香菜的平衡含水率测定试验研究

赵　昆，赵士杰，滕竹竹

(内蒙古农业大学 机电工程学院，呼和浩特　010018)



香菜的平衡含水率测定试验研究

赵昆，赵士杰，滕竹竹

(内蒙古农业大学 机电工程学院，呼和浩特010018)

摘要：利用DL104型电热鼓风干燥箱试验装置,采用静态法分别测得香菜在温度为25℃和35℃、相对湿度为10%～95%范围内的解吸和吸湿平衡含水率数据,绘制了相应的香菜解吸和吸湿等温线，分析了温度和环境相对湿度对香菜平衡含水率的影响，确定了香菜干制品的安全贮藏条件。结果表明：香菜的平衡含水率存在吸湿“滞后”现象；环境相对湿度比温度对香菜平衡含水率的影响更大；当香菜样品干基含水率大于50%时，出现霉变现象；当环境相对湿度大于60%时，霉变现象严重。

关键词：香菜；吸湿；解吸；平衡含水率

0引言

香菜是人类历史上应用最早的芳香蔬菜之一，是佳肴美馔中不可或缺的重要调味料[1]。市场上对香菜的需求量很大，但由于香菜含的水分较多，质地柔软,极易腐败变质而不容易贮藏。一年四季中，香菜的产量并不均衡，淡旺季明显，且市场售价相差很大。因此，在旺季时将香菜进行干制并保存，能够缓解供需矛盾。

在香菜的干燥过程中，平衡含水率是一个重要的影响参数，它不仅能决定香菜在给定试验条件下所能干燥的最低含水量，而且直接影响了香菜的干燥速率，同时对香菜干制品的储存期也有重要影响。本试验通过对香菜的解吸和吸湿平衡含水率的测定，获得了解吸和吸湿平衡含水率数据，分析了温度和环境相对湿度对平衡含水率的影响规律，为确定香菜干燥和安全贮藏条件提供依据和试验参考。

1平衡含水率的原理

香菜长时间放置在一定的温度和湿度下，其表面必然会有水蒸气分压力，香菜体内的水分和周围空气的相互作用有两种方向可以进行：一是如果香菜周围的空气干燥、环境相对湿度较低，即香菜表面的水蒸气分压力P1大于周围的空气水蒸气分压力P2，那么香菜体内的水分就会向空气中蒸发，从而减少了自身的含水量，这一过程称为解吸作用；二是如果香菜周围环境相对湿度较高，即香菜表面的水蒸气分压力P1小于周围的空气水蒸气分压力P2，那么香菜就会从周围的空气中吸收水分，从而增加自身的含水量，这一过程称为吸湿作用[2]。若香菜周围空气的温度和环境相对湿度为定值，无论是P1>P2，还是P1

香菜中的水分大致可以分为3部分，分别是毛细管中的游离水、细胞内的结合水及与香菜内部结构结合紧密的化合水。只有部分结合水和游离水才能被微生物利用而发生各种化学反应，这部分水被称为有效水分，可用水分活度(Water Activity，Aw)来表示。当香菜处于动力学平衡状态时，水分活度×100=环境相对湿度[4]，此时可以用环境相对湿度来代替水分活度。通过试验可以得到香菜样品在不同环境相对湿度和不同温度下的平衡含水率，在以香菜样品的平衡含水率(Me)和环境相对湿度为坐标轴的坐标上绘制出的关系曲线称为香菜平衡含水率等温线。若动力学平衡状态是由香菜样品通过水分蒸发而达到的，称为香菜解吸等温线；若动力学平衡状态是由香菜干制品通过吸收周围环境中的水分而达到的，称为香菜吸湿等温线。

2试验的材料和设备

2.1　试验材料

选择呼和浩特市当地市场上颜色翠绿、香味浓烈、株高整齐的新鲜香菜，一般初始含水率在89%～92%之间。

试验时所用到的化学试剂包括LiCl、CH3COOK、MgCl2、K2CO3、Mg(NO3)2、CuCl2、NaCl-KCl、KNO3。用这些化学试剂配置成不同温度下的饱和盐溶液，放在密封玻璃罐中，试验时样品周围的环境相对湿度就是由各种饱和盐溶液在不同温度的环境下产生的饱和蒸汽对应的空气相对湿度来控制的。

