申 江，张现红，胡开永

（天津商业大学，天津市制冷技术重点实验室，天津300134）

许多农产品含有大量水分，不容易保存和储藏。常用的贮藏农产品和食品的方法有：腌制、熏制、灌装和干燥。随着人们对生活质量要求的提高，人们开始意识到腌制、熏制和灌装食品容易导致营养成分损失或含有致癌物质，而干燥加工的农产品和食品可以克服以上1缺点，因此干燥设备和干燥技术的发展需求越来越旺盛。

目前国内外关于干燥方法的研究主要有：太阳能干燥、热风干燥、微波干燥、渗透干燥、喷雾干燥、冷冻干燥和真空干燥等[1]。Doymaz[2]等研究了热风干燥条件下不同干燥温度对于茴香和欧芹叶品质的影响，实验结果表明 60℃是干燥茴香和欧芹叶最合理的温度。Kaya[3]等研究了不同的干燥条件对于维生素C的影响，结果表明增加干燥温度和降低相对湿度都增大产品中维生素C含量的损失。Wu L[4]等研究了茄子的真空干燥特性，结果表明真空度对于干燥过程的影响较小，温度是影响干燥过程的主要因素，增加温度可以明显缩短干燥时间。Therdthai[5]等对比研究了微波真空干燥和热风干燥对于薄荷叶干燥过程的影响，结果表明与热风干燥相比微波真空干燥在保持产品色泽、微观结构和复水特性方面具有明显的优势。Bazyma[6]等研究了低温真空干燥花卉农产品的实验研究，并提出了有关干燥时间、能耗和最终产品品质的关系式，为进一步优化干燥方法和低温干燥技术提供了实验和理论支持。

本实验通过研究菠菜低温真空干燥过程动力学特征，并对比研究低温真空干燥、真空冷冻干燥和传统热风干燥菠菜的复水性能、叶绿素和维生素 C含量变化，从而寻求一种能很好保存菠菜品质的干燥方法

1 材料与方法

1.1 材料与设备

菠菜 购买于天津市北辰区韩家墅农贸市场，在实验前放于 5℃低温库内贮藏；2，6-二氯酚靛酚（分析纯） 成都市科龙化工试剂厂、白陶土（分析纯） 天津市赢达稀贵化学试剂厂、抗坏血酸（分析纯） 天津市德恩化学试剂有限公司和80%的丙酮 北京燕博通达石油化工有限公司。

低温真空干燥机 图1为实验用低温真空干燥机原理图，本机器主要由三部分组成：制冷系统、真空系统和控制系统。制冷系统为冷阱和板式换热器提供冷量，其中冷阱用来捕捉抽气中的水分，板式换热器用来给隔板提供冷量。真空泵可以随时启停，以提供实验所需的真空度，为了保证真空泵的使用寿命和极限真空度，需要注意在冷阱温度达到-30℃以下时，才可以开启真空泵。控制系统可以根据实验需要设置加热板温度和干燥箱真空度以及干燥时间；MB45水分测定仪 奥克斯；UV-2102PC型紫外可见分光光度计 尤尼柯仪器有限公司；DH-101型鼓风干燥箱 天津市中环实验电炉有限公司；DS12005型组织捣碎机 格兰仕。

图1 低温真空干燥实验装置系统示意图Fig.1 Schematic diagram of the low-temperature vacuum experimental apparatus

1.2 实验方法

1.2.1 低温真空干燥条件 通过控制加热板温度和干燥箱内真空度来控制菠菜温度为0，5，10℃，测量时干燥样品的质量为20g，干燥过程中每隔1h称量干燥菠菜重量，干燥20h结束实验。

1.2.2 不同干燥方式的条件 对菠菜进行低温真空干燥、热风干燥、冷冻真空干燥：低温干燥下控制干燥箱压力为600Pa，温度为0oC；热风干燥时保持热风的温度为60oC；冷冻干燥时，先把菠菜在低温冷柜中进行冷冻，直到菠菜温度降为-37℃，将冻结的菠菜放在真空冷冻干燥箱内干燥，干燥箱内压力设为20Pa。干燥后分别测量低温真空干燥、热风干燥和冷冻真空干燥条件下菠菜的维生素C含量、叶绿素含量和复水特性。

