菠萝蜜热泵干燥机理及工艺研究

石维善，李保国（上海理工大学食品科学与工程研究所，上海200093）

菠萝蜜热泵干燥机理及工艺研究

石维善，李保国*
（上海理工大学食品科学与工程研究所，上海200093）

摘要：进行热泵干燥菠萝蜜的的实验研究，通过单因素试验，分析了干燥温度和风速对菠萝蜜品质及营养成分的影响，并通过正交试验，确定菠萝蜜热泵干燥的最佳工艺参数。结果表明：在相对湿度为20%，物料尺寸为25（mm）× 15（mm）×2（mm），干燥温度为45℃，风速为3.5m/s时，VC损失量最小及感官品质最佳。试验表明物料大小，干燥温度与风速对菠萝蜜的干燥速率和干后品质有显著性的影响。

关键词：菠萝蜜；热泵干燥；相对湿度；风速

近年来，越南菠萝蜜种植面积不断扩大，产量不断提高，但由于对其深加工不够，造成菠萝蜜的腐烂。对其进行干燥加工，可以延长菠萝蜜的保质期。目前果蔬干燥方法有烘箱干燥、热风干燥、冷冻干燥等，选择一种适宜菠萝蜜的干燥方法，能最大限度地保存其营养品质，使其在干燥过程水分蒸发快，颜色变化少，VC含量得到最大限度的保存。目前菠萝蜜产业已成为越南热带经济的重要组成部分。但由于菠萝蜜的贮存、运输困难，限制了菠萝蜜出口的进一步发展[1]。

目前对于菠萝蜜干燥工艺相关的研究较少，特别是节能、环保的新的干燥技术。在国内有相关的研究者采用热风干燥法与真空冷冻干燥对菠萝蜜干燥的产品进行营养成分、色差等标准分析与研究[2-3]。国外学者在传统干燥技术上采用太阳能新技术对菠萝蜜进行研究[4]。但是对菠萝蜜的热泵干燥还没有相关的研究报道。

热泵干燥也是一种高效率节能的干燥方法，热泵干燥采用压缩法得到相对湿度低的干燥气流，在低温条件下进行物料干燥，它适合于蔬菜、水果干燥[5]。对黄花菜和胡萝卜的干燥实验表明，采用热泵干燥效果好，对物料的成分破坏少。经低温干燥处理的食品具有色、香、味及营养成分保存最佳，复水快、方便易食等特点，是高级营养品、快速方便食品的最佳加工方法[6]。

本文选用新鲜菠萝蜜作为试验材料，进行热泵干燥试验，以VC含量、色差、失水率和感官分析为指标，对菠萝蜜进行了热泵干燥工艺条件研究。

1　材料与方法

1.1试验材料

马来6号菠萝蜜从市场购买；草酸、抗坏血酸、

2，6-二氯靛酚钠从国药公司购买。

1.2试验设备

采用QS-500热泵干燥实验装置：上海绿原制冷设备有限公司；TQPWB-20001XA色差仪：北京新恒能分析仪器有限公司；FA1604电子天平：上海精密科学仪器有限公司。

1.3试验方法

菠萝蜜切成25（mm）×15（mm）×2（mm），30（mm）× 15（mm）×2（mm）和35（mm）×15（mm）×2（mm）3个水平的块状，90℃热水浸泡60 s以达到灭菌的目的。干燥试验前，采用烘箱法测算出菠萝蜜的平均含水率为80.30%，将预处理好的菠萝蜜放进热泵干燥实验装置中，设定好温度和风速，隔30min记录重量变化，按国标公式计算水分蒸发量，直到样品恒重为止。

1.4测定方法

1.4.1含水率测定

采用GB 5009.3-2010《食品安全国家标准食品中水分的测定》第一法进行测定[7]。

1.4.2VC含量的测定

按GB/T 6195-1986《水果、蔬菜维生素C含量测定法（2，6-二氯靛酚滴定法）》[8]。

1.4.3色差

用色差仪测定菠萝蜜表面的色泽（L，a，b），记录数据。CIELAB表色系统，是利用空间坐标L、a、b值表色。明亮度用L值表示，从大到小由白色向黑色渐变；色度指数用a，b值表示，a值由红色（正）向绿色（负）渐变；b值由黄色（正）向蓝色（负）渐变。L值越大越好，a、b值越接近初始值越理想。测定时，将测试头对准菠萝蜜的中央位置，按紧以避免测试头漏光，每个处理重复3次，取平均值[9]。

