

滕竹竹，赵士杰，杜文亮，赵　昆

(内蒙古农业大学 机电工程学院，呼和浩特　010018)



茄子热风干燥试验研究

滕竹竹，赵士杰，杜文亮，赵昆

(内蒙古农业大学 机电工程学院，呼和浩特010018)

摘要：通过对茄子漂烫渗透研究了渗透失水率和固形物增加率。用单因素试验研究茄子在不同风温、切片厚度、风速、渗温和预处理下的热风干燥特性并绘制干燥速率和湿基含水率曲线。结果表明：茄片越厚，渗透失水率越低；渗温越高，固形物增加率越低，失水率越高；风温及渗透温度越高、风速越大、茄片越薄，干燥速率越快；影响干燥速率主次因素是风温、切片厚度、渗透温度、风速；漂烫渗透比漂烫和未处理干燥速率更高。

关键词：茄片；热风干燥；固形物增加率 ；漂烫渗透

0引言

茄子(Solanum melongena)是日常生活中常见的蔬菜之一，别名有矮瓜、落苏、昆仑瓜等，品种主要从形状分为圆茄和长茄两大类[1]。茄子在全世界都有分布，在亚洲、非洲、地中海沿岸、欧洲中南部、中美洲均广泛种植[2]。因在欧美等地，只有在较低纬度栽培，品种不多，故世界各国中以中国茄子栽培面积最大、总产量最高。2006年，我国茄子种植面积为70.27万hm2，产量31.976t/hm2，总产量2 247万t[3]。茄子含有蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素及钙、磷、铁等多种营养成分；特别是维生素P含量很高，能增强人体细胞间的黏着力，增强毛细血管的弹性，减低脆性及渗透性，防止微血管破裂出血[3]。

干燥的茄子方便存储，在冬天也能让我们享受到茄子营养；然而，国内对其干燥研究甚少，尤其是在传统的热风干燥领域没有深入研究。对于热风干燥而言，物料容易装卸、损失小、载物盘易清洗、设备结构简单且投资少，因此也是小型加工企业必选的经济型干燥方法。

本文首先对茄子固形物增加率进行研究，然后利用在不同风温、风速、切片厚度、渗透温度和与处理下进行干燥来获得干燥速率曲线和湿基含水率曲线，为以后工业生产提供有价值的理论依据。

1材料与仪器

1.1试验材料

本试验所采用的茄子为紫色长茄，购于当地市场，并挑选大小、颜色一致，形状规则，新鲜无损伤的茄子。试验之前所采用的茄子放入冰箱不超过24h。

1.2仪器设备

天津市实验仪器厂生产的DL104型电热鼓风干燥箱，可提供的最高温度是300℃，精度±0.5℃。华南理工大学科技实业总厂生产的GZ-1型干燥试验装置，风速最大可达2.8m/s，风温可达300℃。上海科恒实业发展有限公司生产的DZKW-S-4型数显恒温水浴锅，具有精确的温度控制、数字显示、自动温度控制功能,温度均匀度和温度波动度及温度灵敏度皆小于等于±1℃。赛多利斯科学仪器(北京)有限公司生产的BT223S型电子天平，精度是0.001g，最大称量是220g。其它试验装置如刀具、温度计、烧杯、吸水纸、镊子、丁字尺及计算器等。

2试验方法

2.1茄子初始含水率测定

将新鲜的长条茄子用清水洗干净、晾干，用刀具切成4mm薄片约30g作为一组试验，分1、2、3、4、5共5组试验。将5组试验材料同时放到温度在100～105℃之间鼓风干燥箱内干燥；初始3h称量一次，之后每1h称量，直到两次称量差值不变，得到5组茄片最终质量Gi(i=1,2,3,4,5)。平均湿基含水率为

(1)

Gi—i组物料干燥最终质量(g)。

计算得到茄子平均初始湿基含水率为93.28%。

2.2茄子渗透失水率与固形物增加率试验

C.Etekin等人在茄子最优薄层干燥模型研究中发现茄子经过漂烫预处理后会大大的减少干燥所需时间，张慜等人发现渗透脱水干燥茄子也有利于减少干燥时间[4-5]。本文借以上两者研究，将采用漂烫加渗透预处理方式对茄子做热风干燥研究。设定不同厚度和不同渗透温度参数如表1所示。

