红枣片远红外辐射干燥的干燥特性及VC变化

万江静，郑 霞，高振江，肖红伟，唐明祥，王 高（大学机械电气工程学院，新疆石河子832000）

红枣片远红外辐射干燥的干燥特性及VC变化

万江静，郑 霞*，高振江，肖红伟，唐明祥，王 高
（大学机械电气工程学院，新疆石河子832000）

采用远红外辐射干燥技术对半干红枣进行了泥制枣片加工，通过单因素实验研究了枣片在不同的辐射温度（55、60、65、70和75℃）、片厚（2、4和6 mm）和辐射距离（80、110和140 mm）下的干燥特性、水分有效扩散系数、干燥活化能和VC含量变化，并分析了不同干燥因素对干燥时间和VC含量的影响，结果表明：辐射温度、片厚和辐射距离对枣片的红外干燥时间以及VC含量影响均显著（p值均＜0.05）。在实验条件内，不同因素对干燥时间的影响显著性顺序为：辐射距离（p=0.001）＞片厚（p=0.002）＞温度（p=0.003），不同因素对VC含量的影响显著性顺序为：温度（p＜0.001）＞辐射距离（p=0.001）＞片厚（p=0.032）；枣片整个干燥过程属于降速干燥，水分有效扩散系数在1.10674～9.67179×10-10m2/s的范围内，干燥所需的干燥活化能为53.79 kJ/mol。辐射温度对枣片的VC含量影响最显著。当辐射温度65℃，辐射距离110 mm，片厚4 mm时，干燥速率快且VC含量保持较高。

远红外，枣片，干燥活化能，VC

在中国95%以上的红枣被制成干枣或半干枣，以便储藏、加工和消费，制干是红枣最常用的加工保藏方法，红枣现有的制干技术有自然晾晒、热风干燥［1］、微波干燥［2］、红外干燥［3］、微波热风联合干燥［4］等。但目前市场上红枣的加工品种类也越来越丰富，如枣片、枣泥、枣糕、枣醋和枣茶等。纳文娟等［5］用干红枣作为原料，白糖和淀粉等作辅料，经煮制、打浆、浓缩、干燥等工序制成外观形似口香糖的枣片，实验发

现甜味剂、增稠剂以及淀粉的添加量对枣片的风味均存在影响，但成品方便携带和实用。许牡丹等［6］对鲜枣进行切片加工，发现真空低温干燥枣片，可实现快速干制，鲜枣的色泽、风味及形状保持度高，口感好，每100 g产品VC高达1002.5 mg，但其装置耗能高，难以实现大规模生产。王陈强等［7］开发的红枣枣片加工方法中，将红枣中加入杏酱、打浆、熬制浓缩、装盘刮片、热风烘干，最后揭片切片，其研制的红枣枣片糖酸适中，风味繁多，具有一定的创新性。王存堂等［8］将金丝小枣切片，进行了不同厚度和干燥温度下的热风干制，发现低温干燥时枣片色泽更接近鲜样，随着温度升高枣片表面发生褐变。

近年来绿色食品深受追捧，由于红枣的药食同源性，红枣的各种加工品也受到越来越多的关注。红外干燥技术作为一种新型的加热技术［9］，具有干燥速度快［10］，加热效率高，加热均匀［11］，容易实现自动化［12］，且装置简易，费用低，无污染［13］，并且具有杀虫杀菌灭酶［14］的作用，近年来不断被研究学者运用到果蔬干燥中［15-16］，更有学者将其与其他干燥技术相结合用于果蔬加工［17-18］。本课题尝试将波长范围为8～15 μm的远红外技术应用于红枣片的干制，力求开发一种新型的纯天然无添加的绿色食品。由于红外干燥过程受干燥温度、切片厚度以及辐射距离等因素的影响，本文将探讨不同干燥温度、片厚和辐射距离对枣片干燥特性的影响，为远红外干燥红枣片提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新疆骏枣半干枣 购于石河子水果批发市场，产地为新疆阿克苏地区，实验前挑选完整无损伤的红枣作为实验材料，长度为（5.5±0.3）cm，直径为（3.4±0.2）cm，质量为（17.55±0.75）g/个，去核后湿基含水率为33.45%±0.5%，实验前置于（2±2）℃冰箱保存；草酸、碘化钾、碳酸氢钠 均为分析纯，天津市福晨化学试剂厂；可溶性淀粉 天津永晟细化工有限公司；2，6-二氯靛酚钠（Assay≥97%） 上海瑞永生物科技有限公司；白陶土 新疆沃德生物科技有限责任公司；抗坏血酸 天津市福晨化学试剂厂。

