紅薯葉復(fù)合面條熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥特性及干燥模型建立

張迎敏, 任廣躍,2,段 續(xù),2, 樊小靜, 王兆凱, 王義勇

(河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院1，洛陽(yáng) 471000)(糧食儲(chǔ)藏安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心2，鄭州 450001)

紅薯葉是紅薯藤蔓葉子，屬于旋花科類番薯植物，由于繁殖速度快，組織代謝能力強(qiáng)，每年可收獲多次[1]，紅薯葉中蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為2.74%，維生素C、維生素B2、鈣、鐵的含量分別為41.07、3.5、74.4、3.94 mg/kg[2, 3]。紅薯葉中的鉀可有效控制血壓的升高，其膳食纖維的在人體消化系統(tǒng)中的作用突出，可吸水膨脹，加快腸胃的蠕動(dòng)；紅薯葉中還富含多酚、植固醇、黃酮類化合物等，多酚類物質(zhì)可以抵御細(xì)胞癌變的發(fā)生，黃酮類物質(zhì)則對(duì)乳汁的分泌有促進(jìn)作用。除此之外，紅薯葉還具有如增強(qiáng)凝血功能、促進(jìn)降低血糖等。紅薯葉中的黏液蛋白不僅可使皮膚緊致，一定程度上還可延緩機(jī)體的衰老[4-6]。但在紅薯成熟時(shí)期，大部分的紅薯葉被遺棄在田地里或者部分被當(dāng)做畜牧飼料在紅薯不能有效利用，為了提高紅薯葉的利用率，可把紅薯葉添加到面條中，補(bǔ)充了傳統(tǒng)面條的營(yíng)養(yǎng)單調(diào)性。

目前關(guān)于面條的研究大多集中于面條的制作機(jī)理和品質(zhì)特性，如研究面條的面筋結(jié)構(gòu)以及物化性質(zhì)[7-9]。對(duì)面條干燥方法的研究，大多是傳統(tǒng)的單一技術(shù)，耗能高且品質(zhì)不佳[10-12]。徐建國(guó)等[13]采用不同方式干燥綠茶，發(fā)現(xiàn)熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥綠茶的外形、色澤、湯色比傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥工藝有明顯改善。季阿敏等[14]對(duì)大紅皮蘿卜進(jìn)行了利用熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合脫水干燥研究，得出了各因素對(duì)干燥速率的影響規(guī)律及干燥效果分析，確定相應(yīng)的優(yōu)化組合方式。李暉等[15]探究了熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥懷山藥的最佳干燥參數(shù)，并作為復(fù)合面條的干燥方式，研究對(duì)其水分的影響[16]。

本實(shí)驗(yàn)根據(jù)面條的干燥規(guī)律采用熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥方式，前期的熱泵低溫空氣是完全封閉式，可防止氣體交換導(dǎo)致產(chǎn)品氧化，能較好地保證產(chǎn)品品質(zhì)，后期的高溫?zé)犸L(fēng)可提高產(chǎn)品的干燥速率，節(jié)省干燥時(shí)間，整個(gè)干燥方式實(shí)現(xiàn)了節(jié)能保質(zhì)和環(huán)境友好的干燥目標(biāo)。本研究采用響應(yīng)面法優(yōu)化聯(lián)合干燥參數(shù)，并對(duì)此條件下的面條進(jìn)行水分遷移的質(zhì)熱傳遞分析并模擬得到相應(yīng)的干燥模型，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)高質(zhì)量食品的同時(shí)降低能耗提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

紅薯葉，新鮮脫毒；精制碘鹽；小麥粉；谷朊粉(100目)。

1.2 儀器與設(shè)備

GHRH-20型熱泵干燥機(jī)，101 型電熱鼓風(fēng)干燥箱，F(xiàn)KM-20 型壓面條機(jī)，NMI20-015V-I低場(chǎng)核磁共振成像分析儀，220V-AC型萬(wàn)用電爐。

1.3 方法

1.3.1 紅薯葉復(fù)合面條工藝要點(diǎn)

紅薯葉粉制備：參考文獻(xiàn)[17]，新鮮紅薯葉→清洗→瀝干→燙漂液配制→燙漂→冷卻瀝水→熱泵干燥→熱風(fēng)干燥→制粉→指標(biāo)測(cè)定。工藝流程中制粉工序是指干制的紅薯葉經(jīng)高速萬(wàn)能粉碎，粉碎過(guò)100目的木篩備用。

