荔枝果实热风干燥特性研究

高志强沈夏筠林育钊林河通

(1.漳州职业技术学院食品工程学院，福建 漳州 363000；2.福建农林大学食品科学学院，福建 福州 350002；3.亚热带特色农产品采后生物学福建省高校重点实验室，福建 福州 350002)

引言

荔枝(Litchi chinensis Sonn.)属于无患子科，是我国南方特色的热带、亚热带水果[1-4]。由于荔枝果实含有较多的营养成分，如有机酸、糖分、抗氧化物质等，因此具有较高的商业价值和食用价值[5-7]。然而，荔枝果实成熟和采收于高温高湿的季节，采后生理代谢较为旺盛，极易发生果实腐烂、果皮褐变等症状，这不利于荔枝果实采后贮藏、远距离运输及销售[1,2,9,10]。鉴于荔枝果实采后不耐贮藏，荔枝常被加工成不同产品[3,11,12]，其中以荔枝干为最普遍的、最主要的加工产品，约占其加工产品的80%以上[11]。

目前，市场上的荔枝干大多由农户自己生产并进行加工，技术水平参差不齐，致使荔枝果实的产品质量较差，不利于形成较大的商业竞争力，因此对荔枝果实干燥加工技术的优化和发展具有重要现实意义。本研究以“乌叶”荔枝果实作为试验材料，针对不同热风温度、热风风速及装载量对荔枝果实的热风干燥特性(干基含水率、干燥速率)的影响进行研究；并对这3个不同的参数进行工艺优化，最终得到最佳的工艺组合，旨在促进荔枝果实的加工产业化发展，并提供理论参考和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以采收自福建省漳州市龙海九湖荔枝园的八成熟“乌叶”荔枝作为试验材料，采收当天运至实验室(福州)，置于冷库(5℃)中贮藏。在试验时，挑选大小一致、色泽相近、无病虫害、健康的荔枝果实进行后续试验。经测定得知，新鲜荔枝果实的干基含水率为4.0kg·kg-1。

1.2 仪器与设备

BSA224S型电子天平，赛多利斯科学仪器(北京)有限公司；6LH-70型果蔬烘干干燥机，福建安溪佳友机械有限公司；DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司。

1.3 试验设计

荔枝果实热风干燥特性试验设计是在参考相关文献[13-16]的基础上进行的研究。

1.3.1 不同热风温度时荔枝果实的热风干燥特性

以2m·s-1的干燥风速、5.0kg·m-2的装载量为条件，分别用干燥温度为70℃、80℃、90℃对荔枝果实进行干燥，每隔1h对荔枝干进行称重。

1.3.2 不同热风风速时荔枝果实的热风干燥特性

以80℃的干燥温度、5.0kg·m-2的装载量为条件，分别用干燥风速为1m·s-1、2m·s-1、3m·s-1对荔枝果实进行干燥，每隔1h对荔枝干进行称重。

1.3.3 不同装载量时荔枝果实的热风干燥特性

以80℃的干燥温度、2m·s-1的干燥风速为条件，分别以装载量为2.5kg·m-2、5.0kg·m-2、7.5kg·m-2对荔枝果实进行干燥，每隔1h对荔枝干进行称重。

1.3.4 荔枝果实干燥工艺优化

以上述荔枝热风干燥特性研究结果为基础，设计L9(34)正交试验，研究上述3个工艺参数的优化试验，以期得出最佳的工艺组合。具体的因素和水平如表1所示。

表1 热风干燥工艺正交试验因素与水平表

1.4 测定方法

1.4.1 荔枝果实水分含量的测定

荔枝果实的含水量测定参考GB/T 5009.3-2003[17]。为方便试验数据的进一步分析，本研究统一用荔枝果实干基含水率表示。

1.4.2 干燥速率的测定

荔枝果实的干燥速率的测定参考王绍青[13]和Falade等[18]的方法。

根据公式(1) 进行计算荔枝果实的干燥速率。

(1)

式中，U为荔枝果实干燥速率,g·g-1·h-1；ΔM为相邻两次测定的荔枝果实干基含水率，%；Δt为相邻两次测量的时间间隔，h。

另外，平均干燥速率定义为干燥前后荔枝果实质量差与所消耗干燥时间的比值，单位为g·h-1。

1.5 数据处理

运用数据分析软件(SPSS 16.0)对所得数据进行方差分析(ANOVA)，运用Ducan多重比较法进行分析所得数据的显著差异水平。

2 结果与讨论

2.1 热风温度对荔枝热风干燥特性的影响

从图1a可知，不同热风温度下的荔枝果实干基含水率随着热风干燥时间的延长而不断降低。在热风干燥20h时，热风温度为70℃、80℃、90℃的荔枝果实干基含水率分别为0.79kg·kg-1、0.61kg·kg-1、0.50kg·kg-1。进一步比较可知，热风温度越高，荔枝果实干基含水率的下降越快，这可能是由于温度的上升导致空气中相对湿度的减小，荔枝果实和空气之间的温度差(热推动力)及湿度差(传质推动力)不断加大，进而提高干燥速率[19]。此外，比较整个热风干燥过程，80℃和90℃热风温度下的荔枝果实干基含水率下降趋势并无显著差异，见图1a。

