胡萝卜热风干燥多指标综合分析

田宴巾，黄钰雯，曹非凡，王 春，骆 琳，2，丁青芝，2

（1.江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江212013；2.江苏大学农业部脱水蔬菜加工技术集成基地，江苏镇江212013）

胡萝卜热风干燥多指标综合分析

田宴巾1，黄钰雯1，曹非凡1，王 春1，骆 琳1，2，*丁青芝1，2

（1.江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江212013；2.江苏大学农业部脱水蔬菜加工技术集成基地，江苏镇江212013）

为了研究不同因素对热风干燥特性的影响，以胡萝卜为研究对象进行热风干燥试验，分析干燥后胡萝卜的外观品质、复水时间、VC保存量、能耗等指标。对上述指标值进行加权平均，结果表明，热风干燥胡萝卜的最优参数为切片厚度4 mm，装载量100 g，干燥温度80℃。

胡萝卜；微波干燥；热风干燥；节能减排

0 引言

胡萝卜是一种营养价值较高的根茎类蔬菜，含有多种维生素及葡萄糖、果糖、白砂糖等多种糖类，此外还含有果胶、淀粉、无机盐和多种氨基酸等成分，富含大量的胡萝卜素可治疗角膜干燥、夜盲症等。研究表明，胡萝卜中含有较多量的叶酸，有抗癌的作用；胡萝卜中的木质素，也有提高机体免疫力的功用[1-2]。

脱水蔬菜是蔬菜一种重要的流通形式，也是我国大宗出口品种之一。一直以来，脱水蔬菜存在营养成分损失多、能耗高等缺点[3-4]。

热风干燥是传统的干燥方法，研究较多，其最大的缺点是能耗大、耗时长。在能源问题日趋紧张的今天，如何节省能量是大家关注的话题，当然能量的节省应该建立在保证品质的基础上。对于实验室中小批量的胡萝卜干制，各种方法损耗的能量差别并不是很大，然而在工厂中进行大批量生产时，差别就立即显现出来，同一单位的能耗甚至会相差几个数量级。试验通过对胡萝卜热风干燥过程多个指标的综合分析，寻求较优的工艺参数，为胡萝卜热风干燥工业化生产工艺进一步优化积累一定的基础研究数据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

原料：市售新鲜胡萝卜。

试剂：柠檬酸、盐酸、NaCl及Cu（NO3）2，均为国产分析纯；VC，购自国家标准物质中心。

设备：WFZ UV-2100型紫外分光光度计（200～1 000 nm），上海尤尼柯仪器有限公司产品；MP120-1型电子天平；101-2型电热鼓风箱；恒温水浴锅。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

原料清洗→去皮→切分→烫漂→护色→干燥→回软→压块→包装→成品。

1.2.2 操作要点

（1）原料的清洗、切片。选表皮及根肉呈鲜红色或橙色、皮薄肉厚、纤维少、无损伤、无病虫害的胡萝卜，按料液比1∶2把胡萝卜浸泡在95℃的4%～5%NaOH溶液中2 min，揉搓去皮，及时用流动水清洗残液，沥干表面的水分后切成2，4，6 mm厚度均匀的薄片。

（2）热烫、护色。95℃的3%NaCl溶液中加热1～3 min（以烫透为准，但不可烫得软烂），然后立即放入加有3%柠檬酸的冰水中冷却，以减缓加热引起的软化以及护色，用滤纸吸除胡萝卜表面的水分。

（3）干燥。胡萝卜切片后单层定量装盘，在热风干燥箱中干燥。定时取出称质量，直至湿基含水率14%（安全贮藏水分）。

（4）回软。在包装前一般应进行回软，即把已干燥的产品堆积在一起，经1～3 d，含水量即可均匀一致。

（5）包装。小包装多采用不透光的复合薄膜真空或充氮密封包装。

1.2.3 检测项目及方法

（1）水分含量的测定。参照GB 5009.3—1985食品中水分的测定方法，物料最初含水率及绝干物料质量可用105℃烘干法测定。

式中：m0——原始质量；

md——绝干物料质量。

式中：w1——时间t1时的干基含水率；

w2——时间t2时的干基含水率。

Δt——2次称质量的时间差。

（2）VC含量测定。参考文献[5]的方法测定。

（3）能耗。热风干燥能耗（kW·h）=通电时间（h）×功率（该试验的热风干燥功率一律选为2 kW），通电时间=干燥时间×0.16（0.16是通过对热风干燥各因素下试验的观测得出的经验系数）

