杏子热风真空组合干燥工艺参数的优化

王 健，董继先，2，王 栋

（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）

我国杏树的栽培史已有3 000 多年，杏果深受人们喜爱，是一种营养价值很高的水果，不仅果实风味独特，而且富含有多种人体必需的无机盐和维生素[1]。但是由于自身特性，杏子贮藏期不长，一般情况下鲜杏的货架期只有1 周左右，目前70%以上的杏子经制干后包装贮藏[2]。杏子制干的方式主要有露天暴晒[3]、热风干燥[4]、烘干房干燥[5]、红外辐射干燥[6]、气体射流冲击干燥[7]、热泵干燥[8]和一些组合干燥方式[9]（如太阳能、烘干房等相互组合） 等。而杏子的热风真空组合干燥的研究报道尚不多见，热风真空组合干燥技术是近年来新兴的一种果蔬干燥技术，已经运用于苹果[10]、猕猴桃[11]、香蕉[12]、柠檬[13]、豇豆角[14]等果蔬干燥中，热风真空组合干燥技术能够很好地保留果蔬色泽、风味和各种有效成分[13]。因此，采用热风真空组合干燥方式对杏子进行正交干燥试验研究，探究杏子热风真空组合干燥的最佳工艺参数。

1 试验部分

1.1 试验材料

鲜杏，购买于西安市当地水果超市，要求大小均一，果实无畸形、无虫害、无损伤，品种为陕西大黄杏，成熟要求质地硬、八成熟、淡黄色。

1.2 试验仪器

DHG-9070A 型鼓风干燥箱、DZF-6032 型真空干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司产品；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产品；电子秒表、电子天平（精度为0.001 g）、烧杯、滤纸、镊子等。

1.3 试验方法

1.3.1 试验流程

杏子→洗净→切瓣→测量初始数据→热风干燥→测定中间转换点含水率→真空干燥→测量最终数据（含水率、复水比）。

挑选备好的新鲜杏子；将其置于清水中洗净擦干；沿着杏子的骑缝线切分成两瓣，去核，然后将每瓣杏子四等分，形成质量、厚度近似相等的小果瓣，每瓣质量约为8 g。首先随机选取3～4 片杏瓣用快速水分测定仪测定初始含水率，然后将备好的杏瓣均匀摆放在物料盘上（每组试验各取400 g 杏瓣），先将其放入鼓风干燥箱中进行热风干燥，一段时间后测定中间转换点含水率，当含水率达到设定的中间转换点含水率转入到真空干燥箱进行真空干燥，当杏瓣含水率降低至10%以下，停止干燥，测定最终数据（含水率、复水比）。

1.3.2 正交试验组合

以热风真空组合干燥过程中的4 个要素，即热风温度（A）、中间转换点含水率（B）、真空温度（C）、相对真空度（D） 为试验因素，每个因素均取3 个水平，选用L9（34）正交表安排试验[15]，探究各因素对干燥时间和复水比的影响。

杏子热风真空组合干燥正交试验因素水平见表1。

表1 杏子热风真空组合干燥正交试验因素水平

1.3.3 评价指标

（1） 干燥时间。干燥时间借助电子秒表进行计时，开始干燥时记录初始时间T0，当干燥一段时间后进行取样测量，此时记录时间读数为Tt，则干燥过程所需总时间T 为：

式中：Tt——取样过程时间记录，s；

T0——干燥初始时间记录，s。

（2） 含水率。含水率的测量通过快速水分测定仪测量，每次测量时随机选取质量大于0.5 g 的样品，其测定含水率W 的原理为：

式中：m0——测定前初始质量，g；

mt——测定时现时质量，g。

（3） 复水比。随机选取干燥后的杏瓣3～4 片用电子天平称量其初始质量W0，然后放入装有纯净水的烧杯中浸泡，每隔0.5 h 用镊子取出，表面水分用滤纸沥干后用电子天平再次称质量Wt，测定复水比Y：

式中：Wt——复水后现时质量，g；

W0——复水前初始质量，g。

2 结果与分析

2.1 试验结果

选用L9（34）正交试验表，一共9 组，每组试验重复2 次。

杏子热风真空组合干燥正交试验结果见表2。

表2 杏子热风真空组合干燥正交试验结果

2.2 极差分析

运用MATLAB 软件对试验数据进行极差分析。

2.2.1 干燥时间的极差分析

以干燥时间为评价指标，对试验结果做极差分析，探究4 种因素对干燥时间的影响。

干燥时间极差分析见表3，干燥时间的因素水平效应图见图1。

表3 干燥时间极差分析

图1 干燥时间的因素水平效应图

根据表3 和图1 可以看出，4 种因素对干燥时间影响的主次顺序为A（R=7.42） ＞C（R=1.26） ＞B（R=1.07） ＞D（R=0.58），即热风温度是影响干燥时间的主要因素，其次为真空温度、中间转换点含水率和相对真空度。分析可知，在组合干燥过程中，提高热风温度和真空温度，则水分推动力越大，干燥速度越大，水分流失就越快，则干燥所需时间就越短。而热风干燥有助于除去物料中的自由水，真空干燥便于除去物料中的结合水，中间转换点含水率决定着2 种干燥方式何时转换，影响着干燥时间。真空干燥过程中，真空度越高，在相应环境下水的沸点越低，水的沸点越低，则干燥速率更快，所需干燥时间相应越短。