表1　不同切片厚度和渗透温度试验表

渗透溶液为糊精粉、食盐、蔗糖，三者混合溶液比为3∶2∶3，浓度为40%[6]。每组试验称取质量约(20±1.5)g茄片,漂烫3～5min,将漂烫后的茄片放入装有渗透溶液的烧杯中，用细的不锈钢圈压住使完全没入溶液中；渗透2h后，用吸水纸沥干表面水分后称量并记录每组数据；将渗后脱水的茄片放入恒温鼓风干燥箱干至恒重，并记下每组最终质量。固形物增加率和渗透后失水率为

(2)

(3)

式中N—固形物增加率(%)；

M2—渗透后茄片最终干燥质量(g)；

M干—茄片理论绝干质量(g)；

M1—渗透前茄片初始质量(g)；

L—茄片渗透失水率(%)；

m—渗透后茄片质量(g)。

2.3茄子热风干燥特性试验

茄子在本试验干燥过程中主要考虑了5个因素：热风温度、热风速度、切片厚度、渗透温度及预处理方式。建立单因素试验、按照表2对应的参数进行试验，试验方法与渗透失水率试验预处理方式相同。在干燥过程中每15min钟称量一次并记下数据，当干燥到含水率小于13%时停止试验。13%安全含水率可由式(4)计算得到。试验指标主要考虑到其茄片含水率变化和干燥速率。计算含水率与干燥速率见式(5)和式(6)。则有

(4)

式中M″—茄子13%含水率质量(g)；

Nj—不同条件下的固形物增加率(%)。

(5)

式中St—t时刻茄子湿基含水率(%)；

Mt—t时刻茄子的质量(g)。

(6)

式中V—干燥速率(d.b%/h)；

St1、St2—t1、t2时刻湿基含水率(%)；

t1、t2—干燥时间(h)。

表2　单因素试验设计表

3试验结果与分析

3.1渗透失水率和固形物增加率影响分析

利用Spass19.0对不同切片厚度和渗透温度下所得的数据计算结果处理，如图1和图2所示。

从图1中可以看出：在相同茄片厚度情况下，固形物增加率与渗透温度成反比。从图2可以看出：茄片厚度不变时，渗温越高，渗透失水率越大；渗温不变时，茄片越厚，失水率越小。

图1　茄子不同切片厚度和渗透温度对固形物增加率的影响

图2　茄子不同切片厚度和渗透温度对渗透失水率的影响

3.2热风温度对茄子干燥影响分析

表2单因素第1组试验中，采用单一变量为风温，即风温大小为45、55、65、75℃。考虑试验效率，其它因素选择较大值，也就是风速2.1m/s,切片厚度4mm，渗透温度55℃。对试验结果处理，如图3和图4所示。

从图3可以看出：热风温度越大，曲线最大斜率越大，含水率最先达到安全含水率。由图4可得到干燥速率最大是风温70℃时，茄子主要干燥阶段为降速阶段，调整阶段时间非常短，小于0.5h，没有恒速阶段。在Papla Russo研究干燥对茄子结构影响中得出60℃影响最小，因此最好选择65℃作为干燥为宜[7]。

图3　不同热风温度下茄子含水率变化曲线

图4　不同热风温度下茄子干燥速率曲线

3.3热风速度对茄子干燥影响分析

由表2中的2组试验，并结合第1组试验数据得到风速0.6、1.1、1.6、2.1m/s下的含水率曲线，(见图5)和干燥速率曲线(见图6)。

图5　不同风速下茄子含水率曲线

图6　不同风速下茄子干燥速率曲线

从图5可以看出：在0.5h之后风速越大，含水率下降越快，也最先达到安全含水率值。由图6可知：风速越大，干燥速率最大值也越大，且最大干燥速率都在0.5h左右达到；从含水率4条曲线之间平均距离来看，都相对图3较小，说明风速相对风温对茄子干燥影响要小。

3.4不同茄片厚度对茄子干燥影响分析

根据表2第3组和第1组试验，茄子切片厚度为4、6、8、10mm下，其它因素不变，所得数据结果如图7和图8所示。

图7　不同切片厚度下茄子含水率曲线

图8　不同切片厚度下茄子干燥速率曲线

从图6可以得到：切片4mm时含水率下降最快，2h几乎已经完全干燥；切片厚度大小与含水率变化成反比。由图7可看出：切片厚度越大，曲线越平坦，所需要的干燥时间也就越长，因此4mm是干燥较佳厚度。从干燥的茄子外观来看，4mm卷曲度相对其它较大切片厚度也并不大，原因在于渗透改变其物理结构，相对更有韧性，不易歪曲变形。从含水率曲线之间平均距离可知：茄片厚度相对风速对茄子干燥影响要大。从干燥速率曲线来看，厚度较风温对干燥影响小。

