切片厚度对苦瓜片热风干燥特性及相关品质的影响研究

白冰玉，傅鑫程，丁胜华，王蓉蓉

（1.湖南农业大学食品科技学院，湖南长沙 410128；2.湖南省农业科学院农产品加工研究所，湖南长沙 410125）

苦瓜（Momordica charantia L.）是葫芦科苦瓜属植物苦瓜的果实，别名凉瓜、赖葡萄、癞瓜、锦荔枝，主要分布于热带、亚热带和温带地区[1]。苦瓜原产于东印度，我国南方各省均有栽培，尤以广西、广东、福建、湖南、四川更为普遍[2]。苦瓜中含有丰富的水分、维生素、脂肪、碳水化合物、粗纤维等营养成分，还含有类蛋白活性物质、多糖、三萜、甾类、苦瓜苷、氨基酸和多种人体必需矿物元素，是一种理想的绿色食品，居于瓜类蔬菜之首，有“药用蔬菜”之称。苦瓜性味苦寒，具有清热祛暑、明目清心、增强免疫力、保护心脑血管等作用[3]。此外，国内外医学界近年来还发现苦瓜中有能阻止艾滋病毒DNA合成的苦瓜蛋白MAP30和类似胰岛素的多肽P，这些成分可有效抑制正常细胞的癌变和促进突变细胞恢复，具有预防艾滋病、癌症和糖尿病的潜在食用价值[4]。因此，苦瓜具有极高的开发和利用价值，且苦瓜来源广泛、价格低廉，深受广大消费者喜爱。市场上的苦瓜以鲜销为主，但新鲜苦瓜水分含量高，极易腐烂变质，导致鲜销受到多种因素限制，不能发挥苦瓜的最大效益。干燥是苦瓜加工的首选方式，干燥后的苦瓜易保存且充分发挥苦瓜的经济效益和保健作用[5]。目前对苦瓜进行干燥的技术主要有热风干燥[5-12]、微波干燥[5，8-9，12-13]、热泵干燥[11]、热风结合微波干燥[10，14]、真空微波干燥[9]、冷冻干燥[14-15]、远红外干燥[11]、喷雾干燥[16]等。相比于其他干燥方式，热风干燥由于操作简单、成本低等特点仍然是应用最为广泛的[17]。然而，目前热风干燥苦瓜片的研究大多集中在工艺优化、生产设计和干燥模型的建立上。切片厚度作为影响苦瓜片干燥的重要因素之一，其对苦瓜干燥特性和理化品质影响方面的研究仍然较少。试验以新鲜苦瓜为原料，研究切片厚度对苦瓜片热风干燥特性和相关品质的影响，包括干基含水量、水分比、干燥速率、水分有效扩散系数、复水比、收缩比、色泽等，以确定适合苦瓜片热风干燥的最适切片厚度，为苦瓜片热风干燥研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

新鲜且成熟度适中的绿元帅苦瓜，购买于湖南农业大学东之源超市，挑选大小均匀、肉质厚、外皮青绿色且无病斑、病虫害和机械损伤的原料，购买后贮藏在4℃冰箱中备用。

1.2 仪器与设备

SC-80C型全自动色差仪，北京康光仪器有限公司产品；DHZ-9070型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司产品；AUY-220型电子分析天平，岛津制作所试验计测事业部产品；WMZK-72型电热恒温水浴锅，北京市永光明医疗仪器厂产品。

1.3 工艺流程

挑选分级→清洗→风干→切片（2，4，6 mm）→热风干燥（65℃） →称量（含水量低至10%） →指标测定。

1.4 测定方法

1.4.1 初始含水率测定

采用GB 5009.3—2010测定苦瓜片的水分。

1.4.2 干基含水量计算

式中：Mi——i时刻干燥苦瓜片的质量，g；

M0——苦瓜片初始鲜质量，g；

0.05 ——苦瓜的干物质含量。

1.4.3 水分比计算

式中：Mi——物料在任意时刻的干基含水量，%；

M0——物料初始干基含水量，%；

Me——物料的平衡水分含量，%；

Me相对于初始干基含水量M0来说比较小，可以忽略不计，所以可简化为MR=Mi/M0。

1.4.4 水分有效扩散系数计算

式中：lnMR为时间t的函数，有效扩散系数（Deff）的大小取决于lnMR对时间t作图所得的斜率[11]；根据线性拟合所得斜率可算出有效扩散系数（Deff）。

1.4.5 复水比测定

参考聂凌鸿等人[5]的方法测定，分别在室温和75℃下进行测定。1.4.6 收缩比

式中：m0——装载某一刻度正己烷+量筒的质量，g；

m1——将物料放入量筒后用正己烷补充到同一刻度的总质量，g；

m物——待测物的质量，g。

在测定收缩比之前先按照上述公式对不同厚度的鲜样进行测定，干燥试验后对干样进行测定，收缩比即为V干样/V鲜样。

1.4.7 色泽

利用SC-80C型全自动色差仪测定[18]。

1.5 数据分析

使用Origin 8.0软件处理数据、作图并分析各处理的差异显著性，每个处理重复3次，数据结果以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 切片厚度对苦瓜片热风干燥特性的影响

