文怀兴, 俞祖俊, 史鹏涛

(陕西科技大学 机电工程学院， 陕西 西安　710021)



大枣切片真空低温干燥技术及工艺的分析

文怀兴, 俞祖俊, 史鹏涛

(陕西科技大学 机电工程学院， 陕西 西安710021)

摘要：为了提高大枣脆片的品质，以大枣切片为研究对象，以热风干燥为参照对象，进行真空低温干燥技术实验，以大枣脆片含水量、Vc含量以及干燥时间为指标，在单因素实验的基础上，通过3因素3水平的二次回归正交试验，探究了真空度、切片厚度、加热温度对大枣切片干燥特性的影响.结果表明：在真空度为0.092 MPa、切片厚度为5 mm、加热温度为60 ℃的条件下，真空低温干燥大枣切片的干制品质量最好，确定了大枣切片真空低温干燥较优的工艺参数条件.相对热风干燥，真空低温干燥具有低损耗、高效率、高质量等优越性.

关键词：大枣脆片； 真空低温干燥； Vc； 真空度； 热风干燥

0引言

大枣是中国特有的果品.它不仅营养丰富[1]，而且还具有较好的医疗保健作用[2-4]，被认为是很好的滋补佳品.全球98%以上的枣果产物和大枣资源都在中国，我国在全球枣树种植和交易中占据绝对的主导地位，但当前我国大枣产物主要以销售干制红枣占优，干制的比例达到95%以上[5]，红枣被简单制成干枣销售到国内外，深加工水平极低[6]，因此，加强大枣精深加工及其综合利用已成为目前大枣行业迫切解决的问题.

传统的干燥是整枣热风干燥，这种干燥工作时间长，目前市场上销售枣的干制品的Vc含量只有1.5～50mg/100g，随着干制程度的加深，Vc损耗越大[7].对大枣进行去核、切片，然后真空干燥，这种加工方法能够减少干燥所需要的时间，并且物料的颜色、形状、口味都能较好的保持，有效的防止了大枣中营养成分的损失.如今这种加工方法在食品干燥中得到了广泛应用，而且这种技术很有发展前景.

本试验以宁夏灵武长枣的鲜枣为原料，以热风干燥为参照对象，进行红枣的真空低温干燥技术的试验研究，目的就是减少干燥时间，提高能源利用率和产品的质量.

1真空干燥技术

当前常用的果蔬脱水真空干制技术主要有真空低温干燥技术、微波真空干燥技术、真空冷冻干燥技术等[8].这几种真空干燥技术各有优势和劣势.其中微波真空干燥尽管成品质量好、加工效率高，但加工进程难以把控，容易产生加热过热现象，而导致成品产生烤焦、烧糊、表面品质差等情况；真空冷冻干燥具有成品品质好等优点，但加工成本较高，干燥时间过长[9,10].

真空低温干燥技术的原理是在一个密封的设备内，在真空条件下加热物料，在干燥过程中材料水蒸汽压力被真空系统降到一个非常小的程度，使其水分在内部扩散和蒸发，表面蒸发汽化，并由真空泵不断地捕集和移除，从而进行低温低压干燥的工艺.这种干燥技术能够使干制成品含水量很低,从而达到长期存放的效果[11-14].真空低温干燥技术具有加工过程中干燥温度低、产品受热均匀、水分容易去除、无氧干燥等优点[15,16].

本实验采用陕西科技大学自主开发的真空低温干燥实验设备，这种设备有机的结合温度调节系统、真空调节系统、食品工艺等要求，并且解决了一系列的技术难题：(1)工作真空度的多个级别的设计，满足不同物料干燥的要求，加强了工作过程物料干燥的快速性；(2)通过合理布置加热通道的位置，确保了物料加热的均匀性；(3)设备具有显示和调节机制，实时显示工作真空度和物料温度，能够使干燥过程顺利进行[7].

2大枣切片加工的实验研究

2.1材料与设备

2.1.1实验材料

本试验以宁夏灵武长枣的鲜枣为原料，要求大枣成熟，新鲜饱满，色泽红艳.经过甄选后放入保鲜袋中，再保存于冰箱中冷藏，冷藏温度控制于4 ℃以下.

2.1.2实验设备

实验室自制真空低温干燥设备、热风干燥设备，手工去核装置、切片装置、红外水分测定仪、电子天平(精度为0.001g)、原始容器(食品塑料袋、桶、盆)，若干刀具、温度计、电子秒表等.

2.2实验内容及方法

工艺流程：鲜枣→分级→洗涤→去核→切片→组织处理→干燥→封装→检测→入库.

操作要点：从冰箱的冷藏室中取出存放的大枣，将其放置一段时间，待大枣温度达到室内温度，挑选大小均匀、新鲜饱满、无破坏的大枣作为试验材料，洗涤大枣的表面污渍，晾干，使表面没有自由水，然后手工去核，再把它横切成厚度分别为4mm、5mm、6mm厚的薄片，对切片称重，并编号.

