苹果切片干燥品质试验研究

袁越锦， 焦 丹， 董继先， 李 靖， 刘 欣

(1.陕西科技大学 机电工程学院， 陕西 西安 710021； 2.陕西农产品加工技术研究院， 陕西 西安 710021)

苹果切片干燥品质试验研究

袁越锦1，2， 焦 丹1， 董继先1，2， 李 靖1， 刘 欣1

(1.陕西科技大学 机电工程学院， 陕西 西安 710021； 2.陕西农产品加工技术研究院， 陕西 西安 710021)

对苹果切片在热风真空组合干燥方式下进行了品质试验研究，对比分析了不同热风温度、真空温度、中间转换点含水率、真空度对VC含量等的影响；运用MATLAB软件对试验结果进行R法分析，得出了苹果切片在热风真空组合干燥方式下品质最优的工艺参数：热风温度60 ℃，中间转换点含水率40%，真空温度55℃，真空度0.08 MPa；并对试验结果进行方差分析，得出试验因素对VC含量等影响的显著性情况.

苹果； 热风； 真空； 组合干燥； VC

0 引言

苹果是世界四大水果之一，是我国最主要的果品，也是世界上种植最广、产量最多的果品[1,2].苹果的性味温和，含有丰富的碳水化合物、维生素和微量元素，是所有蔬果中营养价值最接近完美的一个[3].然而，我国在苹果深加工工艺方面仍处于技术欠缺的局面，造成了大量成品苹果积压甚至出现大量的腐烂浪费情况[4,5].

目前，脱水苹果常用的干燥方法主要是热风干燥法、远红外线干燥法、微波干燥法、真空干燥法等.干燥工艺直接关系到苹果干制品的口感品质及贮藏稳定性[6-8].联合干燥技术是目前干燥技术的研究热点之一，具有最大程度保留物料原有的品质和色泽的特点[9-12].随着人们对于苹果休闲食品兴趣的提高，生产高品质的苹果干制品已经成为目前亟待解决的重要问题[13].因此，本文拟对影响热风真空组合干燥苹果片VC含量等品质特性的因素进行试验研究，探讨因素在干燥过程中对苹果片VC含量等干燥品质的影响程度，从而得出苹果在热风真空组合干燥时所需要的最佳工艺条件，为我国今后苹果干制品的加工和生产应用所需要的相关设备提供技术和理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料、试剂与设备

(1)试验材料：“红富士”苹果，购于西安市当地市场.要求新鲜，大小及成熟度均匀，果型完整无损，无腐烂.

(2)试验试剂：柠檬酸，纯度99.5%，相对分子质量为210.14；无水氯化钙，纯度96.0%，相对分子质量为110.99；亚硫酸氢钠，纯度99.7%，相对分子质量为104.06；氯化钠，纯度为99.5%，相对分子质量为58.5；购自于天津市凯通化学试剂有限公司(原四通化工厂)；10 g/L草酸溶液；20 g/L草酸溶液；0.1 mg/mL标准抗坏血酸溶液；2，6-二氯酚靛酚溶液.

(3)仪器设备：太阳能热风真空组合干燥设备(自制)、冠亚牌SFY系列快速水分测定仪(深圳市冠亚电子科技有限公司)、电子天平(精度为0.001 g)、温度计、电子秒表、滤纸、镊子、烧杯、玻璃棒、研钵、容量瓶(100 mL、500 mL、1 000 mL)、量筒(5 mL、10 mL)、移液管、锥形瓶(50 mL)、滴定管、漏斗、滴定台.

自制太阳能果蔬热风-真空组合干燥设备如图1所示，主要由空气预热器、排风管、排湿风机、智能控制器、太阳能热水器、水泵、真空泵、干燥箱、热风辅助加热器、引风机等组成.

按照物料含水率的不同，可将干燥的过程分为热风干燥和真空干燥阶段，将被干燥的果蔬物料放入到干燥箱内，关闭箱门.先进行热风干燥：开启排湿风机，打开排风控制阀，关闭真空排湿控制阀，由引风机将环境冷空气压入到干燥箱中，吸入的冷空气由加热器进行热交换后，对物料进行热风干燥.然后进行真空干燥：开启真空泵和捕水器，打开真空排湿阀门，关闭排风控制阀.干燥箱内物料蒸干器蒸发出来的水蒸气通过真空排湿部分的捕水器除去[14].

