黑皮冬瓜分段式變溫?zé)岜酶稍锕に囇芯?/h1>
2020-07-27 07:05:10羅華建梁衛(wèi)驅(qū)陳仕麗
保鮮與加工 2020年4期
黃 皓，胡 珊，羅華建，梁衛(wèi)驅(qū)，陳仕麗，徐 匆
（東莞市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究中心，廣東 東莞 523000）
冬瓜又名枕瓜，果實(shí)中富含VC、煙酸、胡蘿卜素、膳食纖維、鉀鈣磷等多種維生素和礦物質(zhì)，具有清熱解暑、祛濕消腫的功效[1]。黑皮冬瓜為冬瓜的一個(gè)品種，是廣東的特色名優(yōu)蔬菜，目前以鮮食為主。冬瓜含水量高，常溫下放置易腐敗變質(zhì)，瓜農(nóng)為延長其保質(zhì)期的同時(shí)提高其售價(jià)，將冬瓜晾曬制干，但晾曬對天氣條件要求高，干燥效率低，且室外的環(huán)境衛(wèi)生條件會(huì)大大影響瓜干的品質(zhì)。因此，亟需一種高效節(jié)能、清潔環(huán)保的瓜干加工方式。
目前有關(guān)冬瓜干燥工藝的報(bào)道中采用的主要是傳統(tǒng)的電熱方式，能耗較高[2-4]。干燥屬于能源密集工業(yè)領(lǐng)域，提高1%的能源效率，就可能帶來10%的利潤提升[5]。近年來，熱泵干燥技術(shù)在干燥產(chǎn)業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，具有節(jié)能環(huán)保、易于放大等優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用于荔枝[6]、龍眼[7]、香蕉[8]等廣東特色農(nóng)產(chǎn)品的干制加工過程。在前期研究的基礎(chǔ)上應(yīng)用熱泵批量恒溫干燥冬瓜的過程中，發(fā)現(xiàn)干燥前期由于瓜肉水分含量高，設(shè)備排濕頻繁，會(huì)造成烘房內(nèi)溫度的大幅波動(dòng)，這不僅減少了冬瓜在設(shè)定溫度下的有效干燥時(shí)間，還會(huì)增加干燥能耗[9]。另外，在農(nóng)產(chǎn)品的干燥過程中，采用低溫恒溫干燥會(huì)降低干燥效率，高溫恒溫干燥會(huì)導(dǎo)致物料表面硬化或局部過熱而降低產(chǎn)品質(zhì)量[10]。因此，變溫干燥是在不增加設(shè)備成本的前提下解決這些問題的最好方法，其中分段式變溫干燥方式是目前應(yīng)用最多的變溫干燥方式之一，在枸杞[11]、銀耳[12]、圣女果[13]、荸薺[14]等農(nóng)產(chǎn)品的干燥加工中均有應(yīng)用，但有關(guān)冬瓜分段式變溫干燥工藝的研究還未見報(bào)道。
本文旨在獲得一套適用于黑皮冬瓜的變溫?zé)岜酶芍乒に?，以在提升瓜干品質(zhì)的同時(shí)降低干制能耗，該研究結(jié)果可為黑皮冬瓜及其他農(nóng)產(chǎn)品的規(guī)?；芍铺峁﹨⒖?。
1 材料與方法
1.1 材料與設(shè)備
1.1.1 材料與試劑
市售無病蟲害、無機(jī)械損傷的新鮮黑皮冬瓜；抗壞血酸（分析純，25 g）：廣東光華科技股份有限公司產(chǎn)品；2,6-二氯靛酚鈉（分析純，5 g）：上海麥克林生化科技有限公司產(chǎn)品。
1.1.2 儀器與設(shè)備
LAD-050FCI 型空氣能熱泵烘干系統(tǒng)（工作溫度：25～70 ℃，循環(huán)風(fēng)速：0～2.0 m/s；濕度控制：可根據(jù)設(shè)定值自動(dòng)排濕；烘房尺寸：長×寬×高＝2.4 m×2.5 m×2.3 m；系統(tǒng)配有兩套制熱量相同的加熱裝置，分別為熱泵加熱裝置及傳統(tǒng)的電熱裝置，可通過開關(guān)切換），CR-10 型色差計(jì)，HWS-26 型電熱恒溫水浴鍋，STX1202ZH 型電子天平，AWH (SA)15KG 型電子稱，DHG-9243BS-Ⅲ型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，XL-75 型切片機(jī)。
1.2 方法
1.2.1 工藝流程
新鮮冬瓜→去皮、去籽→切片→稱重→均勻擺盤→干燥→瓜干（品質(zhì)指標(biāo)測定）
1.2.2 操作要點(diǎn)
熱泵烘房內(nèi)可放置4 臺(tái)烘干推車，每臺(tái)車有12層物料架，每層可擺放2 個(gè)物料盤，4 臺(tái)車滿載約可承載50 kg 鮮冬瓜片。干燥過程中每小時(shí)分別從4 臺(tái)車的上中下層的物料盤中取樣測含水率，當(dāng)冬瓜含水率降至6%以下時(shí)結(jié)束干燥。