2.1.1 干基含水量和水分比

切片厚度对苦瓜片干基含水量（a） 和水分比（b） 的影响见图1。

图1（a） 反映了切片厚度对苦瓜片干基含水量的影响。不同切片厚度的苦瓜片干基含水量变化趋势均随干燥时间的延长而降低。干基含水量在干燥前期下降迅速，随着干燥时间的继续延长，干基含水量的下降速度变缓直至不变。这是由于干燥前期苦瓜内最易失去的自由水含量丰富，在热风干燥下切片表面水分受热迅速蒸发，且由于切片表面水分不断被热空气带走，导致苦瓜片表面和热风之间、苦瓜片表面和内部之间都形成湿度差，内部水分不断向表面扩散，表面水分又不断被热风带走，使干基含水量迅速下降[19]。但由于水分从内部向表面扩散所需时间较长，干燥速率也有所下降。干燥后期，苦瓜片中自由水几乎全部散失，主要为难以蒸发的结合水，且热风干燥中苦瓜片发生收缩变形、结构破坏，导致水分难以向外扩散。同时，苦瓜片表面结构由软质变为硬质，水分蒸发阻力增大，干基含水量下降较为缓慢。切片厚度是影响苦瓜片干燥过程中干基含水量变化的重要因素，随着切片厚度的增大，温度梯度越大[20-21]，干基含水量降低的速度越小。切片厚度为2 mm的苦瓜片干基含水量降至终点所需时间约为75 min，明显少于4 mm和6 mm的苦瓜切片，这与王慧[22]发现胡萝卜厚度越厚、干燥所需时间越长的研究结论相同。结果表明，切片厚度的增大会导致传热阻力加大，不利于水分向苦瓜片表面扩散，导致苦瓜片干基含水量下降较为缓慢。

图1 切片厚度对苦瓜片干基含水量（a）和水分比（b）的影响

图1 （b） 反映了切片厚度对热风干燥苦瓜片水分比的影响。不同厚度的苦瓜片水分比均随干燥时间的延长而降低。同干基含水量变化一致，在干燥前期属于加速阶段，在干燥中后期属于降速阶段，最后趋于平缓。随着苦瓜切片厚度的增加，水分比降至终点所需的时间逐渐增加。2 mm的苦瓜切片水分比下降速度最快，达到水分比干燥终点的时间最短，约为6 mm切片所需时间的1/4，4 mm和6 mm的苦瓜切片水分比变化差别不大，4 mm比6 mm用时较短。这主要是因为切片厚度越厚，物料内部水分外迁通道越厚，预热需要时间越长，阻碍了水分从内部向表面扩散，导致干燥速率减慢，导致苦瓜片水分比下降较为缓慢。与黄珊等人[23]发现，随着白萝卜切片厚度的增加、水分比下降速度越慢的结论一致。

2.1.2 干燥速率

切片厚度对苦瓜干燥速率的影响见图2。

图2 切片厚度对苦瓜片干燥速率的影响

不同厚度苦瓜片干燥速率曲线变化趋势均为在干燥初期干燥速率较大，随着干基含水量的减小，干燥速率不断下降，在干燥后期趋于不变的过程。干燥初期苦瓜切片含水量较高，有利于水分的蒸发，随着干燥过程中干基含水量的降低，苦瓜切片收缩，表面结构紧缩，表面由软质变为硬质，水分扩散蒸发的阻力明显加大，干燥速率降低。随着切片厚度的增加，苦瓜干燥速率减慢。2 mm苦瓜切片的干燥速率远快于其他厚度切片，而4 mm和6 mm的苦瓜切片干燥速率相差不大，这与番木瓜[24]的切片厚度越大、干燥速率越慢、干燥时间越长的研究结论一致。主要是由于随着苦瓜切片厚度的增加，切片预热时间增长，比表面积减小，水分从内部向表面扩散的速率减慢，干燥速率较为缓慢。同时，水分迁移距离越大，与干燥介质的相对接触面积越小，干燥速率就越慢[25-26]。

