劉立果，張學(xué)軍，孫 杰，靳 偉，鄢金山，辛倩倩

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)械交通學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)工程裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830052)

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紅棗熱風(fēng)干燥工藝的試驗(yàn)研究

劉立果1，張學(xué)軍2，孫 杰2，靳 偉2，鄢金山2，辛倩倩1

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)械交通學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)工程裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830052)

目前，紅棗熱風(fēng)干燥工藝主要依靠人們長期以來的經(jīng)驗(yàn)積累，缺少系統(tǒng)的研究，干燥的品質(zhì)有待提高。根據(jù)影響紅棗干燥的溫度、濕度和風(fēng)速3個(gè)主要因素設(shè)計(jì)了三因素三水平的正交試驗(yàn)。試驗(yàn)表明：溫度對紅棗的干燥速率和品質(zhì)影響最大；熱風(fēng)溫度越高，干燥速度就越快，紅棗果皮紅的程度越小，果皮的明度越小，紅棗皺縮越嚴(yán)重，紅棗糖分析出量越多；熱風(fēng)濕度對紅棗糖分的析出量有顯著的影響；熱風(fēng)風(fēng)速對紅棗果皮的明度有顯著的影響。紅棗干燥較優(yōu)的工藝參數(shù)：溫度為55℃，濕度為60%，風(fēng)速為0.25m/s。

紅棗；熱風(fēng)干燥；工藝；正交試驗(yàn)；外觀品質(zhì)

0 引言

鮮棗正常的收獲時(shí)間是在8-10月份。鮮棗不耐儲藏，極易發(fā)生霉變和腐爛，必須立即進(jìn)行晾曬[1,2]。而在我國主要的紅棗種植區(qū)，除新疆以外，在這個(gè)季節(jié)大都陰雨連綿。熱風(fēng)干燥是目前人們最常用的紅棗干燥方法，但熱風(fēng)干燥工藝主要是依靠人們長期以來的經(jīng)驗(yàn)積累，工藝相對落后。

陳錦屏等人研究了不同熱風(fēng)干燥工藝對紅棗干燥品質(zhì)的影響[3]。對烘房在3種干燥工藝條件下的紅棗品質(zhì)進(jìn)行了對比[4]。魯周民等人研究了不同熱風(fēng)干燥溫度對紅棗香氣成分的影響[5-6]。李煥榮等人研究了不同干燥方法對干棗營養(yǎng)成分和香氣成分的影響及紅棗的收縮特性[7-8]。戈曉康等人對紅棗干燥進(jìn)行了單因素試驗(yàn)[9]。

大多數(shù)學(xué)者的研究主要集中在某單一因素對紅棗干燥的速率和品質(zhì)上。經(jīng)過市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，紅棗的外觀品質(zhì)參差不齊，大多不盡如人意。在很大程度上，紅棗外觀品質(zhì)的好壞可以反映出紅棗的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部品質(zhì)。因此，根據(jù)影響紅棗干燥的溫度、濕度和風(fēng)速3個(gè)主要因素設(shè)計(jì)了一個(gè)三因素三水平的正交試驗(yàn)。通過試驗(yàn)得到了不同因素的不同水平對紅棗外觀品質(zhì)影響程度的大小。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用紅棗為新疆新鮮和田駿棗(濕基含水率為80.72±2%)，用清水清洗干凈后晾干，并用密封袋包裝，冷藏于2～4℃的冰箱中。

1.2 試驗(yàn)儀器

薄層干燥試驗(yàn)臺，由吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院農(nóng)業(yè)測試技術(shù)與智能控制實(shí)驗(yàn)室研制，可調(diào)溫度范圍0～150℃，可調(diào)風(fēng)速范圍0～3m/s。可調(diào)加濕裝置，由新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院和食品科學(xué)學(xué)院共同研制，可調(diào)濕度范圍40%～100%。先行者電子天平，型號 CP3102，最大稱重 3 100g，精度 0.01g,由奧豪斯儀器上海有限公司制造。CM-700d型分光測色計(jì)：日本KONICA MINOLTA美能達(dá)公司制造，光譜檢測范圍為400～700nm。