1.2.3 相對濕度對黑皮冬瓜熱泵干燥過程的影響
干燥工藝參數(shù)中的溫度、循環(huán)風(fēng)速和切片厚度參考前期研究結(jié)果[9]，分別設(shè)定為60 ℃、1.5 m/s 和6 mm，相對濕度分別設(shè)定為 70%、60%、50%、40%、30%，每個(gè)濕度條件重復(fù)試驗(yàn)3 次，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定黑皮冬瓜干燥過程中的最適相對濕度以及在最適濕度條件下，由于排濕所造成的烘房內(nèi)溫度波動(dòng)的最低值。
1.2.4 黑皮冬瓜分段式變溫?zé)岜酶稍锕に囇芯?/p>
干燥產(chǎn)品的質(zhì)量是食品干燥的關(guān)鍵因素之一[10]，根據(jù)前期研究結(jié)果[9]，當(dāng)干燥溫度超過60 ℃時(shí)，瓜干的各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)均顯著降低，因此選擇變溫干燥工藝中溫度的上限為60 ℃，將最適濕度條件下，由于排濕所造成的溫度波動(dòng)的最低值設(shè)為變溫工藝中溫度的下限，再將干燥前期溫度波動(dòng)較大的階段進(jìn)行分段，具體工藝方案見表1，其中變溫工藝Ⅰ與Ⅱ的溫度梯度為10 ℃，變溫工藝Ⅲ與Ⅳ的溫度梯度為5 ℃，每種工藝重復(fù)試驗(yàn)3 次，采用綜合加權(quán)評分法確定黑皮冬瓜的最適變溫?zé)岜酶稍锕に嚒?/p>
1.2.5 不同干燥方式對黑皮冬瓜干燥過程、瓜干品質(zhì)及干燥能耗的影響
利用設(shè)備自帶的加熱方式切換功能，分別采用熱泵與傳統(tǒng)的電熱方式干燥冬瓜片，比較不同干燥方式對冬瓜的干燥過程、瓜干品質(zhì)及干燥能耗的影響，以確定熱泵干燥相對于電熱干燥，以及熱泵變溫干燥相對于熱泵恒溫干燥在瓜干品質(zhì)及能源效率上的提升效果。具體試驗(yàn)方案見表2，每種干燥方式重復(fù)試驗(yàn)3 次。
表1 黑皮冬瓜分段式變溫?zé)岜酶稍锕に嘥able 1 Segmented variable temperature drying technique by heat pump of wax gourd
表2 黑皮冬瓜在不同干燥方式下的試驗(yàn)方案Table 2 Tests design of black wax gourd in different drying mode
1.2.6 測定項(xiàng)目與方法
1.2.6.1 干燥過程曲線指標(biāo)的測定
（1）濕基含水率
瓜片濕基含水率采用直接干燥法測定[15]，計(jì)算公式為：
式（1）中：M為瓜片濕基含水率，%；m為瓜片質(zhì)量，kg；md為瓜片中干物質(zhì)的質(zhì)量，kg。
（2）干基含水率
干基含水率表示物料中1 份干物質(zhì)所含水分的份數(shù)，計(jì)算公式為：
式（2）中：G為干基含水率，kg/kg；m為測定時(shí)瓜片質(zhì)量，kg；md為干燥結(jié)束時(shí)瓜片中干物質(zhì)的質(zhì)量，kg。
（3）干燥速率[16]
干燥速率表示物料脫水速度的快慢，計(jì)算公式為：
式（3）中：DR為干燥速率，kg/（kg·h）；Gt為t時(shí)刻瓜片的干基含水率，kg/kg；Gt+△t為t+△t時(shí)刻瓜片的干基含水率，kg/kg。
1.2.6.2 干燥率[17]
干燥率是指制備1 份干品所需要的新鮮原料的份數(shù)，計(jì)算公式為：
式（4）中：D為干燥率；M1為新鮮瓜片的濕基含水率，%；M2為瓜干的濕基含水率，%。
1.2.6.3 色澤[2]
利用色差計(jì)，依據(jù)CIELAB 表色系統(tǒng)測定瓜干的明度指數(shù)L，L=0 表示黑色，L=100 表示白色，瓜干L值越大，色澤越好。
1.2.6.4 復(fù)水比[2]
復(fù)水方法：稱取適量瓜干放入裝有60 ℃蒸餾水的燒杯中，將燒杯置于60 ℃恒溫水浴鍋中，復(fù)水1 h后取出，瀝干3 min 后稱量。復(fù)水比計(jì)算公式為：
式（5）中：Rf為復(fù)水比；m1為瓜干的質(zhì)量，g；m2為瓜干復(fù)水后的質(zhì)量，g。
1.2.6.5 VC 含量
采用2,6-二氯靛酚滴定法測定樣品的VC 含量[18]。
VC 保留率計(jì)算公式為：
式（6）中：K為 VC 保留率，%；C1為瓜干 VC 含量，mg/100 g；C0為鮮瓜 VC 含量，mg/100 g；D為干燥率。