1.空气预热器 2.排风管 3.排风控制阀 4.排湿风机 5.物料及物料盘 6.箱门 7.智能控制器 8.均风通道 9.高温进水管 10.给热水控制阀 11.太阳能热水器 12.电加热器 13.太阳能真空热水管 14.太阳能支座 15.补水控制阀 16.补水管 17.水箱 18.水泵 19.低温回水管 20.真空泵 21.捕水器 22.真空排湿管 23.真空排湿控制阀 24.排湿百叶窗 25.加热盘管 26.干燥箱 27.风量控制阀 28.热风辅助加热器 29.引风机 30.进风管图1 太阳能果蔬热风真空 组合干燥设备的结构

1.2 试验方法

1.2.1 评价指标

(1)含水率：采用冠亚牌SFY系列快速水分测定仪(深圳市冠亚电子科技有限公司)进行测量，将仪器的加热温度调至110 ℃ ，研判时间设定为40 s，取大于0.5 g的样品，放在料盘上进行测量，待红外灯泡熄灭并发出报警时，按下“显示”键读出样品的水分值.快速水分测定仪的测定含水率X的原理为：

(1)

式(1)中：mo-初始重量，g；mt-现时重量，g.

(2)复水比：随机选取干燥后的苹果片将其浸渍在20 ℃的纯水中进行复水试验，每隔半小时将其用镊子取出，用滤纸沥干其表面水分，称量此时苹果片的质量，与复水前的质量进行比较，计算得出其复水比Rf为：

(2)

式(2)中：gf-苹果片复水后的质量，g；gd-苹果片复水前的质量，g.

(3)VC含量：用2，6-二氯酚靛酚滴定含有维生素C的酸性溶液，当溶液由无色变为微红色时即表示溶液中的维生素C刚好全部被氧化，此时即为滴定终点，从滴定时2，6-二氯酚靛酚溶液的消耗量，可以计算出被检物质中还原型维生素C的含量.计算公式如下：

(mg/100 g)

(3)

式(3)中：V1-滴定样品消耗的染料体积，mL；V0-空白滴定消耗的染料体积，mL；ρ-1 mL染料溶液相当于抗坏血酸的质量，mg/mL；VS- 滴定时所取样品溶液体积，mL；V-样品提取液总体积，mL；m-样品质量，g.

(4)指标隶属度计算公式如下：

(4)

可见，指标最大值的隶属度为1，而指标最小值的隶属度为0，所以0≤指标隶属度≤1.

1.2.2 试验设计

试验流程：新鲜苹果→清洗→去除外皮→切片→护色→测量初始数据→热风干燥→测量中间数据(中间含水率)→真空干燥→测量终了数据(含水率、复水比、VC等).

将新鲜苹果用清水清洗干净，去皮、去核，将其切片(厚度约为5 mm)，进行护色处理.护色液按料液比为1∶5进行配制，护色剂由质量分数为0.5%柠檬酸、0.4%氯化钙、0.5%氯化钠、0.2%亚硫酸氢钠和0.2%的抗坏血酸组成.将苹果切片浸入护色液中，经过0.5 h后，将其捞出，用清水喷淋后沥干.取新鲜苹果样品大于0.5 g，放置在冠亚牌SFY系列快速水分测定仪上，测出苹果的初始含水率.然后将苹果切片均匀铺在物料盘上，放入热风真空组合干燥箱内进行干燥，控制温度设置50 ℃、60 ℃、70 ℃三个水平.热风干燥一定时间后，达到一定的含水率后，关闭热风干燥，然后进行真空干燥，真空干燥时干燥温度设置为55 ℃、63 ℃、70 ℃三个水平，真空度设置为0.08、0.085、0.09 MPa三个水平.直到苹果切片含水率降至10%以下后停止干燥.