1.3 正交試驗(yàn)表的選擇

根據(jù)影響紅棗外觀品質(zhì)的主要因素，將熱風(fēng)的溫度、濕度和風(fēng)速作為正交試驗(yàn)的3個(gè)因素。其中，每個(gè)因素均設(shè)有3個(gè)水平。溫度的水平分別為55、60、65℃。濕度的水平分別為55%、60%、65%。風(fēng)速的水平為0.25、0.35、0.45m/s。正交試驗(yàn)的試驗(yàn)指標(biāo)分別為干燥的持續(xù)時(shí)間、紅棗果皮紅的程度、果皮的明度、皺縮程度和糖分析出量,如表1所示。根據(jù)需要選擇L9(34)正交試驗(yàn)表。

1.4 試驗(yàn)方法

挑選大小均勻，個(gè)頭飽滿，無損傷的鮮棗并分成幾乎相同質(zhì)量的9份儲藏于冰箱中。每次試驗(yàn)前從冰箱內(nèi)取出紅棗放置在室內(nèi)，使紅棗整體的溫度與室溫接近。紅棗干燥需要一個(gè)逐漸升溫的過程，否則紅棗的果皮就會破裂，嚴(yán)重影響紅棗的品質(zhì)。紅棗干燥的升溫時(shí)間一般為5～7h。本次試驗(yàn)中每組試驗(yàn)均是用6h的時(shí)間將熱風(fēng)的溫度逐漸升高到55℃。待升溫結(jié)束后，根據(jù)正交表將熱風(fēng)的溫度、濕度和風(fēng)速設(shè)定到某一定值，開始進(jìn)行正交試驗(yàn)。表2中列出了每組紅棗升溫前和升溫后的樣品質(zhì)量。雖然升溫后各組紅棗的樣品質(zhì)量略有差異，但對于該正交試驗(yàn)可以忽略不計(jì)。升溫結(jié)束后對紅棗樣品每隔1h測量一次質(zhì)量，直到紅棗的含水率降到25%為止。

表1 正交試驗(yàn)的因素和水平Table 1 and levels of the orthogonal test

表2 升溫前和升溫后樣品的質(zhì)量Table 2 The weight of the sample before and after heating up

1.5 評價(jià)指標(biāo)

1)干燥持續(xù)時(shí)間：通過查看使紅棗樣品的含水率下降到25%時(shí)，不同干燥條件下所用的時(shí)間。

2)果皮紅的程度：通過CM-700d型分光測色計(jì)對干燥完成的每組樣品中的每個(gè)棗都進(jìn)行測量，每個(gè)棗上測10個(gè)點(diǎn)，看參數(shù)a的變化情況。將每組樣品中的所有的參數(shù)a進(jìn)行平均，最后比較各組樣品參數(shù)a的平均值的大小。當(dāng)參數(shù)a>0時(shí)，a值越大說明紅棗果皮越紅，色澤越好。

3)果皮的明度：通過CM-700d型分光測色計(jì)對干燥完成的每組樣品中的每個(gè)棗都進(jìn)行測量，每個(gè)棗上測10個(gè)點(diǎn)，看參數(shù)L的變化情況。將每組樣品中的所有的參數(shù)L進(jìn)行平均。最后比較各組樣品參數(shù)L的平均值的大小。當(dāng)參數(shù)L>0時(shí)，L值越大說明紅棗果皮的明度越大，亮度越好。

4)皺縮程度評分：采用專家模糊評判方法得到綜合評分的數(shù)值，由9人組成專家小組對干燥后紅棗的皺縮程度進(jìn)行評分；然后取平均值作為評判皺縮程度的標(biāo)準(zhǔn)。紅棗皺縮程度的評分標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 皺縮程度的評分標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Scoring criteria of shrinkage degree

5)紅棗糖分析出量評分：采用專家模糊評判方法得到綜合評分的數(shù)值，由9人組成專家小組對干燥后紅棗的糖分析出量進(jìn)行評分，然后取平均值作為評判糖分析出量的標(biāo)準(zhǔn)。紅棗糖分析出量的評分標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表4 紅棗糖分析出量的評分標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Scoring criteria of the amount of precipitation of red jujube’s sugar