1.4.4干燥平均速率

菠萝蜜干燥前水分含量高，通过热泵干燥水分减少。

式中：G1为菠萝蜜干燥前的质量，g；G2为菠萝蜜干燥后的质量，g；h为干燥的时间，h。

1.4.5菠萝蜜感官评价

菠萝蜜干燥后，随机抽取10个鉴评员进行评价给分，评价标准按颜色、外观和香味，每项最高为100分，最终取平均值，如表1所示。

表1　菠萝蜜产品感官评定标准Table1　Sensory evaluation table of Jack fruitproduct

2　结果与分析

2.1单因素试验

2.1.1热泵干燥温度对含水率的影响

热泵干燥温度对菠萝蜜含水率的影响如图1所示。

图1　不同温度对菠萝蜜热泵干燥曲线的影响Fig.1　Effectof different drying tem perature on the drying cruve of jackfruitby pum p

温度对物料的干燥速率影响较大，温度越高越有利于水分的蒸发，这是由于温度升高时物料内部水分蒸发速率增大，物料的干燥速率就越大，干燥时间越短。温度越低时失水率的速度比较小，所用的干燥时间较长。从图1中可看出，当温度越高时，预热阶段时间缩短水分蒸发快。随后，水分开始大量蒸发与保持恒定，温度越高水分蒸发越多，菠萝蜜重量大幅度下降，直到菠萝蜜内部扩散慢于菠萝蜜表面的蒸发。此时，菠萝蜜表面形成干区，干燥速率开始下降，达到平衡干燥过程结束。温度为60℃含水率下降最大，需要的干燥时间最短，温度为40℃所需要的时间较长。且当温度每增加5℃，菠萝蜜干燥所需时间减少约30min。

从产品干燥速率、VC保留含量、颜色、香味、柔韧性和节能方面综合考虑，本试验选取45、50、55℃3个温度水平作进一步研究。

2.1.2热泵干燥风速对含水率的影响

图2为干燥风速对含水率的影响。

图2　不同风速对菠萝蜜热泵干燥曲线的影响Fig.2　Effectofdifferentw ind velocity on thedrying cruve of jackfruitby pump

从图2中看到，随着风速增加，物料含水率下降增加，干燥速率增大，干燥时间缩短。这是由于风速越大，对流传热传质效率提高，水分蒸发速率也随之上升，水蒸气随空气中迅速送到热泵干燥的冷凝系统，将湿空气中水分凝结排除，导致空气相对湿度显著下降，因此，干燥时间缩短。且风速每增加0.5m/s，菠萝蜜干燥所需时间减少约30min。

风速越高干燥时间越短，但当风速过高、去水速率较快时，产品的外观与品质影响较大，出现皱缩现象，颜色不均匀，VC含量损失大。风速越小菠萝蜜干燥品质越好，颜色接近新鲜菠萝蜜，但干燥时间长，耗能大。综合考虑，本试验选取3.5、4.0、4.5m/s3个风速作进一步研究。

2.2正交试验

在单因素试验的基础上，选择物料尺寸、干燥温度、干燥风速3个因素，每个因素取3个水平，以VC含量、失水率、感官评定作为评价指标，进行L9（34）正交试验。表2为菠萝蜜正交试验设计。

表2　菠萝蜜正交试验表Table 2　Jackfruitorthogonality com prehensive

续表2　菠萝蜜正交试验表Continue table 2　Jack fruit orthogonality com prehensive

从表2可看出，物料尺寸，温度与风速对菠萝蜜干燥速率、干燥后VC含量和感官有明显影响。各因素对菠萝蜜VC保留含量影响的大小依次为：物料尺寸＞温度＞风速。经统计分析得到最佳工艺为：菠萝蜜尺寸25（mm）×15（mm）×2（mm），温度为45℃，风速为3.5m/s。在此条件下菠萝蜜干燥后VC含量最高为3.73mg/100 g。这是由于在干燥过程，菠萝蜜VC含量的损失的主要原因为：菠萝蜜中还原型VC被氧化造成的，物料尺寸和温度对菠萝蜜的VC降解速度影响较大，物料表面积与热空气接触越大，温度越高，其有氧降解速度加快，最终导致VC含量损失越大[11]。风速对菠萝蜜VC保留含量影响较小，这是因为本试验采用循环气流没受到外界环境氧气的影响。

