枸杞中干燥工艺检测方案(质构分析仪)

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第36卷第4期2015年8月河南工业大学学报(自然科学版)Journal of Henan University of Technology (Natural Science Edition)Vol.36，No.4Aug.2015 河南工业大学学报(自然科学版)第36卷92 (1) 网络出版网址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20150826.1415.034.html 网络出版时间：2015-8-2614：15：31 杞变温压差膨化干燥工艺优化研究 贾文婷1，赵强文2，杨 慧1，吴洪斌l，吴 宏1，金新文* (1.新疆农垦科学院农产品加工研究所，农产品加工重点实验室，新疆石河子832000；2.玛纳斯县旱卡子滩乡 农业技术推广站，新疆 昌吉832200) 摘要：为优化枸杞变温压差膨化干燥的工艺，在前期单因素试验的基础上，采用三因子二次回归正交旋转组合设计，分析预干燥含水率、膨化温度和抽空时间对产品脆度、水分含量和色泽的影响，根据试验数据得到这几个指标的二次回归模型，进行响应面分析与优化.结果表明，预干燥含水率、膨化温度、抽空时间对膨化产品的脆度、水分含量、色泽均有显著影响.枸杞变温压差膨化干燥的最佳工艺是：预干燥含水率20%，膨化温度66.6℃，抽空时间 120 min. 关键词：枸杞；变温压差膨化干燥；工艺；优化 中图分类号：TS201.2 文献标志码：B DOI：10.16433/j.cnki.issn1673-2383.2015.04.039 0 引言 枸杞是茄科植物枸杞的浆果，传统医学认为枸杞具有润肺、清肝、滋肾、益气、生精、助阳、补虚劳、强筋骨、怯风骨、明目等功能1-2. 枸杞是新疆地区非常具有优势特色的林果产品.目前，新疆地区枸杞除极少量鲜食外，大部分用于制干加工，另外还有少量用于枸杞饮料、枸杞酒等的生产产3-4).从总体上看，附加值较高、增值空间较大的深加工产品所占比重较小，，一些先进技术如变温压差膨化干燥技术等，尚未在新疆特色果蔬上得到应用，发展潜力较大. 近几年，变温压差膨化干燥技术逐渐兴起，作为一种新型的干燥技术，它具有环保、节能的优点，适用于生产非油炸型果蔬脆片.这种新型的果蔬干燥方式结合了热风干燥和真空冷冻干燥的优点，同时克服了油炸的缺点，在果蔬干燥中具有十分广阔的应用前景15-61.但由于影响果蔬变温压差膨化干燥的因素很多，膨化前原料的预干燥水分含量、膨化温度和抽真空时间等重要参数对产品品质的影响尚未完全摸清，有待进一步研究. ( 收稿日期：20 15 -04- 1 6 ) ( 基金项目：新疆农垦科学院引导计划(71YYD 201 408)：新疆生产 建 设 兵 团科技支疆项目(2013AB 0 2 0 ) ) ( 作者简介：贾 文 婷(1987-)，女，河北鹿泉人，助理研究员 ， 主要从事 农产品加工 与 贮藏研究. ) ( *通信作者 ) 材料与方法 11.1 材料与仪器设备 新鲜枸杞：购自新疆石河子市农贸市场. 智能型电热恒温鼓风箱：DHG-9070B，上海琅玕实验设备有限公司；顶开式转换型冷藏冷冻东：BC/BD-560FA，青岛澳柯玛股份有限公司；真空包装机：DZ-500/2s，山东省诸城市海诺机械有限公司；水分快速测定仪：MB45，美国奥豪斯；色彩色差仪：CR-400，柯尼卡美能达；物性分析仪：TMS-Pro，美国FTC公司；变温压差膨化干燥设备：QDPH-20型，天津勤德新材料科技有限公司. 果蔬变温压差膨化干燥设备简图见图1. (1.真空罐；2.真空泵；3.膨化罐；4.泄压阀：5.控制面板：6.空气压缩机) 图 果蔬变温压差膨化干燥设备简图 Fig. 1 Explosion puffing drying equipment for fruitsand vegetables on modified temperature and pressure 1.2 试验方法 1.2.1 工艺流程 挑选原料→清洗→预干燥→除去不可食部分→回软→变温压差膨化干燥→冷却→充氮气包装. 1.2.2 操作要点 (1)原料的选择：选择新鲜、饱满且色泽鲜艳的枸杞. (2)清洗：用流动水清洗枸杞表面的灰尘和杂质. (3)预干燥：采用热风干燥，干燥温度60℃，预干燥至枸杞含水率在 20%~40%. (4)除去不可食部分：用鼓风机吹走枸杞叶片和杂质. (5)回软：将预干燥好的枸杞装入密封袋，放置于0~4℃条件下回软12 h. (6)包装：采用充氮气包装，避免产品回潮 1.3 检测方法 1.3.1 含水率的测定 .