1.2.3 单因素试验

选取苹果片干燥过程中的热风温度、中间转换点含水率、真空温度、真空度作为试验因素，控制一个因素变化，而其余的因素保持不变进行单因素试验，以苹果切片干燥的时间、复水比和VC含量为试验指标，研究各因素对试验指标的影响.

1.2.4 正交试验组合

选取苹果切片干燥过程中的热风温度、中间转换点含水率、真空温度、真空度作为试验因素，以干燥时间、复水比以及VC含量为综合评价指标，进行3水平4因素的苹果片热风真空组合干燥正交试验,如表1所示.综合评分满分为1，由干燥时间、复水比及VC含量三大指标通过以下公式计算得到：综合分数=干燥时间隶属度×0.2+复水比隶属度×

0.4+VC含量隶属度×0.4

(5)

选用L9(34)[15]正交表安排试验，重复2次，共18组，每组试验中各取已备好的苹果片600 g，进行试验.

表1 苹果片组合干燥正交试验因素水平表

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 热风温度

在中间转换点含水率30%，真空温度63 ℃和真空度0.085 MPa时，不同热风温度下苹果片的干燥曲线及复水曲线如图2所示.由图2(a)可以看出，热风温度越大，所需干燥时间越短；同时由图2(b)也可看出，随着热风温度的增大,苹果片复水曲线变平缓,即苹果片的复水性变差.这主要是因为,热风温度越高，温度梯度变大，干燥速率增快，破坏了苹果片内部的孔道网格结构.

热风温度为50 ℃、60 ℃和70 ℃时，维生素C含量分别为：8.92 mg/100 g、10.215 mg/100 g和6.725 mg/100 g.60 ℃干燥后的苹果片VC含量最多，50 ℃干燥的VC含量低于60 ℃，原因是干燥时间太久，导致VC破坏更严重.

(a)干燥曲线

(b)复水曲线图2 不同热风温度下的苹果片 干燥曲线及复水曲线

2.1.2 中间转换点含水率

在热风温度60 ℃，真空温度63 ℃和真空度0.085 MPa时，不同中间转换点含水率下苹果片的干燥曲线及复水曲线如图3所示.由图3(a)可以看出，随着中间转换点含水率的减小，苹果片所需干燥时间越短；但同时由图3(b)也可看出，在中间转换点含水率为40%时，苹果片的复水性最好；随着中间转换点含水率的增大，苹果片的复水性变强.这是因为中间转换点含水率越高则热风干燥时间较短，真空干燥时间较长，热风干燥容易使苹果片的营养物质及水分流失，真空干燥可以很大程度保持物料味道及保护其内部组织.

(a)干燥曲线

中间转换点含水率为20%、30%和40%时，维生素C含量分别为4.55 mg/100 g、10.215 mg/100 g和9.15 mg/100 g.由此可知，当中间转换点含水率为30%时，维生素C的含量最高，而当中间转换点含水率为20%时，维生素C的含量最低，且与其他两个水平相差较大.由于真空干燥过程中，水的沸点较低，苹果片的干燥温度较低，有利于保存苹果片中VC等营养成分.

2.1.3 真空温度

在热风温度60 ℃，中间转换点含水率30%和真空度0.085 MPa时，不同真空温度下苹果片的干燥曲线及复水曲线如图4所示.由图4(a)可以看出，真空温度越高，苹果片干燥曲线变得较陡，即苹果片所需干燥时间越短；由图4(b)也可看出，随着真空温度的减小，苹果片的复水曲线也变得更陡，即苹果片复水比随着真空温度的增大而减小，苹果片的复水性变差.

真空温度为55 ℃、63 ℃和70 ℃时，维生素C的含量分别为7.25 mg/100 g、10.215 mg/100 g和6.925 mg/100 g.由此可知，当真空温度为63 ℃时，维生素C的含量最高，而当真空温度为55 ℃和70 ℃时，二者的维生素C含量相差不大.与热风温度影响相似，随着真空温度的升高，VC损失越严重.