和面：用電子天平稱取混合粉200 g，其中紅薯葉粉添加量10 g，谷朊粉20 g，其余為小麥粉。將2 g食鹽充分溶解在100 mL蒸餾水中，將溶解的食鹽水倒入混合粉中并攪拌成面絮狀，糅合5 min，使面絮干濕得當(dāng)，表面沒(méi)有大量干粉且用手緊握時(shí)恰好不松散，手松時(shí)又能零散成絮。

熟化：將和好的面團(tuán)放在入保鮮袋中室溫放置20 min，使面筋蛋白更好充分吸水形成面筋結(jié)構(gòu)。

切面：將熟化后的放到壓面機(jī)中進(jìn)行反復(fù)軋延，直到面帶表面光滑，調(diào)小面輥的間隙，再?gòu)?fù)輥2～3次，直到面片的色澤均勻一致，然后安裝切面刀，根據(jù)需要調(diào)節(jié)切刀的寬度進(jìn)行出面，最后的生鮮面條長(zhǎng)200 mm，寬3 mm，厚1 mm。

干燥：將生鮮面條放入熱泵干燥機(jī)內(nèi)進(jìn)行干燥，其中風(fēng)速1.5 m/s，溫度40 ℃，使面條的濕基含水量降到13%以下(安全含水量)，備用，紅薯葉復(fù)合面條初始的干基含水量為0.49 g/g。

1.3.2 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)定

用單因素實(shí)驗(yàn)法來(lái)分析熱泵干燥溫度、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量和熱風(fēng)干燥溫度對(duì)紅薯葉復(fù)合面條的綜合影響，以紅薯葉復(fù)合面條單位能耗、有效水分?jǐn)U散系數(shù)、煮制吸水率和煮制損失率為質(zhì)量指標(biāo)。在熱泵干燥風(fēng)速為1.50 m/s條件下分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)分為3組，且每次實(shí)驗(yàn)做3次平行，記錄各組的4項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)。

熱泵干燥溫度設(shè)定：將熱泵干燥溫度設(shè)置為30、35、40、45、50 ℃，待濕基含水量降至18%，停止熱泵干燥，轉(zhuǎn)為熱風(fēng)干燥，設(shè)置熱風(fēng)干燥溫度為50 ℃；

轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量設(shè)定：設(shè)置熱泵干燥溫度為40 ℃，待含水量降至14%、16%、18%、20%、22%，轉(zhuǎn)為熱風(fēng)干燥，設(shè)置熱風(fēng)干燥溫度為50 ℃；

熱風(fēng)干燥溫度設(shè)定：設(shè)置熱泵干燥溫度為40 ℃，待含水量降至18%，停止熱泵干燥，轉(zhuǎn)為熱風(fēng)干燥，設(shè)置熱風(fēng)干燥溫度為40、45、50、55、60 ℃。

1.3.3 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

以熱泵干燥溫度(A)、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量(B)、熱風(fēng)干燥溫度(C)為自變量，研究3個(gè)因素與聯(lián)合干燥紅薯葉復(fù)合面條單位能耗、有效水分?jǐn)U散系數(shù)、煮制吸水率和煮制損失率的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)因素水平見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.4 指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 單位能耗的測(cè)定

干燥能耗以每1 g水分的能耗(kJ)計(jì)算，干燥過(guò)程的總脫水量和干燥能耗參考文獻(xiàn)[17，18]計(jì)算。

1.4.2 干基含水量的測(cè)定

干基含水量按式(1)計(jì)算[19]。

(1)

式中：Mt、M1為任意干燥時(shí)間t時(shí)面條的質(zhì)量和鮮濕面條的初始質(zhì)量/g；X為任意干燥時(shí)間t時(shí)面條的干基含水量/g/g；ω1為初始濕基含水量/g/g。

1.4.3 有效水分?jǐn)U散系數(shù)的測(cè)定

假設(shè)面條是一個(gè)長(zhǎng)方體模型(250 mm×3 mm×1 mm)，其長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于寬度和厚度，面條中水分主要沿其寬(x)、厚(y)2個(gè)方向進(jìn)行擴(kuò)散，故可把水分?jǐn)U散方式看作是二維平面擴(kuò)散模型[20]，由Newmen可得水分比(MR)，如式(2)所示。

(2)

