喬宏柱,高振江,2※,王 軍,鄭志安,2,魏 青,2,李高飛
大蒜,百合科蔥屬,味辛辣,有刺激性氣味,含有豐富的蛋白質(zhì)、碳水化合物、含硫化合物、氨基酸、維生素及多種微量元素[1],是日常生活中必不可少的調(diào)味品。同時(shí),大蒜中含有多種含硫化合物等生物活性物質(zhì)[2],具有抗病毒、抗腫瘤、降血脂、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能等多種功效[3-4]。新鮮大蒜休眠期較短,含水率較高,不耐貯藏[5]。干燥是農(nóng)產(chǎn)品加工中非常重要的一環(huán),通過降低農(nóng)產(chǎn)品的含水率,以達(dá)到延長保質(zhì)期、殺菌等作用[6]。大蒜干燥是大蒜長期保存的最好方式。
目前國內(nèi)外已有較多對于大蒜干燥技術(shù)的研究報(bào)道,常用的干燥方法有熱風(fēng)干燥、真空冷凍干燥、微波真空干燥等。Demiray等[7]對蒜片進(jìn)行熱風(fēng)干燥研究,結(jié)果表明溫度越高,干燥速率越快,Page和Modified Page模型最適合于模擬大蒜片的干燥過程。朱文學(xué)等[8]研究了大蒜片冷凍干燥的干燥工藝,得出大蒜冷凍干燥的適宜切片厚度為1~3 mm,適宜加熱溫度為30~40 ℃。Figiel[9]在不同微波功率的條件下,研究大蒜瓣和蒜片的微波真空干燥動(dòng)力學(xué)和干燥品質(zhì),結(jié)果表明隨微波功率的增加,物料干燥速率和復(fù)水能力均得到提升。
由于大蒜含有的豐富的碳水化合物,主要是多糖,其中果糖含量占 80%[10],其吸濕能力和保濕性均高于甘油[11],大蒜瓣表面覆蓋的一層保護(hù)性薄膜使其具有很強(qiáng)的固水性,對大蒜的干燥造成較大的困難。目前的大蒜干燥技術(shù)中,熱風(fēng)干燥設(shè)備簡單,廣泛應(yīng)用于蒜片干制的工業(yè)生產(chǎn),但在干燥過程中往往褐變嚴(yán)重,難以保證干燥品質(zhì);真空冷凍干燥能夠獲得較優(yōu)的干燥品質(zhì),但其干燥時(shí)間長,且設(shè)備昂貴,能耗較大,運(yùn)營成本高;微波干燥效率高,干燥品質(zhì)較好,但由于其設(shè)備要求較高,目前大多局限于實(shí)驗(yàn)室研究,未能有效的進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。
真空脈動(dòng)干燥技術(shù)是在干燥過程中干燥室壓力按照一定的規(guī)律周期性改變的一種新型干燥技術(shù)。目前,該技術(shù)已應(yīng)用于多種果蔬干燥。曹志向等[12]在胡蘿卜的干燥試驗(yàn)中得出,真空脈動(dòng)干燥與恒真空干燥相比,干燥速率提高了17.8%,復(fù)水性提高了13.2%;白竣文[13]研究了葡萄的真空脈動(dòng)干燥工藝,獲得了最佳工藝參數(shù),結(jié)果表明,真空脈動(dòng)干燥能夠縮短葡萄的干燥時(shí)間,減少葡萄在干燥過程中的褐變程度;馬琴[14]在枸杞的干燥研究中發(fā)現(xiàn),與熱風(fēng)干燥相比,真空脈動(dòng)干燥時(shí)間縮短了50%~73%,色澤和果皮皺縮程度均較優(yōu);錢婧雅等[15]對比了三種干燥技術(shù)對紅棗脆皮的干燥影響,試驗(yàn)表明真空脈動(dòng)干燥所得棗片在維生素C含量、色澤、酥脆度等方面均優(yōu)于氣體射流沖擊和中短波紅外干燥方式;張衛(wèi)鵬等[16]研究了不同干燥方式的茯苓干燥特性,結(jié)果表明真空脈動(dòng)干燥茯苓,在干燥時(shí)間上相比于熱風(fēng)干燥和氣體射流干燥縮短了20%~49%,茯苓塊的浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)和破碎率均優(yōu)于其他 2種干燥方式。綜合以上研究表明,真空脈動(dòng)干燥技術(shù)在縮短干燥時(shí)間、保證干燥品質(zhì)方面均有顯著效果。
為此,本研究提出將真空脈動(dòng)干燥技術(shù)應(yīng)用于大蒜干燥,采用單因素試驗(yàn)研究紅外板溫度、真空保持時(shí)間、蒜片厚度對干燥特性及蒜素含量、色澤、復(fù)水性等品質(zhì)的影響;根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)優(yōu)化工藝條件,以期獲得優(yōu)化工藝參數(shù),為真空脈動(dòng)干燥技術(shù)應(yīng)用于大蒜干燥的工業(yè)化生產(chǎn)、改善傳統(tǒng)大蒜干燥加工中存在的諸多問題提供參考。
