闞明琪 王慶惠 郭俊先 閆圣坤 萬(wàn)文瑜

摘要：為提高哈密瓜片的干燥品質(zhì)，優(yōu)化哈密瓜片的熱風(fēng)干燥工藝。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以干燥溫度、干燥風(fēng)速、切片厚度為自變量，感官評(píng)價(jià)為響應(yīng)值，通過(guò)BoxBehnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化分析，確定哈密瓜片的最優(yōu)干燥工藝。結(jié)果表明，隨著干燥溫度的升高，哈密瓜片的色差值會(huì)增大，復(fù)水比會(huì)降低；隨著干燥風(fēng)速的增大，色差值變化不明顯，但復(fù)水比同樣會(huì)降低；隨著切片厚度的增大，哈密瓜片的色差變化增大且比干燥溫度變化明顯，復(fù)水比會(huì)降低。響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果表明，哈密瓜片的最佳干燥工藝為干燥溫度55 ℃，干燥風(fēng)速2 m/s，切片厚度8 mm，此時(shí)感官評(píng)價(jià)的得分最高為92.1。

關(guān)鍵詞：哈密瓜片；熱風(fēng)干燥；響應(yīng)面法；干燥特性；干燥工藝

中圖分類(lèi)號(hào)：S226

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-5553 （2023） 03-0094-07

Abstract： In order to improve the quality of air drying technology on Hami melon slices， the drying process of Hami melon slices is optimized. On the basis of single factor experiment， using drying temperature， drying wind speed and slice thickness as independent variables and sensory evaluation as response value， the BoxBehnken center combined test design was carried out， and the response surface optimization analysis was performed， and the drying process of Hami melon slices was determined. The results showed that with the increase of drying temperature， the color difference of Hami melon slices increased gradually， and the rehydration ratio decreased gradually. With the increase of drying wind speed， the rehydration ratio decreased gradually， but the color difference of Hami melon slices was not different. With the increase of slice thickness， the color difference of Hami melon slices increased gradually that the change was more obvious than drying temperate and the rehydration ratio decreased gradually. Response surface optimization results showed that the optimum drying parameters of dying apricot were as follows： drying temperature 55 ℃， air velocity 2 m/s， and slice thickness 8 mm. Under this condition， the highest score for sensory evaluation was 92.1.

Keywords： Hami melon slices; hot air dry; response surface method; drying characteristics; drying process

0引言

哈密瓜學(xué)名甜瓜（Cucumis melo L.），是葫蘆科黃瓜屬植物［1］，主產(chǎn)于新疆吐魯番盆地與哈密盆地［2］。新疆是我國(guó)哈密瓜的主要產(chǎn)地，一直以來(lái)新疆哈密瓜的年產(chǎn)量約占全國(guó)總產(chǎn)量的16%，是新疆重要的特色水果，大量種植有利于推動(dòng)新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展［3］。哈密瓜風(fēng)味獨(dú)特、清脆爽口、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，其中富含大量的維生素C、糖類(lèi)和胡蘿卜素［4］。哈密瓜的收獲期都集中在8月份，其產(chǎn)量巨大不方便儲(chǔ)存，同時(shí)因?yàn)樾陆c其他地區(qū)相距較遠(yuǎn)不便于外銷(xiāo)，這些都會(huì)造成農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)損失［5］。所以需要對(duì)哈密瓜進(jìn)行加工處理延長(zhǎng)上市的時(shí)間，減少成本。干燥是哈密瓜的加工方式之一，干燥方法與工藝直接影響到哈密瓜產(chǎn)品的品質(zhì)［67］。