式中：X0為生鮮復(fù)合面條的干基含水量/g/g；Xt為t時(shí)刻的干基含水量/g/g；Xe為干燥結(jié)束時(shí)的干基含水量/g/g；x為復(fù)合面條寬度/m；y為復(fù)合面條厚度/m。

復(fù)合面條中水分?jǐn)U散可視為一維模型，水分就是從面條中心內(nèi)部沿直線向外擴(kuò)散，故由Fick第二定律計(jì)算MR，得到式(3)。

(3)

紅薯葉復(fù)合面條在干燥過(guò)程中，部分水分蒸發(fā)，體積微減，其水分散失具有方向性，紅薯葉復(fù)合面條有一個(gè)比較有規(guī)律的組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)，故設(shè)定干燥過(guò)程中各方向的水分?jǐn)U散系數(shù)相等，即Dx=Dy=Dz=D；b：忽略復(fù)合面條體積的變化，Li是定值；c：因復(fù)合面條的寬度和厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于復(fù)合面條的長(zhǎng)度，忽略面條的長(zhǎng)度方面的擴(kuò)散，只考慮復(fù)合面條的寬度和厚度兩個(gè)方向[19]。當(dāng)n=0時(shí)，聯(lián)立式(2)、式(3)，得到式(4)。

(4)

式中：D為有效水分?jǐn)U散系數(shù)/m2/s；Ly為復(fù)合面條寬度的一半/m；Lz為復(fù)合面條厚度的一半/m；t為干燥所需時(shí)間/s；n為實(shí)驗(yàn)組數(shù)。

將式(4)兩端取自然對(duì)數(shù)得式(5)。

(5)

由式(5)可知，lnMR和t有一定的線性規(guī)律，通過(guò)Origin來(lái)線性擬合，擬合得到的斜率即為有效水分?jǐn)U散系數(shù)D。

1.4.4 煮制吸水率的測(cè)定

取10根紅薯葉復(fù)合面條，稱重后，放入盛有沸水的500 mL燒杯中，用可調(diào)式電爐加熱，保持水的微沸狀態(tài)，煮至最佳蒸煮時(shí)間，用竹筷將面條輕輕撈出，瀝干水分，稱量，按式(6)計(jì)算煮制吸水率[21]。

(6)

式中：M為煮制后的紅薯葉復(fù)合面條的質(zhì)量/g；m為煮制前紅薯葉復(fù)合面條的原始干物質(zhì)量/g。

1.4.5 煮制損失率的測(cè)定

稱取10.0 g樣品，精確至0.1 g，放入盛有500 mL沸水的燒杯中，用電爐加熱，保持水的微沸狀態(tài)，煮至最佳煮制時(shí)間，用筷子挑出掛面，把面湯放至常溫后，轉(zhuǎn)入500 mL容量瓶中定容后搖勻，向恒重250 mL的燒杯倒入50 mL面湯，放在可調(diào)式電爐上蒸發(fā)大部分水分后，再吸入面湯50 mL，繼續(xù)蒸發(fā)至近干，放入105 ℃烘箱內(nèi)烘至恒重，質(zhì)量記為M，計(jì)算煮制損失率。

(7)

式中：P為面條煮制損失率/%；M為100 mL面湯中干燥至恒重的質(zhì)量/g；W為面條初始含水量/%；G為面條初始質(zhì)量/g。

1.4.6 綜合評(píng)分的測(cè)定

本研究將單位能耗、有效水分?jǐn)U散系數(shù)、煮制吸水率、煮制損失率這4個(gè)指標(biāo)的重要性比例設(shè)為3∶3∶2∶2進(jìn)行工藝優(yōu)化，根據(jù)式(8)和式(9)計(jì)算綜合評(píng)分，其中Σwj=1，設(shè)yjmax對(duì)應(yīng)100分，yjmin對(duì)應(yīng)0分，對(duì)越小越好的指標(biāo)前為“-”號(hào)，綜合指標(biāo)越大越好[22]，單位能耗和吸濕性都是越低越好，因此在計(jì)算綜合指標(biāo)時(shí)應(yīng)在單位能耗和吸濕性指標(biāo)前加“-”號(hào)[17]。

(8)

yi*=∑wjyij′

(9)

式中：yij為實(shí)際指標(biāo)值；wj為指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)；yij′為單個(gè)指標(biāo)評(píng)分值；yi*為綜合評(píng)分值。