（4）外观品质。由评分小组，对干制品的外观进行评分。

热风干燥后胡萝卜外观品质评分规则见表1。

（5）干制品的复水性能试验。干制品的复水性也是其品质的一个评判标准，用复水速率表示。

复水性试验可按以下步骤操作：取2.00 g不同影响因素下制得的胡萝卜片放入烧杯中并加入50℃的温水，然后置于50℃的恒温水浴锅内，每隔10 min称1次质量，重复5次。称质量时，要将胡萝卜片表面的水分用滤纸吸干。

表1热风干燥后胡萝卜外观品质评分规则/分

2 结果与分析

2.1 热风干燥过程特性的研究

考查热风温度、切片厚度和装载量对干基含水率、干基失水速率、耗电量等干燥过程特性的影响。2.1.1温度对胡萝卜热风干燥特性的影响

根据胡萝卜的质地、含水量、营养成分及能耗、时耗等诸多因素，选择热风干燥胡萝卜的温度为70，80，90℃。

不同干燥温度下胡萝卜水分含量变化见图1。

图1 不同干燥温度下胡萝卜水分含量变化

由图1可知，低温下胡萝卜失水比较均匀，但时间较长，此时胡萝卜呈线性收缩。从产品外观看，随干燥温度升高胡萝卜变形程度增加。

不同干燥温度下干燥速率变化见图2。

图2 不同干燥温度下干燥速率变化

由图2可知，不同干燥温度脱水过程呈现出热风干燥典型的3个阶段，即加速干燥阶段、恒速干燥阶段、降速干燥阶段，干燥初期是预热阶段，速度缓慢上升；进入表面气化控制后，干燥速度维持不变，所有热量用来进行水分蒸发；进入结合水蒸发阶段，干基失水速率开始下降。从3个阶段看，干燥温度越大，干基失水速率也越大。

不同干燥温度下能耗变化见图3。

图3 不同干燥温度下能耗变化

由图3可知，含水率较高时，干燥温度对耗电量的影响很小；含水率较低时，干燥温度对耗电量影响增加，且干燥温度越高耗电量越低。实际上，随着干燥时间增加，耗电量呈线性增加，不同干燥温度3条直线斜率不同，干燥温度越大斜率越大，其耗电量越大。低温长时的干燥能耗较高，温短时略高。

能耗并非根据干燥时间计算，而是根据通电时间算得。通过对各试验的观察，在装载量较小的情况下（50～150 g），通电时间约为干燥时间的0.16倍，即能耗=干燥时间×0.16×功率。

2.1.2 切片厚度对胡萝卜热风干燥特性的影响

干燥温度80℃，装载量100 g，切片厚度2，4，6 mm时，胡萝卜水分含量、干燥速率、能耗的变化。

不同切片厚度下干燥过程中水分含量变化见图4。

图4 不同切片厚度下干燥过程中水分含量变化

由图4可知，干燥过程中干基含水率随切片厚度不同而不同，2 mm粒度和4 mm粒度下干基含水率几乎重合，而6 mm粒度下干燥前期干基含水率略高。这是因为粒度加大后水分逸出的路径变长，同时物料和热空气接触面积变小所致[6]。

不同切片厚度下干燥速率变化见图5。

由图5可知，6 mm粒度下干基失水速率较小；2 mm和4 mm粒度下粒度增大干基失水速率并没有相应增加，这可能是因为粒度过小以后，在一定的装载量下，物料表面迅速形成干硬膜，阻碍了干燥过程的进行；而干燥后期2 mm粒度的物料干基失水速率变大也证明了这一点。

