香菜真空干燥工艺的试验研究

闫婷，董继先

（陕西科技大学，西安 710021）

香菜真空干燥工艺的试验研究

闫婷＊，董继先

（陕西科技大学，西安 710021）

文章以香菜为研究对象，对其采用真空干燥的方法进行了单因素试验和正交试验，在单因素试验中，分别改变物料层厚度、相对真空度、真空温度等因素，探讨了这些因素的改变对鲜香菜干燥特性及品质的影响。通过正交试验，得到真空干燥香菜较优工艺参数为物料层厚度30mm，相对真空度0.086MPa，真空温度80℃。

香菜；真空干燥；干燥曲线；综合评分法

香菜又被人们称为芫荽，人类历史上食用最早的芳香蔬菜中就有香菜，因为它色泽翠绿，口感芳香，在美味佳肴中有着举足轻重的作用，是不可缺少的调味料，香菜的茎叶中含有丰富的人体所需元素，例如蛋白质、脂肪、纤维、水、矿物质、碳水化合物、维生素C、维生素B1、维生素B2、钙、磷、钠、铁、胡萝卜素、核黄素、硫胺、钾和草酸［1］；同时香菜中也含有大量的氨基酸类营养成分，人体吸收这些物质后，通过各自的代谢途径，为人体生长发育提供营养物质，维持生命活动所需的物质或能量［2］。

香菜干燥加工是香菜深加工的基础性关键工艺，目前香菜的加工方法生产效率低，劳动强度大，卫生条件差，使特色产品质量水平较低，很难被海内外市场接受，远远赶不上食品工业的规模化、精细化、自动化。又由于香菜的季节性很强，致使香菜产量无法满足市场的大量需求，随着社会的发展、人民生活质量的提高，干制品越来越受到青睐，因此将蔬菜脱干水分保存成为蔬菜保存的最佳方式。

目前，对香菜的干燥研究，我国主要有热风干燥、冷冻干燥、微波干燥等几种干燥方式［3－5］，而未见对香菜进行真空干燥。其中90%采用常压热风干燥，具有操作简单、产量大、生产成本低等特点，但是，经过热风干燥的脱水蔬菜营养成分保存率低、复水性差。微波干燥虽然有很多优点，但是也会经常有局部过热、表面硬化、颜色不正和加热不均匀等现象的发生，此外，其能量效率不高，然而冷冻干燥虽然得到的被干燥物品质好，但投资成本较高；真空干燥的过程是把被干燥物料放在密闭的干燥室内采取抽真空和加热同时进行的方式干燥，从而隔绝物料与空气，并且由于真空环境降低了水分沸腾蒸发的温度，能防止被干燥物料氧化变质，可避免色素褐变等优点，使得所加工的干制品品质更佳。复水后基本上保持了原料的特性，此外真空干燥的干燥费用、设备成本也相对较低，在食品干燥中占有重要的地位［6］。为了得到香菜的干燥特性以及品质，本文对鲜香菜用真空干燥的方法进行脱水试验。

1 材料与方法

1.1 试验材料

实验所用香菜购于果蔬超市，香菜选择要求成熟，色泽鲜艳，香味浓，株高整齐，老嫩适宜，平均初始含水量为90%。

1.2 仪器设备

实验室自己设计的真空干燥设备、冠亚牌SFY系列快速水分测定仪、DZ－280型真空封装机、电子天平（精度为0.001g）、烧杯、镊子、温度计、若干刀具、电子秒表、玻璃棒、滤纸等。

1.3 试验方法

1.3.1 香菜真空干燥工艺流程

原料→前处理→清洗→切制→漂洗→甩干→真空干燥→整理→计量包装→入库。

1.3.2 操作要点

挑选大小均匀、无损伤的香菜作为试验材料，去除根部及残叶等不可食用部分，清除表面污垢，沥干水分，切成10～30mm长的小段。

将切好的香菜按照干燥要求的厚度（10，20，30mm）平铺在物料盘上，放入真空干燥箱内进行干燥，每0.5h测量1次含水率。

2 试验评价指标的计算

2.1 含水率

在干燥的过程中，每30min连续随机取出3组样品，分别用快速水分测定仪测量其含水率，最后结果取3组数据的平均值作为本次含水率的值，含水率测定原理如下式：

式中：ω为被测量样品的含水率；m为取样物料的质量（g）；m0为物料在绝干状态时的质量（g）。

2.2 干燥时间

采用电子表进行计时，在物料放进干燥箱时记下此刻时间为T0，在进行香菜取样时记下时间读数Tt，则干燥时间为：

式中：T为干燥时间；Tt为干燥过程中的时间；T0为物料放进干燥箱前的时间。

2.3 复水比

随机取干燥后的香菜放在电子天平上称出其初始质量M0并记录，取一个烧杯，按干香菜∶水的比例为1∶5，称取纯净水的质量，然后把称好的干香菜放进烧杯内。每30min用镊子取出水中的香菜，用滤纸沥干表面水分，最后用电子天平称出质量Mt，记录后放入烧杯内，则复水比Y为：