2.2.1真空低温干燥

取初期处理后的大枣切片测量其初始的含水量、Vc含量.在配置的多等级真空度和干燥温度组合条件下，把不同切片层厚的大枣切片加工至果蔬干制成品仓储标准(含水率5%).每间隔0.5h测量一次产品的含水量，在各个温度条件下重复干燥过程两次，含水量取三次结果的平均数.测定最终成品含水量、Vc含量，计算出成品复水率、Vc保存率.

2.2.2热风干燥

实验前处理工艺同上，大枣切片处理完后，在不同的温度条件下将不同厚度的大枣切片进行热风干燥，使含水量达到5%以下，同样按时测定产品含水量，测定最终成品复水量、Vc含量，每个试验过程进行3次，最终算出其平均值.

2.2.3指标测定

产品含水量按GB5496-1985国家准则测量.

由复水率来体现干制品复水性，复水率的估量公式为：

Rf=(Gf-Gg)/Gg×100%

(1)

式(1)中,Gf：干制成品复水后无自由水质量，g；Gg：干制成品试样质量，g；

物料的Vc含量根据 2，6-二氯靛酚滴定法来测量.

Vc保存率Qv的计算公式为：

Qv=Y/X×100%

(2)

式(2)中,Y：干制成品Vc含量，mg/g；X：物料干制前Vc含量，mg/g.

3结果与论讨

3.1单因素实验结果与分析

3.1.1大枣切片在不同真空度条件下干燥特性的分析

选用实验材料厚度是5mm，真空干燥设备内部温度为60 ℃的环境下，选取设备真空度为0.090MPa，0.092MPa，0.094MPa这3个等级条件下进行干燥试验，图1为大枣切片含水率在不同真空度条件下随时间的变化曲线.

图1　大枣切片含水率在不同真空度下随时间的变化曲线

由图1可以看出，随着真空度的递增，把大枣切片加工至符合要求的含水率(就是含水率在5%)限度之内所利用的时间逐渐减少.由图1的曲线还可以得出，大枣切片的含水率变化速度在开始时较快，到了后半期，含水率变化速度逐渐减慢.在设备真空度为0.092Mpa环境下，由初始含水率72.51%干燥到22.52%时耗时为2h，但含水率从22.52%干燥至3.17%时长达2.5h，可以看出，干燥过程后半程大枣切片的热质传递阻碍变大，大枣切片水分由内部向外部分散并挥发所需时间更长.

3.1.2大枣切片在不同加热温度条件下干燥特性的分析

在物料厚度是5mm，设备真空度为0.092MPa的环境中，在热风干燥条件下加热温度于60 ℃，70 ℃，8 0 ℃这3个等级，真空低温干燥条件下加热温度于50 ℃，60 ℃，70 ℃这3个等级时进行实验，图2为测得两种方式下大枣切片含水率在不同加热温度条件下随时间的变化曲线.

(a)热风干燥

(b)真空低温干燥图2　大枣切片含水率在不同温度下随时间的变化曲线

由图2不同温度下大枣切片含水率随时间的变化曲线可以看出，在同等的物料厚度和真空度条件下，加热温度越高，干燥大枣切片所需要的时间越少.同样在不同温度环境下，对比热风干燥和真空低温干燥，可以看出，真空低温干燥实验得到的大枣切片含水率变化速率较快，需要的时间也更短，而且能够使含水率降低到更低的程度.

3.1.3大枣切片在不同物料厚度条件下干燥特性的分析

在真空干燥箱的加热温度是60 ℃，设备真空度是0.092MPa的环境中，分别选取物料厚度分别为4mm，5mm，6mm时进行实验，测得大枣切片含水率在不同切片厚度条件下随时间的变化曲线如图3所示.

图3　大枣切片含水率在不同物料厚度下随时间的变化曲线

由图3可见，随着物料厚度的增大，将大枣切片干燥至符合要求的含水率(即含水率为5%)范围之内速度逐渐变慢，所需的时间也逐渐增加.

3.1.4大枣切片在不同干燥方式条件下干燥特性的分析

由于真空干燥和热风干燥两种方式对大枣营养成分改变的影响程度不同，通过实验的研究，测试了多种温度和真空度条件下得到最优的实验结果.具体数据如表1所示.

利用真空低温干燥技术，随着干燥进程中大枣切片含水量的改变，使切片的Vc含量改变，大枣切片的含水量越少，大枣Vc含量越高，并且干燥进程中Vc值呈递增趋向.并且可以看出相对于真空低温干燥，热风干燥的大枣切片的总糖和Vc含量更低，是因为在热风干燥条件下高温会使Vc发生氧化，并且高温条件下总糖中易分解的糖在分解，发生焦化作用，造成切片所含的总糖量减少，伴有苦涩味，导致大枣切片质量降低.

表1　两种干燥方式加工的大枣脆片品质比较

干制品外观成色也是果蔬质量的一项重要参数.通过实验结果可以看出，真空低温干燥的大枣切片的枣皮仍为新鲜大枣的玫瑰红色，浅绿色果肉，香味可口，没有焦味；但是热风干燥的大枣切片，果肉由变暗红色变成褐色，并且有苦涩和焦苦味，如图4所示.这是因为真空低温系统的影响，它不仅降低了水和酶的活力，而且避免发生氧化作用，就实现了低温加工进程，所以大枣切片在干燥过程中保持了原来的光泽基本不变.

