无核紫葡萄干燥特性及其总酚含量变化研究

王 强，邓朝芳，任彦荣，蒲昌玖，吴洪斌（.重庆第二师范学院生物与化学工程系，重庆 400067；.重庆第二师范学院教学资源　中心，重庆 400067；3.新疆农垦科学院农产品加工研究所，新疆 石河子 83000）



无核紫葡萄干燥特性及其总酚含量变化研究

王 强1，邓朝芳1，任彦荣1，蒲昌玖2，吴洪斌3,*
（1.重庆第二师范学院生物与化学工程系，重庆 400067；2.重庆第二师范学院教学资源中心，重庆 400067；3.新疆农垦科学院农产品加工研究所，新疆 石河子 832000）

摘 要：通过自然晾晒、烘箱干燥和热风对流干燥3 种常见干燥方法对新鲜无核紫葡萄进行干燥，研究无核紫葡萄干燥特性及其动力学模型，探讨不同干燥方式和温度（50～70 ℃）等因素对无核紫葡萄失水特性的影响，进一步评价干燥方式对无核紫葡萄总酚含量的影响。结果表明：热风对流干燥较好地保留了无核紫葡萄的总酚含量；Henderson-Pabis模型（单项扩散模型）能较好地拟合新鲜无核紫葡萄在自然晾晒、烘箱干燥和热风对流干燥3 种常见干燥方法下的干燥规律；其有效水分扩散系数在1.411 9×10–10～4.297 3×10–10m2/s之间。本研究准确地测定了无核紫葡萄干燥过程的含水率及失水速率变化，为无核紫葡萄干燥过程的优化和含水率在线检测控制提供理论依据。关键词：无核紫葡萄；烘箱干燥；热风对流干燥；干燥特性；模型

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引文格式：

王强,邓朝芳,任彦荣,等.无核紫葡萄干燥特性及其总酚含量变化研究[J].食品科学,2016,37(5):62-66.DOI:10.7506/spkx1002-6630-201605012.http://www.spkx.net.cn

WANG Qiang,DENG Chaofang,REN Yanrong,et al.Drying characteristics and change in total polyphenol content of seedless purple grapes[J].Food Science,2016,37(5):62-66.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-201605012.http://www.spkx.net.cn

葡萄（Vitis vinifera）是一种世界性的水果，富含糖、氨基酸、维生素等营养成分，因其营养价值高，被誉为“世界水果的明珠”[1-2]。无核紫葡萄别名马纽卡（Vitis vinifera Black Monukka），可溶性固形物含量高达18%～21%，属鲜食、制干、制汁多用的优新品种。目前，该品种已在新疆大面积推广[3-4]。脱水干制是葡萄加工贮藏的一个重要方法。传统生产葡萄干的方法为阳光下直接曝晒或荫房晾制，但均对气候环境要求苛刻，且葡萄干制耗时长，品质差[3-6]。为了缩短制干周期，国内外普遍使用热风对流干燥方法。实践证明它具有高效、节能、环保等优点，已经成为果蔬干燥领域的研究热点[6-7]。本实验为探究不同干燥方式对新疆无核紫葡萄的干燥模型和总酚含量的影响，分别采用自然晾晒、烘箱干燥以及热风对流干燥3 种方法对新鲜新疆无核紫葡萄进行干燥，获取干燥曲线及干燥模型，并测定3种干燥条件下葡萄成品的总酚含量，以期获得对实际生产有指导意义的成果。

1　材料与方法

1.1材料

新鲜无核紫葡萄（Vitis vinifera Black Monukka）：采于新疆石河子市石总场葡萄基地，平均直径为（1.80±0.18） cm。鲜样可溶性固形物含量为19%～20%，平均含水率为75%～80%（以湿质量计），采后在冷藏并保湿的条件下贮运。

1.2仪器与设备

DHG-9240A电热恒温鼓风干燥箱 上海精天科贸有限公司；101-4HA对流热风干燥箱（温度：室温至100 ℃可调；精度：±1 ℃；风速：0～2.5 m/s可调） 上海雷韵试验仪器制造有限公司；电热恒温水浴锅 北京永光明医疗器械有限公司；TDZ5-WS型台式低速离心机广州湘仪机电设备有限公司。

1.3方法

1.3.1原料的预处理

工艺流程：新鲜无核紫葡萄→挑选→剔除杂质→清洗→擦拭表面水分→沥干→低温通风存放。

1.3.2干燥方法

1.3.2.1自然晾晒

目前新疆葡萄的干燥仍以自然晾晒为主。本实验自然晾晒的温度范围为32～38 ℃。称量新鲜无核紫葡萄质量后，单层平铺于室外太阳光下晾晒。每组实验重复3 次，取平均值作为结果。