从图1b可发现，荔枝果实在不同热风温度下的热风干燥过程均属于降速干燥阶段，无恒速干燥阶段。在热风干燥前期，由于荔枝果实表面水分含量较大、含湿量较高，果实表面和空隙内的非结合水能较快被除去，因此这部分水能较为快速地从荔枝果实内部迁移到果实表面，接触到热风之后即可快速汽化，最终加快热风干燥速率[13]。然而，随着热风干燥进程的推移，荔枝果实中的非结合水已大部分被除去、果实含湿量大幅度降低，使得在热风干燥后期去除的是果实中与化合物紧密结合的结合水。另外，荔枝果实含湿量的减少将减缓果实内部水分向表面迁移的速率，阻碍水分的散失，降低热风干燥速率，最终导致荔枝果实在不同热风温度下的干燥后期，其果实干燥速率无明显差异，见图1b。

图1 不同热风温度对荔枝果实干基含水率(a)与干燥速率(b)的影响

2.2 热风风速对荔枝热风干燥特性的影响

从图2a可知，不同热风风速下的荔枝果实干基含水率随着热风干燥时间的延长而不断下降。在热风干燥20h时，热风风速为1m·s-1、2m·s-1、3m·s-1的荔枝果实干基含水率分别为0.78kg·kg-1、0.61kg·kg-1、0.59kg·kg-1。进一步比较可知，热风风速越快，荔枝果实干基含水率的下降越快，这可能是因为风速的提高降低了空气中的含水量，从而加大荔枝果实与空气之间的湿度差，进而促进干燥速率的升高。此外，比较整个热风干燥过程，对于荔枝果实干基含水率的下降，在热风风速为2m·s-1和3m·s-1的条件下并无显著差异，见图2a。

由图2b发现，在3种不同的热风风速下，荔枝果实的干燥过程均属于降速阶段，即荔枝果实的干燥速率随着热风干燥的不断进行而不断下降。在热风干燥前期，较快的风速能更好地带走荔枝果实表面的水分，同时降低了果实表面的传热、传质的边界层的厚度，这将有利于对荔枝果实的干燥，进而提升热风干燥速率；然而，随着果实水分的不断散失，致使热风干燥后期的果实干燥速率下降，即不同热风风速条件下的荔枝果实干燥速率无显著差异，见图2b。

图2 不同热风风速对荔枝果实干基含水率(a)与干燥速率(b)的影响

2.3 装载量对荔枝热风干燥特性的影响

从图3a可知，不同装载量下的荔枝果实干基含水率随着热风干燥时间的延长而不断下降。在热风干燥20h时，装载量为2.5kg·m-2、5.0kg·m-2、7.5kg·m-2时，荔枝果实的干基含水率分别为0.78kg·kg-1、0.61kg·kg-1、0.59kg·kg-1。进一步对比可知，随着荔枝果实装载量的增加，荔枝果实间隙减小，这阻碍了果实水分向空气迁移；另外，又由于荔枝装载量增多所致的相对湿度上升，导致荔枝果实干基含水率下降慢、干燥时间延长。

从图3b可知，3种不同装载量的荔枝果实干燥过程均处于降速阶段，即荔枝果实干燥速率不断下降。荔枝果实装载量越小，则荔枝果实与空气接触的面积增大，进而促进热传递、加快荔枝果实干燥速率。

图3 不同装载量对荔枝果实干基含水率(a)与干燥速率(b)的影响

2.4 荔枝热风干燥加工工艺参数优化

荔枝果实的热风干燥工艺优化结果见表2。极差分析(直观分析)是以每个因素的平均极差作为基础，进而找到确定影响指标的重要因素，最终找到因素水平的最佳组合。由极差分析结果可知，影响荔枝果实平均干燥速率的各因素主次顺序为热风温度(A)>装载量(C)>热风风速(B)，即热风温度对荔枝果实平均干燥速率的影响最大，装载量次之，而热风风速对荔枝果实平均干燥速率的影响最小，且最佳的组合是A3B3C2。此外，由表3可得，FA(2,2)=68.548>F0.05(2,2)=19.000，FB(2,2)=7.462F0.05(2,2)=19.000，由此可得，热风温度与装载量都能显著影响荔枝果实的热风干燥速率，所以这2个因素为主要因素；然而，热风风速对荔枝果实热风干燥速率的影响不显著，所以这一因素为次要因素。

因此，荔枝果实热风干燥最佳组合：热风温度90℃、装载量5kg·m-2和风速3m·s-1，能使得荔枝果实在干燥过程中具有较快的干燥速率。

表2 热风干燥工艺的正交试验设计及结果

表3 热风干燥工艺的正交试验方差分析

3 结论

本文研究了荔枝果实在不同热风风速、热风温度和装载量下的干燥特性(干基含水率和干燥速率)的影响。试验结果表明，较低的装载量、较高的热风温度和热风风速能有效促进荔枝果实热风干燥速率。此外，通过对上述3个因素的正交试验分析可知，当热风温度为90℃、装载量为5kg·m-2、热风风速为3m·s-1时，荔枝果实具有最佳的干燥速率。