番木瓜片真空冷冻干燥工艺研究

2016-11-15于启洋

农产品加工 2016年17期

关键词：番木瓜冷冻干燥差值

易丽，杨薇，王晨，于启洋

（昆明理工大学现代农业工程学院，云南昆明 650500）

番木瓜片真空冷冻干燥工艺研究

易丽，*杨薇，王晨，于启洋

（昆明理工大学现代农业工程学院，云南昆明 650500）

为了确定番木瓜片真空冷冻干燥的工艺参数，对番木瓜片真空冷冻干燥加工工艺进行试验研究。通过正交试验，研究了物料厚度、升华温度及预冻温度对冻干品复水比、色泽的影响；并采用多指标综合加权评分法对复水比、色泽进行综合评定，以优化其工艺参数。结果表明，升华温度对干燥综合效果有显著影响，物料厚度及预冻温度对干燥综合效果影响不显著；影响的主次顺序为升华温度＞预冻温度＞物料厚度；最佳工艺参数为物料厚度3 mm，升华温度35℃，预冻温度-40℃时，复水比为5.36，总色差值为9.03。该研究结果可为番木瓜片的实际生产提供一定的参考。

番木瓜片；真空冷冻干燥；工艺参数；正交试验；综合加权评分法

In order to confirm the optimum technological parameter in vacuum-freeze-drying of papaya slices，the orthogonal test is carried out to study the effects of material thickness，sublimation temperature and pre freezing temperature on rehydration ratio and color.Multi index synthetic weighted mark method is used to calculate the comprehensive score of test indexes.The results showe that the sublimation temperature has a significant effect on the drying effect，and the effect of material thickness and pre freezing temperature on the drying effect is not significant.The primary and secondary order of influence is sublimation temperature，pre freezing temperature，material thickness.When the material thickness is 3 mm，the sublimation temperature is 35℃，the pre freezing temperature is-40℃，the complex water ratio is 5.36，the color difference value is 9.03.The results can be used for the actual production of papaya slices.

papaya slices；vacuum-freeze-drying；technical parameters；orthogonal experiment；weighted grading method

番木瓜（Carica papaya Linn）俗称木瓜、万寿果等。为多年生常绿草本植物，属于番木瓜科番木瓜属，是典型的热带水果，原产于中美洲地区和墨西哥南部，在我国已有300多年的种植历史，云南、广东、海南等省均有栽培，富含VC、木瓜蛋白酶等多种成分，具有抗癌、抗肿瘤、免疫调节、美容等功效，享有百益果王、岭南佳果等美誉［1-3］。番木瓜的水分含量较高，采收后，鲜果的生命活动仍很旺盛，呼吸强度大、极易腐烂变质、难以贮藏保鲜，而将番木瓜进行干燥，既可提高其货架寿命、减少损失，又可提高产品附加值［4-5］。

目前，番木瓜干燥加工仍是以传统的热风干燥为主，国内外不少研究人员也开展了关于番木瓜的干燥研究，如高鹤等人［6］研究了中短波红外辐射和热风干燥对番木瓜片品质的影响；张丽华等人［7］采用热风干燥、微波干燥、热风与微波组合干燥法对木瓜的干燥特性进行了研究；Nimman pipug N等人［8-9］研究了渗透脱水时间对番木瓜热风干燥和微波真空干燥特性的影响。真空冷冻干燥可保持新鲜食品的色、香、味，避免传统干燥方法容易产生的营养成分损失和表面硬化现象；其次，脱水彻底、质量轻、适合长途运输和长期贮藏，并且干制品不失原有的固体结构、复水性好、速溶性强、食用简单方便等。因此，有人将真空冷冻干燥誉为21世纪的食品加工技术［10-11］。李爱玲等人［12］联合使用真空冷冻干燥技术和超微粉碎技术制得了冻干木瓜超微粉，用正交试验方法研究了真空度、加热温度、冷凝温度3个因素对冻干率的影响，得出了木瓜最佳升华干燥的条件；滕建文等人［13］对番木瓜冻干脆片的色泽、硬度、多孔率、体积收缩率和复水率等结构特性参数进行测定，研究了原料成熟度对冻干产品品质的影响；董会龙［14］通过对番木瓜冻干产品的多孔率、复水率、硬度等结构特性分析，探索真空冷冻干燥过程中造成番木瓜冻干脆片塌陷的可能因素。