1.2.6.6 能耗
測量一個(gè)干燥周期內(nèi)設(shè)備所消耗的電量，再根據(jù)鮮瓜片的質(zhì)量計(jì)算出將單位質(zhì)量的鮮瓜片干燥成瓜干所消耗的電量。計(jì)算公式如下：
式（7）中：N為干燥能耗，kW·h·kg-1；E為 1 個(gè)干燥周期內(nèi)設(shè)備耗電度數(shù)，kW·h；m為鮮瓜片總質(zhì)量，kg。
1.2.6.7 綜合加權(quán)評分法[19]
在變溫干燥工藝的研究中，對明度指數(shù)、復(fù)水比、VC 保留率、能耗及干燥耗時(shí)這5 項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合加權(quán)評分，確定最佳變溫工藝。采用專家賦權(quán)法確定各指標(biāo)的權(quán)重，以滿分100 分計(jì)，明度指數(shù)權(quán)重分值為20 分，復(fù)水比權(quán)重分值為15 分，VC 保留率權(quán)重分值為20 分，能耗權(quán)重分值為30 分，干燥耗時(shí)權(quán)重分值為15 分。由于明度指數(shù)、復(fù)水比、VC 保留率值越大越好，而能耗與干燥耗時(shí)值越小越好，所以能耗與干燥耗時(shí)得分計(jì)算公式為式（8），其他指標(biāo)得分計(jì)算公式為式（9），綜合得分為各指標(biāo)加權(quán)得分之和。
式中：Yi為指標(biāo)加權(quán)得分；a為指標(biāo)權(quán)重分值；Wi為指標(biāo)實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果；W0為指標(biāo)最佳試驗(yàn)結(jié)果，其中明度指數(shù)、復(fù)水比、VC 保留率以變溫干燥試驗(yàn)中的最大值為最佳值，能耗及干燥耗時(shí)以變溫干燥試驗(yàn)中的最小值為最佳值。
1.2.7 數(shù)據(jù)處理
采用Origin 8.0 繪制干燥過程曲線圖，使用SPSS Statistics 17.0 軟件對瓜干品質(zhì)指標(biāo)及干燥能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 相對濕度對黑皮冬瓜熱泵干燥過程、瓜干品質(zhì)及干燥能耗的影響
將新鮮冬瓜切成厚度為6 mm 的瓜片，分別在相對濕度為 70%、60%、50%、40%、30%，溫度 60 ℃和風(fēng)速1.5 m/s 的條件下進(jìn)行干燥，冬瓜的干燥過程曲線見圖1，瓜干品質(zhì)指標(biāo)及干燥能耗結(jié)果見表3。
由圖1A 可看出，相對濕度設(shè)定的過高或過低，都會(huì)延長干燥時(shí)間。因?yàn)橄鄬穸仍O(shè)定過高，干燥前期排濕量不足，降低了干燥效率；相對濕度設(shè)定過低，干燥前期的過度排濕會(huì)帶走大量熱量，使烘房內(nèi)溫度長時(shí)間達(dá)不到設(shè)定值，同樣會(huì)降低干燥效率。排濕濕度設(shè)定為40%或50%時(shí)干燥耗時(shí)相對較短，為10 h。由圖1B 也可看出，相對濕度設(shè)定為40%或50%時(shí)，干燥前期的干燥速率相對較快。
從表3 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知，相對濕度對瓜干的復(fù)水比無顯著影響，但對瓜干的色澤、VC 保留率及干燥能耗均有顯著影響（P＜0.05）。明度指數(shù)的結(jié)果顯示，相對濕度設(shè)定得越低，瓜干的色澤越好，30%與40%相對濕度條件下干燥的瓜干色澤最好。VC 保留率的結(jié)果顯示：隨著濕度設(shè)定值的降低，VC 保留率有一個(gè)先升后降的趨勢，相對濕度為50%時(shí)，瓜干的VC 保留率最高。究其原因主要是相對濕度設(shè)定過高會(huì)延長干燥時(shí)間，增加瓜肉內(nèi)VC 的氧化；相對濕度
設(shè)定過低，機(jī)器的過度排濕會(huì)增加烘房內(nèi)的新鮮空氣的含量進(jìn)而加速VC 氧化。能耗的結(jié)果顯示：相對濕度設(shè)定為40%和50%時(shí)，干燥能耗相對最低；設(shè)定為30%時(shí)，干燥能耗最大，說明適當(dāng)降低濕度可加快干燥速度，縮短干燥時(shí)間，進(jìn)而降低能耗，但相對濕度設(shè)定過低反而會(huì)造成前期過度排濕，增加能耗。因此，綜合考慮干燥速度、瓜干品質(zhì)及干燥能耗，選擇在40%與50%這兩種相對濕度條件下進(jìn)行變溫干燥工藝的研究。