式中：M0为初始重量（g）；Mt为现时重量（g）。

3 结果与分析

3.1 单因素试验与分析

3.1.1 物料层厚度对干燥特性的影响

在干燥室内相对真空度0.082MPa和温度60℃的情况下，将处理过的初始含水率为90%的厚度分别为10，20，30mm的香菜放入真空干燥箱内进行干燥，所得的干燥曲线和干燥速率曲线见图1。

图1 物料层厚度对干燥特性的影响Fig.1 Effects of material layer thickness on drying characteristics

由图1中a可知，在相同初始含水率的条件下，物料层厚度越小，干燥到目标含水率（9%）以内所需干燥时间越短。当物料层厚度为30mm时，需要7h；而当物料层厚度为10mm时，所需干燥时间为6h。在开始2h内，含水率下降比较慢；2h以后，含水率下降比较快；而最后的1h，含水率下降速率又逐渐变慢，但略高于初始的2h。

由图1中b可知，物料层厚度不同，在干燥过程中的不同阶段，干燥速率也不同。前5h内，物料层越薄，干燥速率越快；而5h以后，物料层厚的反而干燥快，可能由于较薄的物料层即将达到要求的含水率，其中水分低且以结合水的形式存在，故干燥速率又下降。

随着时间的推移，干燥速率先慢，再快，后慢。之所以有这种情况出现，可能是由于干燥的前期物料中水分含量多，湿度大，真空抽气的速率不及水分产生的速率，导致干燥前期干燥速率较慢；随着水汽的减少，干燥速率也越来越快；干燥后期因为物料中的水分含量低，而且是以结合水的形式存在，所以干燥速率又会逐渐降低［7］。

3.1.2 相对真空度对干燥特性的影响

在干燥室内真空温度为70℃的情况下，将处理过的初始含水率为90%的物料层厚度为20mm的香菜分别在相对真空度为0.080，0.086，0.090MPa的条件下放入真空干燥箱内进行干燥，所得的干燥曲线和干燥速率曲线见图2。

图2 相对真空度对干燥特性的影响Fig.2 Effects of relative vacuum degree on drying characteristics

由图2中a可知，真空度增大，干燥时间缩短。当真空度为0.082MPa时，干燥到规定的含水率（9%）以内，需要干燥6.5h；而真空度增大到0.090MPa时，只需要4.5h。从分析可看出，真空度增加，水分的蒸发温度有所降低，从而缩短了达到蒸发温度的时间，加快了干燥速率，因此所需要的干燥时间变短，可能是因为在较高的真空度下，物质传递阻力变小，水分蒸发速率较快［8］。

由图2中b可知，从总体上来看，在干燥初期及后期，干燥速率较低，而干燥中期，干燥速率较快。产生这种现象的主要原因与不同物料层厚度下的干燥速率情况相近，或许是由于干燥前期物料水分含量多，湿度较大，真空抽气的速率低于水分产生的速率，导致前期干燥速率较慢；随着水汽慢慢地减少，干燥速率也越来越快；后期由于物料中水含量低，加上水是以结合水的形式存在，所以干燥速率又会逐渐降低。

3.1.3 真空温度对干燥特性的影响

在干燥室内相对真空度为0.086MPa的情况下，将处理过的初始含水率为90%的物料层厚度为20mm的香菜分别在真空温度为60，70，80℃的条件下放入真空干燥箱内进行真空干燥，所得的干燥曲线和干燥速率曲线见图3。

图3 真空温度对干燥特性的影响Fig.3 Effects of vacuum temperature on drying characteristics

由图3中a可知，真空温度升高，干燥时间缩短。温度为60℃，达到目标含水率所需干燥时间为7h；温度升高到80℃，则只需要4h，可见温度对干燥时间的影响较大。

由图3中b可知，干燥速率只有加速阶段和减速阶段，不存在恒速阶段。60℃和70℃时与前边一样，都是干燥前期和后期速率较慢，而中期干燥速率较快；而当真空温度为80℃时，开始的1h干燥速率较慢，但2h便达到最大速率，之后虽然干燥速率有所下降，但速率依旧很快。