(a)大枣切片原图 (b)热风干燥 (c)真空低温干燥图4　大枣切片经热风干燥、真空低温干燥后的对比效果图

3.2二次回归正交试验结果与分析

依据上面涉及的单因素实验过程和效果分析，选用切片厚度(X1)、真空度(X2)和加热温度(X3)用作实验要素，以大枣脆片含水率参数，来完成3因素3水平二次回归正交试验，在此基础上解析每个要素和参数之间的定量关系.将各个因素按其取值范围和各个水平进行编码，制出因素水平表，如表2所示.表3为二次回归正交试验结果.

表2　正交试验因素水平

表3　真空低温干燥正交试验结果

从表3可以分析得出，以大枣脆片含水率为指标，各因素对实验结果的重要程度为物料厚度>温度>真空度.对9个试验结果直接进行比较，找出最好的方案，显然含水率最低者是5号方案，含水率为4.72%.

因为试验中采用的正交表L9(33)实际有27个方案，但仅做了9次试验，最佳方案可能在做过的9次试验中，也可能不在，所以必须计算分析，找出最佳方案[17].最佳工艺的判定应该根据含水率平均值大小取各因素最小的，我们通过计算含水率平均值，由计算结果确定出最佳方案为X12X23X32.

3.3验证性实验

为了与正交试验选出的最佳方案进行对比，用X12X23X32方案和X12X22X33各做两次验证性实验，实验结果取平均值，含水率分别为4.96%和4.78%，从实验结果可以看出两种结果差距不大，都是在符合要求的5%以下.但温度和真空度的提高虽然会加快干燥的速度，但由于大枣脆片中的营养成分，特别是Vc含量受温度的影响很大，高温会加剧氧化反应，导致Vc的分解，因此综合各种因素和实验结果分析可知：大枣真空低温干燥的最好工艺参数为X12X22X33，即加热温度是60 ℃、物料厚度为5mm、真空度为 0.092MPa.

4结论

本实验采用实验室自主开发的真空低温干燥设备以及利用真空低温干燥技术来研究大枣脆片生产工艺.探究出了大枣切片的真空低温干燥技术特征与真空低温干燥设备最佳操作条件.实验结果表明：

(1)经过热风干燥后的大枣脆片表皮收缩、枣肉呈黄褐色、伴有微苦味，经过真空低温干燥制作出的大枣脆片表皮舒展、枣肉呈浅绿色、伴有大枣原有香味，且干燥耗时比热风干燥的所需更少，综合考虑真空低温干燥为最适宜干燥方式.

(2)伴随设备真空度和加热温度的提高，物料干燥速率越快，这样将鲜嫩的大枣切片加工到安全水分(即含水率为5%)所耗时就越少.并且随着增大物料的厚度，将大枣切片干燥至符合要求的含水率范围之内所耗时逐渐增加.

(3)经过3因素3水平二次回归正交试验过程与分析，表明物料厚度、加热温度和设备真空度对干燥后的大枣脆片质量指标影响显著，而且不同质量指标及损耗的影响程度根据不同干燥因素又有很大差距.

(4)为了提升真空低温干燥的效率和功效，确保大枣脆片成品干燥后的质量，得到它的最佳真空低温干燥工艺因素为：物料厚度是5mm，加热温度是60 ℃，真空度是0.092MPa.在这种条件下真空低温干燥可得到Vc含量达到800mg/100g以上的大枣脆片，而且大枣脆片香味可口，没有焦苦味，里外色泽基本不变.

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Theanalysisofcryogenicvacuumdryingtechnology

andprocessesofjujubeslices

WENHuai-xing，YUZu-jun，SHIPeng-tao

(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,ShaanxiUniversityofScience&Technology,Xi′an710021,China)

Abstract:The experiments of cryogenic vacuum drying of jujube slices were conducted to improve the quality of jujube slices.In the experiment,hot air drying as a reference object,we studied the jujube chips moisture,vitamin C content and drying time of dried jujube slices.Based on single factor, we analyzed the effects of vacuum degree, material thickness,heating temperature on drying characteristics of jujube slices using 3 factors and 3 levels by quadratic regression orthogonal experiments.Results showed that in the vacuum degree of 0.092 MPa,slice thickness of 5 mm,temperature of 60 ℃ conditions,jujube slices had the best dried qualities,so the cryogenic vacuum drying parameters on quality of jujube slices are resulted. Relatively hot air drying,cryogenic vacuum drying have the advantages of low-cost,high efficiency,high quality,etc..

Key words:jujube slices； cryogenic vacuum drying； Vc； vacuum degree； hot air drying

中图分类号：TB79;TH122

文献标志码：A

文章编号：1000-5811(2015)05-0141-05

作者简介:文怀兴(1957-)，男，陕西武功人，教授，博士生导师，研究方向：数控技术、真空技术

基金项目：陕西省教育厅专项科研计划项目(14JK1100)； 陕西省教育厅服务地方专项计划项目(2013JC28)

收稿日期:*2015-06-21