2.2 變溫干燥工藝對黑皮冬瓜熱泵干燥過程、瓜干品質(zhì)及干燥能耗的影響
在相對濕度試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)：相對濕度設(shè)定為40%時(shí)，前期因排濕造成的溫度波動(dòng)最低值約為40 ℃；相對濕度設(shè)定為50%時(shí)，前期因排濕造成的溫度波動(dòng)最低值約為50 ℃；隨著烘干過程的進(jìn)行，瓜肉內(nèi)水分不斷蒸發(fā)，到中后期排濕頻率逐漸降低，烘房內(nèi)溫度基本穩(wěn)定在設(shè)定值60 ℃左右。根據(jù)干燥前期溫度的波動(dòng)情況設(shè)計(jì)了如表1 中的4 種變溫工藝，將黑皮冬瓜分別在變溫工藝Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的條件下進(jìn)行干燥。冬瓜干燥過程曲線見圖2，瓜干品質(zhì)指標(biāo)及干燥能耗結(jié)果見表4。
表4 不同變溫工藝對瓜干品質(zhì)及干燥能耗的影響Table 4 Effects of different variable temperature drying processes on the quality of dried wax gourd and energy consumption of drying processes
由圖2A 可看出，不同變溫工藝的干燥耗時(shí)相差不大。由圖2B 也可看出，干燥前期不同工藝的干燥速率差異不大，其中工藝Ⅲ的干燥速率相對較快，干燥耗時(shí)相對最短，為10 h，其他工藝的干燥耗時(shí)均為11 h。
由表4 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知，不同變溫工藝對瓜干的復(fù)水比無顯著影響，但對瓜干的色澤、VC 保留率及干燥能耗均有顯著影響（P＜0.05），其中采用工藝Ⅰ與Ⅲ干燥的瓜干色澤最好，工藝Ⅲ耗時(shí)最短，采用工藝Ⅱ干燥的瓜干VC 保留率最高，且能耗最低。綜合考慮干燥速度、瓜干品質(zhì)及干燥能耗，采用加權(quán)評分法對各工藝進(jìn)行綜合評分，變溫工藝Ⅱ的綜合得分最高為97.82 分。因此，選定工藝Ⅱ?yàn)槎系淖罴炎儨責(zé)岜酶稍锕に嚒?/p>
2.3 不同干燥方式對黑皮冬瓜干燥過程、瓜干品質(zhì)及干燥能耗的影響
將新鮮冬瓜分別以表2 中不同的干燥方式進(jìn)行干燥。冬瓜干燥過程曲線見圖3，瓜干品質(zhì)指標(biāo)及干燥能耗結(jié)果見表5。
由圖3A 可看出，方式1（電熱恒溫）與方式3（熱泵恒溫）的干燥耗時(shí)較方式2（電熱變溫）與方式4（熱泵變溫）的干燥耗時(shí)短1 h，即恒溫干燥相對于變溫干燥耗時(shí)短1 h。由圖3B 也可看出，在干燥前期，方式1與方式3 的干燥速率快于方式2 與方式4。
表5 不同干燥方式對瓜干品質(zhì)及干燥能耗的影響Table 5 Effects of different drying mode on the quality of dried wax gourd and energy consumption of drying processes
由表5 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知，不同干燥方式對瓜干的復(fù)水比無顯著影響，但對瓜干的色澤、VC 保留率及干燥能耗均有顯著影響（P＜0.05）。明度指數(shù)的結(jié)果顯示，熱泵干燥的瓜干在色澤上優(yōu)于電熱干燥的瓜干，在同熱源條件下恒溫與變溫方式干燥的瓜干色澤差異不顯著。VC 保留率的結(jié)果顯示，熱泵干燥的瓜干在營養(yǎng)保留方面優(yōu)于電熱干燥的瓜干，在同熱源條件下變溫干燥瓜干的營養(yǎng)保留率顯著高于恒溫干燥的瓜干（P＜0.05）。能耗結(jié)果顯示，熱泵干燥方式較電熱干燥方式能耗顯著降低（P＜0.05），其中熱泵恒溫干燥較電熱恒溫干燥節(jié)能38.93%，在同熱源條件下變溫干燥能耗顯著低于恒溫干燥的能耗（P＜0.05）。其中，熱泵變溫干燥較熱泵恒溫干燥節(jié)能11.25%。
3 結(jié)論
（1）通過研究濕度對黑皮冬瓜熱泵干燥過程、瓜干品質(zhì)及干燥能耗的影響發(fā)現(xiàn)，相對濕度對干燥速率、瓜干品質(zhì)及干燥能耗均有顯著影響（P＜0.05），適宜的相對濕度可以加快干燥速率，并在提升瓜干色澤及VC 保留率的同時(shí)降低干燥能耗。試驗(yàn)結(jié)果表明，最適的干燥相對濕度為40%和50%。