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)正交試驗(yàn)表完成9組試驗(yàn)后，對每組試驗(yàn)的紅棗樣品按照上面所述的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對干燥持續(xù)時(shí)間、果皮紅的程度、果皮的明度、皺縮程度和糖分析出量進(jìn)行測量、評估和分析，得到了各試驗(yàn)指標(biāo)的數(shù)值，如表5所示。

2.1 不同因素對干燥持續(xù)時(shí)間的影響

利用SPSS對表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析和方差分析得到了不同因素對干燥持續(xù)時(shí)間的影響,如表6和表7所示。從方差分析表中可以明顯看出：溫度對應(yīng)的F=36.7,P=0.026<0.05。濕度對應(yīng)的F=0.04,P=0.962>0.05；風(fēng)速對應(yīng)的F=5.32,P=0.158>0.05；由此可以看出：溫度對干燥持續(xù)時(shí)間有顯著的影響，而濕度和風(fēng)速對干燥持續(xù)時(shí)間均沒有顯著的影響。從極差分析表上可以：看出濕度所對應(yīng)的極差值比空白列對應(yīng)的極差值還要小，說明濕度對干燥持續(xù)時(shí)間影響極小，可忽略。由極差分析表可以看出：對干燥持續(xù)時(shí)間有影響作用的因素的主次順序?yàn)锳CB。因?yàn)榧t棗干燥持續(xù)的時(shí)間越短越好，所以因素水平的較優(yōu)組合為A3B3C2或A3B2C2。由圖1可以看出：在相同溫度不同濕度和風(fēng)速下，樣品質(zhì)量隨干燥時(shí)間的變化曲線非常接近；而在不同溫度條件下，樣品質(zhì)量隨干燥時(shí)間的變化曲線差別較大，同樣說明溫度對紅棗干燥速率的影響較大，濕度和風(fēng)速的影響則很小。

表5 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 5 The results of orthogonal test

表6 不同因素對干燥持續(xù)時(shí)間影響的方差分析Table 6 Analysis of the influence of different factors on the drying duration

表7 不同因素對干燥持續(xù)時(shí)間影響的極差分析Table 7 Range analysis of the influence of different factors on the drying duration

(a)

(b)

(c)圖1 樣品重量隨干燥時(shí)間的變化圖Fig.1 Graph of the weight of samples change with the drying time

2.2 不同因素對果皮紅的程度的影響

由表8可以明顯看出：溫度對應(yīng)的F=27.66,P=0.035<0.05；濕度對應(yīng)的F=0.417,P=0.706>0.05；風(fēng)速對應(yīng)的F=0.818,P=0.55>0.05。由此可以看出：溫度對紅棗果皮紅的程度有顯著的影響，而濕度和風(fēng)速對紅棗果皮紅的程度均沒有顯著的影響。由表9可以看出：濕度和風(fēng)速所對應(yīng)的極差值都比空白列對應(yīng)的極差值還要小，這說明濕度和風(fēng)速對紅棗果皮紅的程度的影響均極小，可忽略；對紅棗果皮紅的程度有影響作用的因素的主次順序?yàn)锳CB，因素水平的較優(yōu)組合為A1B2C2。

表8 不同因素對果皮紅的程度影響的方差分析Table 8 Analysis of the influence of different factors on the red degree of peel

2.3 不同因素對果皮明度的影響

由表10可以看出:溫度對應(yīng)的F=157.206,P=0.006<0.05；濕度對應(yīng)的F=10.015,P=0.091>0.05；風(fēng)速對應(yīng)的F=23.871,P=0.04<0.05。由此可以看出：溫度和風(fēng)速對紅棗果皮的明度均有顯著的影響，而濕度對果皮的明度沒有顯著的影響。由表11可以看出：對紅棗果皮的明度有影響作用的因素的主次順序?yàn)锳CB，因素水平的較優(yōu)組合為A1B1C1。

表9 不同因素對果皮紅的程度影響的極差分析Table 9 Range analysis of the influence of different factors on the red degree of peel

表10 不同因素對果皮明度影響的方差分析Table 10 Analysis of the influence of different factors on the lightness of peel