综上可知，目前尚没有人研究过物料厚度、升华温度和预冻温度3个因素对番木瓜片复水比以及色泽干燥综合效果的影响。因此，本文在前人成果的基础上，研究了这3个试验因素对番木瓜干燥综合效果的影响，试验结果可为实际生产提供一定的参考。

1 材料与方法

从昆明市呈贡县当地市场购买个体完整、大小均匀、无机械损伤、表皮色泽由绿转黄、质地较硬的番木瓜作为试验原料。

XY-FD-18S型冷冻干燥机，上海欣谕仪器有限公司产品；CR-400型色彩色差计，柯尼卡美能达公司产品；BL310型电子分析天平（精度0.01 g），德国赛多利斯集团产品；游标卡尺（精度0.02 mm），成都成量工具有限公司产品；干燥器2个，烧杯、培养皿若干。

1.3.1 工艺流程

清洗→削皮→剖分→去瓤、去籽→沿轴向等厚度切片→装盘预冻→升华干燥→解析干燥→成品→包装。

1.3.2 操作要点

（1）初始含水率测定。依据GB 5009.3—2010，测得番木瓜初始含水率的平均值为88.06 g/100 g（对应干基含水率为737.18 g/100 g）。

（2）原料处理。将削皮、去瓤、去籽后的番木瓜，沿轴向切成厚度分别为3，5，7 mm的切片。

（3）装盘预冻。将切好的番木瓜片单层平铺于物料盘中，并将温度计插入物料中心，进行3组平行试验，每组番木瓜质量为100 g左右，随后放入冷冻室进行预冻，直至物料温度达到试验所需预冻温度（-40，-35，-30℃）。

（4）抽真空。将物料盘从冷冻室中取出，放入干燥室，开启真空泵，抽真空至干燥室压强小于100 Pa。

（5）真空冷冻干燥。开启真空冷冻干燥，直至最终产品的含水率达到8 g/100 g（干基）以下。

影响冷冻干燥效果的主要因素有物料特性、冷冻方式、物料装载量、预冻温度、冷阱温度、加热板温度、升华温度、干燥室压强等［15］。结合实验室的仪器情况，除去不可控制因素，主要选取物料厚度、升华温度及预冻温度3个因素进行L9（34）的正交试验，各试验因素水平通过预试验确定，以复水比、色泽的综合加权评分值来考察各影响因素对番木瓜冻干效果的影响，每组试验重复3次，试验结果取 3次的平均值。

正交试验因素与水平设计见表1。

表1 正交试验因素与水平设计

（1）复水比。物料干燥后复水特性总是作为食品的品质评价指标，其大小在很大程度上取决于所采用的干燥方法。产品复水性能一般用复水比表示，其计算公式如下：

式中：RR——复水比；

Mf——产品复水沥干后的质量，g；

Mg——复水前产品的质量，g。

试验时，将称好一定质量的样品放入40℃恒温蒸馏水中，30 min后取出沥水20 min，称取其样品的质量［16］。每组进行3次平行试验，结果取平均值。

（2）色泽。色泽是评价干制果品品质的重要指标之一，可以直接影响消费者对产品的接受程度，在脱水过程中保留果蔬的原有天然色泽非常重要。本试验采用色彩色差计测定番木瓜的色泽，用ΔE代表被测物体色泽（L值，a值，b值）与鲜样（L*值，a*值，b*值）的色差［17］。其中ΔE按公式（2）计算［18］，试验取3个平行样，以平均值计算总色差值。

式中：L值，a值，b值——样品的明度值、红绿值、黄蓝值

L*值，a*值，b*值——鲜样的明度值、红绿值、黄蓝值；

ΔE——总色差值。

综合加权评分法是将多指标试验的结果，根据各项试验指标在整个试验中的重要性，确定出其所占的权重，将多指标的试验结果转化为一个综合指标，然后利用单指标试验结果的分析方法来处理其试验结果。这种多指标综合加权评分法可较好地避免单一指标评价的片面性，使分析结果更为科学和客观［19］。