表2结果表明，各因素对菠萝蜜干燥速率影响从主到次依次为：温度，风速，物料尺寸。经统计分析得到最佳干燥工艺为：菠萝蜜尺寸为25（mm）×15（mm）× 2（mm），温度为55℃，风速为4.5m/s。感官评定从色差、外形和香味3个标准评分，经极差分析表明，各因素对菠萝蜜感官评定影响大小依次为：温度，风速，物料尺寸。经过计算分析得到：最佳工艺条件为菠萝蜜尺寸为25（mm）×15（mm）×2（mm），温度为45℃，风速为3.5m/s。在温度低风速小的条件下，菠萝蜜干燥后色差变化小，颜色均匀，表面平整，不干裂，组织破坏程度小。当高温高风速时，菠萝蜜干燥后产品表面皱缩，颜色出现褐变。这是由于高风速条件下，干燥速率太快，导致物料变形；菠萝蜜糖含量较高，在高温条件干燥，糖分易发生颜色褐变所致[10]。

3　结论

本文通过对菠萝蜜热泵干燥试验研究得到：在热泵干燥过程中物料尺寸越小、温度越高、风速越大菠萝蜜水分蒸发速率越快，干燥所需时间越短。但随着温度、风速升高与物料尺寸越大，菠萝蜜色差变化越大，感官评价越差；与此同时温度和风速越大，菠萝蜜VC含量损失也越大。

通过对试验结果综合评定得到：在物料尺寸为：25（mm）×15（mm）×2（mm）、温度：45℃、风速：3.5m/s条件下，VC含量保留率可达50.12%，感官评价最好。在物料大小：25（mm）×15（mm）×2（mm），温度：55℃，风速：4.5m/s条件下，干燥速率最大。本试验因为热泵干燥条件所限，设计的装载量较少，所以试验中没有考察装载量参数的影响，相对湿度对干燥速率和产品品质影响也未考虑，这些有待进一步研究。

随着对生物物料干燥质量要求的提高，农产品的低温干燥是发展趋势。低温干燥能较好地保持其色、香及营养、质构，对保证生物物料的干燥品质具有重要意义。热泵干燥能满足上述的要求。菠萝蜜热泵干燥，温度低，时间短，干燥产品后能保持其原有风味，是一种较好的休闲营养食品，因此热泵干燥菠萝蜜有着良好的市场前景。

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[8]国家标准局.GB/T 6195-1986水果,蔬菜维生素C含量测定法（2，6-二氯靛酚滴定法）[S].北京:中国标准出版社,1986

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[11]焦凌霞,高愿军.温度对猕猴桃VC降解途径与速度影响的研究[J].安徽农业科学,2006,34(12):2847-2850

[12]翁霞,苏字,田蕴婷.正交实验法优化胡萝卜素的提取工艺[J].食品研究与开发,2011,32(6):64-66

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.22.026

收稿日期：2014-06-10

基金项目：上海市教委科研创新项目（14ZZ133）；上海市教委产学研——助推计划（ZB1307LG）

作者简介：石维善（1988—），男，越南留学生，在读硕士生，研究方向：食品干燥加工。

*通信作者：李保国（1961—），男，博士，教授，博士生导师。

Jack fruit Heat Pump Drying M echanism and Process Research

THACH Duy-thien，LIBao-guo*
（Institute of Food Scienceand Engineering，University of Shanghaifor Science and Technology，Shanghai 200093，China）

Abstract：In this study，the experimental research of heat pump drying jackfruitwas carried out.Through the single factor experiment，the influence of drying temperature and wind speed on the quality and nutritional components of jackfruitwere analyzed，and the optimal process parameters of the heat pump drying jackfruit were determined by orthogonal experiment.The results showed thatwhen the relative humidity was 20%，drying temperature at45℃，and thewind speed 3.5m/s，material size 25（mm）×15（mm）×2（mm），the nutritional components and vitamin C of jackfruitwere minimized loss.The effect ofmaterial size，drying temperatureandwind speed on thequality and drying rate of Jackfruitwere significant.

Key words：jackfruit；heatpump drying；relative humidity；wind velocity