胡萝卜真空-旋蒸联合干燥特性及干燥品质

效碧亮，效碧彩

兰州信息科技学院（兰州 730030）

胡萝卜又名红萝卜、葫芦菔金、赤珊瑚、黄根、金笋、红根等[1]，具有较高的营养价值，含有钙、锌、铁等多种微量元素和8种人体必需的氨基酸及膳食纤维，特别富含β-胡萝卜素，是一种营养丰富的蔬菜[2]，享有“小人参”“金笋”的美誉。然而，胡萝卜含水量高，新鲜的胡萝卜易因有害微生物、自身酶促作用而发生腐烂变质，因此，将其脱水制干是较好的贮存方式之一。

胡萝卜传统的、被广泛使用的制干技术为热风干燥，随后出现微波热风耦合干燥[3]、真空干燥、真空冷冻干燥[4-5]、微波真空干燥[6]及真空微波与冷冻组合干燥[7]等。宋宇等[8]对比热风干燥、真空干燥和热泵干燥对胡萝卜干燥时间、产品色差值和变形程度等的影响，结果表明真空干燥优于热泵干燥，后者优于热风干燥。Nahimana等[6]研究微波真空干燥过程中胡萝卜收缩和色差值变化，结果表明该法会显著导致类胡萝卜素损失。李瑞杰等[9]研究热风干燥、冷冻干燥、真空微波干燥、冷冻与真空微波干燥对胡萝卜维生素C、胡萝卜素、色差值、膨化率、干燥时间及吸湿率等的影响。蒋赣等[10]比较热风干燥、红外干燥、吸附干燥和微波干燥对干燥速度、维生素C含量、复水性及感官品质的影响，其中红外干燥产品复水效果较好，吸附干燥能较好地保留维生素C和感官品质。除了干燥技术的相关报道之外，干燥前期预处理也有许多研究，如Wiktor等[11]利用脉冲电场处理胡萝卜以提高产品水分有效扩散和改善产品明度和色度。

热风干燥设备简单、成本低、产量高，然而其周期长、干燥品质较差；微波真空和冷冻联合干燥膨化率、口感及吸湿性较好，但不能较好地保留胡萝卜素和色差值；真空冷冻干燥工业化生产有一定应用，常用于对品质要求较高果蔬，可最大限度保持果蔬的原有品质、色差值和好的复水性[12]。红外干燥速率快，然而营养成分保留效果差，吸附干燥能很好地保留色差值、营养和香味，但其耗能耗时。干燥前期预处理使干燥工艺复杂化，易导致营养损失。综上所述，开发一种工艺简单、营养损失少、干燥时间短的胡萝卜干燥技术具有非常重要的意义。

尚无报道胡萝卜真空-旋蒸联合干燥技术，鉴于此，运用该技术制干胡萝卜并研究其干燥特性及干燥品质，为胡萝卜真空-旋蒸联合干燥工艺优化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

新鲜胡萝卜（购自当地菜市场），要求新鲜、无病虫害及机械损伤；初始湿基含水量为80%～90%，采用GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》测定。

1.1.2 试剂

2, 6-二氯靛酚、偏磷酸、草酸、碳酸氢钠（均为分析纯，天津富裕精细化工有限公司）；L（+）-抗坏血酸标准品（上海索莱宝生物科技有限公司）。

1.1.3 仪器与设备

真空-旋蒸联合干燥装置主要由真空系统（真空隔膜泵、真空调节装置、真空管路等）、加热（水浴）与干燥系统、冷却系统和控制系统等组成。为提高旋蒸制干一次干燥量，对干燥瓶进行改造设计，定制使用。设计要求为在干燥瓶内壁设计一些凸起，凸起分布为在瓶底中心设一个1 cm高的突起，以该凸起为中心，每隔3 cm设计1圈凸起。每圈凸起之间间隔相等，且相互之间交替排布。同时干燥瓶设计物料进出口。

DHG-9425A电热恒温鼓风干燥箱（上海一恒科技有限公司）；DZF-6020真空干燥箱（宁波江南仪器厂）；NS800分光测色仪（深圳市三恩时科技有限公司）；CHD-100切丁机（山东银鹰炊具机械有限公司）；W300真空保鲜包装机（东莞市益健包装机械有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 试验方法