（2）恒溫干燥前期溫度的大幅波動(dòng)使得瓜片在設(shè)定溫度下的有效干燥時(shí)間大大縮短，同時(shí)也增加了溫度回升到設(shè)定值所需的能耗。因此，采用分段式變溫干燥方式，可減少干燥前期的溫度波動(dòng)，使水分的蒸發(fā)速度與排濕頻率相適應(yīng)。研究中根據(jù)恒溫干燥前期溫度的波動(dòng)情況設(shè)計(jì)的4 種分段式變溫干燥工藝在冬瓜干制方面的優(yōu)勢各不相同，采用綜合加權(quán)評分法得出最佳的分段式變溫工藝為：溫度50 ℃（5 h）-60 ℃(至結(jié)束)，相對濕度50%，循環(huán)風(fēng)速1.5 m/s，瓜片厚度6 mm。
（3）將電熱恒溫與變溫、熱泵恒溫與變溫4 種不同干燥方式進(jìn)行比較，結(jié)果表明：熱泵干制的瓜干在品質(zhì)上顯著優(yōu)于電熱干制的瓜干（P＜0.05），熱泵恒溫干燥較電熱恒溫干燥節(jié)能38.93%，熱泵分段式變溫干燥又可在進(jìn)一步提升瓜干品質(zhì)的同時(shí)較熱泵恒溫干燥節(jié)能11.25%。因此，相對于恒溫干燥及傳統(tǒng)的電熱干燥，分段式變溫?zé)岜酶稍锸且环N更能提升干品品質(zhì)及節(jié)省能耗的干燥工藝。
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市售無病蟲害、無機(jī)械損傷的新鮮黑皮冬瓜；抗壞血酸（分析純，25 g）：廣東光華科技股份有限公司產(chǎn)品；2,6-二氯靛酚鈉（分析純，5 g）：上海麥克林生化科技有限公司產(chǎn)品。
1.1.2 儀器與設(shè)備
LAD-050FCI 型空氣能熱泵烘干系統(tǒng)（工作溫度：25～70 ℃，循環(huán)風(fēng)速：0～2.0 m/s；濕度控制：可根據(jù)設(shè)定值自動(dòng)排濕；烘房尺寸：長×寬×高＝2.4 m×2.5 m×2.3 m；系統(tǒng)配有兩套制熱量相同的加熱裝置，分別為熱泵加熱裝置及傳統(tǒng)的電熱裝置，可通過開關(guān)切換），CR-10 型色差計(jì)，HWS-26 型電熱恒溫水浴鍋，STX1202ZH 型電子天平，AWH (SA)15KG 型電子稱，DHG-9243BS-Ⅲ型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，XL-75 型切片機(jī)。
1.2 方法
1.2.1 工藝流程
新鮮冬瓜→去皮、去籽→切片→稱重→均勻擺盤→干燥→瓜干（品質(zhì)指標(biāo)測定）
1.2.2 操作要點(diǎn)
熱泵烘房內(nèi)可放置4 臺(tái)烘干推車，每臺(tái)車有12層物料架，每層可擺放2 個(gè)物料盤，4 臺(tái)車滿載約可承載50 kg 鮮冬瓜片。干燥過程中每小時(shí)分別從4 臺(tái)車的上中下層的物料盤中取樣測含水率，當(dāng)冬瓜含水率降至6%以下時(shí)結(jié)束干燥。
1.2.3 相對濕度對黑皮冬瓜熱泵干燥過程的影響
干燥工藝參數(shù)中的溫度、循環(huán)風(fēng)速和切片厚度參考前期研究結(jié)果[9]，分別設(shè)定為60 ℃、1.5 m/s 和6 mm，相對濕度分別設(shè)定為 70%、60%、50%、40%、30%，每個(gè)濕度條件重復(fù)試驗(yàn)3 次，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定黑皮冬瓜干燥過程中的最適相對濕度以及在最適濕度條件下，由于排濕所造成的烘房內(nèi)溫度波動(dòng)的最低值。
1.2.4 黑皮冬瓜分段式變溫?zé)岜酶稍锕に囇芯?/p>
干燥產(chǎn)品的質(zhì)量是食品干燥的關(guān)鍵因素之一[10]，根據(jù)前期研究結(jié)果[9]，當(dāng)干燥溫度超過60 ℃時(shí)，瓜干的各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)均顯著降低，因此選擇變溫干燥工藝中溫度的上限為60 ℃，將最適濕度條件下，由于排濕所造成的溫度波動(dòng)的最低值設(shè)為變溫工藝中溫度的下限，再將干燥前期溫度波動(dòng)較大的階段進(jìn)行分段，具體工藝方案見表1，其中變溫工藝Ⅰ與Ⅱ的溫度梯度為10 ℃，變溫工藝Ⅲ與Ⅳ的溫度梯度為5 ℃，每種工藝重復(fù)試驗(yàn)3 次，采用綜合加權(quán)評分法確定黑皮冬瓜的最適變溫?zé)岜酶稍锕に嚒?/p>