采用 GB/T 5009.3—2003直接干燥法. 1.3.2 脆度的测定 采用质构仪.球型探头，测试前速率6.0 mm/s，测试速率4.0 mm/s，测试后速率2.0 mm/s，测式距离4.0 mm，测试时间60s，数据采集速度400 次/s.产品的脆度由测试峰数的多少来表示，峰数越多，产品的脆度越好好. 色泽的测定 采用色彩色差计.用白板校正仪器，测量样品的明度指数L'.L'表示明暗，其值越大，产品的亮度越好，它能间接地反映产品色泽的好坏1. 试验设计 选取原料预干燥后含水率(X)、膨化温度(X)及抽真空时间(X，)作为自变量，产品的脆度(Y)、水分含量(Y)及色泽(Y)作为因变量，其他工艺参数固定为：膨化时间30 min，抽空温度50℃，膨化压力差0.2 MPa. 根据前期单因素试验的结果，确定最佳值，将其编码值设定为0水平，进行三因子二次回归正交旋转组合试验，各因子的水平设置及编码值见表1. 表1因素与水平编码 Table 1 Coding of factors and levels 编码值 X(预干燥 X(膨化 Xs(抽空 含水率) 温度)/℃ 时间)min -1 20 50 60 0 30 60 90 1 40 70 120 1.5 统计分析 采用 Design expert 8.0.6对试验数据进行处理分析. 2 结果与分析 2.1 试验方案及结果 取新鲜枸杞干燥至不同含水率，在冰箱内回软12h后均匀地摆放于托盘上，放入膨化罐内，关闭罐门，在控制面板上设置好膨化温度，之后通入蒸汽对管道进行加热，当升至所需的膨化温度时开始计时，加热30 min 后，开启泄压阀，原料瞬间被抽真空，将抽空温度降至50℃，在此温度下抽真空处理60~120 min，然后关闭泄压阀，停止抽真空，同时关闭蒸汽加热，通入冷却循环水将温度降至25~30℃，维持10 min，让产品定型，之后打开常压阀，待压力恢复到常压状态后打开膨化罐舱门，取出样品.测定膨化产品的脆度、水分含量和色泽，其结果见表2. 表2 试验设计及结果 Table 2 Experimental designs and results 序号 X，A X/℃ X/m in Y：/个 Y% Y 1 -1 -1 0 142.79 10.51 77.06 2 1 -1 0 45.38 25.10 64.40 3 -1 1 0 192.17 12.39 73.57 4 1 1 0 162.81 13.18 75.49 5 -1 0 -1 119.01 14.40 74.48 6 1 0 -1 32.84 16.70 67.40 7 -1 0 1 228.90 6.04 76.49 8 1 0 1 211.59 10.15 80.20 9 0 -1 -1 12.79 29.70 63.05 10 0 1 -1 21.62 25.49 63.38 11 0 -1 1 187.57 13.30 74.45 12 0 1 1 211.63 10.15 80.18 13 0 0 0 234.42 8.58 83.59 14 0 0 0 213.19 8.52 82.79 15 0 0 0 204.59 8.79 84.63 16 0 0 0 205.21 8.74 82.75 17 0 0 0 203.00 8.97 81.51 2.2 回归方程及参数分析 采用 Design expert 8.0.6对表2的数据进行分析，得到X、X、X编码值与Y、Y、Y编码值之间的多元二次回归方程式，如式(1)一(3)所示. 分析多元二次回归方程式的回归系数与变量，结果见表3. 表3 二次回归方程的回归系数及变量分析 Table 3 Regression coefficients and variableanalysis of quadratic regression equations 变异来源 脆度Y 水分含量Y， 色泽Y 212.08 8.73 83.08 -28.77** 2.73* -1.76 X， 24.95* -2.18* 1.71 X 81.68*** -5.83*** 5.38*** XX -18.32 -0.64 -3.05* XX -57.96** 7.19*** -7.42*** XX -45.71** 3.73* -5.40** XX2 17.00 -3.45* 3.64* XX： 17.25 0.46 2.69* XX 3.80 0.27 1.36 决定系数 R’ 0.9619 0.9389 0.9583 注：*代表显著水平<0.05；**代表显著水平<0.01；***代表显著水平<0.001. 