1.3 评价指标

1.3.1 干燥曲线

水分比（MR）用来表示在一定干燥条件下物料中还有多少水分没有被干燥掉，可以反映物料干燥速率的大小，MR的定义如式（1）所示：

式中：Mt为t时刻含水量；Mo为初始含水量；Me为平衡含水量。

在一定干燥条件下平衡含水量Me与Mt和Mo相比比较小，因此可以忽略不计[7-8]，式（1）通常可以写为：

干燥速率是指干燥物料中水分变化与时间的关系，干燥速率（DR）可以通过公式（3）计算：

式中：t1和t2是干燥时间；Mt1和Mt2是菠菜样品在t1和t2时刻的水分含量。

1.3.2 复水比

复水性能是用来表示干燥产品在干燥过程中受损程度的一种重要物理参数，复水性能常用干燥产品复水前后的重量比来表示，影响复水比大小的因素有水温和浸水时间。实验中将5±0.5g干燥后的菠菜叶放在60℃的水中，每隔30min将样品拿出，用吸水纸吸干表面水分，然后称量重量[9]。复水比（RC）的计算公式如（4）所示：

式中：RC为复水比；m1为复水后吸干表面水分后样品质量（g）；m2为复水前样品质量（g)。

1.3.3 叶绿素

叶绿素的测量方法为丙酮提取法，用分光光度计测定在该波长下叶绿素溶液的吸光度(也称为光密度)，再根据叶绿素在该波长下的吸收系数即可计算叶绿素含量。

叶绿素含量以每千克样品含有的毫克数（mg/kg）表示，按式（5）计算：

式中：

A665——在665nm处的吸光度；

A645——在645nm处的吸光度；

A663——在663nm处的吸光度；

V——萃取液的体积，m l；

W——试样质量，g

1.3.4 维生素C

维生素C的测量方法采用GB/T 6195-1986 2，6-二氯靛酚法。

2 结果与讨论

2.1 干燥曲线

图2为是菠菜干燥过程中含水量（M）随时间的变化曲线，图3为菠菜干燥过程中水分比（MR）随干燥时间的变化曲线。从图2可以看出菠菜初始含水量为10.11 kg水/kg干物质，干燥20h后含水量为0.10 kg水/kg干物质。10℃条件下菠菜在干燥12h后，含水量基本不变，而5℃和0℃含水量达到不变的时间分别为15h和17h，这表明温度的提高可以缩短干燥时间。

图2 菠菜低温干燥含水量（M）曲线Fig.2 Moisture content versus time for spinach as a function of drying temperature

图3 菠菜低温干燥水分比（MR）曲线Fig.3 Moisture ratio versus time for spinach as a function of temperature

图4为菠菜低温干燥过程的干燥速率（DR）曲线。由图我们可以看出，在干燥开始的1h以内，存在一个加速干燥阶段，主要是由于在初始阶段菠菜内外之间的水分压差比较大，远远大于水分之间的束缚力。由于本实验为1h测量一次重量，因此不能准确确定加速阶段的具体时间。与一般理论上干燥存在三个阶段（加速阶段、恒速阶段、降速阶段）不同之处是菠菜的低温干燥过程中不存在恒速干燥阶段，这与 Ertekin[10]在热风干燥过程中发现的现象一致。提高温度可以提高加速阶段的干燥速率，但在干燥开始5h之后，0℃～10℃范围内提高温度对于提高干燥速率的效果并不是很明显。

图4 菠菜低温干燥干燥速率（DR）曲线Fig.4 Drying rates of spinach versus time at different drying temperatures