試驗(yàn)所用原料是新鮮大蒜,表皮經(jīng)晾曬處理,產(chǎn)自河南杞縣,由河南省潘安食品有限公司提供,初始濕基含水率為71.5%(參照《GB5009.3-2003食品中水分的測定》,70 ℃,烘干至恒質(zhì)量)。試驗(yàn)前將大蒜放于紙箱內(nèi),并存放于(5±1)℃的冰箱中。
真空脈動(dòng)干燥機(jī)由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)與裝備實(shí)驗(yàn)室研發(fā),如圖 1所示。其主要由真空系統(tǒng)(水環(huán)式真空泵、冷卻裝置、真空管路、干燥室等)、加熱系統(tǒng)(碳纖維紅外加熱板、物料層框架等)和控制系統(tǒng)(傳感器、電磁閥、觸摸屏、單片機(jī)等)組成。碳纖維紅外加熱板為“面發(fā)熱”材料,發(fā)熱面溫度在0~120 ℃,表面溫差在10 ℃以內(nèi),紅外波長主要分布在5~15 μm[17],輻射距離為3 cm。由于受實(shí)際條件限制,干燥室內(nèi)無法達(dá)到絕對真空,試驗(yàn)過程中,干燥室內(nèi)所達(dá)到近似真空狀態(tài)為絕對真空度6 kPa。
圖1 真空脈動(dòng)干燥機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 Sketch map of pulsed vacuum drying equipment
其他儀器設(shè)備:SB2000型電子天平(盛博衡器公司);SMY-2000型色差儀(北京盛名揚(yáng)科技開發(fā)有限公司);XH-C型漩渦混合器(江蘇金怡儀器科技有限公司);TU-1810型紫外可見光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司);H-1650型高速離心機(jī)(長沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司)。
5,5′-二硫代雙(2-硝基苯甲酸)(DTNB);L-半胱氨酸;4-羥乙基哌嗪乙磺酸(Hepes)。
從冰箱中取出大蒜,剝?nèi)ニ馄?,將蒜瓣進(jìn)行橫向切片,經(jīng)水洗后瀝干表面水分,均勻平鋪于料盤中。由于大蒜素對熱不穩(wěn)定,不宜采用過高的紅外板溫度,相關(guān)研究中一般采用45~65 ℃[18],本研究針對真空脈動(dòng)干燥設(shè)備熱源輻射特點(diǎn),將溫度作適當(dāng)提升;根據(jù)真空脈動(dòng)干燥技術(shù)在果蔬干燥中的研究結(jié)論[12-16],薄層類物料真空保持時(shí)間不宜過長,且常壓時(shí)間影響不顯著;本研究中干燥設(shè)備熱源為碳纖維紅外板,波長集中在5~15 μm,紅外波穿透物料深度有限,且大蒜的切片厚度過厚時(shí),對物料內(nèi)部水分遷移也造成困難,降低了干燥速率。因此本研究確定單因素試驗(yàn)的因素水平,分別選用不同紅外板溫度(55、60、65、70 ℃)、真空保持時(shí)間(6、9、12、15 min,常壓時(shí)間均為3 min)和蒜片厚度(2、3、4、5 mm)進(jìn)行干燥試驗(yàn),每隔相同時(shí)間間隔,取出樣品測定質(zhì)量,直至干燥至濕基含水率3%以下(便于干燥后制粉),取出冷卻后放入保鮮袋中貯存。每組試驗(yàn)重復(fù)3次,取平均值。所有試驗(yàn)中,真空保持階段干燥室內(nèi)真空度為固定的絕對真空度值6 kpa。具體試驗(yàn)安排如表1所示。
表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)參數(shù)Table 1 Design for experiments and experimental parameters
根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,選取了紅外板溫度(60、65、70 ℃)、蒜片厚度(2、3、4 mm)、真空保持時(shí)間(9、12、15 min)的三個(gè)較優(yōu)水平,對紅外板溫度、蒜片厚度和真空保持時(shí)間進(jìn)行三因素三水平的正交試驗(yàn),以確定最佳干燥工藝條件。選擇 L9(34)正交表,各因素水平見表2。