3.5不同渗透温度对茄子干燥影响分析

根据表2第4组和第1组试验参数，渗透温度分别是2、40、55、70℃，其它因素不变，即风温65℃，厚度4mm，风速2.1m/s所得试验结果处理后绘制如图9和图10的曲线。

从图9看出：曲线相对图5、图7密集程度明显大，说明渗透温度相对风温，切片厚度对干燥影响要小，渗透温度越高含水率变化越快。由图10可以看出：渗温越高，对应的干燥速率也越大，即最先达到干燥要求。图10和图6比较而言，可知前者最大速率差值要大，说明渗透温度较风速对干燥影响要大；且渗透温度越高，干燥速率越大。综上所述，对茄子影响主次因素分别为风温、切片厚度、渗透温度、热风速度。

图9　不同渗透温度下茄子含水率曲线

图10　不同渗透温度下茄子干燥速率曲线

3.6不同预处理试验结果分析

在风温65℃、风速2.1m/s、切片厚度4mm不变情况下，3个不同预处理对茄子干燥结果如图11和图12所示。

图11　不同预处理茄子干燥含水率曲线

图12　不同预处理茄子干燥速率曲线

从图11可以看出：茄子干燥时间相比最短。图12中，漂烫加渗透最大干燥速率相对较低，干燥时间最短；原因在于茄子经过渗透处理后，失去大部分水分，在干燥过程，相等时间里，含水率下降梯度较小。因此，采用渗透加漂烫对茄子干燥更有利。

4结论

茄子在渗透过程中，渗透温度越高、失水率越大，固形物增加率越低；茄子切片越薄，失水率越大。在热风干燥过程中，热风温度越高、切片越薄、风速越大和渗温越高，茄子干燥速率越快；漂烫加渗透比漂烫和未处理干燥速率更快。 影响茄子热风干燥的主次因素依次是：风温、切片厚度、渗透温度、风速。茄子在干燥过程中调整阶段非常短，没有恒速阶段，主要是降速阶段。

参考文献：

[1]杨建国,汪端华,皮向红.湖南省茄子产业发展现状与建议[J].湖南农业科技,2013(15):132-135.

[2]申爱民.我国茄子生产概况及发展趋势[J].现代农业科技,2007(21):64-67.

[3]牛盾.各地区茄子播种面积和产量[M].北京:中国农业出版社,2006.

[4]C Ertekin，O Yaldiz. Drying of Eggplant And Selection of A Suitable Thin Layer Drying Model [J].Journal of Food Engineering,2004,63(3):349-359.

[5]张慜,王成芝,李春丽.茄子渗透脱水及渗后干燥的研究[J].农业工程学报,1992,8(4): 97-101.

[6]张慜,张凤东,李春丽,等.预处理对脱水蔬菜复原性影响的研究[J].东北农业大学学报,1993(1):75-78.

[7]Paola Russo，Giuseppina Adiletta，Marisa Di Matteo. The Influence of Drying Air Temperature On The Physical Properties of Dried and Rehydrated Eggplant[J].Food and Bioproducts Processing，2013，91(3):249-256.

Experimental Study on Hot-air Drying of Eggplant

Teng Zhuzhu，Zhao Shijie，Du Wenliang, Zhao Kun

(College of Mechanical and Electrical Engineering，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018，China)

Abstract：Eggplant slices pretreated by the combination of blanching and permeability were used to study the influence of solids increase and water loss rate. We used single factor experiment to research the hot-air dying characteristics of eggplant slices in different wind speed, slice thickness, wind speed, permeability temperature and pretreatment ways as well as, as a result, drew the drying rate and the wet base moisture content curves.The results show that the thicker slices, the infiltration water loss rate is lower;The higher permeability temperature, the solids increase is lower but contrary for the water loss rate; The higher permeability and wind temperature, the faster wind speed and thinner slices, the drying rate is faster; affect the drying primary and secondary factors are from air temperature, slice thickness, permeability temperature to wind speed; The combination of blanching and permeability is faster drying rate than blanching and untreated.

Key words：eggplant slices; hot-air drying; solids increase rate; combining blanching and permeability

文章编号：1003-188X(2016)07-0245-05

中图分类号：S375

文献标识码：A

作者简介：滕竹竹(1988-),男，湖南湘西人，硕士研究生，(E-mail) tzz15573044609@126.com。通讯作者：赵士杰(1956-)，男，内蒙古固阳人，教授，硕士生导师，(E-mail)nmzsj@126.com。

基金项目：国家自然科学基金项目(31260409)

收稿日期：2015-06-08