2.2.2 复水比的极差分析

以复水比为评价指标，对试验结果进行极差分析，探究4 种因素对复水比的影响。

复水比的极差分析见表4，复水比的因素水平效应图见图2。

表4 复水比的极差分析

图2 复水比的因素水平效应图

根据表4 和图2 可以看出，4 种因素对复水比的主次影响分别为D（R=0.39） ＞A（R=0.31） ＞C（R=0.27） ＞B（R=0.16），即相对真空度对复水比的影响最大，其次为热风温度、真空温度、中间转换点含水率。分析可知，因为相对真空度的大小会改变杏子组织内外压力差，相对真空度太大会破坏杏子内部组织的孔道网络结构，对复水比不利。热风温度和真空温度也影响着杏子的复水性，原因是温度过高杏子内部组织容易受热损伤，使复水比变小。而中间转换点含水率影响着热风干燥阶段的干燥时间，热风干燥时间越长，杏瓣表面越容易结壳，不利于复水。

2.3 方差分析

利用SPSS 软件对试验数据进行处理，对各因素做方差分析[15]。

2.3.1 干燥时间的方差分析

干燥时间的方差分析见表5。

表5 干燥时间的方差分析

由表5 可知，对于干燥时间来说，A 热风温度（F=2 402.126）、B 中间转换点含水率（F=49.183）、C 真空温度（F=78.154）、D 相对真空度（F=15.183）的显著性p 值均小于0.05，说明4 种因素对干燥时间均影响差异显著。

2.3.2 复水比的方差分析

复水比的方差分析见表6。

表6 复水比的方差分析

由表6 可知，对于复水比而言，A 热风温度（F=177.169）、B 中间转换点含水率（F=56.196）、C 真空温度（F=173.155）、D 相对真空度（F=287.480）的显著性p 值均小于0.05，说明4 种因素对复水比均有显著影响。

2.4 试验结果的Duncan 多重比较

运用SPSS 软件对试验数据进行处理，分别生成各试验因素对干燥时间与复水比影响的Duncan 多重比较表。

“热风温度”的Duncan 多重比较见表7。

表7 “热风温度”的Duncan 多重比较

由表7 可以看出，以干燥时间为评价指标，热风温度的3 个水平差异显著，3 个水平干燥时间相差很大，其中第3 水平最好，所需干燥时间最短；以复水比为评价指标，热风温度的3 个水平差异显著，热风温度第1 水平最好、复水比最大，但第1，2 水平所需干燥时间太长，综合干燥时间与复水比评价，热风温度选择第3 水平合适。

“中间转换点含水率”的Duncan 多重比较见表8。

表8 “中间转换点含水率”的Duncan 多重比较

由表8 可以看出，以干燥时间为评价指标，中间转换点含水率的3 个水平差异显著，第2 水平最好、所需干燥时间最短；以复水比为评价指标，中间转换点含水率第2 水平最好、复水比最大。因此，中间转换点含水率选择第2 水平较好。

“真空温度”的Duncan 多重比较见表9。

由表9 可以看出，以干燥时间为评价指标，真空温度第3 水平与第1，2 水平差异显著，第3 水平最好、所需干燥时间最短；以复水比为评价指标，真空温度第1 水平最好、复水比最大，但第1 水平与其他2 个水平差值并不是很大。综合考虑，真空温度选择第3 水平较优。

“相对真空度”的Duncan 多重比较见表10。

由表10 可以看出，以干燥时间为评价指标，相对真空度第2 水平最好，所需干燥时间最短，相对真空度的3 个水平所需时间相差并不是很大；以复水比为评价指标，3 个水平差异显著，第1 水平最好，复水比最大。综合衡量，相对真空度选择第1水平为宜。

表9 “真空温度”的Duncan 多重比较

表10 “相对真空度”的Duncan 多重比较

综上分析可知，杏子热风真空组合干燥的最佳试验组合方案为A3B2C3D1，即热风温度70 ℃，中间转换点含水率30%，真空温度70 ℃，相对真空度0.08 MPa。

3 结论

采用正交试验法对杏子进行了四因素三水平热风真空组合干燥试验研究，结果表明，热风温度、中间转换点含水率、真空温度、相对真空度4 种因素对杏子切瓣干燥时间和复水比均有显著影响（p 值均小于0.05）。在组合干燥过程中，热风温度的大小显著决定干燥时间的长短，热风温度越高，干燥周期越短，但复水比越小；中间转换点含水率影响着干燥时间和复水比，但对复水比的影响不是很大；真空干燥阶段，真空温度越高，所需干燥时间越短，而复水比稍低；相对真空度越大，所需干燥时间越短，但对复水比很不利。经过多重分析比较得出，杏子最佳热风真空实验组合干燥工艺参数为热风温度70 ℃，中间转换点含水率30%，真空温度70 ℃，相对真空度0.08 MPa。