表2 正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)Table 2 Factors and levels of orthogonal test L9 (34)
蒜片干燥過程中干燥曲線采用水分比(moisture ratio,MR)隨時(shí)間變化的曲線。不同干燥時(shí)間蒜片水分比的計(jì)算如公式(1)所示
式中M0為物料初始干基含水率,g/g;Mt為物料在t時(shí)刻的干基含水率,g/g。
蒜片干燥過程中的干燥速率(drying rate,DR)計(jì)算采用如下公式
式中 DR位干燥過程中 t1和 t2之間的蒜片干燥速率,g/(g·min);1tM 和2tM 分別為 t1、t2時(shí)刻的蒜片的干基含水率,g/g。
干基含水率(moisture content on dry basis)的計(jì)算公式為
Wt為任意時(shí)刻物料總質(zhì)量,g;G為干物質(zhì)質(zhì)量,g。
參考李瑜和許時(shí)嬰[19]改良的 Lawson法測定。取 40目蒜粉1 g于試管中,加入15 mL去離子水,在旋渦式混合器中充分混合1 min,靜置9 min,離心后取上清液1 mL,加入10 mmol/L左右的半胱氨酸溶液5 mL,保溫15 min,取1 mL反應(yīng)混合液于100 mL容量瓶中,加水至100 mL刻度線。取稀釋100倍的反應(yīng)混合液4.5 mL與1.5 mmol/L DTNB溶液0.5 mL,在26 ℃下保溫15 min,在412 nm波長下測定其吸光度值(A)。
取10 mmol/L左右的半胱氨酸溶液5 mL,加1 mL去離子水,搖勻后取1 mL于100 mL量瓶中,加水至刻度。取稀釋100倍的半胱氨酸溶液4.5 mL與1.5 mmol/L DTNB溶液0.5 mL在26 ℃下保溫15 min,在412 nm波長下測定其初始吸光度值(A0)。
式中 c為蒜素濃度,mmol/mL;A0為半胱氨酸溶液與DTNB溶液反應(yīng)后的吸光度值;A為蒜汁和半胱氨酸溶液的反應(yīng)混合液與 DTNB溶液反應(yīng)后的吸光度值;β為稀釋倍數(shù);14 150為2-硝基-5-硫代苯甲酸(NTB)在412 nm處的摩爾消光系數(shù)(1 cm的光徑)。
將干燥后的蒜片磨成蒜粉,采用 SMY-2000型色差儀,測定蒜粉的色澤明亮度L*,紅綠值a*和藍(lán)黃值b*,每組測定3次,取平均值,計(jì)算色澤差異值ΔE*進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[20]。根據(jù)國標(biāo)GB 8861-88對蒜粉色澤品質(zhì)的要求,其中優(yōu)級(jí)品為乳白色。由此,本研究以作為蒜粉色差ΔE*的參照。
將1 g干蒜片加10 mL左右水,置于常溫下12 h[21],用濾紙過濾,吸干蒜片表面水分,在電子天平上稱出復(fù)水后的蒜片質(zhì)量。
式中 RR為復(fù)水比;Ww為復(fù)水后蒜片的質(zhì)量,g;Wd為復(fù)水前蒜片的質(zhì)量,g。
正交試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)指標(biāo)為蒜素含量、色澤、復(fù)水比及干燥時(shí)間,將各指標(biāo)得分按權(quán)重比相加得出總分,按百分制計(jì)算。各指標(biāo)權(quán)重為:蒜素含量占 50%,色澤占30%,復(fù)水比和干燥時(shí)間各占10%。
各項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算為:
蒜素含量得分:蒜素含量最大值為滿分50分,各試驗(yàn)組蒜素含量得分=50×(各組蒜素含量/蒜素含量最大值);
色澤得分:色差值ΔE*最小者為滿分 30分,各試驗(yàn)組色澤得分=30×(ΔE*最小值/各組色差值ΔE*);
復(fù)水比得分計(jì)算方法同蒜素含量得分;干燥時(shí)間得分計(jì)算方法同色澤得分。
干燥試驗(yàn)、大蒜素含量測定、色澤分析、復(fù)水試驗(yàn)中每組均設(shè)置3個(gè)平行,作圖及數(shù)據(jù)分析均采用平均值。數(shù)據(jù)處理采用Excel 2010和SPSS17.0軟件進(jìn)行分析。
2.1.1 紅外板溫度對蒜片干燥的影響