1.2.5 不同干燥方式對黑皮冬瓜干燥過程、瓜干品質(zhì)及干燥能耗的影響
利用設(shè)備自帶的加熱方式切換功能，分別采用熱泵與傳統(tǒng)的電熱方式干燥冬瓜片，比較不同干燥方式對冬瓜的干燥過程、瓜干品質(zhì)及干燥能耗的影響，以確定熱泵干燥相對于電熱干燥，以及熱泵變溫干燥相對于熱泵恒溫干燥在瓜干品質(zhì)及能源效率上的提升效果。具體試驗(yàn)方案見表2，每種干燥方式重復(fù)試驗(yàn)3 次。
表1 黑皮冬瓜分段式變溫?zé)岜酶稍锕に嘥able 1 Segmented variable temperature drying technique by heat pump of wax gourd
表2 黑皮冬瓜在不同干燥方式下的試驗(yàn)方案Table 2 Tests design of black wax gourd in different drying mode
1.2.6 測定項(xiàng)目與方法
1.2.6.1 干燥過程曲線指標(biāo)的測定
（1）濕基含水率
瓜片濕基含水率采用直接干燥法測定[15]，計(jì)算公式為：
式（1）中：M為瓜片濕基含水率，%；m為瓜片質(zhì)量，kg；md為瓜片中干物質(zhì)的質(zhì)量，kg。
（2）干基含水率
干基含水率表示物料中1 份干物質(zhì)所含水分的份數(shù)，計(jì)算公式為：
式（2）中：G為干基含水率，kg/kg；m為測定時(shí)瓜片質(zhì)量，kg；md為干燥結(jié)束時(shí)瓜片中干物質(zhì)的質(zhì)量，kg。
（3）干燥速率[16]
干燥速率表示物料脫水速度的快慢，計(jì)算公式為：
式（3）中：DR為干燥速率，kg/（kg·h）；Gt為t時(shí)刻瓜片的干基含水率，kg/kg；Gt+△t為t+△t時(shí)刻瓜片的干基含水率，kg/kg。
1.2.6.2 干燥率[17]
干燥率是指制備1 份干品所需要的新鮮原料的份數(shù)，計(jì)算公式為：
式（4）中：D為干燥率；M1為新鮮瓜片的濕基含水率，%；M2為瓜干的濕基含水率，%。
1.2.6.3 色澤[2]
利用色差計(jì)，依據(jù)CIELAB 表色系統(tǒng)測定瓜干的明度指數(shù)L，L=0 表示黑色，L=100 表示白色，瓜干L值越大，色澤越好。
1.2.6.4 復(fù)水比[2]
復(fù)水方法：稱取適量瓜干放入裝有60 ℃蒸餾水的燒杯中，將燒杯置于60 ℃恒溫水浴鍋中，復(fù)水1 h后取出，瀝干3 min 后稱量。復(fù)水比計(jì)算公式為：
式（5）中：Rf為復(fù)水比；m1為瓜干的質(zhì)量，g；m2為瓜干復(fù)水后的質(zhì)量，g。
1.2.6.5 VC 含量
采用2,6-二氯靛酚滴定法測定樣品的VC 含量[18]。
VC 保留率計(jì)算公式為：
式（6）中：K為 VC 保留率，%；C1為瓜干 VC 含量，mg/100 g；C0為鮮瓜 VC 含量，mg/100 g；D為干燥率。
1.2.6.6 能耗
測量一個(gè)干燥周期內(nèi)設(shè)備所消耗的電量，再根據(jù)鮮瓜片的質(zhì)量計(jì)算出將單位質(zhì)量的鮮瓜片干燥成瓜干所消耗的電量。計(jì)算公式如下：
式（7）中：N為干燥能耗，kW·h·kg-1；E為 1 個(gè)干燥周期內(nèi)設(shè)備耗電度數(shù)，kW·h；m為鮮瓜片總質(zhì)量，kg。
1.2.6.7 綜合加權(quán)評分法[19]
在變溫干燥工藝的研究中，對明度指數(shù)、復(fù)水比、VC 保留率、能耗及干燥耗時(shí)這5 項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合加權(quán)評分，確定最佳變溫工藝。采用專家賦權(quán)法確定各指標(biāo)的權(quán)重，以滿分100 分計(jì)，明度指數(shù)權(quán)重分值為20 分，復(fù)水比權(quán)重分值為15 分，VC 保留率權(quán)重分值為20 分，能耗權(quán)重分值為30 分，干燥耗時(shí)權(quán)重分值為15 分。由于明度指數(shù)、復(fù)水比、VC 保留率值越大越好，而能耗與干燥耗時(shí)值越小越好，所以能耗與干燥耗時(shí)得分計(jì)算公式為式（8），其他指標(biāo)得分計(jì)算公式為式（9），綜合得分為各指標(biāo)加權(quán)得分之和。