IRTP-200LS型远红外干燥箱 江苏镇江美博科技有限公司；AR350+型非接触式红外测温仪 东莞万创电子制品有限公司；BSM-5200.2型电子天平 上海卓精电子科技有限公司；YP30002 MAX电子称3000 g，上海越平科技有限公司；DF-979型果蔬搅拌机 深圳市联创实业有限公司；红枣去核器；DL-1型万用电炉 北京市永光明医疗仪器有限公司。

1.2 实验方法

设定实验相关参数（辐射温度、辐射距离），打开启动按钮，预热至干燥室达到设定的温度，各项指标恒定；取适量骏枣，快速用清水冲洗，使用吸水纸迅速将枣擦干，用去核器除去枣核，然后把枣放入果蔬粉碎机打成枣泥，将打好的枣泥压制平铺制成1.5 cm×4 cm规格的枣片，装盘称重，将枣片放入干燥箱，开始干燥；实验开始后每隔30 min用电子天平对样品称重并记录（测量过程耗时不超过30 s）；待物料的湿基含水量降至17%以下或者质量变化小于0.2 g/h时方可停止干燥，关闭机器，将样品放至室温后按编号装袋并密封保存于干燥皿中，然后进行下一组实验。每组实验重复3次。

1.2.1 不同辐射温度、辐射距离和片厚对枣片干燥的影响

1.2.1.1 不同辐射温度对枣片干燥的影响 在大量预实验基础上，将辐射距离固定为110 mm，片厚4 mm，对枣片进行干燥温度分别为55、60、65、70和75℃的干燥实验，记录实验数据，绘制出干燥曲线和干燥速率曲线，并对成品进行VC测定。

1.2.1.2 不同辐射距离对枣片干燥的影响 在预实验基础上，将辐射温度固定为65℃，片厚4 mm，对枣片进行辐射距离分别为80、110和140 mm的干燥实验，记录实验数据，绘制干燥曲线和干燥速率曲线，并对成品进行VC测定。

1.2.1.3 不同片厚对枣片干燥的影响 将辐射温度固定为65℃，辐射距离110 mm，在片厚分别为2、4和6 mm的条件下，对枣片进行干燥实验，记录实验数据，绘制出干燥曲线和干燥速率曲线，并对成品进行VC测定。

1.2.2 不同辐射温度、片厚和辐射距离条件下的红枣片的水分有效扩散系数

1.2.2.1 不同辐射温度下的水分有效扩散系数 计算干燥温度分别在55、60、65、70和75℃的条件下的水分有效扩散，并绘制出枣片在干燥过程中水分比的自然对数InMR与干燥时间t所呈线性关系曲线，得出线性回归拟合公式。

1.2.2.2 不同辐射距离下的水分有效扩散系数 计算辐射距离分别在80、110和140 mm的条件下的水分有效扩散，并绘制出枣片在干燥过程中水分比的自然对数InMR与干燥时间t所呈线性关系曲线，得出线性回归拟合公式。

1.2.2.3 不同片厚下的水分有效扩散系数 计算片厚分别在2、4和6 mm的条件下的水分有效扩散，并绘制出枣片在干燥过程中水分比的自然对数InMR与干燥时间t所呈线性关系曲线，得出线性回归拟合公式。

实验安排见表1。

表1 实验设计和实验参数Table1 Design for experiments with run conditions included

1.2.3 不同干燥温度下枣片的干燥活化能 计算干燥温度分别在55、60、65、70和75℃的条件下枣片的

干燥活化能。

1.3 VC的测定

VC含量采用2，6-二氯靛酚法测定。

1.4 干燥参数的计算方法

计算红枣片在不同的干燥温度、辐射距离以及片厚条件下，水分比MR（moisture ratio）随干燥时间的变化情况，其中干燥水分比MR计算公式如下［19-20］：