1.4.7 干燥模型的選擇

根據(jù)相關(guān)薄層干燥模型對(duì)最佳工藝下紅薯葉復(fù)合面條的干燥曲線進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究[23-25]，本實(shí)驗(yàn)選用了6種常用的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行擬合，篩選出最適用于紅薯葉復(fù)合面條聯(lián)合干燥的模型進(jìn)行數(shù)學(xué)表征，數(shù)學(xué)模型見(jiàn)表2。

表2 干燥數(shù)學(xué)模型

所有紅薯葉復(fù)合面條的水分比MR都為實(shí)測(cè)值，可通過(guò)Origin對(duì)模型中水分比MR和時(shí)間t的關(guān)系進(jìn)行擬合，擬合得到的模型系數(shù)R2、殘差平方和χ2和均方根誤差RMSE決定了該模型的擬合程度，擬合得到的R2越高、χ2和RMSE越低，則表明該模型擬合程度越高，用這種方式來(lái)確定紅薯葉復(fù)合面條聯(lián)合干燥的數(shù)學(xué)模型，R2、χ2和RMSE指標(biāo)根據(jù)式(10)～式(12)[26]來(lái)計(jì)算。

(10)

(11)

(12)

式中：MRexp,i為第i時(shí)刻測(cè)定的水分比；MRpre,i為第i時(shí)刻模型擬合預(yù)測(cè)的水分比；N為實(shí)驗(yàn)重復(fù)次數(shù)；n為模型參數(shù)的數(shù)量。

1.4.8 水分分布的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)測(cè)定的是紅薯葉復(fù)合面條干燥過(guò)程中的水分分布的情況，實(shí)驗(yàn)前用標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行校準(zhǔn)，然后切取干燥過(guò)程中長(zhǎng)為2 cm的紅薯葉復(fù)合面條，輕放于專用試管中緩緩放入分析儀的特定位置，核磁是通過(guò)CPMG脈沖序列進(jìn)行掃描，結(jié)果T2即為紅薯葉復(fù)合面條的自旋-自旋弛豫時(shí)間[17]。分析儀的參數(shù)為：主頻SF=21，采樣頻率SW=100 kHz，模擬增益RG1=20，數(shù)字增益DRG1=3，前置放大增益PRG=2，采樣點(diǎn)數(shù)TD=8 992，采樣間隔時(shí)間TW=1 500 ms，回波個(gè)數(shù)NECH=300，回波時(shí)間TE=0.3 ms，累加次數(shù)NS=8，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)做3個(gè)水平，將檢測(cè)結(jié)果保存并對(duì)T2進(jìn)行反演，反演迭代100 000次，結(jié)果即為T2反演譜[27，28]。

1.4.9 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Origin 8.5和Design-Expert 8.0.6 軟件對(duì)紅薯葉粉干燥實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱泵干燥溫度的影響

由圖1可知，隨著熱泵溫度的升高，單位能耗逐漸減小，有效水分?jǐn)U散系數(shù)逐漸增大。單位能耗與熱泵溫度基本上成線性關(guān)系，熱泵溫度升高，導(dǎo)致對(duì)流密度增加，加速了熱空氣與樣品中水分的交換速度，從而縮短了干燥所需的時(shí)間，達(dá)到節(jié)能的目的；隨著熱泵溫度的升高，紅薯葉復(fù)合面條與空氣之間的溫度梯度增大，能有效推動(dòng)熱量交換，環(huán)境溫度升高也會(huì)導(dǎo)致相對(duì)濕度的降低，推動(dòng)紅薯葉復(fù)合面條水分的遷移，紅薯葉復(fù)合面條表面的水分散失到空氣中，內(nèi)部的自由水分也緩緩向表面遷移，有利于質(zhì)的傳遞，有效水分?jǐn)U散系數(shù)也就越來(lái)越大。熱泵溫度升高到一定程度，有效水分?jǐn)U散系數(shù)升高略平緩是因?yàn)闊岜脺囟冗^(guò)高，紅薯葉復(fù)合面條表面迅速成膜，不利于水分的有效散失，故有效水分?jǐn)U散系數(shù)有一定的下降。煮制吸水率和煮制損失率隨著熱泵溫度升高均呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢(shì)，煮制吸水率越大說(shuō)明紅薯葉復(fù)合面條的延展性、韌性和適口性較好，煮制損失率較大說(shuō)明紅薯葉復(fù)合面條的組織結(jié)構(gòu)較松散，大部分的淀粉分子被裸露在外，面湯黏糊，面條的口感不清爽。熱泵溫度過(guò)高導(dǎo)致面條出現(xiàn)酥面現(xiàn)象，煮制過(guò)程吸水率會(huì)增大，但增加面條斷裂的幾率，面條斷裂口的淀粉顆粒暴露在外，面條的損失率因此升高。