不同切片厚度下能耗变化见图6。

由图6可知，耗电量与含水率是非线性关系。含水率较高的干燥初期，切片厚度对耗电量影响较小；含水率下降后，切片厚度对耗电量影响高于初期。实际上，在温度一定的条件下进行干燥，耗电量与干燥时间呈线性变化。

2.1.3 装载量对胡萝卜热风干燥特性的影响

干燥温度80℃，切片厚度2 mm，装载量50，100，150 g时进行干燥。

不同装载量下水分含量变化见图7，不同装载量下干燥速率变化见图8。

图5 不同切片厚度下干燥速率变化

图6 不同切片厚度下能耗变化

图7 不同装载量下水分含量变化

图8 不同装载量下干燥速率变化

由图7和图8可知，装载量不同时相应的干燥速率也不同，装载量越大，其干燥速率越小。通过计算，装载量增加1倍，其干燥时间增加0.7～0.8倍。50 g的装载量和100 g的装载量相比干燥速率较大，但从图7的情况来看，二者基本相当，说明在试验条件下，50 g的装载量未能充分利用能量，造成了部分能量浪费。

不同装载量下能耗变化见图9。

图9 不同装载量下能耗变化

由图9可知，干制到相同的含水率，耗电量随着装载量的增加而增加。50 g装载量能耗较小；100 g和150 g相比，能耗基本相同，说明试验装置在这2个装载量下能量利用较为充分。

2.2 热风干燥最佳参数的选取

在以上单因素试验基础上，综合比较热风干制胡萝卜VC含量、能耗、时耗、外观品质、复水性作为比较指标得出最佳热风干燥温度、胡萝卜切片厚度和装载量。

2.2.1 热风干燥所得胡萝卜的VC含量

不同工艺条件下的VC含量见表2。

表2不同工艺条件下的VC含量

由表2可知，切片厚度、装载量对于终产品的VC含量影响较小。VC在干燥中的损失主要是氧化损失，在试验参数范围内，切片厚度、装载量对于氧化的影响不大，因此损失较小。

不同干燥温度下制得的胡萝卜片VC则有较大变化，干燥温度越高，VC含量越低。由于热风干燥所需时间很长，VC的损失主要发生在最初的1 h内，而热风干燥时间一般都超过1 h，因此干燥温度是影响VC含量的最主要因素，干燥温度越高，VC损失率越高，所制得的胡萝卜片VC含量越低。

2.2.2 热风干燥所得胡萝卜的复水特性

复水试验结果表明，切片厚度、装载量不同的产品在复水速度和复水率方面没有显著差异。

热风干燥温度对于复水速率的影响见表3。

由表3可知，不同干燥温度下制得的胡萝卜片复水速率各不相同，干燥温度越高复水速率越小，复水性就越差。前10 min复水较快，随复水时间延长，复水速率逐渐下降。高温干制会造成制品内的一些不可逆变化，从而影响了复水速率和最终的复水率。

2.2.3 热风干燥所得胡萝卜的外观品质

（1）不同干燥温度下的胡萝卜干品感官品质评分。不同温度下胡萝卜干品感官品质评分见表4。

表3热风干燥温度对复水速率的影响/g·min-1

表4不同温度下胡萝卜干品感官品质评分/分

由表4可知，不同干燥温度下制得的胡萝卜片外观品质并没有很大差别，90℃下制得的胡萝卜品质与70℃制得的胡萝卜片品质差别不明显，只是前者干燥温度高，非酶褐变程度较大。热风干燥条件下胡萝卜出现的外观品质问题主要是胡萝卜片的卷曲，卷曲主要出现在含水量干燥到较少时发生，可通过增加切片厚度减少卷曲。所以，热风干燥下的胡萝卜片品质较好、得分较高。