哈密瓜在干燥時(shí)多會(huì)采用切片的方法進(jìn)行干燥，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)芒果［8］、檸檬［9］、香蕉［10］、獼猴桃［11］、胡蘿卜［12］等物料進(jìn)行相關(guān)的研究，取得了較好地成果。張茜等［13］將氣體射流干燥技術(shù)應(yīng)用到哈密瓜干燥上，研究了在不同干燥溫度（60 ℃～80 ℃）和干燥風(fēng)速（5～20 m/s）下的干燥特性，結(jié)果表明哈密瓜片的氣體射流干燥屬于降速干燥，干燥溫度對(duì)干燥速率的影響最為顯著，但干燥風(fēng)速的影響較小。鄭霞等［14］通過(guò)研究紅外聯(lián)合氣體射流沖擊的干燥方法縮短了哈密瓜片的 干燥時(shí)間，探究了不同的干燥溫度（55 ℃～80 ℃）和切片厚度（3～11 mm）對(duì)哈密瓜片干燥特性的影響。研究表明溫度對(duì)干燥速率有顯著影響，尤其在干燥初期不同干燥溫度下的干燥速率差異很大；切片厚度對(duì)哈密瓜的干燥速率較為顯著。同時(shí)研究顯示經(jīng)過(guò)此項(xiàng)干燥工藝干燥后的哈密瓜片色差較小，干燥所需能耗小，保留了哈密瓜的風(fēng)味。不同的干燥工藝對(duì)哈密瓜片的干燥速率與品質(zhì)的影響不同，因此需要一種適用性廣，干燥效果較好的干燥方法。

本文通過(guò)熱風(fēng)干燥技術(shù)，以新鮮的哈密瓜為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行熱風(fēng)干燥試驗(yàn)。通過(guò)探究不同干燥溫度（50 ℃、55 ℃、60 ℃）、干燥風(fēng)速（1 m/s、2 m/s、3 m/s）和切片厚度（4 mm、8 mm、12 mm）對(duì)哈密瓜片干燥特性、復(fù)水比、色差的影響。通過(guò)使用Design Expert 8.0.5軟件進(jìn)行優(yōu)化，確定哈密瓜片最佳干燥工藝，為哈密瓜片熱風(fēng)干燥工藝提供理論參考。

1材料及方法

1.1試驗(yàn)原料

原料采用西州蜜17號(hào)采購(gòu)于新疆烏魯木齊市新北園春市場(chǎng)，材料要求哈密瓜新鮮，無(wú)明顯機(jī)械傷，大小一致且無(wú)病蟲(chóng)害。哈密瓜購(gòu)買(mǎi)后放置于2 ℃～4 ℃的環(huán)境下冷藏備用。哈密瓜的初始平均濕基含水率為92.28%±1.1%（恒溫干燥箱，24 h）。

1.2主要儀器與設(shè)備

本研究用于哈密瓜熱風(fēng)干燥的試驗(yàn)設(shè)備由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所自制。其他儀器與設(shè)備；YP-5002型電子天平；DHG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；SMY-2000型色差計(jì)；電熱恒溫水浴鍋DZKW-S-4。

1.3哈密瓜干燥試驗(yàn)

1.3.1試驗(yàn)準(zhǔn)備

先打開(kāi)設(shè)備電源，設(shè)置當(dāng)前試驗(yàn)的干燥參數(shù)，將設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)干燥室內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，開(kāi)始對(duì)哈密瓜洗凈去皮和去籽，按照工藝參數(shù)切成不同厚度的哈密瓜片，將哈密瓜片均勻單層地?cái)[放在料盤(pán)上、稱(chēng)重、放入設(shè)備、試驗(yàn)開(kāi)始。

1.3.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)開(kāi)始后，每隔1 h對(duì)樣品進(jìn)行稱(chēng)重記錄，直到濕基含水率降至25%以下或者相鄰兩次質(zhì)量變化小于0.02 g/h時(shí)試驗(yàn)結(jié)束。待樣品冷卻后放入密封袋中貯藏，進(jìn)行下一組試驗(yàn)。每組試驗(yàn)重復(fù)三次。根據(jù)前期的預(yù)試驗(yàn)的結(jié)果，將干燥溫度分別為50 ℃、55 ℃和60 ℃，干燥風(fēng)速分別為1 m/s、2 m/s和3 m/s，切片厚度分別為4 mm、8 mm、12 mm，具體試驗(yàn)安排如表1所示。

1.6響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

本試驗(yàn)使用DesignExport 8.0.5軟件進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇哈密瓜干燥溫度（A）、干燥風(fēng)速（B）、切片厚度（C）為響應(yīng)因素，以感官評(píng)價(jià)為響應(yīng)值，基于BoxBehnken設(shè)計(jì)三因素三水平的試驗(yàn)［16］。響應(yīng)面分析因素水平及編碼如表3所示。