切片厚度对苦瓜片LnMR的影响见图3。

图3 切片厚度对苦瓜片LnMR的影响

2.1.3 有效扩散系数

切片厚度对苦瓜片水分有效扩散系数的影响见表1。

表1 切片厚度对苦瓜片水分有效扩散系数的影响

有效扩散系数反映了物料在干燥条件下的脱水能力[27]。由表1可知，2 mm和4 mm的苦瓜片水分有效扩散系数相差不大，但都低于6 mm的苦瓜片。这是由于干燥过程中果蔬表面生成硬层，水分传输阻力加大，导致切片厚度较薄的物料有效扩散系数较小[28]，尤其对于切片厚度为4 mm的苦瓜片最为明显，其有效扩散系数在3组处理中最低，为4.933 8×10-9。张赛等人[29]和杨爱金等人[30]的研究也得到了相同的结果，他们在研究香蕉和苹果干燥过程中发现，切片厚度越大其有效扩散系数越高。

2.2 切片厚度对苦瓜片相关品质的影响

2.2.1 复水比

切片厚度对苦瓜片复水比的影响见图4。

图4 切片厚度对苦瓜片复水比的影响

复水比是重要的衡量干制品品质的指标，反映干制品复水后恢复新鲜状态的程度。由图4可知，在室温和75℃条件下，苦瓜片复水比的变化趋势一致，随着复水时间的增加而逐渐增加，且复水初期吸水速度快，中期速度减缓直至平稳。复水前期干制苦瓜片内部结构疏松多孔，复水阻力小，有利于快速复水。随着复水时间的增加，苦瓜片内部组织逐渐饱和，复水速率减慢直至平稳。相比于室温，75℃下不同切片厚度的苦瓜片达到复水终点所需的时间都呈现减小的趋势。其中，切片厚度是影响苦瓜片复水比的重要因素，2 mm的切片复水速度最快，4 mm和6 mm复水速度差别不大。这与李国鹏等人[31]的研究结果一致，他们发现鸡腿菇干制品复水比随着切片厚度的增大而减小。冉雪等人[32]也表明西葫芦切片厚度为4 mm时复水比最大，切片厚度为6 mm和8 mm时西葫芦复水比下降较平缓。这是由于苦瓜切片厚度越大，比表面积越小，复水过程中切片表面与水接触越不充分，复水效率越低[33-34]。因此，苦瓜切片的厚度越大，其干制时间越长，组织的破坏性越强，复水时水分渗透入其中的速度越慢。

2.2.2 收缩比

收缩比是衡量干燥后物料形态保留和产品品质的重要指标。干燥前后体积变化越小，即收缩比越大，干制品品质越好[35]。

切片厚度对苦瓜片收缩比的影响见图5。

图5 切片厚度对苦瓜片收缩比的影响

随着切片厚度的增加，苦瓜片的收缩比逐渐增加。6 mm苦瓜切片干燥后的体积比约为2 mm的3倍，说明苦瓜切片的厚度对收缩比有非常明显的影响。这是由于厚度越大，其内部干物质组织含量越多，干燥所需要的时间越长，所以对组织的破坏性就越大，从而收缩比增大。

2.2.3 色泽

切片厚度对苦瓜片颜色的影响见表2。

表2 切片厚度对苦瓜片颜色的影响

L*值代表物料的亮度，a*值代表红绿值。由表2可知，干燥后的苦瓜片L*值、a*值均大于新鲜样品，且随着干燥温度的升高而显著（p＜0.05） 增大，表明苦瓜片干燥后亮度增大，颜色由绿转红，这是由于高温下苦瓜片叶绿素发生降解所致。b*值代表黄蓝值，热风干燥后样品的b*值显著低于新鲜样品（p＜0.05），但不同干燥温度间差异不显著 （p＞0.05）[36]。总体而言，2 mm和4 mm切片厚度对干制苦瓜片色泽的影响差异不显著，而6 mm切片厚度干制得到的苦瓜片颜色变化要大于2 mm和4 mm。李国鹏等人[31]也研究发现鸡腿菇干制品色泽随切片厚度的增大而增大。由此可见，经热风干燥后的苦瓜切片亮度较新鲜苦瓜有显著变化，都要高于新鲜苦瓜，其中4 mm和6 mm间差异不显著，2 mm亮度变化要小于4 mm和6 mm。因此，切片厚度是影响苦瓜片热风干燥颜色的重要因素之一，厚度越大其对干制苦瓜片颜色的影响就越大。

3 结论

以新鲜苦瓜为原料，研究切片厚度为2，4，6 mm的苦瓜片在65℃热风干燥后，苦瓜片干燥特性及理化品质的变化，旨在确定苦瓜片热风干燥的最佳切片温度，为苦瓜热风干燥提供理论基础。结果表明，切片厚度对苦瓜片的干燥特性和理化品质具有重要影响，切片厚度越小，干基含水量和水分比下降越快，干燥速率越快，有效扩散速率越小；同时，干制品复水效果越好，复水比越大，收缩比越小，色泽变化较小。因此，结合干燥特性和品质变化，切片厚度为4 mm时适合进行苦瓜片热风干燥。