(a)干燥曲线

(b)复水曲线图4 不同真空温度下的苹果片 干燥曲线及复水曲线

2.1.4 真空度

在热风温度60 ℃，中间转换点含水率30%和真空温度63 ℃时，不同真空度下苹果片的干燥曲线及复水曲线如图5所示.由图5(a)可以看出，随着真空度的减小，苹果片的干燥曲线变得较陡，即干燥时间变短；由图5(b)还可看出，随着真空度的减小，苹果片的复水曲线也变得越陡，即苹果片复水比随着真空度的减小而增大，苹果片的复水性变好.

(a)干燥曲线

(b)复水曲线图5 不同真空度下的苹果片 干燥曲线及复水曲线

真空度为0.08、0.085和0.09 MPa 时，维生素C含量分别为5.61 mg/100 g、10.215 mg/100 g和9.13 mg/100 g.由此可知，当真空度为0.085 MPa 时，维生素C含量最高，但其与当真空度为0.09 MPa 时的维生素C含量相差不大.而当真空度为0.08 MPa时，维生素含量最低.这是由于真空度越高，水的沸点越低，可使苹果片保持在较低的干燥温度下，因而使苹果片中的VC等营养成分保持良好.

2.2 正交试验

2.2.1 试验结果的极差分析

热风真空组合干燥苹果片的正交试验方案及极差分析结果如表2所示[16,17].运用MATLAB软件对综合得分进行极差分析后可知，在热风真空组合干燥方式下，各试验因素对苹果切片干燥品质影响的主次顺序为A、B、D、C；优方案为A2B3D1C1；即综合指标下最佳的干燥工艺参数为热风温度60 ℃，中间转换点含水率40%，真空温度55 ℃，真空度0.08 MPa.

表2 苹果片组合干燥正交试验方案及极差分析

2.2.2 验证试验

根据正交试验极差分析结果，选取最优水平，即热风温度60 ℃，中间转换点含水率40%，真空温度55 ℃，真空度0.08 MPa进行验证试验，在此条件下，干燥时间为9.5 h，复水比为4.92，VC含量为8.03 mg/100 g，此时的综合分为0.46.

2.2.3 试验结果的方差分析

运用MATLAB软件对试验数据进行方差分析，表3～5所示分别为其干燥时间方差分析结果、复水比方差分析结果以及VC含量方差分析结果.

据表3分析可知，对于干燥时间，因素A，FA=129.200 8；因素B，FB=106.859 7；因素C，FC=399.551 1；因素D，FD=407.672 9.而F0.01=8.021 5，A、B、C、D的F值均远大于F0.01，说明因素A、因素B、因素C、因素D对干燥时间的影响均“高度显著”.

据表4分析可知，对于复水比，因素A，FA=746.529 4；因素B，FB=213.588 2；因素C，FC=626.882 4；因素D，FD=861.588 2.而F0.01= 8.021 5，A、B、C、D的F值均远大于F0.01，说明因素A、B、C、D对干燥时间的影响均“高度显著”.

据表5分析可知，对于VC含量，因素A，FA=1 975.729 9；因素B，FB=287.759 4；因素C，FC=608.163 3；因素D，FD=438.249 8.而F0.01= 8.021 5，A、B、C、D的F值均远大于F0.01，说明因素A、B、C、D对干燥时间的影响均“高度显著”.

表3 干燥时间的方差分析表

表4 复水比的方差分析表

表5 VC含量的方差分析表

3 结论

(1)在干燥过程中，干燥温度越高，干燥时间越长，苹果片的VC含量损失越严重；另外，真空度越高，能保证苹果片处在一个较低的干燥温度，从而使苹果片中的VC含量等干燥品质保持良好.

(2)采用MATLAB对试验结果进行极差分析，得出在整个热风真空组合干燥苹果片的过程中，试验因素对苹果切片干燥品质影响的主次顺序为A、B、D、C；优方案为A2B3D1C1；即综合指标下最佳的干燥工艺参数为：热风温度60 ℃，中间转换点含水率40%，真空温度55 ℃，真空度0.08 MPa.

(3)采用MATLAB对试验结果进行方差分析，得出热风真空组合干燥苹果片的试验因素：热风温度、中间转换点含水率、真空温度、真空度对试验指标干燥时间、复水比与VC含量的影响均显著.