3.2 正交试验结果与分析

3.2.1 试验因素及水平

在以上单因素试验和分析结果的基础上，以物料层厚度（A）、相对真空度（B）、真空温度（C）作为试验因素，以干燥时间（Y1）和复水率（Y2）作为评价指标，在此基础上进行三因素三水平的正交试验［9］。将每个因素根据它的水平与取值范围进行编码，得到试验因素水平表，见表1。

表1 正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

3.2.2 试验结果及综合指标分析

本试验是多指标正交试验，为了得到干燥品质好、节约时间的较佳工艺，以加权综合评分法进行综合评价，按照果蔬干燥的品质和时间等要求，应把质量排在第一位，其次是时间，所以取Y1和Y2的加权值分别为0.4和0.6［10］，正交试验及分析结果见表2。?

表2 正交试验结果Table 2 Results of the orthogonal experiment

极差越大表示此因素水平的改变对试验结果的影响越大，极差越小则表示该因素水平的改变对试验结果的影响越小。由表2可知，各个因素对试验结果的影响为物料层厚度＞相对真空度＞真空温度。通过对9个试验结果对比，以综合评分为标准，可知最佳方案是5号，从而干燥香菜的最佳工艺条件为A2B2C3，即物料层厚度为20mm，相对真空度为0.086MPa，真空温度为80℃。在此基础上必须进一步计算分析，得出最佳方案。通过对以上计算结果进行分析，确定最佳方案为A3B2C3，即物料层厚度为30mm，相对真空度为0.086MPa，真空温度为80℃。

3.2.3 最佳工艺验证性试验

以上正交试验所得最优工艺的基础上，进一步进行验证性试验，用A3B2C3方案做3次验证性试验，取3次试验结果的平均值，得出香菜脱水的干燥时间为4.5h，复水比为6.71，综合评分为9.6。

由分析结果可知，A2B2C3和A3B2C3两种方案的结果差别不是很大。但是，在相对真空度和真空温度相同的情况下，增加物料层厚度会增加产量，故可知香菜真空干燥的最佳工艺参数为A3B2C3，即物料层厚度为30mm，相对真空度为0.086MPa，真空温度为80℃。

4 结论

通过对香菜进行真空干燥试验研究，得到了香菜的真空干燥特性以及香菜最佳真空干燥工艺条件。试验结果表明：

与真空干燥其他物料的区别是：香菜真空干燥过程没有恒速阶段，只有加速和减速两个阶段。物料层厚度、相对真空度、真空温度都是影响干燥速率的因素，并且物料层厚度增加，干燥时间增大；而相对真空度和真空温度增大，干燥时间缩短。

物料层厚度、相对真空度、真空温度是影响干燥时间、干燥速率和被干燥物料品质的主要因素，从正交试验可以得到香菜真空干燥的最佳工艺参数为物料层厚度30mm、相对真空度0.086MPa、真空温度80℃，由此工艺得到的干香菜干燥速率和干燥品质综合评价指标高。

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Experimental Study on Vacuum Drying Process of Caraway

YAN Ting＊，DONG Ji－xian
（Shaanxi University of Science and Technology，Xi＇an 710021，China）

Take caraway as a typical research raw material to conduct the single factor experiment and orthogonal test by applying the vacuum drying technology，in the single factor experiment，the influence of material layer thickness，relative vacuum degree，vacuum temperature on the drying characteristics and drying quality of caraway is investigated respectively.Through orthogonal test，the optimum drying process parameters are obtained.The optimum technological parameters for vacuum drying of caraway are material layer thickness of 30mm，relative vacuum degree of 0.086MPa，vacuum temperature of 80℃.

caraway；vacuum drying；drying curve；comprehensive scoring method

TS201.1

A

10.3969／j.issn.1000－9973.2017.04.003

1000－9973（2017）04－0009－04

2016－10－14 ＊通讯作者

陕西省工业科技攻关项目（2014K07－19）；陕西省重大科技创新专项资金项目（2012ZKC10－1）；陕西省教育厅产业化资助项目（2012JC08）

闫婷（1990－），女，陕西武功人，硕士，研究方向：化工过程机械。