2結(jié)果與分析

2.1不同干燥因素對(duì)哈密瓜片干燥特性的影響

2.1.1干燥溫度對(duì)干燥特性的影響

切片厚度為8 mm，風(fēng)速為2 m/s，不同干燥溫度下的哈密瓜片的水分比隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)以及干燥速率隨干基含水率變化的曲線(xiàn)如圖1，圖2所示。由圖1可以看出，哈密瓜片的水分比隨著時(shí)間的增加而不斷地降低，干燥溫度越高所需的干燥時(shí)間越短；干燥溫度為60 ℃時(shí)，與50 ℃時(shí)相比，干燥時(shí)間明顯減少相差了10 h，哈密瓜片干燥時(shí)間縮短了約55.56%。

由圖2可知，干燥速率的曲線(xiàn)整體都是先升高后下降，干燥溫度越高，哈密瓜的干燥速率越快，隨著干燥溫度提高，哈密瓜片表層的水分蒸發(fā)速度及內(nèi)部的水分?jǐn)U散速度都逐漸加快，隨著干燥進(jìn)程的發(fā)展，到了干燥后期哈密瓜片內(nèi)部水分?jǐn)U散速度小于表面的水分蒸發(fā)速度，水分?jǐn)U散到表面的阻力加大，所以干燥速率會(huì)逐漸降低，溫度對(duì)哈密瓜片的干燥速率有較大影響，諸多研究都證明了干燥溫度是影響干燥速率的主要因素［1718］。

2.1.2干燥風(fēng)速對(duì)干燥特性的影響

切片厚度為8 mm，干燥溫度為55 ℃，不同干燥風(fēng)速下的哈密瓜片的水分比隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)以及干燥速率隨干基含水率變化的曲線(xiàn)如圖3，圖4所示。由圖3可以看出，所有的干燥曲線(xiàn)都是呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，即哈密瓜片的水分比隨著時(shí)間的增加而不斷的降低，且在干燥前期下降速度較后期的更快。從不同的曲線(xiàn)比較中可以看出，干燥風(fēng)速越大，干燥所需時(shí)間越少，3 m/s與1 m/s之間相差了2 h，時(shí)間相較縮短了14.29%，說(shuō)明干燥風(fēng)速可以縮短干燥時(shí)間，但效果相較于干燥溫度不明顯。

由圖4可以看出，隨著干燥風(fēng)速的加大，單位時(shí)間內(nèi)哈密瓜片接觸的空氣數(shù)量加大，帶走空氣內(nèi)的水分也就越多，內(nèi)部的水分?jǐn)U散越容易擴(kuò)散到表面，哈密瓜片干燥速率加快，而到了干燥后期，哈密瓜片體積收縮結(jié)構(gòu)變得緊致內(nèi)部的孔隙收縮或者封閉，結(jié)合水越難脫除，各方面作用導(dǎo)致干燥速率降低，哈密瓜片的干燥速率同樣呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢(shì)。干燥風(fēng)速對(duì)哈密瓜片的干燥速率有影響，但不如溫度提升明顯。

2.1.3切片厚度對(duì)干燥特性的影響

干燥溫度為55 ℃，干燥風(fēng)速為2 m/s，不同切片厚度下的哈密瓜片的水分比隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)以及干燥速率隨干基含水率變化的曲線(xiàn)如圖5，圖6所示。由圖5可知，隨著切片厚度的減小，干燥曲線(xiàn)越陡，干燥所達(dá)到平衡時(shí)的時(shí)間越少。當(dāng)切片為4 mm時(shí)，干燥達(dá)到平衡的時(shí)間最短，只需要8 h，與12 mm相比干燥時(shí)間縮短了50%，說(shuō)明切片厚度可以明顯縮短干燥時(shí)間，對(duì)干燥時(shí)間有著較大的影響。

由圖6可知在切片厚度的影響下，在干燥前期哈密瓜片的干燥速率較快，隨著干燥的進(jìn)行哈密瓜片的速率同樣呈下降趨勢(shì)。隨著切片厚度的增加，哈密瓜片內(nèi)部的水分?jǐn)U散到表面所需的運(yùn)動(dòng)路徑越長(zhǎng)，水分流失緩慢，整體干燥速率下降，因此較厚的物料干燥速率低于薄物料，切片厚度影響下的哈密瓜干燥速率屬于降速干燥，整體趨勢(shì)為隨著干基含水率的降低干燥速率也逐漸降低。切片厚度對(duì)哈密瓜片的干燥速率有著較大的影響。