切片厚度为2，4，6 mm的胡萝卜片经热风干燥后的成品外观品质没有显著差别，只是厚度大的卷曲程度较小。装载量对产品品质的影响也不明显，且热风干燥箱的装载量较大，试验所选的装载量都较箱体的容量小得多，所以装载量对产品的外形基本上没有影响。

2.2.4 热风干燥最佳参数的选取

综合以上分析，在试验选取的3个因素中，切片厚度对胡萝卜的品质影响不是很明显，4，6 mm时制得的产品卷曲较小，但6 mm时消耗能量过多，因此此单因素试验选择切片厚度为4 mm。装载量对产品的品质影响不大，该因素的3个水平（50，100，150 g）下产品外观品质基本没有区别，综合考虑选择100 g。因此，综合评分时以干燥温度作为主要依据。

为了综合评价不同干燥温度对干燥效果的影响，把各干燥温度下胡萝卜品质指标列于表4，为了便于比较，对各指标值进行加权平均处理：

热风干燥综合评分见表5。

表5热风干燥综合评分/分

由表5可知，指标选择为时间、能耗、外观、VC含量，这4个指标对胡萝卜的品质影响较大。从表5看出，通过对4个指标的综合评分得出了干燥温度参数的最佳值，为80℃。

3 结论

热风干燥是常规的蔬菜脱水方法，试验比较了不同干燥温度、切片厚度粒、装载量下胡萝卜热风干燥特性。结果表明，试验条件内对于胡萝卜品质影响最大的是温度。通过对干燥所耗时间、能耗、VC含量、外观品质综合评价，筛选得到最优参数为干燥温度80℃，切片厚度4 mm，装载量100 g。

[1]王希卓.果蔬加工技术[M].北京：中国农业科学技术出版社，2016：123-140.

[2]胡敏.新编营养师手册[M].北京：化学工业出版社，2016：73-86.

[3]张丽华.果蔬干制与鲜切加工[M].郑州：中原农民出版社，2016：93-102.

[4]曾庆孝.食品加工与保藏原理[M].第3版.北京：化学工业出版社，2015：153-160.

[5]王乐乐，安华明.HPLC测定刺梨果实中维生素C含量方法的优化[J].现代食品科技，2013（2）：397-400.

[6]谢奇珍，沈瑾，程岚.脱水蔬菜加工技术与设备[M].银川：宁夏少年儿童出版社，2010：96-120.◇

Multi-index Comprehensive Evaluation of Carrot Hot Air Drying

TIAN Yanjin1，HUANG Yuwen1，CAO Feifan1，WANG Chun1，LUO Lin1，2，*DING Qingzhi1，2
（1.School of Food and Bio-engineering，Jiangsu University，Zhenjiang，Jiangsu 212013，China；2.Minsitry of Agricalture Vegetable Dehydration Processing Technology Integration Base，Jiangsu University，Zhenjiang，Jiangsu 212013，China）

In order to study the effect of different factors on the drying characteristics of hot air，carrot is dried by hot air，the appearance quality of the dried carrot，rehydration time，save the amount of VC，energy consumption and other indicators are investigated.The results show that the optimal parameters of hot air drying of carrot：slice thickness 4 mm，loadage 100 g，dryingtemperatare 80℃.

carrot；microwave drying；hot air drying；energy conservation

TS255

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.05.008

1671-9646（2017）05a-0023-04

2017-04-22

江苏省博士后基金（1302013A，1501105B）；江苏省农产品物理加工重点实验室基金（JAPP2012-5）；江苏大学高级人才启动基金（10JDG031）；江苏高校优势学科建设工程资助项目（PAPD2012）；江苏省大学生创新创业训练计划项目（201613986009Y，201610299127H，201410299025Z）；江苏大学大学生科研立项（Y15A111）。

田宴巾（1998—），女，在读本科，研究方向为食品农产品快速无损检测技术开发与应用。

*通讯作者：丁青芝（1975—），女，博士，副教授，研究方向为酒类催陈、物理场在食品加工中的应用、生物活性成分的提取利用等。