式中：Yi為指標(biāo)加權(quán)得分；a為指標(biāo)權(quán)重分值；Wi為指標(biāo)實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果；W0為指標(biāo)最佳試驗(yàn)結(jié)果，其中明度指數(shù)、復(fù)水比、VC 保留率以變溫干燥試驗(yàn)中的最大值為最佳值，能耗及干燥耗時(shí)以變溫干燥試驗(yàn)中的最小值為最佳值。
1.2.7 數(shù)據(jù)處理
采用Origin 8.0 繪制干燥過程曲線圖，使用SPSS Statistics 17.0 軟件對瓜干品質(zhì)指標(biāo)及干燥能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 相對濕度對黑皮冬瓜熱泵干燥過程、瓜干品質(zhì)及干燥能耗的影響
將新鮮冬瓜切成厚度為6 mm 的瓜片，分別在相對濕度為 70%、60%、50%、40%、30%，溫度 60 ℃和風(fēng)速1.5 m/s 的條件下進(jìn)行干燥，冬瓜的干燥過程曲線見圖1，瓜干品質(zhì)指標(biāo)及干燥能耗結(jié)果見表3。
由圖1A 可看出，相對濕度設(shè)定的過高或過低，都會(huì)延長干燥時(shí)間。因?yàn)橄鄬穸仍O(shè)定過高，干燥前期排濕量不足，降低了干燥效率；相對濕度設(shè)定過低，干燥前期的過度排濕會(huì)帶走大量熱量，使烘房內(nèi)溫度長時(shí)間達(dá)不到設(shè)定值，同樣會(huì)降低干燥效率。排濕濕度設(shè)定為40%或50%時(shí)干燥耗時(shí)相對較短，為10 h。由圖1B 也可看出，相對濕度設(shè)定為40%或50%時(shí)，干燥前期的干燥速率相對較快。
從表3 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知，相對濕度對瓜干的復(fù)水比無顯著影響，但對瓜干的色澤、VC 保留率及干燥能耗均有顯著影響（P＜0.05）。明度指數(shù)的結(jié)果顯示，相對濕度設(shè)定得越低，瓜干的色澤越好，30%與40%相對濕度條件下干燥的瓜干色澤最好。VC 保留率的結(jié)果顯示：隨著濕度設(shè)定值的降低，VC 保留率有一個(gè)先升后降的趨勢，相對濕度為50%時(shí)，瓜干的VC 保留率最高。究其原因主要是相對濕度設(shè)定過高會(huì)延長干燥時(shí)間，增加瓜肉內(nèi)VC 的氧化；相對濕度
設(shè)定過低，機(jī)器的過度排濕會(huì)增加烘房內(nèi)的新鮮空氣的含量進(jìn)而加速VC 氧化。能耗的結(jié)果顯示：相對濕度設(shè)定為40%和50%時(shí)，干燥能耗相對最低；設(shè)定為30%時(shí)，干燥能耗最大，說明適當(dāng)降低濕度可加快干燥速度，縮短干燥時(shí)間，進(jìn)而降低能耗，但相對濕度設(shè)定過低反而會(huì)造成前期過度排濕，增加能耗。因此，綜合考慮干燥速度、瓜干品質(zhì)及干燥能耗，選擇在40%與50%這兩種相對濕度條件下進(jìn)行變溫干燥工藝的研究。
2.2 變溫干燥工藝對黑皮冬瓜熱泵干燥過程、瓜干品質(zhì)及干燥能耗的影響
在相對濕度試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)：相對濕度設(shè)定為40%時(shí)，前期因排濕造成的溫度波動(dòng)最低值約為40 ℃；相對濕度設(shè)定為50%時(shí)，前期因排濕造成的溫度波動(dòng)最低值約為50 ℃；隨著烘干過程的進(jìn)行，瓜肉內(nèi)水分不斷蒸發(fā)，到中后期排濕頻率逐漸降低，烘房內(nèi)溫度基本穩(wěn)定在設(shè)定值60 ℃左右。根據(jù)干燥前期溫度的波動(dòng)情況設(shè)計(jì)了如表1 中的4 種變溫工藝，將黑皮冬瓜分別在變溫工藝Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的條件下進(jìn)行干燥。冬瓜干燥過程曲線見圖2，瓜干品質(zhì)指標(biāo)及干燥能耗結(jié)果見表4。
表4 不同變溫工藝對瓜干品質(zhì)及干燥能耗的影響Table 4 Effects of different variable temperature drying processes on the quality of dried wax gourd and energy consumption of drying processes