式中，M0为红枣片的初始干基含水率（g/g）；Mt为任意干燥t时刻的干基含水率（g/g）。

干燥速率（Drying rate）计算公式如下：

式中，Mt1和Mt2分别为干燥到t1和t2时刻时红枣泥片的干基含水率。

干基含水率Mt计算公式如下：

式中，Wt为在任意干燥t时刻的总质量（g）；G为干物质质量（g）。

水分有效扩散系数Deff公式［21-22］如下：

式中，Deff为干燥过程中物料的水分有效扩散系数（m2/s）；L为枣片的厚度（g）；t为干燥时间（s）。

干燥活化能Ea计算公式如下：

式中，D0为干燥过程中物料的扩散基数，为定值（m2/s）；Ea为物料的干燥活化能（kJ/mol）；R为气体摩尔常数，值为8.314 J/（mol·k）；T为物料的干燥温度（℃）。

1.5 实验数据处理

用EXCEL绘出不同条件下枣片干燥的干燥曲线和干燥速率曲线；用MINITAB软件对实验数据进行处理，得出不同因素对枣片干燥时间以及VC含量的影响显著性，并进行显著性排序；用EXCEL分析不同辐射温度、片厚以及辐射距离条件下水分比的自然对数InMR随干燥时间的变化规律图，并进行线性回归拟合，计算出不同条件下枣片的水分有效扩散系数和干燥活化能。

2 结果与分析

2.1 不同辐射温度、辐射距离和片厚对枣片干燥的影响

2.1.1 不同辐射温度对枣片干燥的影响 由图1（a）可以看出枣片的干基含水率随着干燥时间的延长逐渐减小，干燥温度越高干燥时间越短，含水率降低的越快。由图1（b）可以看出辐射温度越高，枣片的干燥速率越大。干燥过程只有降速干燥阶段，没有出现明显的恒速阶段。在干燥温度分别为55、60、65、70和75℃的条件下，所需干燥时间依次为6.5、5、4、3和2 h，每100 g干物质中VC含量依次为41.33、54.22、96.42、 101.32和103.07 mg。75℃辐射温度下干燥时间比55℃缩短了69%，其干制后的VC含量最高。当辐射温度大于70℃时干燥时间虽明显缩短，但物料表面褐变严重，色泽较差，由此可知辐射温度不宜超过70℃。

图1 不同辐射温度下枣片的干燥曲线和干燥速率曲线Fig.1 The drying curves and drying rate curves of jujube sheet under different radiation temperature

2.1.2 不同辐射距离对枣片干燥的影响 由图2（a）可以看出，枣片的干基含水率随着辐射距离的缩短逐渐减小，辐射距离越小干燥时间越短，含水率降低的越快。在辐射距离分别在80、110和140 mm的条件下，所需干燥时间依次为1.5、4和6 h，每100 g干物质的VC含量依次为87.9、96.42和54.15 mg。80 mm辐射距离下的干燥时间比140 mm的缩短了75%，且VC含量保持较好，由此可知，辐射距离过大则干燥时间变长，VC损失多。由图2（b）可以看出，辐射距离越小，枣片的干燥速率越大。干燥过程只存在降速干燥阶段，没有出现较明显的恒速干燥阶段。

2.1.3 不同片厚对枣片干燥的影响 将辐射温度固定为65℃，辐射距离110 mm，进行不同片厚条件下的枣片干燥实验，得到干燥曲线如图3所示。由图3（a）可以看出枣片的干基含水率随着片厚的缩小逐渐减小，片厚越小干燥时间越短，含水率降低的越快。在片厚分别在2、4和6 mm的条件下，所需干燥时间依次为2、4和6.5 h，每100 g干物质的VC含量依次为53.83、96.42和76.48 mg，片厚为2 mm的干燥时间比片厚为6 mm的干燥时间缩短了69%，4 mm片厚的枣片VC保持最高，说明枣片干燥时的片厚不宜过薄也不宜过厚。由图3（b）可以看出片厚越小，枣片的干燥速率越大，干燥过程只有降速干燥阶段。

图2 不同辐射距离下枣片的干燥曲线和干燥速率曲线Fig.2 The drying curves and drying rate curves of jujube sheet under different radiation distance