从表3可以看出，所有方程的决定系数R?均大于0.9，说明自变量与应变量之间的多元回归关系显著，因此该试验的结果具有意义且误差较小101.通过对表3的分析可知，影响Y的主次顺序为X>X>X，其中X、X极显著，X显著；影响Y的主次顺序为X；>X>X， 其中X，极显著，X、X显著；影响Y，的主次顺序为X；>X>X，，其中X，极显著，X、X不显著. 2.3 优化试验的响应面分析 利用专业数据分析软件，依次输入试验结果， 固定其中1个因素为0水平，得到其他2个因素的回归方程及响应面图.得出的交互效应方程如式(4)(12)所示. Y(1，3)=187.67-28.77X+81.68X+17.25X， Y (1，3)=11.76+2.73X-5.83Xs+0.46XX-0.26X2+4.11X3； (8) Y(2，3)=8.46-2.18X2-5.83X3+0.27X，X3+7.16X，+3.70X2； (9) Y， (1，2)=80.80-1.76X+1.71X2+3.64XX2-3.33X2-7.70X； (10) Y，3(1，3)=79.95-1.76X+5.38X+2.69XX3-3.44X2-5.79X²； (11) Y3(2，3)=81.79+1.71X +5.38X；+1.36XX3-7.58X-5.56X (12) 2.3.1 3个因素对膨化产品脆度的影响 预干燥含水率、膨化温度及抽空时间对膨化产品脆度的影响如图2所示.从图2(a)可以看出，当X；编码值一定时，Y，随X 的增大呈缓慢减小趋势，随X，的升高呈增大趋势，到最大值时，又开始降低；从图2(b)可以看出，当X编码值一定时，Y，随X的增大呈减小趋势，随X；的增大呈单调递增趋势；从图2(c)可以看出，x，与x交互作用显著，Y，随XX的增大而升高.综合分析这可能是因为产品预干燥含水率越大，膨化产品的脆度越小，随膨化温度和抽空时间的升高，产品的脆度逐渐增大，膨化温度和抽空时间到达一定高度时，产品发生焦糊硬化，最终脆度降低. 图2 三因素对膨化产品脆度的影响 Fig. 2 Effect of three factors on the crisp of explosion puffed products 2.3.2 3 个因素对膨化产品水分含量的影响 预干燥含水率、膨化温度、抽空时间对膨化产 品水分含量的影响如图3所示.从图3(a)可以看出，当X编码值一定时，Y，随x的增大呈升高趋 势，随X，的增大呈先降低后升高的趋势；从图3(b)可以看出，当X编码值一定时，Y，随X，的增大而增大，随X的增大而减小；从图3(c)可以看出，当X，编码值一定时，Y，随X的增大呈先下降后上升趋势，随X的增大呈先下降后升高的趋势. 综合分析得出，产品预干燥含水率越高，最终膨化产品的水分含量越高；随膨化温度的上升和抽空时间的延长，膨化产品水分含量呈逐渐降低的趋势，这是因为物料在膨化过程中，细胞中的水分逐渐转变为水蒸气，物料中的水分含量不断减少少， 图3 三因素对膨化产品水分含量的影响 Fig. 3 Effect of three factors on water content of explosion puffed products 2.3.3 3个因素对膨化产品色泽的影响 预干燥含水率、膨化温度、抽空时间对膨化产品色泽的影响如图4所示.从图4(a)可以看出当X编码值一定时，Y，随X 的增大无显著变化，随X的增大呈先升高后降低的趋势；从图4(b)可以看出，当X编码值一定时，Y，随X，的增大无显著变化，随X，的增大而增大，到一定编码值时，又逐渐降低；从图4(c)可以看出，当X编码值一定时， X与X的交互作用显著，Y随Xz、X的增大呈先上升后下降趋势，在较低编码水平上有交互最小值.通过以上分析得出，随着预干燥含水率的上升，产品的色泽无显著变化.随着膨化温度的升高，产品的L'值先上升后下降，这可能是因为过高的温度会造成产品糊化，使L值降低.随抽空时间的不断延长，产品L*值呈上升趋势，达到最大值后又开始下降. 图4 三因素对膨化产品色泽的影响 Fig.4 Effect of three factors on the color of explosion puffed products 3 讨论与结论 (1)本试剑中，二次回归方程的决定系数R值接近1，说明方程对试验的拟合程度较高，试验误差较小，精确度较高；方程中自变量与应变量之间的多元回归关系显著，说明该模型对本试验有意义112-141 (2)通过响应面分析得出结论：在试验设定的范围内，随产品预干燥含水率的升高，脆度降低，水分含量增加，代表产品色泽的明度指数L'值 无显著变化；随膨化温度的升高，产品的脆度增加，水分含量降低，L*值先上升后下降；随抽空时间的增加，产品脆度增大，水分含量降低，L'值上升.