2.2　仪器设备

2.2.1电热鼓风干燥箱

本试验使用天津市实验仪器厂生产的DL104型电热鼓风干燥箱，可调温度范围是0～300℃。试验时，将存有饱和盐溶液的玻璃密封罐放置在电热鼓风干燥箱的搁板上，并利用此装置来保持恒定的。

2.2.2电子天平

本试验使用BT223S型电子天平，由赛多利斯精密仪器有限公司生产，可调量程为0～220g，精度为0.001g。

其它辅助的工具有网状托盘、托盘支架、玻璃密封罐、刀具、镊子、直尺及盘子等。

3试验方法

3.1　初始含水率的测定[5-6]

采用直接干燥法来测定香菜样品的初始水分含量，具体步骤如下：

1)将洁净的网状托盘放置在95～105℃的电热鼓风干燥箱中，每加热0.5h后，取出称重；直至相邻两次的称重变化量小于0.002g时，即视为恒重，停止此操作。

2)用清水将香菜清洗干净，先除去根部及其残叶、烂叶等部分，再等水分沥干后，将香菜试样切成约20～30mm的段状。把切好的香菜样品均匀地铺在网状托盘内，在电子天平上称取10份各10g重的样品。开启DL104型电热鼓风干燥箱，将其温度调至95～105℃，当温度升至调定值时，将香菜试样放到电热鼓风干燥箱内的网状搁板上开始烘干；2h后分别取出香菜样品称其质量，之后每半小时取出样品称量1次，重复此操作；当相邻两次的称重变化量小于0.002g时，视为恒重，停止烘干。

3)计算出上述10份试样的恒重平均值，并根据以下公式计算出香菜的初始湿基含水率[7]，则

式中W—试样湿基含水率(%)；

M1—试样干燥前的质量(g)；

M2—试样干燥后的质量(g)。

最后得出：用于35℃解吸平衡含水率测定试验香菜样品的初始湿基含水率为89%；用于35℃吸湿平衡含水率测定试验香菜样品的初始湿基含水率为90.78%；用于25℃解吸平衡含水率测定试验香菜样品的初始湿基含水率为92.04%；用于25℃吸湿平衡含水率测定试验香菜样品的初始湿基含水率为90.62%。

3.2　香菜解吸平衡含水率的测定方法

本试验采用静态法[8]测定香菜的平衡含水率，用密闭条件下各种饱和盐溶液在不同温度的环境下产生的饱和蒸汽所对应的空气相对湿度作为香菜试样周围的环境湿度。通过让香菜样品处于一定温度和相对湿度的环境中，使其水分达到动力学平衡状态。先配制9种饱和盐溶液，溶液的体积不小于整个密闭玻璃罐体积的1/3，溶液中的盐晶体不少于溶液的1/5；加盖密封好后，置于电热鼓风干燥箱的网状搁板上，停放24h以上，使玻璃密封罐内的相对湿度达到平衡；然后称取9份质量均为10g的香菜样品，将其均匀地平铺在自制的不锈钢网状托盘中，并通过托盘支架分别悬挂于玻璃密封罐中；每隔24h分别取出试验样品称量1次，当相邻两次的称重变化量小于0.002g时，则认为达到动力学平衡状态，计算出的含水率即为香菜样品的解吸平衡含水率。

3.3　香菜吸湿平衡含水率的测定方法

首先称取9份质量均为10g的香菜样品，将其均匀地平铺在自制的不锈钢网状托盘中，然后放置于电热鼓风干燥箱的网状搁板上进行烘干，温度设定为95～105℃，每隔1h取出试验样品称量1次；当相邻两次的称重变化量小于0.002g，停止干燥，并记下此时香菜干制品的质量；将烘干好的香菜干制品放在网状托盘上，并悬置于玻璃罐中，然后将其放在鼓风干燥箱的搁板上进行香菜吸湿平衡含水率的测定试验，其余与香菜解吸平衡含水率的测定方法相同。