对实验结果进行方差分析，p值＜0.05则影响显著，p值＜0.01则影响极其显著，由表2的单因素方差分析结果可知，辐射温度、片厚和辐射距离对枣片的红外干燥时间以及VC的含量均有显著性影响。在实验条件内，不同因素对干燥时间的影响显著性顺序为：辐射距离（p=0.001）＞片厚（p=0.002）＞温度（p= 0.003），不同因素对VC含量的影响显著性顺序为：温度（p＜0.001）＞辐射距离（p=0.001）＞片厚（p=0.032）。

2.2 不同辐射温度、片厚和辐射距离条件下的红枣片的水分有效扩散系数

图3 不同片厚下枣片的干燥曲线和干燥速率曲线Fig.3 The drying curves and drying rate curves of jujube sheet under different slice thickness

2.3 不同干燥温度下枣片的干燥活化能

由图7的直线回归方程可得出枣片干燥所需的干燥活化能为Ea=53.79 kJ/mol，说明远红外干燥红枣片时去除1 mol的水分需要的最低启动能量为53.79 kJ。

3 结论

表2 单因素实验方差分析Table2 Analysis of variance for single factor experiment

图4 不同干燥温度下红枣片干燥水分比的自然对数InMR对干燥时间的变化曲线Fig.4 The change curve which the natural logarithmic lnMR of dry moisture ratio relationship with the drying time under the different radiation temperature

图5 不同片厚下红枣片干燥水分比的自然对数InMR对干燥时间的变化曲线Fig.5 The change curve which the natural logarithmic lnMR of dry moisture ratio relationship with the drying time under the different slice thickness

图6 不同辐射距离下红枣片干燥水分比的自然对数InMR对干燥时间的变化曲线Fig.6 The change curve which the natural logarithmic lnMR of dry moisture ratio relationship with the drying time under the different radiation distance

3.1 辐射温度、片厚和辐射距离对枣片的红外干燥时间以及VC含量均有显著性影响。在实验条件内，不同因素对干燥时间的影响显著性顺序为：辐射距离＞片厚＞温度，不同因素对VC含量的影响显著性顺序为：温度＞辐射距离＞片厚。

3.2 枣片整个干燥过程属于降速干燥，水分有效扩散系数为1.10674×10-10～9.67179×10-10m2/s，干燥所需的干燥活化能为Ea=53.79 kJ/mol。

表3 lnMR线性回归拟合公式和水分有效扩散系数Table3 lnMR linear regression formulas and effective moisture diffusion coefficients of jujube sheet

图7 水分有效扩散系数与干燥温度的关系曲线Fig.7 Relation cuves of moisture effective diffusion coefficients and drying temperatures

3.3 辐射温度对枣片的VC含量影响最为显著，但不宜超过70℃。辐射距离过大则VC损失较多。枣片片厚为4 mm时VC保持较好。当辐射温度为65℃，辐射距离110 mm，片厚4 mm时，不仅干燥速率快且VC含量为96.42 mg保持较好。

［1］于蒙杰，张学军，李超新，等.红枣热风干燥特性的实验研究［J］.农机化研究，2014（11）：176-179.

［2］刘娟娟.红枣的粉体化微波干燥特性研究［D］.上海：上海海洋大学，2013.

［3］陈文敏，彭星星，马婷，等.超声处理对中短波红外干燥红枣时间及品质的影响［J］.食品科学，2015（8）：74-80.

［4］刘小丹，张淑娟，贺虎兰，等.红枣微波-热风联合干燥特性及对其品质的影响［J］.农业工程学报，2012，24：280-286，363.

［5］许牡丹，刘红梅，曾令军.高VC香酥枣片的生产工艺［J］.食品研究与开发，2010（4）：65-67.

［6］纳文娟，朱晓红，于颖.枣片生产工艺的研究［J］.农产品加工，2009（7）：68-70.

［7］王陈强，谢晓霞，范爱军，等.一种红枣枣片加工方法［P］.新疆：CN102511747A，2012-06-27.

［8］王存堂，姜微波，曹建康.热风干制温度对枣片物化性质、抗氧化成分及性能的影响［J］.食品工业，2013（10）：36-39.

［9］潘忠礼，Atungulu G G，马海乐，等.食品和农产品干燥的一种有效方法—红外加热法［J］.干燥技术与备，2013（1）：61-66.