圖1 熱泵干燥溫度對(duì)紅薯葉復(fù)合面條品質(zhì)的影響

2.2 轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量的影響

由圖2可知，隨著轉(zhuǎn)換點(diǎn)紅薯葉復(fù)合面條含水量的增大，單位能耗逐漸下降，有效水分?jǐn)U散系數(shù)逐漸上升，煮制吸水率和煮制損失率都呈現(xiàn)先下降后增大的趨勢(shì)，并均在轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量16%取得最小值。后期熱風(fēng)的溫度相對(duì)大于前期的熱泵的溫度，轉(zhuǎn)換點(diǎn)面條含水量越高，就越早進(jìn)入熱風(fēng)干燥時(shí)期，環(huán)境溫度升高了，樣品與環(huán)境的溫度差增大，加速了物料與空氣之間質(zhì)熱的傳遞，縮短了樣品到達(dá)終點(diǎn)的干燥時(shí)間，干燥能耗因此逐漸減小，但轉(zhuǎn)含水量過(guò)大，過(guò)早轉(zhuǎn)入熱風(fēng)干燥，高溫使面條表皮過(guò)早形成一層硬皮，阻礙了面條內(nèi)部大部分自由水的散失，因此干燥時(shí)間的下降速率降低，所以轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量過(guò)大單位能耗的增率下降。轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量高，進(jìn)入后期熱風(fēng)干燥越早，面條的水分散失速率越高，所需的干燥時(shí)間越短，能耗降低，有效水分?jǐn)U散系數(shù)因此增大。紅薯葉復(fù)合面條的轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量在一定方面影響了面條的煮制特性，含水量過(guò)大轉(zhuǎn)入后期的高溫環(huán)境，面條還未成型，面條中還有大部分自由水，面條表面就形成較厚的酥面層，嚴(yán)重影響了煮制過(guò)程水分的吸收，導(dǎo)致面條的斷裂，煮制損失率增大。

圖2 轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量對(duì)紅薯葉復(fù)合面條品質(zhì)的影響

2.3 熱風(fēng)干燥溫度的影響

圖3為聯(lián)合干燥中后期的熱風(fēng)溫度對(duì)紅薯葉復(fù)合面條的單位能耗、有效水分?jǐn)U散系數(shù)、煮制吸水率和煮制損失率的影響。熱風(fēng)溫度升高，單位能耗逐漸下降，有效水分?jǐn)U散系數(shù)逐漸上升，前期熱泵低溫干燥主要是除去面條大部分的自由水，使面條的品質(zhì)有一定的保證，后期熱風(fēng)高溫干燥是去除面條中的弱結(jié)合水和強(qiáng)結(jié)合水，高溫加速了水分子的運(yùn)動(dòng)，縮短了面條內(nèi)部與外部的熱交換時(shí)間，故熱風(fēng)溫度越高，干燥時(shí)間越短，所需的能耗越低，單位能耗降低，有效水分?jǐn)U散系數(shù)增大。雖然提高熱風(fēng)溫度降低了能耗，但過(guò)高的溫度使面條表面硬化，表面的淀粉迅速形成一層阻礙膜，面條變得硬化，影響了面條的彈性和延展性，導(dǎo)致面條在沸水中不耐煮，未達(dá)到最佳煮制時(shí)間就已經(jīng)斷裂，斷裂口表面粗糙，淀粉分子和紅薯葉粉暴露在外，因此增大了煮制損失率，吸水率也增大，但適口性降低，咀嚼時(shí)稍有粘牙。

圖3 熱風(fēng)干燥溫度對(duì)紅薯葉復(fù)合面條品質(zhì)的影響

2.4 響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析

通過(guò)響應(yīng)面法研究熱泵干燥溫度(A)、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量(B)和熱風(fēng)干燥溫度(C)三個(gè)因素對(duì)單位能耗、有效水分?jǐn)U散系數(shù)、煮制吸水率和煮制損失率的綜合評(píng)分值進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表3。