2.2不同干燥因素對(duì)哈密瓜片色差和復(fù)水率的影響

哈密瓜片在不同干燥因素下對(duì)色澤和復(fù)水率的影響如表4所示。

2.2.1干燥溫度對(duì)哈密瓜色澤和復(fù)水率的影響

由表2中1、2、3組試驗(yàn)可以看出，切片厚度為8 mm，干燥風(fēng)速2 m/s時(shí)，不同干燥溫度下，溫度越高哈密瓜片的色差也就越大。這與李佳等的試驗(yàn)結(jié)果相似，因?yàn)楣芄细缓欠?，在溫度逐漸增加的過(guò)程中還原糖發(fā)生了Maillard反應(yīng)，又稱(chēng)非酶褐變，導(dǎo)致干燥后的哈密瓜片的顏色逐漸加深，色差變大。而干燥溫度逐漸增高，哈密瓜片的復(fù)水率降低，這是因?yàn)楦稍餃囟鹊脑龈邥?huì)導(dǎo)致哈密瓜片的干燥速率加快，使得哈密瓜片的結(jié)構(gòu)變得更加緊密，進(jìn)而使得復(fù)水率降低。

2.2.2干燥風(fēng)速對(duì)哈密瓜片色澤和復(fù)水率的影響

由表2中2、4、5組試驗(yàn)可以看出，干燥溫度為50 ℃，切片厚度為8 mm時(shí)，不同干燥風(fēng)速下，風(fēng)速越高哈密瓜片的色差反而越小，但與溫度相比變化相對(duì)不明顯。因?yàn)樵诟稍镞^(guò)程中，風(fēng)速越快可以更好地帶走物料表面的水分與溫度，減少了高溫帶來(lái)的色澤變化。但是風(fēng)速過(guò)快，哈密瓜片的失水率加快，造成哈密瓜片的細(xì)胞組織造成破壞，降低了其復(fù)水性，所以風(fēng)速過(guò)高會(huì)導(dǎo)致其復(fù)水率的降低。因此在本試驗(yàn)中，干燥風(fēng)速不易選太快，干燥風(fēng)速應(yīng)選2 m/s。

2.2.3切片厚度對(duì)哈密瓜片色澤和復(fù)水率的影響

由表2中2、6、7組試驗(yàn)可以看出，干燥溫度為50 ℃，干燥風(fēng)速為2 m/s時(shí)，不同切片厚度下，切片厚度越大哈密瓜片的色差越大。這是因?yàn)楣芄掀暮穸炔粩嘣黾樱瑢?dǎo)致哈密瓜片達(dá)到平衡時(shí)的時(shí)間延長(zhǎng)，對(duì)其的酶與糖類(lèi)的破壞增多，從而色差逐漸增大。哈密瓜片的復(fù)水率隨著切片厚度的增加而降低，出現(xiàn)這種結(jié)果的原因是，隨著哈密瓜切片厚度的增加，哈密瓜片內(nèi)部的水分?jǐn)U散減慢，蒸汽壓力減少，哈密瓜片的孔隙更為緊致，從而導(dǎo)致復(fù)水率降低，所以切片厚度同樣不能選過(guò)高。

2.3響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果分析

2.3.1響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果及方差分析

哈密瓜干燥優(yōu)化工藝試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果如表5所示，回歸方程系數(shù)顯著性分析如表6所示。

由表6可以看出，模型的顯著性檢驗(yàn)p<0.05說(shuō)明該模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，所以由表6可知哈密瓜片因素影響順序?yàn)椋焊稍餃囟龋ˋ）>切片厚度（C）>干燥風(fēng)速（B）。模型的決定系數(shù)R2為0.986，修正決定系數(shù)Adj R2為0.968 1，與切預(yù)測(cè)系數(shù)Pred R2相接近，說(shuō)明該模型與實(shí)際數(shù)據(jù)擬好較優(yōu)，具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

2.3.2響應(yīng)面分析

不同干燥因素對(duì)感官評(píng)價(jià)的影響如圖7～圖9所示。由圖7可以看出，干燥溫度A和干燥風(fēng)速B的交互作用對(duì)感官評(píng)價(jià)的影響成拋物面分布，當(dāng)干燥溫度A一定時(shí)，隨著干燥風(fēng)速B的增加，感官評(píng)價(jià)是先增加后下降，但波動(dòng)幅度較小。同理，當(dāng)干燥風(fēng)速B一定時(shí)，隨著干燥溫度的增加，感官評(píng)價(jià)也呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，且波動(dòng)幅度大于干燥風(fēng)速B的影響。在干燥溫度為55 ℃，干燥風(fēng)速為2 m/s時(shí)取得了最大值。僅考慮在二者之間的交互作用，最佳的干燥工藝范圍是：干燥溫度A為52.5 ℃～57.5 ℃，干燥速度B為1.5～2.5 m/s之間。