不同溫度條件下蒜片的干燥曲線如圖 2所示。由圖2a可得,在真空保持時(shí)間6 min、蒜片厚度2 mm、紅外板溫度為55、60、65、70 ℃的條件下,蒜片的干燥時(shí)間隨著溫度的升高而減少,達(dá)到目標(biāo)含水率的時(shí)間分別為340、300、220、180 min,紅外板溫度為70 ℃時(shí)的干燥時(shí)間比50 ℃時(shí)縮短了47%。通過對重復(fù)試驗(yàn)的結(jié)果方差分析,紅外板溫度對蒜片干燥時(shí)間有顯著影響(P<0.05),提升紅外板溫度能夠有效縮短蒜片的干燥時(shí)間。
由圖2b可知,不同的溫度條件下,干燥速率相差較大,特別是在干基含水率達(dá)到100%之前的干燥階段;這是由于在干燥前期,物料的含水率較高,物料處在快速脫水的階段,溫度的變化對干燥速率有顯著影響。在不同的紅外板溫度條件下,干燥前期,物料干燥速率先上升后緩慢下降,中間或存在短暫恒速階段,干燥中后期,干燥速率下降明顯。
2.1.2 真空保持時(shí)間對蒜片干燥的影響
在紅外板溫度為65 ℃、蒜片厚度2 mm、常壓保持時(shí)間為3 min的條件下,不同真空保持時(shí)間蒜片真空脈動(dòng)干燥動(dòng)力學(xué)曲線如圖3所示。由圖3a可以看出,隨著真空保持時(shí)間的延長,蒜片干燥時(shí)間縮短;真空保持時(shí)間為6、9、12、15 min時(shí),蒜片的干燥時(shí)間分別為220、200、180、160 min,真空保持時(shí)間為15 min時(shí)的蒜片干燥時(shí)間比真空保持時(shí)間為6 min時(shí)縮短了27%。在干燥前、中期,不同真空保持時(shí)間的條件下,干燥曲線較為相近,這說明真空保持時(shí)間對蒜片干燥前、中期影響不明顯;在干燥后期,隨著真空保持時(shí)間的增長,水分比下降較為明顯,從而縮短了后期干燥時(shí)間。這可能是由于干燥后期,物料內(nèi)部主要為結(jié)合水,較長的真空保持時(shí)間有利于蒜片表面在正負(fù)壓的作用下形成孔道結(jié)構(gòu),從而有利于內(nèi)部水分向外遷移。通過對重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果的方差分析,真空保持時(shí)間對蒜片干燥時(shí)間的影響弱于紅外板溫度。
由圖3b可知,不同真空保持時(shí)間的條件下,蒜片干燥速率均存在短暫升速階段,后轉(zhuǎn)為降速干燥階段。這是由于真空脈動(dòng)干燥的初期,在真空-常壓的第一個(gè)循環(huán)階段,物料溫度處于上升期,水分的蒸發(fā)又帶走了物料表面的熱量,此時(shí)的物料溫度相對較低;而隨著干燥過程的進(jìn)行,物料迅速升溫,從而干燥速率與初始階段相比出現(xiàn)短暫上升過程,隨后轉(zhuǎn)為果蔬干燥中常見的降速干燥階段。
圖3 不同真空保持時(shí)間下蒜片的干燥曲線和干燥速率曲線Fig.3 Drying curves and drying rate curves of Garlic slice under different vacuum time
2.1.3 切片厚度對蒜片干燥的影響
由圖4a可得,蒜片的干燥時(shí)間隨切片厚度的增加而顯著增加。紅外板溫度65 ℃、真空保持時(shí)間12 min時(shí),切片厚度2、3、4、5 mm的干燥時(shí)間分別為180、260、420、540 min,切片厚度為5 mm的條件下干燥時(shí)間相對2 mm時(shí)延長了200%。通過對重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果的方差分析,切片厚度對蒜片干燥時(shí)間有顯著影響(P<0.05),且顯著性大小為切片厚度>紅外板溫度>真空保持時(shí)間。
由圖4b可知,切片厚度對干燥速率有較為明顯的影響,尤其在干燥前、中期,切片厚度增加,蒜片干燥速率明顯減小。這是由于本研究采用碳纖維紅外板作為熱源,波長在5~15 μm,紅外波對于物料的穿透深度有限,物料內(nèi)部同時(shí)存在輻射傳熱和物料表層向內(nèi)部的熱傳導(dǎo),蒜片厚度的增加,不利于能量的傳遞;另外,蒜片厚度增加對干燥過程中內(nèi)部水分的遷移也造成困難,單位體積大蒜有效干燥面積減少[22]。因此,厚度每增加1 mm,都對干燥速率和干燥時(shí)間產(chǎn)生顯著影響。在不同切片厚度的條件下,蒜片干燥速率同樣存在先上升后下降的過程。
圖4 不同切片厚度下蒜片的干燥曲線和干燥速率曲線Fig.4 Drying curves and drying rate curves of Garlic slice under different thickness
2.2.1 不同試驗(yàn)條件對大蒜素含量的影響