通過(guò)Design-Expert 8.0.6 軟件對(duì)表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出的方差分析結(jié)果見(jiàn)表4。綜合評(píng)分值與熱泵溫度、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量和熱風(fēng)溫度都極顯著(P<0.01)。以綜合評(píng)分值為響應(yīng)值，經(jīng)過(guò)擬合得到回歸模型，該模型方程為：綜合評(píng)分值=19.84+14.15A+9.22B-2.15C-3.29AB+1.52AC-1.6BC-13.97A2-11.59B2-9.25C2。該模型的F值為324.85，P<0.000 1，說(shuō)明該模型極顯著。模型的校

表4 回歸方程方差分析表

2.5 響應(yīng)面優(yōu)化與驗(yàn)證

運(yùn)用Design-Expert 8.0.6做出的AB相互作用響應(yīng)面曲線較陡對(duì)綜合評(píng)分值影響最大(P<0.01)，影響極顯著；因BC和AC相互作用曲線較為平緩，對(duì)綜合評(píng)分值影響相對(duì)減小(P<0.05)，影響顯著。各個(gè)交互作用影響的主次為：AB>BC>AC。通過(guò)模型模擬優(yōu)化聯(lián)合干燥紅薯葉復(fù)合面條的最佳工藝為：熱泵干燥溫為44.60 ℃、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量為19.36%、熱風(fēng)干燥溫度為48.92 ℃，綜合評(píng)分值為24.79，考慮實(shí)驗(yàn)的可操作性，最終調(diào)整聯(lián)合干燥紅薯葉復(fù)合面條的工藝參數(shù)為：熱泵干燥溫為45 ℃、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量為19%、熱風(fēng)干燥溫度為49 ℃，在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)并求其平均值，此時(shí)單位能耗為4 350.12 kJ/g、有效水分?jǐn)U散系數(shù)為6.38×10-10m2/s、煮制吸水率為105.91%、煮制損失率為13.93%，綜合評(píng)分值為(24.49±0.16)，與預(yù)測(cè)值擬合度達(dá)98.79%，相對(duì)誤差約為1.21%，表明由該多元二次回歸模型獲得工藝參數(shù)可靠系數(shù)高，較適合熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥紅薯葉復(fù)合面條制粉。

2.6 干燥模型的選擇及驗(yàn)證

紅薯葉復(fù)合面條的最佳聯(lián)合干燥參數(shù)為熱泵干燥溫度45 ℃、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量0.19 g/g、熱風(fēng)干燥溫度49 ℃，在此條件下對(duì)6個(gè)國(guó)內(nèi)外常用的干燥模型進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果如表5。其R2大于0.99的有Modified page 模型、Midilli模型和Two-term模型。R2較大同時(shí)χ2和RMSE值較小，模型的模擬度越高，更能作為樣品的模型。 Midilli模型的R2為0.998 3最大、χ2為0.001 54和RMSE值為2.195 78×10-4均為最小，表明Midilli模型對(duì)紅薯葉復(fù)合面條干燥過(guò)程的擬合優(yōu)度較高，模擬值與觀測(cè)值的誤差較小，故Midilli模型可用來(lái)表征紅薯葉復(fù)合面條聯(lián)合干燥過(guò)程。

表5 不同干燥模型的分析結(jié)果

可通過(guò)方差分析來(lái)檢驗(yàn)Midilli模型的擬合優(yōu)度，分析結(jié)果見(jiàn)表6，分析方程極顯著(P=0.001)，即證實(shí)了Midilli模型可用來(lái)表征紅薯葉復(fù)合面條在熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥過(guò)程中水分遷移變化規(guī)律。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得，紅薯葉復(fù)合面條在最佳聯(lián)合干燥工藝參數(shù)下的數(shù)學(xué)模型表征公式為：MR=0.998 45exp(-1.729 37t0.641 89)-0.060 15t。

表6 回歸方程的方差分析

選取與聯(lián)合干燥最佳參數(shù)不同的實(shí)驗(yàn)干燥參數(shù)對(duì)Midilli模型進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的干燥參數(shù)設(shè)置為熱泵干燥溫度40 ℃、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量18%、熱風(fēng)干燥溫度50 ℃，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，最終與模型擬合，擬合效果如圖4所示。模型的決定系數(shù)R2=0.997 8，觀測(cè)值與模擬值能較好擬合，說(shuō)明Midilli模型能夠較好地表征紅薯葉復(fù)合面條聯(lián)合干燥的干燥規(guī)律，可用來(lái)預(yù)測(cè)紅薯葉復(fù)合面條干燥過(guò)程中的水分變化規(guī)律。