2.2 复水比

复水比是一项用来评价干燥产品品质的重要指标，同时复水比值的大小还可以表示产品内部结构在干燥过程中受损害的程度。复水比值过小表示产品内部结构在干燥过程中坍塌比较严重[11]。图5为3种不同干燥方式干燥菠菜的复水比随时间的变化曲线，从图中可以看出3种干燥方式下的菠菜复水比随时间的变化趋势相同；在复水初始阶段干燥菠菜复水比具有较高的增长率，在复水后期，复水比变化缓慢直到最后为一定值，复水比在初始阶段增长快速的主要原因是菠菜表面的很多孔隙迅速被水分子填满。冷冻真空干燥菠菜由于多孔性能较好，因此复水比较高，最终复水比值可以达到9.2；其次是低温真空干燥，复水比值为8.0；热风干燥复水性能最差，复水比值为5.1。

图5 菠菜不同干燥方式下的复水比（RC）曲线Fig.5 Rehydration ratio of spinach versus time plots for various drying conditions

2.3 维生素C含量变化

维生素C对于人类来说是一种非常重要的的营养成分，它可以保护肺、膀胱和前列腺等器官，并且有利于心血管疾病的治疗[12]，可以作为一项重要指标来评价食品加工方法的优劣。图6所示为新鲜菠菜、低温干燥和其它2种不同干燥方式下菠菜维生素C含量。新鲜菠菜维生素C初始含有量为（368.8±19.3）mg/k g。从图中可以看出低温干燥对于菠菜维生素C的破坏性最小，维生素C保有量最高（331.7±13.2) mg/k g，可以达到新鲜菠菜的90%；其次是冷冻真空干燥（312.4±22.3) mg/k g，可以达到新鲜菠菜的85%；热风干燥对于维生素C的破坏性最大（70.9±3.6) mg/k g，维生素C保有量仅为新鲜菠菜的19%。维生素C是一种热敏感化合物，并且长期暴漏在空气中容易被氧化，因此热风干燥过程中维生素 C损失最大；除此之外维生素 C还是一种水溶性化合物，冷冻干燥破坏了菠菜原有组织结构，提高了细胞膜通透性，因此加速了维生素 C损失。低温干燥可以克服热风干燥和冷冻真空干燥以上不足之处，因此最终维生素C保有量最高。

图6 菠菜在不同干燥方式下的维生素C含量Fig.6 Vitamin C content of spinach for the various drying processes

2.4 叶绿素含量变化

在评价干燥产品品质时，感官品质是一个重要指标，其中绿色蔬菜类产品干燥后叶绿素含量与感官品质有直接的关系。除此之外，叶绿素对于人们的健康也非常重要，叶绿素不仅有助于因意外失血者的康复，而且能够除去杀虫剂和药物残渣的毒素，并且能够与辐射性物质结合而将之排出体外。图7为菠菜在不同干燥条件下叶绿素含量。从图中可以看出，热风干燥叶绿素损坏最严重，主要原因是叶绿素极易被氧化，并且高温条件下会引起细胞组织中发生化学反应，引起蛋白脂质膜崩溃和叶绿素—蛋白复合体的释放，造成叶绿素降解[13]。 低温真空干燥和冷冻真空干燥后菠菜叶绿素含量相似，为新鲜菠菜叶绿素含量的87%。主要是由于这2种干燥方法均可以提供低温无氧的环境，而这种环境下叶绿素的损失很小。

图7 菠菜在不同干燥条件下叶绿素含量Fig.7 Chlorophyll content of spinach at different drying conditions

3 结论

对菠菜进行低温真空干燥实验，研究菠菜低温真空干燥的动力学特征和品质变化。结果表明：菠菜低温干燥过程只有加速阶段和减速阶段，不存在恒速阶段。低温真空干燥复水比为8.0，小于冷冻真空干燥的9.2，但大于热风干燥的5.1。和冷冻真空干燥和热风干燥相比较，低温真空干燥的维生素C保有量最高，最接近于新鲜菠菜。低温真空干燥和冷冻真空干燥对于叶绿素的保存效果相同，叶绿素含量达新鲜菠菜叶绿素含量的87%。

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