在溫度單因素試驗(yàn)條件下蒜素含量如圖5a所示,紅外板溫度對蒜素含量有顯著影響(P<0.1)。隨溫度的升高,蒜素含量呈先減少后增加的趨勢。在55 ℃的條件下,蒜素含量最高,這是因?yàn)樯纱笏馑氐那绑w物質(zhì)蒜氨酸酶是熱敏性酶[23],在55 ℃的低溫環(huán)境下,酶活性得以較好的保留,從而干燥后的蒜片蒜素含量最高;隨著溫度的升高,酶活性降低,導(dǎo)致蒜素含量減少;而在70 ℃的條件下,干燥速率顯著提升,物料內(nèi)部水活度降低,較低的水活度提高了蒜素酶的失活溫度[24],從而蒜素含量有所增加。此結(jié)論與單心心[25]對蒜粒的微波干燥結(jié)果一致,蒜粒蒜素含量隨微波功率的增加,呈先增加后減少的趨勢。
圖5b為真空保持時(shí)間單因素試驗(yàn)條件下蒜素含量。真空保持時(shí)間為 15 min時(shí)蒜素含量顯著高于其他條件(P<0.1),真空保持時(shí)間6至12 min時(shí)蒜素含量較低。這可能是由于真空保持時(shí)間15 min的試驗(yàn)條件下,蒜片處于真空環(huán)境的時(shí)間相對較長,隔絕了空氣中的氧化反應(yīng)對蒜氨酸酶的影響,有利于蒜素的保留。方小明[26]在對花粉的真空脈動(dòng)干燥中發(fā)現(xiàn),當(dāng)真空保持時(shí)間增加至12min時(shí),花粉蛋白含量顯著增加,適當(dāng)提高真空保持時(shí)間,有利于物料的干燥品質(zhì)。
圖5c為蒜片厚度單因素試驗(yàn)條件下蒜素含量。隨著厚度的增加,蒜素含量呈先增加后減少的趨勢,4 mm蒜片蒜素含量最高。這是由于隨蒜片厚度的增加,切片過程中蒜氨酸被酶解的程度降低[27],且單位體積蒜片暴露于干燥空氣中的蒜氨酸酶減少,則酶活性升高,從而干燥后蒜素含量增加;而當(dāng)蒜片厚度增加至5 mm時(shí),干燥速率顯著降低,蒜片內(nèi)部水分向外遷移較慢,蒜氨酸酶長時(shí)間處于水分活度較高的高溫環(huán)境下,活性降低,從而干燥后的蒜素含量開始減少。李瑜等[28]在蒜片的真空干燥和熱風(fēng)干燥中發(fā)現(xiàn)蒜片厚度從1 mm增加至3mm的同時(shí)蒜素保留率逐漸升高,但蒜片厚度過厚時(shí),會(huì)大大延長干燥時(shí)間,反而導(dǎo)致蒜片干燥品質(zhì)下降。
圖5 不同單因素試驗(yàn)條件下的蒜素含量Fig.5 Allicin content under different single factor experiments
2.2.2 不同試驗(yàn)條件對蒜片色澤的影響
不同單因素試驗(yàn)條件對干燥后蒜片的色澤影響如表3中所示,紅外板溫度、真空保持時(shí)間以及蒜片厚度均對蒜片色澤L*、b*、ΔE*有顯著影響(P<0.05),影響順序?yàn)樗馄穸龋炯t外板溫度>真空保持時(shí)間。所有試驗(yàn)條件下干燥的蒜片,研磨成蒜粉后,其明亮度 L*均高于新鮮大蒜,紅綠值 a*均小于新鮮大蒜,藍(lán)黃值 b*均低于新鮮大蒜。以色差ΔE*作為判斷蒜片色澤變化的綜合指標(biāo),ΔE*越小,干燥后蒜片越白,色澤品質(zhì)越優(yōu)。
在溫度單因素試驗(yàn)條件下,ΔE*值呈先減小后增加的趨勢,60和65 ℃的試驗(yàn)條件下,ΔE*值較小,這是由于干燥速率隨溫度的升高而增大,蒜片處在高溫環(huán)境下的時(shí)間減少,有利于減輕蒜片干燥過程中褐變對色澤的影響,而當(dāng)溫度為70 ℃時(shí),雖然干燥時(shí)間減少,但較高的溫度增加了干燥過程中蒜片褐變對色澤的影響,從而ΔE*值顯著高于65 ℃時(shí)的色差值。
在真空保持時(shí)間單因素試驗(yàn)條件下,ΔE*值呈先增加后減小的趨勢,在真空保持時(shí)間為12 min時(shí),ΔE*最大,在真空保持時(shí)間為15 min時(shí),ΔE*有所減少,但與真空保持時(shí)間12 min相比不顯著(P>0.05)。這說明適當(dāng)降低真空保持時(shí)間,有利于蒜片干制品的色澤品質(zhì)。
表3 不同單因素試驗(yàn)條件對干燥蒜片色澤和復(fù)水比的影響Table 3 Effects of different single factor experiments on color parameters and rehydration ratio of garlic slices