1.3.2.2烘箱干燥和热风对流干燥

热风对流干燥是指在干燥时可以使热风动起来，形成一种热量循环的效果，与烘箱干燥相比，具有加热更加快速、受热更加均匀等优势。新鲜无核紫葡萄预处理好后，按一定的铺料密度均匀平铺在烘箱的物料盒内，分别在 50、60、70 ℃条件下进行烘箱干燥实验，定时测定水分含量。每组实验重复3 次，取平均值作为结果。

1.3.3干燥模型的评价

无核紫葡萄的干燥水分比（MR）由公式（1）计算。其中含水率采用烘箱法测定[8]。

式中：MR为水分比；Mt为物料在t时刻的含水率/%；M0为物料的初始含水率/%；Me为物料的平衡含水率/%。

MR描述影响因素对无核紫葡萄干燥特性的影响，由于Me相对于Mt和M0很小，在工程应用中常忽略不计[9-10]，因此，物料水分比的计算采用简化式：

本实验采用Lewis、Page、Henderson-Pabis、Parabolic、Logarithmic、Midilli et al、Wang and Singh和Two term方程8 种常用模型。

表1　常用的干燥模型及其参数Table 1 Different drying methods

1.3.4有效水分扩散系数的测定

有效水分扩散系数（Deff）是一个重要的传质特性参数，在计算和模拟各种食品加工操作中必不可少[16-18]。菲克第二定律可用于描述农产品降速干燥期的干燥特征，依据菲克方程，有效水分扩散系数通过实验样品干燥数据MR相对时间t的直线方程（3）来描述[19-20]。

式中：Deff为有效水分扩散系数/（m2/s）；r为物料半径/m；t为干燥时间/s。

对于较长时间的干燥过程，方程（3）还可以进一步简化，简化后方程为：

在不同的干燥条件下，用实验数据拟合lnMR对t的直线方程，根据直线方程的斜率

1.3.5总酚含量的测定

总酚含量采用Folin-Ciocalteu法[21]测定。取10 g经不同干燥方式处理后的样品研磨至匀浆状，加入40 mL体积分数为80%的乙醇溶液，超声提取30 min后，于4 ℃、10 000 r/min冷冻离心20 min，上清液低温保存备用。取0.8 mL样液加入2 mL Folin-Ciocalteu试剂（蒸馏水10 倍稀释液），反应5 min后，加入1.8 mL质量分数为7.5%的碳酸钠溶液，常温下避光反应1 h后，以蒸馏水为空白对照，于765 nm波长处测定吸光度。以10～150 mg/L的焦性没食子酸乙醇溶液做标准曲线，总酚含量以每100 g样品含有焦性没食子酸（gallic acid equivalent，GAE）表示，单位为μmol GAE/100 g。

2　结果与分析

2.1不同干燥方式和温度对无核紫葡萄干燥时间的影响

图1　不同干燥方式和温度对无核紫葡萄干燥时间的影响Fig.1 Effect of different drying methods and temperature on drying time of seedless purple grapes

由图1可知，自然晾晒条件下，当干燥时间为20 h时，其物料含水率仍然保持在质量分数25%左右。50、60、70 ℃条件下热风对流干燥，葡萄干燥所需时间与50、60、70 ℃烘箱干燥相比分别减少了约7%、12%、18%。葡萄干燥到目标含水率所需要的时间随着干燥温度的升高而逐渐减少，因此提高干燥温度能够显著地缩短葡萄干燥时间，提高干燥效率。

2.2不同干燥方式和温度对无核紫葡萄总酚含量的影响

表2　不同干燥方式对无核紫葡萄总酚含量的影响Table 2 Effect of different drying methods on the contents of total polyphenols in seedless purple grapes

葡萄酚类化合物是近年天然抗氧化剂研究的热点之一，其酚羟基结构对活性氧等自由基具有很强的清除能力，是构成葡萄抗氧化功效的重要功能性成分[22-24]。葡萄干燥和加工等处理会影响其稳定性，加热处理会导致酚类物质发生氧化、聚合或者分解，从而表现为酚类物质含量的下降。由表2可知，3 种干燥方式都会一定程度上破坏葡萄酚类化合物，自然晾晒情况下的破坏作用最大，热风对流干燥的破坏作用最小，高温条件降低了无核紫葡萄的总酚含量。实验结果表明高温处理显著降低了试样的总酚含量，这是由于中多酚类化合物主要存在于葡萄皮中，容易受温度的影响，在葡萄干制过程中，干燥温度越高，多酚类化合物的损失越大。

2.3无核紫葡萄的干燥模型及其评价

表3　无核紫葡萄干燥动力学模型参数及统计参数值Table 3 Curve fitting criteria of the drying models for seedless purple grapes

