热泵温度对白萝卜干燥速率及品质的影响

余洋洋 唐道邦 温 靖 吴继军 余元善 安可婧 邹 颖

(1. 广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所，广东 广州 510610； 2. 广东省农产品加工重点实验室，广东 广州 510610)

白萝卜(Raphanussativus)又名莱菔、芦菔、土人参等，原产欧洲，十字花科萝卜属根菜类蔬菜的主要品种之一[1]。白萝卜中含有蛋白质、脂肪、多糖、膳食纤维、芥子油苷、胡萝卜素、VC、VE、钙、铁、锌等[2]，具有丰富的营养价值和防病保健功能。新鲜白萝卜水分活度高，易腐烂、糠心、存放不方便等[3]。近几年来，干燥是白萝卜加工的重要方式，萝卜干风味独特，深受人们喜爱，市场前景广阔。而传统的干制方法为自然干制法，容易受微生物污染、气候变化等多方面的影响；热风干燥是目前最常用的干燥技术，具有设备简单、操作容易和成本低廉等优势[4]，但热风干燥能源消耗较大、干燥不均，产品品质参差不齐[5]；微波干燥具有干燥时间短、热效率高、清洁生产且兼有杀菌作用等特点，但设备成本高，在农产品加工企业运用较少[6]；王鑫等[7]通过真空远红外干燥设备对白萝卜干燥进行了研究，结果表明：热效率高，干燥时间短，细胞破损、变形少，可以较好地保留新鲜食品中的营养成分，但现在多数干燥设备的研究基于微型企业或实验室，不能满足企业的规模化生产[8]。

目前，热泵干燥技术(HPD)能够有效利用热源，不仅能较好地保留物料中的热敏性物质，还具有“高效节能、环境友好”优势，在蔬菜加工领域得到了迅速推广[9]。蓝炎阳等[10]研究显示，热泵干燥后产品可很好地保持各种营养成分，减少营养损失。秦学磊等[11]研究发现，热泵干燥的胡萝卜叶绿素保留最多，含量最高，表面孔径较大，收缩程度最小，并认为采用热泵干燥的胡萝卜干制品的综合品质最好。詹歌等[12]研究表明，热泵干燥的菊花样品抗氧化性(自由基清除能力、脂质过氧化抑制能力)、感官评分显著高于热风干燥的菊花样品。林羡等[13]研究表明，热泵干燥温度对龙眼的干燥效果影响最显著。热泵温度是影响物料干燥品质的重要因素，目前，关于热泵温度对白萝卜干燥品质影响的研究尚未见报道。

试验拟采用不同热泵温度对白萝卜进行干燥，研究热泵温度对白萝卜干燥速率、营养成分及微观结构等的影响，为热泵干燥技术在白萝卜干加工中的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

白萝卜：短叶13号，水分含量(95.3±0.8)%，广东省萝卜产业园。

1.2 仪器与设备

高温热泵干燥箱：GHRH-20型，广东省农业机械研究所；

紫外分光光度计：UV-1800型，日本岛津公司；

高效液相色谱仪：LC-20A型，日本岛津公司；

全自动色差仪：Ultra Scan VIS型，美国Hunter Lab公司；

智能超声清洗机：DL-800B型，上海之信仪器有限公司。

1.3 干燥方法

将白萝卜均匀切成长度约60 mm，厚度5 mm，均匀铺在干燥盘上，热泵干燥条件为风速1.0 m/s，温度分别为50，55，60，65 ℃，干燥至水分含量为(8±1)%。

1.4 指标测定

1.4.1 干基含水率 按GB 5009.3—2010执行。

1.4.2 脱水速率 按式(1)计算脱水速率。

R=(W0-Wt)/T，

(1)

式中：

R——脱水速率，g/h；

W0——物料初始含水量，g；

Wt——干燥t时刻物料含水量，g；

T——干燥过程总时间，h。

1.4.3 色泽 采用色差计测定。其中L*表示样品黑白程度；a*代表样品红绿程度；b*表示样品红蓝程度；以干燥前白萝卜为对照，△E代表干燥前后色泽变化。

1.4.4 总糖 按GB/T 15672—2009执行。

1.4.5 蛋白质 按GB/T 5009.5—2010执行。

1.4.6 脂肪 按GB/T 5009.6—2016执行。

1.4.7 VC按GB/T 6195—1986执行。

1.4.8 复水率 将干燥后的白萝卜干放入 40 ℃去离子水中2 h，使其充分吸水，然后称量[14]，按式(2)计算白萝卜的复水率。

(2)

式中：

RR——复水率，%；

m1——白萝卜干燥样品质量，g；

m2——复水后白萝卜质量，g。

1.4.9 微观结构 将样品剪切后固定在样品架上，经过黏台离子溅射镀金后，使用环境扫描电镜(ESEM)观察并拍照。

1.4.10 数据分析 试验结果以(平均数±标准差)表示。利用 SPSS 21.0软件对数据进行统计分析，显著水平P≤0.05，字母不同表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 对白萝卜干燥特性的影响

由图1可知，热泵温度50，55，60，65 ℃下，白萝卜含水量降至(8±1)%分别需12，11，10，9 h。白萝卜含水量随干燥时间的增加而降低，且随着热泵温度的升高，干燥时间缩短，热泵温度越高，水分含量下降越快。白萝卜失水速率曲线在初始阶段快速增长，干燥2 h后到达峰值进入短暂的恒速干燥阶段，再缓慢下降进入降速干燥阶段至失水速率渐渐变得平缓并趋近于0。当热泵温度为50，55，60，65 ℃时，最大干燥速率分别为4.69，4.94，5.35，5.81 g/h。热泵温度增加提高了白萝卜对热能的吸收量，加快了物料中水分蒸发和扩散。