在蒜片厚度單因素試驗(yàn)條件下,ΔE*值呈先減小后增大的趨勢,在蒜片厚度3~4 mm時(shí)較小,兩者之間無顯著性差異(P>0.05),蒜片厚度5 mm時(shí)顯著增大。這說明適當(dāng)增加蒜片厚度,有利于蒜片干燥后的色澤品質(zhì);但當(dāng)蒜片厚度增加至5 mm時(shí),ΔE*顯著增加,這是由于干燥速率下降,蒜片處在高溫干燥環(huán)境中的時(shí)間延長,從而增加了干燥過程中褐變對色澤的影響。
2.2.3 不同試驗(yàn)條件對蒜片復(fù)水比的影響
復(fù)水是指干燥物料吸收水分復(fù)原的過程,復(fù)水比值越高,說明干燥過程對物料的組織結(jié)構(gòu)破壞程度越小[29]。
不同單因素試驗(yàn)條件下蒜片的復(fù)水比如表 3所示,由方差分析得出,紅外板溫度與物料厚度對蒜片復(fù)水比影響不顯著(P>0.05),真空保持時(shí)間對復(fù)水比有顯著影響(P<0.05)。在溫度60至70 ℃的范圍內(nèi),蒜片復(fù)水比較高,復(fù)水性能較好;隨真空保持時(shí)間的延長,蒜片復(fù)水比升高,這可能是由于較長的真空保持時(shí)間有利于真空脈動(dòng)干燥過程中蒜片內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)的形成,從而增大了蒜片干燥后的復(fù)水性,此結(jié)論與 Xie等[30]對枸杞的真空脈動(dòng)干燥研究結(jié)果一致,枸杞復(fù)水性隨真空保持時(shí)間的延長而增大;蒜片厚度為3~4 mm時(shí),干燥后蒜片的復(fù)水比較高,復(fù)水性能較好,這說明適當(dāng)增加蒜片的厚度,有利于保證干燥過程中蒜片內(nèi)部細(xì)胞和組織結(jié)構(gòu)的完整程度。
正交試驗(yàn)各因素水平組合和試驗(yàn)結(jié)果如表 4所示。由表 4的極差分析可知,對蒜片干燥綜合得分的影響順序?yàn)樗馄穸龋炯t外板溫度>真空保持時(shí)間;其中,蒜片厚度和紅外板溫度為主要因素,真空保持時(shí)間為次要因素,且真空保持時(shí)間各水平間差異較小。根據(jù)極差分析得出的較優(yōu)組合為A2B3C3,即紅外板溫度為65 ℃,蒜片厚度為2 mm,真空保持時(shí)間為15 min。該工藝參數(shù)條件下,干燥時(shí)間為162 min,100 g蒜粉中蒜素含量為9.38 mmol,色差值ΔE*為13.04,復(fù)水比為2.92,綜合得分計(jì)算為95,綜合干燥效果最佳。
表4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果Table 4 Design and Results of orthogonal experiment
表5 正交試驗(yàn)極差分析Table 5 Analysis of range for orthogonal experiment
1)在正交試驗(yàn)條件下,各因素對蒜片的干燥特性及品質(zhì)的綜合影響順序?yàn)椋核馄穸龋炯t外板溫度>真空保持時(shí)間。蒜片真空脈動(dòng)干燥的最佳工藝參數(shù)為紅外板溫度65 ℃,真空保持時(shí)間為15 min,蒜片厚度為2 mm;該工藝參數(shù)條件下,干燥時(shí)間為162 min,100 g蒜粉中蒜素含量為9.38 mmol,色差值ΔE*為13.04,復(fù)水比為2.92。
2)蒜素含量隨溫度的升高呈先減少后增加的趨勢;真空保持時(shí)間為 15 min時(shí),干燥后蒜片蒜素含量為9.38 mmol/(100 g蒜粉),顯著高于真空保持時(shí)間為6至12 min的蒜素含量(P<0.1);蒜片厚度在2至5 mm增加的過程中,蒜素含量呈先增加后減少的趨勢,蒜片厚度為4 mm時(shí),干燥后蒜素含量最高,為9.57 mmol/(100 g蒜粉)。真空脈動(dòng)干燥干燥蒜片所得蒜粉與新鮮大蒜相比,在色澤上偏白,色澤品質(zhì)較優(yōu)。
真空脈動(dòng)干燥技術(shù)能夠應(yīng)用于大蒜干燥,獲得較高的干燥速率和干燥品質(zhì)。但本研究中真空保持階段為固定真空度6 kPa,今后仍需進(jìn)一步研究變真空度的工藝優(yōu)化參數(shù)。
[1] Suleria H A R, Butt M S, Khalid N, et al. Garlic (Allium sativum): diet based therapy of 21st century–a review[J].Asian Pacific Journal of Tropical Disease, 2015, 5(4): 271-278.