续表3

对前述的4 个模型（公式 （1）～（4））进行非线性回归，4 个模型的拟合度通过决定系数（R2）、卡方（χ2）、均方根误差（root mean square error，RMSE）进行比较，R2越大，同时χ2和RMSE越小，则为较优模型。由表3可知，对于自然晾晒、烘箱干燥和热风对流干燥组Henderson-Pabis模型（单项扩散模型）的R2最大、χ2和RMSE相对较小，R2范围为0.965 8～0.997 8、χ2范围为0.000 9～0.002 3、RMSE范围为0.006 6～0.027 7。这说明无核紫葡萄的干燥特性与Henderson-Pabis模型最符合。

2.4不同干燥方式对有效水分扩散系数的影响

Deff越大，则水分扩散能力越强，干燥速率越快。一般食品材料的有效水分扩散系数范围为10–10～10–8m2/s。将实验数据转换lnMR＝f（t），并进行线性拟合，拟合方程的斜率为，根据式（4）计算得不同干燥条件下无核紫葡萄的有效水分扩散系数。由表4可知，有效水分扩散系数范围在1.411 9×10–10～4.297 3×10–10m2/s之间，这一结果与其他干燥实验的数据相似[13-14,22]。50、60、70 ℃时，热风对流干燥相比烘箱干燥的有效水分扩散系数分别提高了约5.987%、9.09%、13.31%。从结果可以看出，热风对流干燥可以显著提高有效水分扩散系数，促进水分向物料表面扩散，从而提高干燥速率。在热风对流干燥过程中，风速越大，单位时间内通过的风量越多，空气中的含水率越小，与物料间的湿度差越大，则物料的干燥速率就越快[25]。本实验前期发现热风风速对无核紫葡萄产品品质影响较小，所以后续实验忽略其影响，固定风速为5 m/s。

表4　不同干燥条件下无核紫葡萄的有效水分扩散系数Table 4 Effective moisture diffusivity of seedless purple grapes at different drying conditioonnss

3　结 论

通过对不同干燥方式和温度（50～70 ℃）等因素对无核紫葡萄干燥后总多酚含量的影响进行研究后发现，热风对流干燥能够较好地保留无核紫葡萄的总酚含量，可以显著提高有效水分扩散系数，促进水分向物料表面扩散，从而提高干燥速率。不仅如此，本实验建立的Henderson-Pabis模型更加适合描述无核紫葡萄干燥水分比与干燥时间之间的函数关系。实验结果能够较准确地预测无核紫葡萄干燥过程的含水率及失水速率变化，解决无核紫葡萄干燥在干燥生产过程中含水率在线检测的难题，为无核紫葡萄干燥过程的优化和控制提供理论依据。

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Drying Characteristics and Change in Total Polyphenol Content of Seedless Purple Grapes

WANG Qiang1,DENG Chaofang1,REN Yanrong1,PU Changjiu2,WU Hongbin3,*
(1.Department of Biological and Chemical Engineering,Chongqing University of Education,Chongqing 400067,China; 2.Teaching Resource Center,Chongqing University of Education,Chongqing 400067,China; 3.Institute of Agro-food Science and Technology,Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Science,Shihezi 832000,China)

Abstract:Three different drying techniques including natural drying,oven drying and hot-air drying was used to dry fresh seedless purple grapes to explore drying properties and kinetics model.The effects of three drying methods and its temperatures on the contents of water and total polyphenols in seedless purple grapes were investigated.The results showed that the hot-air drying method maintained higher contents of total polyphenols in seedless purple grapes.The Henderson-Pabis model which could be used to describe the relationship of water content and drying time was well fitted and established based on theexperimental data from three different drying techniques.The effective diffusion coefficients of water with different drying methods were in the range of 1.411 9 × 10–10–4.297 3 × 10–10m2/s.This study can accurately predict the changes of water content and water loss rate during the drying process of seedless grapes,and can provide a theoretical basis for optimizing the drying process and online detecting the water content of seedless grapes.

Key words:seedless purple grapes; oven drying; hot-air drying; drying characteristics; model

中图分类号：TQ925

文献标志码：A

文章编号：1002-6630（2016）05-0062-05

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201605012

*通信作者：吴洪斌（1980—），男，副研究员，硕士，研究方向为农产品加工。E-mail：woo2007@foxmail.com

作者简介：王强（1982—），男，副教授，博士研究生，研究方向为抗氧化自然资源利用与生理生化。

基金项目 ：新疆生产建设兵团工业科技攻关项目（2015AB030）；重庆第二师范学院科研创新团队项目（KYC-cxtd03-20141002）

收稿日期：2015-03-26