根据前期预试验结果和相关参考文献，分别研究干燥温度（60，65，70和75 ℃）和干燥转速（0，60，120和180 r/min）对胡萝卜真空-旋蒸联合干燥特性及干燥品质的影响。每组试验取新鲜胡萝卜，用切丁机将样品按照要求切丁，取样量210 g（由前期研究结果确定得出），对其进行干燥，每隔100 min称重，直至干燥到湿基含水率3%以下（便于干燥后制粉）[13]，取出冷却后真空包装。每组试验重复3次。具体试验安排如表1所示。

表1 试验设计和试验参数

1.2.2 干燥参数的计算

干燥参数的计算参考乔宏柱等[13]的方法，并将参数单位进行更改，干基含水率单位由g/g改为%，干燥速率单位由g/（g·min）改为%/h。

胡萝卜干燥过程中干燥曲线采用水分比（moisture ratio，MR）随时间变化的曲线。不同干燥时间胡萝卜水分比的计算如式（1）所示。

式中：M0为物料初始干基含水率，%；Mt为物料在t时刻的干基含水率，%。

胡萝卜干燥过程中的干燥速率（drying rate，DR）采用式（2）计算。

式中：DR为干燥过程中t1和t2之间物料降水率，%/h；Mt1和Mt2分别为t1和t2时刻的干基含水率，%。

干基含水率（moisture content on dry basis）采用式（3）计算。

式中：Wt为任意时刻物料总质量，g；G为干物质质量，g。

1.2.3 品质指标的测定

1.2.3.1 维生素C含量采用GB 5009.86—2016《食品中抗坏血酸的测定》[14]2, 6-二氯靛酚滴定法测定。

1.2.3.2 色度差

以新鲜胡萝卜为对照，采用分光测色仪进行色差的测定。首先将胡萝卜干粉碎，过0.150 mm（100目）筛，测定其色差值明亮度L*，红绿值a*和蓝黄值b*，每组测定3次，取平均值，计算色差值差异值ΔE*值进行综合评价[15]，以鲜胡萝卜色差值参数L0*、a0*、b0*作为胡萝卜色差ΔE*值的参照。其中，ΔE*值就是鲜胡萝卜与干燥后胡萝卜的色度差。

1.2.4 数据处理

通过Excel完成单因素试验原始数据的整理，误差、方差分析和多重比较的计算，运用Oringin 8.0完成所有图的绘制。

2 结果与分析

2.1 不同干燥温度对胡萝卜干燥特性的影响

在干燥转速120 r/min、切片厚度6 mm条件下，不同干燥温度条件下胡萝卜的干燥曲线如图1所示。由图1（a）可知，干燥温度在60，65，70和75 ℃时胡萝卜达预期含水量所需干燥时间分别为700±7，650±5，500±5和450±6 min，干燥温度对胡萝卜真空-旋蒸联合干燥特性有显著影响（p＜0.05），与60 ℃相比，75 ℃干燥时间缩短35.71%。虽然温度越高，物料水分扩散速率越快，干燥时间越短，但温度过高易导致胡萝卜营养成分β-胡萝卜素和维生素C等的氧化和结构破坏严重，同时细胞因受损严重而导致复水效果下降，因此选择70 ℃较佳。

从图1（b）可看出，在其他条件一定的情况下，干燥速率随着干燥温度、干基含水率的增大而增大。干基含水率大于50%时，温度越高，干燥速率增加幅度越快，在干燥温度60～75 ℃有极显著差异（p＜0.01），这是因为在干燥前期，物料的含水率较高，温度越高，物料脱水速率就越快。不同干燥温度下，胡萝卜在整个干燥过程中干燥速率逐渐降低，没有恒速阶段，每个干燥过程均属于典型降速干燥。大多数农产物料的干燥都属于降速干燥，这是由于水分在物料内部扩散速度低于表层蒸发速度所致[17]。