[2] 閆淼淼,許 真,徐 蟬,等. 大蒜功能成分研究進(jìn)展[J]. 食品科學(xué),2010,(05):312-318.Yan Miaomiao, Xu Zhen, Xu Chan, et al. Research progress of bioactive components in garlic[J]. Food Science, 2010,(05): 312-318. (in Chinese with English abstract)
[3] 劉 玲,陳琭璐,張 瑤,等. 大蒜烯丙基硫化物的分離鑒定及抗氧化性[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015,31(12):268-274.Liu Ling, Chen Lulu, Zhang Yao, et al. Isolation determination of garlic allyl sulfides and their antioxidant activity[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2015, 31(12): 268-274. (in Chinese with English abstract)
[4] 彭 蕾,馬海樂,何榮海,等. 脈沖超聲輔助酶解制備大蒜降壓因子[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012,28(增刊1):333-338.Peng Lei, Ma Haile, He Ronghai, et al. Preparation of ACE inhibiting factors from garlic with pulsed ultrasonic assisted enzymolysis[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(Supp.1):333-338. (in Chinese with English abstract))
[5] 姜啟興,宗文雷,于沛沛,等. 大蒜熱泵干燥生產(chǎn)工藝的研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(19):10259-10261.Jiang Qixing, Zong Wenlei, Yu Peipei, et al. Research on the processing technology of the heat pump drying for garlic slice[J]. Journal of Anhui Agriculture Science, 2010, 38(19):10259-10261. (in Chinese with English abstract)
[6] 隋銀強(qiáng),楊繼紅,劉 霞,等. 紅外干燥技術(shù)在食品干燥上的應(yīng)用可行性[J]. 食品研究與開發(fā),2014,35(15):76-80.Sui Yinqiang, Yang Jihong, Liu Xia, et al. Application feasibility of infrared drying technology on food dehydration[J]. Food Research and Development, 2014, 35(15): 76-80. (in Chinese with English abstract)
[7] Demiray E, Tulek Y. Drying characteristics of garlic ( Allium sativum L ) slices in a convective hot air dryer[J]. Heat &Mass Transfer, 2014, 50(6): 779-786.
[8] 朱文學(xué),程遠(yuǎn)霞,謝秀英. 大蒜冷凍干燥工藝的試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2002,33(2):67-69.Zhu Wenxue, Cheng Yuanxia, Xie Xiuying, Experimental study on freeze drying of garlic[J]. Transactions of The Chinese Society of Agricultural Machinery, 2002, 33(2): 67-69. (in Chinese with English abstract)
[9] Figiel A. Drying kinetics and quality of vacuum-microwave dehydrated garlic cloves and slices[J]. Journal of Food Engineering, 2009, 94(1): 98–104.
[10] 王文玲,黃雪松,曾莉莎. 大蒜多糖的研究綜述[J]. 廣州食品工業(yè)科技,2004,20(4):140,144-146.Wang Wenling, Huang Xuesong, Zeng Lisha. Advance on the polysaccharide of garlic (Allium sativum L.)[J]. Guangzhou Food Science and Technology, 2004, 20(4): 140,144-146.(in Chinese with English abstract)
[11] 黃雪松,李穎思,石思迷. 大蒜多糖功能性質(zhì)的研究[J]. 現(xiàn)代食品科技,2009,25(6):588-591.Huang Xuesong, Li Yingsi, Shi Simi. Study of Functions and Properties of Garlic Polysaccharide[J]. Modern Food Science and Technology, 2009, 25(6): 588-591. (in Chinese with English abstract)
[12] 曹志向,高振江,林 海. 滾筒式真空脈動(dòng)壓干燥胡蘿卜丁試驗(yàn)研究[J]. 食品科技,2009,34(3):81-85.Cao Zhixiang, Gao Zhenjiang, Lin Hai. Experimental investigation of roller vacuum pulsating pressure carrots drying[J]. Food and Technolegy, 2009, 34(3): 81-85. (in Chinese with English abstract)
[13] 白竣文. 無核白葡萄干燥動(dòng)力學(xué)及防褐變機(jī)理研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2014.Bai Junwen. Drying Kinetics of Anti-browning Mechanism of Thompson Seedless Grapes[D]. Beijing: China Agricultural University, 2014. (in Chinese with English abstract)
[14] 馬 琴. 枸杞干燥及對多糖含量影響的試驗(yàn)研究[D]. 北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.Ma Qin. Experimental Study on Lycium Drying and the Effects on Polysaccharide Content[D]. Beijing: China Agricultural University, 2014. (in Chinese with English abstract)
[15] 錢婧雅,張 茜,王 軍,等. 三種干燥技術(shù)對紅棗脆片干燥特性和品質(zhì)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2016,32(17):259-265.Qian Jingya, Zhang Qian, Wang jun, et al. Effects of three drying technologies on drying characteristics and quality attributes of jujube crisps[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE),2016, 32(17): 259-265. (in Chinese with English abstract)
[16] 張衛(wèi)鵬,高振江,肖紅偉,等. 基于 Weibull函數(shù)不同干燥方式下的茯苓干燥特性[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015,31(5):317-324.Zhang Weipeng, Gao Zhenjiang, Xiao Hongwei, et al. Drying characteristics of poria cocos with different drying methods based on Weibull distribution[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(5): 317-324. (in Chinese with English abstract)
[17] 張衛(wèi)鵬,肖紅偉,高振江,等. 碳纖維紅外板輻射特性及其農(nóng)產(chǎn)品物料干燥試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015,31(19):285-293.Zhang Weipeng, Xiao Hongwei, Gao Zhenjiang, et al. Infrared drying properties and drying experiment of carbon fiber for agricultural production[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015,31(19): 285-293. (in Chinese with English abstract)
[18] 張麗麗,王相友. 紅外干燥蒜片的試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究,2011,33(10):119-122.Zhang Lili, Wang Xiangyou. Experiment research of infrared drying garlic slices[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2011, 33(10): 119-122. (in Chinese with English abstract)
[19] 李 瑜,許時(shí)嬰. 分光光度法測定大蒜提取物中硫代亞磺酸酯含量[J]. 中國調(diào)味品,2004,43(7):43-48.Li Yu, Xu Shiying. Spectrophotometric assay for the determination of total thiosulfinates in garlic extract[J]. China Condiment,2004, 43(7): 43-48. (in Chinese with English abstract)
[20] Law C L. Color change kinetics of american ginseng (Panax quinquefolium) slices during air impingement drying[J].Drying Technology, 2014, 32(4): 418-427.
