魔芋片热风对流干燥速率影响因素

2012-12-02耿敬章张志健李新生孙海燕惠睿张富全

食品研究与开发 2012年9期

耿敬章，张志健，*，李新生，孙海燕，惠睿，张富全

（1.陕西理工学院生物科学与工程学院，陕西汉中 723000；2.陕西省资源生物重点实验室，陕西汉中 723000；3.勉县锦泰实业有限公司，陕西汉中 723000）

魔芋（Konjac，eleplant-foot yam）属于天南星科魔芋属（Amorphophallus Blume）植物，广泛种于亚洲、非洲和亚热带地区[1-2]。我国是盛产魔芋的主要国家之一，对魔芋的栽培与利用具有悠久的历史。目前魔芋工业化加工主要是提取葡甘聚糖（Konjac glucomannan，KGM），其商品名为魔芋精粉。虽然魔芋精粉的加工方法很多，但主要可归为干法和湿法两类，且目前国内90%以上的鲜魔芋采用干法加工[3-4]。魔芋精粉干法加工即先将鲜魔芋加工干燥成魔芋片、条，再经过多道研磨提取精粉。目前制约魔芋精粉加工发展的主要问题是魔芋在干燥过程中出现褐变、黑心、焦糊、干湿不匀等，以及魔芋干燥能耗很大，这些问题的发生均与干燥工艺有关，如干燥温度、干燥时间、干燥介质流量（速）等。为了能更好解决这一实际问题，本文对魔芋片在对流干燥过程中干燥速率的变化规律及干燥介质流量（速）对其的影响进行分析探讨。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

魔芋：属花魔芋，产于陕西汉中，由勉县锦泰实业有限公司提供。

1.1.2 仪器

DHG-9055A电热鼓风干燥箱：上海一恒科技有限公司；AL204电子天平（分度值0.0001 g）：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；温度计、湿度计、热风机等。

1.2 实验方法

鲜魔芋经清洗去泥后，切成1 mm～2 mm厚的薄片，称重后置于干燥箱网盘上，在一定温度（实验取70、80、90、100、110 ℃）、一定通风量下进行恒温干燥，每隔5分钟称重一次，直到芋片趋于恒重。同时做3个平行样，取其平均值。按鲜魔芋含水率为86%（实测值）计算魔芋片干基含水率（g/g）。关于通风量对魔芋片干燥影响的研究，先在热风干燥箱自然通风情况下进行实验，然后在热风干燥箱进风口用热风机加大通风量进行实验。

通常干燥速率被定义为：单位时间内单位干燥面积上的水分蒸发量，kg/（m2·s）[5]。由于魔芋片干燥面积难以准确测量，故这里将干燥速率定义为：单位时间内单位质量物料所蒸发的水分量，kg/（kg·s），且物料质量采用测定点芋片的总质量，即平衡质量。

通常干燥速率曲线是指物料干燥速率与物料干基含水量的关系曲线。由于在干燥过程中，物料干基含水量随干燥时间而变，且成对应关系，为方便比较，这里给出的是物料干燥速率与干燥时间的关系曲线。这并不影响干燥曲线的变化趋势和对问题的分析。

2 结果与分析

2.1 魔芋片对流干燥速率变化趋势

按1.2试验方法进行实验，所得不同干燥条件下芋片干基含水量随时间变化的比较如图1、图2及表1所示。

图1和图2分别为不同干燥介质流量下各实验温度的干燥速率曲线，表1为不同干燥条件下芋片干基含水量随时间变化的情况，其值与各图横坐标时间点相对应。

从图1和图2可以看出，魔芋片在对流干燥过程中，干燥速率的变化具有明显的三段式特征，即预热段、恒速干燥段和降速干燥段。

2.2 温度对魔芋片对流干燥速率变化的影响

从图1、图2和表1可以看出，干燥温度对干燥速率变化具有明显的影响，并表现出一定的规律性，即随着干燥温度的升高，干燥速率增大，恒速干燥期缩短，降速干燥速率下降加快（曲线变陡），第一临界水分含量增大。80℃和90℃的差异不大，特别在恒速干燥期。分析认为，随着干燥温度的升高，芋片表面水分蒸发速率加快，并在相对较短的时间内超过内部水分向外转移的速率，使芋片表面开始干枯，从而导致上述结果。因此，认为魔芋片对流干燥温度不宜过高，否则易出现外焦内湿，产生黑心片及焦糊现象。但当干燥温度在110℃时，干燥速率有所下降（低于100℃），第一临界水分含量降低，且为所有实验温度中最低者。

表1 不同干燥条件下芋片干基含水量随时间变化的比较Table 1 Drying conditions Konjac Slices of moisture content changes with time kg/kg

因此，认为110℃为魔芋片对流干燥的最佳温度。

2.3 干燥介质流量对魔芋片对流干燥速率变化的影响

按1.2试验方法进行实验，所得干燥介质流量对魔芋片对流干燥速率变化的影响如图3～图7所示，为各实验温度下不同干燥介质流量（即风量）时芋片干燥速率曲线比较。

由图3～图7可知，各实验温度下不同干燥介质流量（即风量）时芋片干燥速率曲线，可以明显看出，在各实验温度下，加大干燥介质流量使芋片预热和恒速干燥速率增大，降速干燥速率下降速度加快（曲线变陡）。分析认为，芋片表面干燥介质（空气）流速增大，会加快芋片表面水分蒸发，从而加快了芋片干燥速率。在相对较低的温度（90℃及以下）时第一临界水分含量减小，而在较高温度下（100℃和110℃）时第一临界水分含量增加，但在110℃时增加量很小。这可能是在相对较低的温度下，虽然加大风量加快了芋片表面水分蒸发，但由于温度相对较低，芋片表面水分蒸发的总速度增加并不是很大，从而使恒速干燥期维持较长时间，使第一临界水分含量降低。而在相对较高的温度下，芋片表面水分蒸发总速度较大，使恒速干燥期缩短，导致第一临界水分含量增大。

从同温度不同风量比较来看，在100℃以下，增大干燥介质流量对缩短干燥时间的贡献不是很大（约5 min），但对第一临界水分含量的降低程度贡献较大。不过110℃时增大干燥介质流量对缩短干燥时间和降低第一临界水分含量的作用都不是很大。但从表1可以看出，在110℃时，不论干燥介质流量是否增大，第一临界水分含量最低，且到达此临界点的时间最短。因此，认为110℃是魔芋片对流干燥的最佳温度，且不需要太大的通风量。