图1 不同干燥温度下胡萝卜的干燥曲线和干燥速率曲线

2.2 不同干燥转速对胡萝卜干燥特性的影响

胡萝卜不同干燥转速条件下的干燥曲线如图2所示。由图2（a）可知，在干燥温度70 ℃，切片厚度6 mm，干燥转速分别为0，60，120和180 r/min条件下，胡萝卜达到目标含水量所需干燥时间分别为800±7，600±6，500±7和400±8 min。由此可见，随着干燥转速的增大，干燥时间显著缩短，说明干燥转速对胡萝卜真空-旋蒸干燥特性有极显著影响（p＜0.01），利于提高胡萝卜干燥速率和干燥效果的关键因素之一。这是因为真空-旋蒸联合干燥以传导传热方式使物料内水分受热往外扩散，在物料瓶带动物料旋转时，不仅使物料在整个干燥过程中受热均匀，而且在抽真空作用下会使物料表面及系统内水分快速进入冷却系统被排出，旋转速度越快，这一效果越显著。但转速越高，耗能越大，综合考虑，选择120 r/min为较适。

由图2（b）可看出，干燥转速对胡萝卜真空-旋蒸联合干燥速率有极显著影响。干燥初期干燥速率相对较慢，这一阶段属于预热阶段，物料瓶与物料温度均上升较慢，影响胡萝卜脱水速率。干燥转速不仅影响物料前期干燥速率，对后期含水率较低物料影响更大，干基含水率小于50%时，结合水多于自由水，干燥速率较慢，然而180 r/min转速的物料干燥速率较其他转速有极显著差异。说明真空-旋蒸干燥有助于提高物料后期干燥速率。

图2 不同干燥转速下胡萝卜的干燥曲线和干燥速率曲线

2.3 不同试验条件对胡萝卜维生素C含量的影响

胡萝卜真空-旋蒸联合干燥不同试验条件对胡萝卜维生素C含量的影响试验结果如图3所示。真空干燥温度和干燥转速对胡萝卜维生素C含量均有显著影响（p＜0.05），但影响变化趋势各有不同。随着温度上升，维生素C含量呈现先上升后下降趋势，干燥温度为70 ℃时维生素C含量最高，9.73±0.07 mg/100 g。当低于或高于70 ℃时，较长干燥时间或较高温度干燥都导致维生素C氧化。值得一提的是，较其他温度，60℃试验结果最低，进一步说明过长的干燥时间是导致胡萝卜维生素C含量下降的主要因素，缩短干燥时间是保留维生素C含量的有效措施。随干燥转速增大呈现先下降后上升趋势，转速180 r/min时维生素C含量最高，因干燥时间最短，转速0 r/min次之，静态干燥降低物料受机械损伤的程度，从而减少了维生素C的损失。

图3 不同试验条件下的胡萝卜维生素C含量

2.4 不同试验条件对胡萝卜色差值的影响

根据表1试验设计研究不同试验条件对胡萝卜干色差值的影响，结果如图4所示。真空干燥温度、干燥转速和切片厚度对色差值综合指标ΔE*值均有显著影响（p＜0.05），ΔE*越小，说明胡萝卜干色差值与鲜样色差值差异越小，色差值越好。在干燥温度60～70 ℃之间，ΔE*值无显著差异，但均大于干燥温度75℃时的ΔE*值。胡萝卜呈色成分主要为胡萝卜素，说明胡萝卜素对温度的变化不是非常敏感，同时低温导致的较长干燥时间对其也没有产生较大影响，这一结果说明胡萝卜呈色物质在一定真空度和转速条件下，对较长时间加热干燥较为稳定。随着干燥转速的增大，干胡萝卜色差值ΔE*值呈现先上升后下降趋势，这一结果与胡萝卜干产品外表呈色相一致，即在0和180 r/min条件下制干产品色差值更接近于鲜样，呈色与外形自然。这一机理需进一步研究。

图4 不同试验条件下的胡萝卜色差值

3 结论

真空旋蒸干燥温度、干燥转速对胡萝卜真空-旋蒸联合干燥特性有显著影响（p＜0.05），随着干燥温度、干燥转速增大，胡萝卜干燥时间大幅缩短，最短干燥时间分别为450±6 min和400±8 min。

真空旋蒸干燥温度、干燥转速对胡萝卜干燥品质也具有显著影响（p＜0.05）。其中干燥温度对胡萝卜维生素C含量影响较大，对色差值的影响较小，干燥转速对胡萝卜维生素C含量和色差值均有显著影响，因此干燥转速是影响胡萝卜真空-旋蒸联合干燥的关键因素之一。

根据试验结果，当胡萝卜真空-旋蒸干燥温度、干燥转速和切片厚度分别选择70 ℃、120 r/min时，干燥时间较短，且品质较高，为该方法工艺优化提供理论依据。