根据感官评价的优先顺序，产品色泽>脆度>水分含量I15]，通过专业数据软件对膨化产品的脆度Y、水分含量Y、色Y进行优化，控制膨化产品的水分含量在7%以下，得到一系列的水平编码组合，从中选出最佳的工艺参数组合，即预干燥含水率X=20%，膨化温度X=66.6℃，抽空时间X=120 min. 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Agricultural Technology Extension Station of Manasi County，Changji 832200，China) Abstract： Variable temperature and pressure explosion puffing drying technology， which combines the advantagesof hot-air drying and vacuum freeze drying， is a new drying technology and applicable to the production ofnon-fried fruit and vegetable chips. The present study was to investigate the optimized process of explosionpuffing drying technology on wolfberry at variable temperature and pressure. Based on the single factorexperiment， central composite rotatable design (CCRD) was adopted to analyze the effect of water content beforepuffing (X)，puffing temperature (X2) and vacuum drying time (X；) on the crispness (Y)， water content afterpuffing (Y) and color (Y；) of products. The quadratic regression model of these indexes were deduced and thevariables were analyzed with response surface methodology(RSM). The results showed that the water contentbefore puffing，puffing temperature and vacuum drying time had significantly effect on the crisp degree， watercontent and color of the puffed products. The optimized process of variable temperature and pressure explosionpuffing drying technology for wolfberry were as follows： water content of 20% tbefore puffing，puffingtemperature of 66.6℃ and vacuum drying time of 120 min. Key words： wolfberry； explosion puffing drying；technology； optimization 枸杞变温压差膨化干燥工艺优化研究作者：贾文婷 赵强文 杨慧 吴洪斌 吴宏 金新文1. 新疆农垦科学院农产品加工研究所农产品加工重点实验室2. 玛纳斯县旱卡子滩乡农业技术推广站摘   要：为优化枸杞变温压差膨化干燥的工艺，在前期单因素试验的基础上，采用三因子二次回归正交旋转组合设计，分析预干燥含水率、膨化温度和抽空时间对产品脆度、水分含量和色泽的影响，根据试验数据得到这几个指标的二次回归模型，进行响应面分析与优化。结果表明，预干燥含水率、膨化温度、抽空时间对膨化产品的脆度、水分含量、色泽均有显著影响。枸杞变温压差膨化干燥的最佳工艺是：预干燥含水率20%，膨化温度66.6℃，抽空时间120 min。关键词：枸杞 变温压差膨化干燥 工艺 优化