3.4　平衡含水率的测定条件

本试验的温度条件设定为25℃和35℃两个温度，环境相对湿度由400mL左右的饱和盐溶液来控制，9种饱和盐溶液在两种温度下所对应的相对湿度如表1所示[9]。

4试验结果与分析

4.1　香菜的解吸与吸湿等温线

香菜分别在25℃与35℃时的解吸和吸湿平衡含水率测定结果如表2和表3所示。通过试验过程中仔细观察发现：在进行平衡含水率测定试验中，当环境相对湿度为83%～93%时，香菜鲜品试样与干制品试样均未达到平衡含水率测定标准就已经发生严重霉变，失去了继续进行测定试验的实际意义，所以表2和表3中没有该范围内的平衡含水率值；同时，在香菜试样环境相对湿度相同的条件下，香菜鲜品比香菜干制品较早的发生霉变。

表1　各种饱和盐溶液在不同温度下所对应的环境相对湿度值

表2　香菜在25℃测得的解吸和吸湿平衡含水率值

表3　香菜在35℃测得的解吸和吸湿平衡含水率值

续表3

根据测定试验得出的香菜解吸和吸湿平衡含水率数据，利用软件Origin8.0对数据进行分析和整理后，绘制出香菜分别在25℃和35℃时的解吸和吸湿等温线，如图1和图2所示。

图1　香菜在25℃时的平衡含水率曲线

图2　香菜在35℃时的平衡含水率曲线

4.2　温度和环境相对湿度对平衡含水率的影响

对比图1、图2可以看出：无论是25℃还是35℃，随着环境相对湿度的增大，香菜样品解吸和吸湿的平衡含水率值也随着变大，即解吸和吸湿等温线成上升趋势；但在相同的温度和环境相对湿度条件下，香菜吸湿平衡含水率值比解吸平衡含水率值小，即香菜吸湿平衡含水率曲线在解吸平衡含水率曲线之下，这被称为吸湿“滞后”现象，且与普通农产品所具有的吸湿平衡含水率“滞后”现象[10-13]是一致的。

这种“滞后”现象在不同的环境相对湿度时表现不同，从整体趋势上看，其在高相对湿度区间比在低相对湿度区间表现得更加明显，具体是在40%～70%相对湿度范围内，滞后现象显著。

因此，如果使用香菜平衡含水率数据，应该明确是使用吸湿平衡含水率数据还是解吸平衡含水率数据。实际上，解吸平衡含水率是用于研究香菜干燥特性的，而吸湿平衡含水率是用于研究香菜干制品安全储藏时吸水特性的。

“滞后”现象表明：如果香菜经过干燥加工后又重新吸收了水分，那么要想使香菜干制品达到和香菜鲜品一样的平衡含水率，就必须给它提供更高的相对湿度环境，即在相等的平衡含水率条件下，解吸的相对湿度小于吸湿的相对湿度[14]。

图3和图4分别绘制了不同温度下香菜样品的解吸与吸湿平衡含水率曲线。

对比图3、图4可以看出：在一定的环境相对湿度条件下，吸湿平衡含水率和解吸平衡含水率都随温度的升高而降低，并且解吸平衡含水率随温度的变化更加明显；而在一定的温度条件下，吸湿平衡含水率和解吸平衡含水率都随环境相对湿度的升高而增大，但在不同的环境相对湿度区间内，平衡含水率的变化程度不一样。例如，在10%～40%环境相对湿度区间内，香菜平衡含水率变化比较平缓；而在40%～80%区间内，随着环境相对湿度的增大，香菜平衡含水率也迅速升高。比较而言，环境相对湿度比温度对香菜平衡含水率的影响更大。