2.2 对白萝卜色泽的影响

由表1可知，当热泵温度为55，60 ℃时，L*分别为77.10±2.95，76.32±2.16，a*分别为2.06±0.79，1.88±0.23，均无显著性差异，但与热泵温度50，65 ℃下白萝卜干的差异性显著。这可能是低温干燥过程中干燥时间长、水分高，促进了白萝卜干燥过程中褐变的发生，而高温干燥促进了白萝卜中美拉德反应的发生[15]。不同热泵温度下，b*差异性不显著。当热泵温度为55 ℃ 时，△E最小，表明55 ℃热泵干燥前后白萝卜颜色变化最小。杨晓红等[16]研究发现干燥温度过低或过高都会使木瓜粉颜色加深。

图1 不同热泵温度下白萝卜干燥特性曲线和

Figure 1 Drying characteristics and drying rate curves of different heat pump drying temperature

表1热泵温度对白萝卜色泽变化的影响

Table1Effectsofdifferentheatpumpdryingtemperatureonthecolorchangeofwhitedriedturnip

热泵温度/℃L*a*b*△E5071.69±1.17b1.59±0.14b18.04±1.70a7.64±0.82ab5579.10±2.05a2.06±0.19a21.43±1.29a5.35±0.61b6077.32±1.06a1.88±0.23ab19.93±1.09a6.69±0.91b6573.10±1.70b1.28±0.13b20.87±1.47a8.65±0. 74a

2.3 对白萝卜营养成分的影响

由表2可知，热泵温度越高，蛋白质、总糖含量越低，可能是高温促进美拉德反应，反应所需的蛋白质、糖越多，白萝卜干中蛋白质、糖含量就越低；热泵温度65 ℃的脂肪含量显著低于其他组的；VC含量随热泵温度的升高而降低，可能是VC的热敏性高，热的作用造成VC发生热氧化、热裂解。

表2热泵温度对白萝卜干营养成分的影响

Table2Effectsofdifferentheatpumpdryingtemperatureonthenutritionalqualityofwhitedriedturnip g/100g

热泵温度/℃总糖蛋白质脂肪VC5030.35±1.16a6.14±0.46a2.56±0.31a0.28±0.01a5527.56±1.29b5.59±0.31a2.74±0.24a0.21±0.03b6020.76±1.08c4.54±0.44b2.57±0.18a0.16±0.02b6518.65±1.82c3.86±0.37b2.03±0.17b0.10±0.01c

2.4 对白萝卜复水率的影响

复水是指干制品吸收水分后复原的过程，可以反映物料由干燥引起的结构变化和细胞结构的破坏程度[17]。复水率越高，说明干燥对产品的结构组织和细胞破坏程度越小，干制品品质越好。由图2可知，热泵温度65 ℃下的产品复水率显著低于55，60 ℃的；而热泵温度55，60 ℃ 下的产品复水率无显著差异；当热泵温度为55 ℃时，白萝卜组织结构破坏程度轻，具有较好的复水能力；复水能力为55 ℃>60 ℃>50 ℃>65 ℃。高温破坏了组织结构，收缩率较大，复水能力降低，而低温热泵干燥形成多孔状组织结构，具有较强的复水能力[18]；50 ℃虽然温度较低，但干燥时间长，水分转移速度受到延缓，同样对白萝卜组织结构破坏严重，降低了产品复水率。

2.5 对白萝卜微观结构的影响

白萝卜干燥是一个水分减少的过程，果肉组织细胞壁结构破坏、胞壁物质皱缩，出现许多波形皱褶，宏观上果实皱缩干瘪；微观上细胞壁微丝排列由紧密有序变得松散无序[18]。由图3可知，干燥过程中，细胞中水分快速汽化膨胀，蒸汽压力增强，导致细胞壁扩张，随着水分的脱离，细胞出现卷曲、皱缩或微小的断裂变形[19]。当热泵温度为55，60 ℃时，产品细胞组织保存较完整，细胞破损、变形较少，较好地延缓了蔬菜组织的皱缩与干硬，进而保持了组织超微结构的完整性，使得白萝卜干组织完好；当热泵温度为65 ℃时，产品组织结构变形、皱缩、破损较严重，是因为高温使果皮迅速失水出现皱缩，进而破坏了蔬菜细胞结构和与果肉组织相互交织的网状结构，细胞间分离[20]。

图2 热泵温度对白萝卜干复水率的影响

Figure 2 Effects of different heat pump drying temperature on rehydration rate of white dried turnip

图3 不同热泵温度下的ESEM图

Figure 3 ESEM photos of microstructure of white dried turnip by different heat pump drying temperature (200×)

3 结论

试验结果表明，热泵温度50，55，60，65 ℃下，白萝卜含水量降至(8±1)%分别需12，11，10，9 h；热泵温度对白萝卜理化性状均有一定影响，当热泵温度为55，60 ℃时，白萝卜色泽保持较好；影响白萝卜干复水率的热泵温度依次为55 ℃>60 ℃>50 ℃>65 ℃，其中55，60 ℃的差异不显著；当热泵温度为50 ℃时，白萝卜干总糖、蛋白质和VC含量最高，且随热泵温度的升高而降低；且热泵温度50 ℃下的白萝卜干细胞破损和变形较少，组织结构破坏较轻。综合考虑，以55 ℃热泵干燥11 h比较合适，此时白萝卜干色泽、营养成分保留程度高，组织结构破坏较轻，产品品质较好。后续还需对热泵干燥过程中切片厚度、铺盘量、能耗等进行研究。