由圖8可以看出，干燥溫度A和切片厚度C的交互作用對(duì)感官評(píng)價(jià)的影響同樣成先增后減的趨勢(shì)，整體的波動(dòng)幅度較大。在干燥溫度A為55 ℃，切片厚度C為8 mm時(shí)取得了最大值。僅考慮在二者之間的交互作用，最佳的干燥工藝范圍是：干燥溫度A為52.5 ℃～57.5 ℃，切片厚度C為4～10 mm之間。

由圖9可知，干燥風(fēng)速B和切片厚度C的交互作用對(duì)感官評(píng)價(jià)的影響同樣成先增后減的趨勢(shì)，但是相較于圖7整體對(duì)稱(chēng)性較好。在二者的交互作用下，切片方式C對(duì)在交互作用中的貢獻(xiàn)更大。在干燥風(fēng)速B為2 m/s，切片厚度C為8 mm時(shí)取得了最大值。僅考慮在二者之間的交互作用，當(dāng)干燥風(fēng)速B為1.5～2.5 m/s，切片厚度C為4～10 mm之間時(shí)，感官評(píng)分較高。

為進(jìn)一步確定最佳的干燥工藝，以最大化感官評(píng)價(jià)為目標(biāo)，由軟件加算出的結(jié)果可知，在干燥溫度A、干燥風(fēng)速B、切片厚度C共同影響下的感官評(píng)價(jià)最佳的干燥工藝為：干燥溫度為55.03 ℃、干燥風(fēng)速為2.02 m/s、切片厚度為7.23 mm，在此工藝下去的感官評(píng)分最大值為91.603。

2.3.3最優(yōu)工藝條件試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)軟件預(yù)測(cè)結(jié)果，結(jié)合實(shí)際工藝設(shè)置的可行性，干燥溫度A為55 ℃、干燥風(fēng)速B為2 m/s、切片厚度8 mm為條件進(jìn)行三次重復(fù)試驗(yàn)，得到平均分92.1，與模型預(yù)測(cè)結(jié)果接近，表明基于響應(yīng)面模型分析優(yōu)化感官得分的方法有效可行。為便于實(shí)際操作參數(shù)的控制，將哈密瓜最優(yōu)干燥工藝參數(shù)修正為：干燥溫度55 ℃、干燥風(fēng)速2 m/s、切片厚度為8 mm。

3結(jié)論

1） 以新鮮的哈密瓜片為干燥試驗(yàn)材料，進(jìn)行熱風(fēng)干燥試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：干燥溫度與切片厚度對(duì)哈密瓜片干燥時(shí)間與干燥速率有著較大的影響，適當(dāng)?shù)奶岣吒稍餃囟?，減小切片厚度可以有效地降低干燥時(shí)間提高干燥速率，干燥風(fēng)速的變化則對(duì)干燥速率的影響不大。

2） 對(duì)哈密瓜片的色差和復(fù)水率的影響較大的是干燥溫度與切片厚度，過(guò)高的干燥溫度會(huì)導(dǎo)致哈密瓜片的色差和復(fù)水率降低，同理切片厚度也是一樣，因此都不宜選太高。但是隨著干燥風(fēng)速的提高哈密瓜片的色差會(huì)降低，但是復(fù)水率會(huì)降低，所以也不應(yīng)選過(guò)高。通過(guò)單因素試驗(yàn)，以干燥時(shí)間、色差和復(fù)水率為影響指標(biāo)，選擇的干燥工藝為：干燥溫度55 ℃、干燥風(fēng)速2 m/s、切片厚度8 mm。

3） 使用響應(yīng)面法分析感官評(píng)價(jià)得出，哈密瓜片最優(yōu)干燥工藝參數(shù)為：干燥溫度55 ℃、干燥風(fēng)速2 m/s，切片厚度8 mm，在此條件下，平均綜合得分為92.1，與模型預(yù)測(cè)結(jié)果接近，優(yōu)化結(jié)果可靠，可以為哈密瓜片熱風(fēng)干燥的加工提供一定的依據(jù)。

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