番木瓜片真空冷冻干燥的目标是获得较大的复水比和较小的总色差值，即复水比越大，总色差值越小，干燥性能越好。另外，试验指标还存在数量级和量纲不同的问题。为了统一各指标的趋势要求，消除各指标间的不可公度性，本试验以综合加权评分值越小越好为准则，参照文献［19］对试验数据进行处理并计算得到综合加权评分值。

主要运算步骤有：

（1）各指标权重系数的确定。由熵值法［19］确定各指标权重系数，即复水比的权重为0.65，总色差值的权重为0.35。

（2）计算综合加权评分值。每次试验的综合加权评分值可由公式（3）计算得出。

式中：yj——第j号试验的综合加权评分值；

RRjmax——复水比的最大值；

RRj——第j号试验的复水比；

（RRjmax-RRj）min，（RRjmax-RRj）max——数据RRjmax-RRj中的最小值、最大值；

ΔEj——第j号试验的总色差值；

ΔEjmin，ΔEmax——总色差值的最小值、最大值。

2 结果与分析

为确定番木瓜片真空冷冻干燥的较优工艺参数组合以及各因素对试验结果影响的强弱，用Excel软件对试验结果进行直观分析，用SPSS 19.0软件对试验结果进行方差分析。

正交试验安排及试验结果见表2。

表2 正交试验安排及试验结果

根据因素水平的变化对试验结果平均值的影响，可根据表2作出因素-效果趋势图。

因素-效果趋势见图1。

图1 因素-效果趋势

由表2可知，极差值的情况为RB＞RC＞RA＞R空列。因素A，B，C的极差均大于空列的极差，说明因素之间不存在交互作用；极差越大，表示该因素的变动对干燥综合效果的影响越大，故对干燥综合效果的影响作用依次为B＞C＞A，即升华温度对试验结果的影响最大，其次是预冻温度、切片厚度的影响最小；由图1可知A，B，C这3个因素的最优水平分别是第1水平、第2水平、第1水平。由此得到较优方案为A1B2C1，即较优的冻干工艺条件为物料厚度3 mm，升华温度35℃，预冻温度-40℃。

综合加权评分值的方差分析见表3。

表3 综合加权评分值的方差分析

为了更精确地估计各因素对试验结果影响的重要程度，本文进一步对试验结果进行了方差分析，其结果见表3。由表3中概率一列可知，B因素对试验结果有极显著性影响（p＜0.01），A，C 2个因素对试验结果影响不显著（p＞0.05）；因素A，B，C的显著水平分别为0.319，0.003，0.115，其影响的主次顺序仍为B＞C＞A，与直观分析的结果一致。

按番木瓜真空冷冻干燥的优方案A1B2C1进行验证试验，试验重复3次，结果取3次的平均值。

试验结果见表4。

表4 试验结果

番木瓜片真空冷冻干燥的目的是获得较大的复水比和较小的总色差值。由表4可知，在最优组合条件下，所得到产品的复水比为5.36，总色差值为9.03，与表2中的复水比的最大值5.45，总色差值的最小值9.07相比几乎一致。因此，验证了正交试验所得到的最优水平组合是可信的。

3 结论

（1）通过对正交试验结果进行直观分析，得到番木瓜片真空冷冻干燥的较优工艺参数组合为升华温度35℃，预冻温度-40℃，物料厚度3 mm；由方差分析结果进一步得到升华温度对试验结果影响显著，物料厚度、预冻温度对试验结果影响不显著，其主次顺序为升华温度＞预冻温度＞物料厚度。

（2）在较优工艺参数组合条件下进行验证试验，得到试验样品的复水比为5.36、总色差值为9.03，与正交试验组中最大复水比5.45、最小总色差值9.07靠近，说明优化结果具有较好的可信度。该研究成果，可为番木瓜片的实际生产提供一定的参考。参考文献：

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1671-9646（2016）09a-0019-04

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