圖4 紅薯葉復(fù)合面條的干燥模型與預(yù)測(cè)值比較

2.7 紅薯葉復(fù)合面條的水分分布

LF-NMR主要通過(guò)對(duì)縱向弛豫時(shí)間T1、橫向弛豫時(shí)間T2和自擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量來(lái)反映出氫質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)[29]。圖5為紅薯葉復(fù)合面條聯(lián)合干燥過(guò)程中弛豫時(shí)間T2的反演瀑布圖譜。每個(gè)干燥時(shí)刻均有2～3峰，代表著3種狀態(tài)的水，以干燥初期紅薯葉復(fù)合生鮮面條的水峰狀態(tài)分為強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水和自由水，不同波峰對(duì)應(yīng)的弛豫時(shí)間記為強(qiáng)結(jié)合水T21(0.01～0.658 ms)、弱結(jié)合水T22(0.658～10.723 ms)和自由水T23(10.723～10 000 ms)，最初相應(yīng)的峰面積為A21為207.032(6.677%)、A22為2 853.491(92.032%)、A23為40.033(1.291%)。在干燥初期，紅薯葉復(fù)合面條的弱結(jié)合水比例最高，強(qiáng)結(jié)合水次之，自由水最低，這可能是因?yàn)榧t薯葉粉中膳食纖維的吸水能力，大部分水都以弱結(jié)合水的形式存在與面條結(jié)構(gòu)。隨著干燥的進(jìn)行，強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水和自由水的弛豫時(shí)間均有所下降，峰值均左移，弱結(jié)合水的峰值變化最大，動(dòng)態(tài)向強(qiáng)結(jié)合水和自由水轉(zhuǎn)化。干燥終期峰面積A21為513.659(54.654%)、A22為391.469(41.653%)、A23為34.712(3.693%)，整個(gè)干燥過(guò)程中，所有的水分都有所減少，但相對(duì)比例變化不同，由圖6更能直觀地看出紅薯葉復(fù)合面條干燥過(guò)程中各相態(tài)水分比例變化，大部分弱結(jié)合水自由度逐漸降低轉(zhuǎn)化為強(qiáng)結(jié)合水，紅薯葉復(fù)合面條中大分子物質(zhì)如淀粉、蛋白質(zhì)和膳食纖維等結(jié)合更為緊密，自由水的含量變化不大，但峰面積比例有所增加是因?yàn)槿踅Y(jié)合水的含量減少，相對(duì)比例因此提高，還表明極小量水分的自由度增大，干燥末期中的紅薯葉復(fù)合面條中存在自由水，這與魏益民[30]對(duì)掛面研究結(jié)果的結(jié)論一致。

圖5 紅薯葉復(fù)合面條聯(lián)合干燥過(guò)程中T2圖譜

圖6 紅薯葉復(fù)合面條干燥過(guò)程中各相態(tài)水分比例變化

3 結(jié)論

熱泵干燥溫度、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量和熱風(fēng)干燥溫度與聯(lián)合干燥的有效水分?jǐn)U散系數(shù)成正相關(guān)，干燥時(shí)間縮短，能耗降低，復(fù)合面條的煮制吸水率和煮制損失率呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，煮制特性具有適宜性，故需尋其最佳工藝。通過(guò)響應(yīng)面法對(duì)干燥參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)其綜合評(píng)分影響的主次為：熱泵干燥溫度>轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量>熱風(fēng)干燥溫度，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥參數(shù)優(yōu)化的結(jié)果為：熱泵溫度45 ℃、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量19%、熱風(fēng)溫度49 ℃。最佳聯(lián)合干燥參數(shù)的干燥模型中，Midilli模型的R2最大，擬合優(yōu)度最高，最能表征紅薯葉復(fù)合面的干燥規(guī)律。LF-NMR結(jié)果表明：紅薯葉復(fù)合面條弱結(jié)合水比例最高，干燥終期，自由水減少，水峰下降，紅薯葉復(fù)合面條中淀粉、蛋白質(zhì)和膳食纖維等大分子物質(zhì)結(jié)合更為緊密，可根據(jù)水分遷移優(yōu)化面制品的工藝，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)高質(zhì)量食品的同時(shí)降低能耗。