[1] 庞韵华.组合干燥法生产苹果片的研究[D].无锡：江南大学,2008.

[2] 袁越锦,刘 欣,徐英英,等.苹果片真空干燥过程的热质传递模型及模拟[J].陕西科技大学学报(自然科学版),2015,33(2):143-147.

[3] 吴征镒,陈心启.中国植物志[M].北京：科学出版社,1995.

[4] 马 烨.苹果热风真空组合干燥的试验分析[J].北京农业,2013(21):54-55.

[5] 徐英英,曹博涛,袁越锦,等.莴苣组合干燥工艺参数的响应面法优化 [J]. 陕西科技大学学报(自然科学版),2013,31(3):110-114.

[6] 陈君琛,杨艺龙,翁敏劼,等.即食杏鲍菇热风-真空联合干燥工艺优化[J].农业工程学报,2014,30(14):331-338.

[7] 胡庆国,张 慜，杜卫华,等.不同干燥方式对颗粒状果蔬品质变化的影响[J].食品与生物技术学报,2006,25(2):265-268.

[8] 王章斌,侯小桢.热风与微波联合干燥香蕉片的工艺研究[J].食品与机械,2010,26(2):97-99.

[9] Metwally M N,Helali A B.Herbs drying using a heat pump dryer[J].Energy Conversion and Management,2006,47(16):2 629-2 643.

[10] Wojdylo A,Figiel A,Oszmianski J.Effect of drying methods with the application of vacuum microwaves on the bioactive compounds,color and antioxidant activity of strawberry fruits[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2009,57(4):1 337-1 343.

[11] 关志强,郑立静,李 敏,等.罗非鱼片热泵-微波联合干燥工艺[J].农业工程学报,2012,28(1):270-275.

[12] 黄建立,黄 艳,郑宝东,等.银耳热风-微波真空联合干燥工艺优化的研究[J].中国农学通报,2009,25(22):88-91.

[13] 袁越锦,徐英英,党新安,等.热风真空组合干燥苹果片试验研究[J].食品科技,2012,37(4):80-82.

[14] 任守军.豇豆干加工技术[J].农村新技术，2005(7):38.

[15] 徐向宏,何明珠.试验设计与Design-Expert、SPSS应用[M].北京:科学出版社,2010:109- 111.

[16] 王 岩,隋思涟.试验设计与MATLAB数据分析[M].北京:清华大学出版社,2012.

[17] 龚 江,石培春,李春燕.使用SPSS软件进行多因素方差分析[J].农业网络信息,2012(4):31-33.

【责任编辑：蒋亚儒】

Experimental study on drying quality of apple slices

YUAN Yue-jin1,2, JIAO Dan1, DONG Ji-xian1,2, LI Jing1, LIU Xin1

(1.College of Mechanical and Electrical Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China; 2.Shaanxi Research Institute of Agricultural Products Processing Technology, Xi′an 710021, China)

In this article,taking apples as raw materials,we conducted a experimental research on drying quality of apple slices during hot-air vacuum combined drying methods,and compared different hot air temperature,intermediate conversion moisture content,vacuum temperature, vacuum degree affect VC content and other drying qualities.Range analysis of test results is performed by using the MATLAB software.The optimized technological parameters of hot-air vacuum combined drying methods are 60 ℃ hot-air temperature,40% intermediate conversion moisture content,55 ℃ vacuum temperature and 0.08 Mpa vacuum degree.The software is also used to analyze the test results of the analysis of variance,the significance of experimental factors on the content of VC is obtained.

apple； hot-air； vacuum； combined drying； VC

2016-08-25

国家自然科学基金项目(51276105)； 陕西省自然科学基金项目(2016JM4012)； 陕西省教育厅自然科学专项科研计划项目(16JK1090)； 陕西省重大科技创新项目(2012ZKC-10-1)

袁越锦(1975-)，男，湖南汉寿人，教授，博士，研究方向：干燥技术与设备

1000-5811(2017)01-0139-06

TS255.3

A