表11 不同因素對果皮明度影響的極差分析Table 11 Range analysis of the influence of different factors on the lightness of peel

2.4 不同因素對皺縮程度的影響

由表12可以看出：溫度對應(yīng)的F=78.25,P=0.013<0.05；濕度對應(yīng)的F=3.25,P=0.235>0.05；風(fēng)速對應(yīng)的F=0.25,P=0.8>0.05。由此可以看出：溫度對紅棗皺縮程度有顯著的影響，而濕度和風(fēng)速對紅棗皺縮程度均沒有顯著的影響。由表13可以看出：風(fēng)速所對應(yīng)的極差值比空白列對應(yīng)的極差值還要小，說明風(fēng)速對紅棗皺縮程度的影響極小，可忽略；對紅棗皺縮程度有影響作用的因素的主次順序?yàn)锳BC，因素水平的較優(yōu)組合為A1B2C2。

表12 不同因素對紅棗皺縮程度影響的方差分析Table 12 Analysis of the influence of different factors on the degree of shrinkage of red jujube

表13 不同因素對紅棗皺縮程度影響的極差分析Table 13 Range analysis of the influence of different factors on the degree of shrinkage of red jujube

2.5 不同因素對紅棗糖分析出量的影響

由表14可看出:溫度對應(yīng)的F=364.00,P=0.003<0.05;濕度對應(yīng)的F=28.00,P=0.034<0.05;風(fēng)速對應(yīng)的F=1.00,P=0.5>0.05。由此可以看出：溫度和濕度對紅棗糖分析出量均有顯著的影響，而風(fēng)速對紅棗糖分析出量沒有顯著的影響。由表15可以看出：對紅棗糖分析出量有影響作用的因素的主次順序?yàn)锳BC，因素水平的較優(yōu)組合為A1B2C2或A1B2C1。

3 結(jié)論

經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：紅棗的外觀品質(zhì)與干燥時(shí)熱風(fēng)的溫度、濕度和風(fēng)速息息相關(guān)。溫度對外觀品質(zhì)的影響最大。對紅棗進(jìn)行單因素試驗(yàn)不足以反映出各因素綜合作用時(shí)對紅棗干燥速率和品質(zhì)的影響。在傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)工藝的基礎(chǔ)上通過設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)對干燥工藝進(jìn)行優(yōu)化是提高干燥速率和品質(zhì)的有效方法。

表14 不同因素對紅棗糖分析出量影響的方差分析Table 14 Analysis of the influence of different factors on the amount of precipitation of red jujube’s sugar

表15 不同因素對紅棗糖分析出量影響的極差分析Table 15 Range analysis of the influence of different factors on the amount of precipitation of red jujube’s sugar

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Experimental Study of the Hot Air Drying Process of Red Jujube

Liu Liguo1，Zhang Xuejun2，Sun Jie2，Jin Wei2，Yan Jinshan2，Xin Qianqian1

The hot air drying process of red jujube mainly depend on long-term experience, lack of systematic study, drying quality needs to be improved. According to the temperature, humidity and wind speed, three main factors that influence on the red jujube drying to design a 3 factors 3 levels orthogonal test. Experiment showed that temperature had the greatest influence on the drying rate and quality of jujube. The higher the drying temperature, the faster of drying speed, the smaller of the red degree of red jujube’s peel, the smaller lightness of the peel, the more serious of the shrinkage of red jujube , the more amount of precipitation of red jujube’s sugar. The humidity of hot air have a obvious influence on the amount of precipitation of red jujube’s sugar. The wind speed of hot air have a obvious influence on the lightness of the peel of red jujube. Red jujube has a better drying process parameters for: temperature is 55℃, humidity is 60%, wind speed is 0.25m/s.

red jujube; hot air drying; process; orthogonal test; appearance quality

2016-03-03

新疆自治區(qū)“十二五”科技重大專項(xiàng)(201130102-4)

劉立果(1988-),男，山東濟(jì)寧人，碩士研究生，(E-mail) liuliguo0415@126.com。

張學(xué)軍(1966-)，男，烏魯木齊人，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，(E-mail)zhxjau@sina.com。

S375

A

1003-188X(2017)03-0258-06