由圖2A 可看出，不同變溫工藝的干燥耗時(shí)相差不大。由圖2B 也可看出，干燥前期不同工藝的干燥速率差異不大，其中工藝Ⅲ的干燥速率相對較快，干燥耗時(shí)相對最短，為10 h，其他工藝的干燥耗時(shí)均為11 h。
由表4 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知，不同變溫工藝對瓜干的復(fù)水比無顯著影響，但對瓜干的色澤、VC 保留率及干燥能耗均有顯著影響（P＜0.05），其中采用工藝Ⅰ與Ⅲ干燥的瓜干色澤最好，工藝Ⅲ耗時(shí)最短，采用工藝Ⅱ干燥的瓜干VC 保留率最高，且能耗最低。綜合考慮干燥速度、瓜干品質(zhì)及干燥能耗，采用加權(quán)評分法對各工藝進(jìn)行綜合評分，變溫工藝Ⅱ的綜合得分最高為97.82 分。因此，選定工藝Ⅱ?yàn)槎系淖罴炎儨責(zé)岜酶稍锕に嚒?/p>
2.3 不同干燥方式對黑皮冬瓜干燥過程、瓜干品質(zhì)及干燥能耗的影響
將新鮮冬瓜分別以表2 中不同的干燥方式進(jìn)行干燥。冬瓜干燥過程曲線見圖3，瓜干品質(zhì)指標(biāo)及干燥能耗結(jié)果見表5。
由圖3A 可看出，方式1（電熱恒溫）與方式3（熱泵恒溫）的干燥耗時(shí)較方式2（電熱變溫）與方式4（熱泵變溫）的干燥耗時(shí)短1 h，即恒溫干燥相對于變溫干燥耗時(shí)短1 h。由圖3B 也可看出，在干燥前期，方式1與方式3 的干燥速率快于方式2 與方式4。
表5 不同干燥方式對瓜干品質(zhì)及干燥能耗的影響Table 5 Effects of different drying mode on the quality of dried wax gourd and energy consumption of drying processes
由表5 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知，不同干燥方式對瓜干的復(fù)水比無顯著影響，但對瓜干的色澤、VC 保留率及干燥能耗均有顯著影響（P＜0.05）。明度指數(shù)的結(jié)果顯示，熱泵干燥的瓜干在色澤上優(yōu)于電熱干燥的瓜干，在同熱源條件下恒溫與變溫方式干燥的瓜干色澤差異不顯著。VC 保留率的結(jié)果顯示，熱泵干燥的瓜干在營養(yǎng)保留方面優(yōu)于電熱干燥的瓜干，在同熱源條件下變溫干燥瓜干的營養(yǎng)保留率顯著高于恒溫干燥的瓜干（P＜0.05）。能耗結(jié)果顯示，熱泵干燥方式較電熱干燥方式能耗顯著降低（P＜0.05），其中熱泵恒溫干燥較電熱恒溫干燥節(jié)能38.93%，在同熱源條件下變溫干燥能耗顯著低于恒溫干燥的能耗（P＜0.05）。其中，熱泵變溫干燥較熱泵恒溫干燥節(jié)能11.25%。
3 結(jié)論
（1）通過研究濕度對黑皮冬瓜熱泵干燥過程、瓜干品質(zhì)及干燥能耗的影響發(fā)現(xiàn)，相對濕度對干燥速率、瓜干品質(zhì)及干燥能耗均有顯著影響（P＜0.05），適宜的相對濕度可以加快干燥速率，并在提升瓜干色澤及VC 保留率的同時(shí)降低干燥能耗。試驗(yàn)結(jié)果表明，最適的干燥相對濕度為40%和50%。
（2）恒溫干燥前期溫度的大幅波動(dòng)使得瓜片在設(shè)定溫度下的有效干燥時(shí)間大大縮短，同時(shí)也增加了溫度回升到設(shè)定值所需的能耗。因此，采用分段式變溫干燥方式，可減少干燥前期的溫度波動(dòng)，使水分的蒸發(fā)速度與排濕頻率相適應(yīng)。研究中根據(jù)恒溫干燥前期溫度的波動(dòng)情況設(shè)計(jì)的4 種分段式變溫干燥工藝在冬瓜干制方面的優(yōu)勢各不相同，采用綜合加權(quán)評分法得出最佳的分段式變溫工藝為：溫度50 ℃（5 h）-60 ℃(至結(jié)束)，相對濕度50%，循環(huán)風(fēng)速1.5 m/s，瓜片厚度6 mm。
（3）將電熱恒溫與變溫、熱泵恒溫與變溫4 種不同干燥方式進(jìn)行比較，結(jié)果表明：熱泵干制的瓜干在品質(zhì)上顯著優(yōu)于電熱干制的瓜干（P＜0.05），熱泵恒溫干燥較電熱恒溫干燥節(jié)能38.93%，熱泵分段式變溫干燥又可在進(jìn)一步提升瓜干品質(zhì)的同時(shí)較熱泵恒溫干燥節(jié)能11.25%。因此，相對于恒溫干燥及傳統(tǒng)的電熱干燥，分段式變溫?zé)岜酶稍锸且环N更能提升干品品質(zhì)及節(jié)省能耗的干燥工藝。
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