［10］Sakai N，Hanzawa T.Applications and advances in far-

infrared heating in Japan［J］.Trends in Food Sci and Tech，1994，5（11）：357-362.

［11］卢为开.红外辐射与谷物干燥［J］.粮油加工与食品机械，1979（1）：6-11.

［12］高福成，王海鸥.现代食品工程高新技术［M］.北京：中国轻工业出版社，1997.

［13］Mongpraneet S，Abe T，Tsurusaki T.Accelerated drying of welsh onion by far infrared radiation under vacuum conditions［J］.Journal of Food Engineering，2002，55（2）：147-156.

［14］马海乐，王娟，刘斌，等.马铃薯片红外加热灭酶脱水实验及动力学［J］.农业工程学报，2015（7）：304-310.

［15］Shi Junling，Pan Zhongli，McHugh，et al.Drying and quality characteristics of fresh and sugar-infused blueberries dried with infrared radiation heating［J］.Food Science and Technology，2008，41（10）：1962-1972.

［16］Swasdiwevi T，Devahastin S，Sa-adchom P.Mathematical modeling of combined far-infrared and vacuum drying banana slice［J］.Journal of Food Engineering，2009，92（1）：100-106.

［17］郑霞，肖红伟，王丽红，等.红外联合气体射流冲击方法缩短哈密瓜片的干燥时间［J］.农业工程学报，2014（1）：262-269.

［18］张卫鹏，肖红伟，高振江，等.中短波红外联合气体射流干燥提高茯苓品质［J］.农业工程学报，2015（10）：269-276.

［19］DoymazI.Effect of pre-treatments using potassium metabisulphide and alkaline ethyloleate on the drying kinetics of apricots［J］.Biosystems Engineering，2004，89（3）：281-287.

［20］Doymaz I.An experimental study on drying of green apples ［J］.Drying Technology，2009，27：478-485.

［21］Afzal T M，Abe T.Diffusion in potato during far infared radiation drying［J］.Journal of Food Engineering，1998，37（4）：353-365.

［22］Doymaz I.Air-drying characteristics of tomatoes［J］.Journal of Food Engineering，2007，78（4）：1291-1297.

Far-infrared drying characteristics and the changes of VCof red jujube sheet

WAN Jiang-jing，ZHENG Xia*，GAO Zhen-jiang，XIAO Hong-wei，TANG Ming-xiang，WANG Gao
（College of Mechanical and Electric Engineering，Shihezi University，Shihezi 832000，China）

The far-infrared drying technical was used to red jujube mud on half-drying red jujube at this article.The water effective diffusion coefficient of the red jujube，dry activation energy and the changes of VCcontent was studied through the single factor experiment in different radiation temperature（55，60，65，70 and 75℃），slice thickness（2，4 and 6 mm）and radiation distance（80，110 and 140 mm）of the drying characteristics.The results showed that it had much significant impact of jujube infrared drying time and VCcontent under the different radiation temperature（p＜0.05），slice thickness and radiation distance.Under the test conditions，the influence of different factors on the drying time significant order：The radiation distance（p=0.001）＞the piece of thick（p=0.002）＞the temperature（p=0.003），and the influence of different factors on the VCcontent in significant order：the temperature（p＜0.001）＞the radiation distance（p=0.001）＞the piece of thick（p=0.032）.The whole drying process of jujube sheet belonged to slow down drying.The water effective diffusion coefficient was 1.10674×10-10～9.67179×10-10m2/s and the required drying activation energy was 53.79 kJ/mol.Radiation temperature was the most important influence on jujube piece of VC.It had fast drying speed and could keep the high content of VCwhen the radiation temperature was 65℃，radiation distance was 110 mm，slice thickness was 4 mm.

far infrared；jujube sheet；dry activation energy；VC

TS201.1

A

1002-0306（2016）08-0110-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.08.014

2015-10-09

万江静（1992-），女，硕士研究生，研究方向：农产品生产加工关键技术与装备研发，E-mail：wjjshz@163.com。

*通讯作者：郑霞（1969-），女，博士，副教授，研究方向：农产品加工及贮藏工程，E-mail：124899256@qq.com。

新疆生产建设兵团科技支疆计划项目（2013AB019）。