图3　香菜的解吸平衡含水率曲线

图4　香菜的吸湿平衡含水率曲线

4.3　香菜的安全贮藏条件

香菜在贮藏的过程中，如果外在环境条件控制不当就容易腐败变质，常见的现象如发生霉变，而这些主要是由微生物的作用引起的。香菜除了含有一定的水分外，还含有丰富的铁、蛋白质、脂肪和各类维生素等营养物质[15]，这就为微生物的生长、繁殖提供了良好的物质环境。微生物的生长、繁殖与其周围环境相对湿度有密切关系。一般而言，低的环境相对湿度可以抑制微生物的生长。其中，对物料储存危害最大的微生物能够生长、繁殖的最低环境相对湿度是61%[16]。

影响微生物生长的另一个主要因素是温度，最适宜微生物生长、繁殖的温度区间是25～37℃。在此温度范围内，微生物的生长活动能力随温度的升高而增强[2]。一般而言，较低的温度能够在一定程度上抑制微生物的活动，所以低温保存是一个有效延长物料贮藏期的方法。

本试验研究香菜在25、35℃和不同环境相对湿度条件下的贮藏情况。从图1～图4中可以看出：在环境相对湿度40%～80%区间内，随着环境相对湿度的增大，香菜的平衡含水率也迅速升高；而对物料储存危害最大的微生物能够生长、繁殖的最低环境相对湿度是61%，如果贮藏环境的相对湿度在此区间，那么香菜干制品就会迅速吸收大量水分而导致腐败变质。通过在香菜平衡含水率测定试验中仔细观察发现：当香菜样品干基含水率大于50%时，出现霉变现象；当环境相对湿度大于60%时，霉变现象变得严重。因此，香菜干制品应该贮藏在环境相对湿度低于50%的条件下。

5结论

1)在同一环境相对湿度和温度条件下，香菜吸湿平衡含水率值比解吸平衡含水率值小，即存在吸湿“滞后”现象，并且在40%～70%相对湿度范围内，滞后现象显著。

2)在一定的环境相对湿度条件下，吸湿平衡含水率和解吸平衡含水率都随温度的升高而降低；而在一定的温度条件下，吸湿平衡含水率和解吸平衡含水率都随环境相对湿度的升高而增大；但在10%～40%环境相对湿度区间内增幅较小，而在40%～80%区间内，增幅较大。通过比较发现：环境相对湿度比温度对香菜平衡含水率的影响更大。

3)当香菜样品干基含水率大于50%时，出现霉变现象；当环境相对湿度大于60%时，霉变现象严重。因此，香菜干制品贮藏环境的相对湿度应控制在50%以内。

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Experimental Study on Determination of Equilibrium Moisture Content of Coriander

Zhao Kun, Zhao Shijie, Teng Zhuzhu

(College of Mechanical and Electrical Engineering of Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China )

Abstract：In this paper, moisture absorption and desorption equilibrium moisture content of coriander were measured by the static method and the testing device of the DL104 type electric heating and air drying box while the environmental relative hu- midity changed from 10% to 95 % and the temperature was at different values such as 25℃and 35℃.The moisture desorption and absorption isotherms of coriander were plotted, the effects of temperature and environmental relative humidity on the equi- librium moisture content of coriander were analyzed and the safe storage condition of dried coriander was determined. The rus- ults show that the equilibrium moisture content of coriander exists moisture absorption "lagging" phenomenon, the envir-onmental relative humidity has more important influence than temperature on the equilibrium moisture content of corian- der, the mildew phenomena will appear when the dry base moisture content of the sample was greater than 50% and the mil- dew phenomena will become serious when the environmental relative humidity is greater than 60%.

Key words：coriander; moisture absorption; moisture desorption; equilibrium moisture content

中图分类号：S313

文献标识码：A

文章编号：1003-188X(2016)08-0131-05

作者简介：赵昆(1988-),男，河南新乡人，硕士研究生，(E-mail) 18048321928@163.com。通讯作者：赵士杰(1956-)，男，内蒙古固阳人，教授，硕士生导师，(E-mail)nmzsj@126.com。

基金项目：国家自然科学基金项目(31260409)

收稿日期：2015-06-26