[21] 王 靜,胡秋輝,辛志宏. 真空微波與熱風(fēng)聯(lián)合干燥蒜片的工藝研究[J]. 食品工業(yè)科技,2011,32(08):280-283, 286.Wang Jing, Hu Qiuhui, Xin Zhihong. Study on the combined drying of microwave-vacuum drying (MVD) and air-drying(AD) of garlic slice[J]. Science and Technology of Food Industry, 2011, 32(08): 280-283, 286. (in Chinese with English abstract)
[22] 張晶晶,曹 鵬,喬旭光. 脫水蒜片干燥工藝的節(jié)能優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2009,25(7):279-282.Zhang Jingjing, Cao Peng, Qiao Xuguang. Optimization of energy saving technology for drying dehydrated garlic slices[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2009, 25(7): 279-282. (in Chinese with English abstract)
[23] 孫思成,劉璐璐,徐新星,等. 適宜超高壓處理?xiàng)l件脫除大蒜臭味保持抗氧化和抑菌能力[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2017,33(19):308-314.Sun Sicheng, Liu Lulu, Xu Xinxing, et al. Deodorization of garlic and keeping antioxidant activity and antimicrobial activity by appropriate high pressure processing condition[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2017, 33(19): 308-314. (in Chinese with English abstract))
[24] 韓月峰,彭光華,張聲華, 等. 熱風(fēng)干燥工藝對蒜片中有機(jī)硫化物的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2007,23(10):271-274.Han Yuefeng, Peng Guanghua, Zhang Shenghua, et al. Effects of hot-air drying technology on the yield of organic sulfide in garlic slice[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2007, 23(10):271-274. ( in Chinese with English abstract )
[25] 單心心. 真空冷凍和微波真空聯(lián)合干燥大蒜粒工藝及其動(dòng)力學(xué)模型[D]. 南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.Shan Xinxin. Study on Technology and Model of Garlic Cubes During Series Combined FD and MVD[D]. Nanjing:Nanjing Agricultural University, 2013. (in Chinese with English abstract)
[26] 方小明,張曉琳,王 軍,等. 荷花粉真空脈動(dòng)干燥特性和干燥品質(zhì)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2016,32(10):287-295.Fang Xiaoming, Zhang Xiaolin, Wangjun, et al. Vacuum pulsed drying characteristics and quality of Lotus pollen[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2016, 32(10): 287-295. (in Chinese with English abstract)
[27] 閆丹丹. 大蒜熱泵干燥及其產(chǎn)品特性的研究[D]. 廣州:華南農(nóng)業(yè)大學(xué),2016.Yan Dandan. Characteristics of Garlic Dried by Heat Pump[D]. Guang zhou: South China Agricultural University,2016. (in Chinese with English abstract)
[28] 李 瑜,許時(shí)嬰. 蒜片熱風(fēng)和真空干燥工藝研究[J]. 食品科學(xué),2008,29(10):168-170.Li Yu, Xu Shiying. Study on hot air and vacuum drying technology of garlic slices[J]. Food Science, 2008, 29(10):168-170. (in Chinese with English abstract)
[29] Xiao H W, Bai J W, Xie L, et al. Thin-layer air impingement drying enhances drying rate of American ginseng (Panax quinquefolium, L.) slices with quality attributes considered[J].Food & Bioproducts Processing, 2015, 94(2): 581-591.
[30] Xie L, Mujumdar A S, Fang X M, et al. Far-infrared radiation heating assisted pulsed vacuum drying (FIR-PVD) of wolfberry(Lycium barbarum, L.): Effects on drying kinetics and quality attributes[J]. Food & Bioproducts Processing, 2017, 102(1):320-331.