丁涛，李靖，董继先，袁越锦

（1.延安大学化工学院，陕西延安716000；2.延安大学，陕西延安716000；3.陕西科技大学 机电工程学院，陕西西安710021；4.陕西农产品加工技术研究院，陕西西安710021）

胡萝卜（Daucus carrot），又称甘荀，是伞形科胡萝卜属二年生草本植物。以肉质根作蔬菜食用。胡萝卜是一种质脆味美、营养丰富的家常蔬菜，素有“小人参”之称[1-2]。胡萝卜富含糖类、脂肪、挥发油、胡萝卜素、维生素 A、维生素 B1、维生素 B2、维生素 C、花青素、钙、铁等人体所需的营养成分[3-4]。胡萝卜的湿基含水率一般在90%左右，在采摘后的运输或储存过程中极易发生腐烂变质。而干燥处理是蔬菜采摘后常用的方法之一，可以使果蔬的含水率降到3%～5%，阻碍微生物增长繁殖，抑制蔬菜中酶的活性，推迟和减少以水为媒介的腐烂变质[5-12]，从而使脱水后的产品能够在常温下持久保存，便于运输和携带。目前，胡萝卜干燥的工艺形式主要是单一的热风烘干、油炸或者是纯真空干燥的方式[13-15]，单一的干燥方式具有设备成熟、操作简单等优点。但是单一的干燥方式干燥能耗较高，干燥品质差，不能达到含水率低、色泽好、营养成分损失小的优点[16]。

为了解决现有胡萝卜单一的干燥技术的缺点，达到较好的产品品质，本文采用热风真空组合干燥方法对胡萝卜丁进行干燥。对影响胡萝卜组合干燥特性的因素：切丁大小、热风风速、热风温度、中间转换点含水率、真空温度和真空度进行试验研究，获得胡萝卜最佳的热风真空组合干燥工艺参数，从而为胡萝卜的组合干燥加工和相关设备的设计提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料、药品与仪器设备

新鲜胡萝卜：西安湖北庄农贸市场。

碳酸氢钠（纯度为≥99.5%，相对分子质量84.01）、草酸（纯度 99.5%，相对分子质量 126.07）、维生素 C（纯度 99.7%，相对分子质量 176.13）、2，6二氯酚靛酚酸钠（相对分子质量290.08）：北京中生瑞泰科技有限公司。

太阳能热风真空组合干燥设备（自制）；SFY017快速水分测定仪：深圳市冠亚电子科技有限公司；AR826风速仪：北京泰如电子科技限公司。

1.2 试验装置

自制太阳能果蔬热风真空组合干燥设备如图1所示，主要由空气预热器、排风管、排湿风机、智能控制器、太阳能热水器、水泵、真空泵、干燥箱、热风辅助加热器、引风机等组成。

图1 太阳能果蔬热风真空组合干燥设备的结构Fig.1 Solar air vacuum combination drying equipment structure of fruit and vegetable

自制太阳能果蔬热风真空组合干燥设备在进行热风干燥时，打开空气进出口管路阀门，空气通过进气口进入空气预热器1进行预热之后通过进风管30及引风机29将空气送至热风辅助加热器28，加热器28将空气加热到预定温度后，热风通过均风通道8进入干燥箱26，与被干燥物料发生传热传质后，通过排风管2，在空气预热器1处预热新鲜空气后排出。当进行真空干燥时，关闭排风控制阀3及风量控制阀27，关闭干燥箱箱门6，打开水泵18，预定温度的热水经过高温进水管9进入干燥箱内的热水盘管，将被干燥物料加热到所需温度，然后回水经由低温回水管19排出。打开真空泵20，干燥箱内的空气由真空泵抽出，进行抽真空干燥。

1.3 试验方法

1.3.1 评价指标

1）含水率：采用冠亚牌SFY系列快速水分测定仪进行测量，将仪器的加热温度调至105℃，研判时间设定为40 s，取大于0.5 g的样品，放在料盘上进行测量，待红外灯泡熄灭、报警器发出报警时，按下显示键读出样品的水分值。快速水分测定仪的测定湿基含水率X的原理为：

式中：X为物料的含水率，%；m0为初始重量，g；mt为现时重量，g。

2）VC含量：氧化型2，6-二氯酚靛酚在酸性溶液中呈粉红色，在中性或碱性溶液中呈蓝色，还原型2，6-二氯酚靛酚无色。当用此染料滴定含有VC的酸性溶液时，在VC未全部氧化前，滴下的染料立即被还原成无色：一旦溶淀中的VC全部被氧化时，则滴下的染料立即使溶液显示粉红色，此时即为滴定终点，表示溶液中的VC刚刚被氧化完全。因此，从滴定时2，6一二氯酚靛酚标准液的消耗量，则被检物质中Vc的含量按式（2）计算：

式中：V1为滴定样品消耗的染料体积，mL；V0为空白滴定消耗的染料体积，mL；ρ为1 mL染料溶液相当于抗坏血酸的质量，mg/mL；Vs为滴定时所取样品溶液体积，mL；V为样品提取液总体积，mL；m为样品质量，g。

3）复水后体积变形率：随机分别选取10个新鲜、复水后的胡萝卜丁用游标卡尺测量出长宽高，分别计算出新鲜胡萝卜的平均体积V0与复水后的胡萝卜丁的平均体积V1，则复水后体积变形率按式（3）计算：

式中：Y为复水后体积收缩率，%；V0为新鲜胡萝卜丁的平均体积；V2为复水后的胡萝卜丁的平均体积。

1.3.2 试验方法及设计

1）试验流程：新鲜胡萝卜→前处理（挑选、清洗）→切丁→测量初始数据（含水率、体积等）→热风干燥→测量中间数据→真空干燥→测量最终数据→包装。

挑选大小均匀，无腐烂无锈斑，肉质嫩颜色鲜亮的胡萝卜，将胡萝卜置于清水中洗干净后切成5 mm×5 mm×5 mm、10 mm×10 mm×5 mm、15 mm×15 mm×5 mm的小丁，取大于0.5 g的样品放在快速水分测定仪的物料盘上进行测量水分，随机取10粒胡萝卜丁用游标卡尺测量出新鲜的胡萝卜丁的长宽高，计算出胡萝卜丁的平均体积，然后将胡萝卜丁均匀的铺至物料盘内放入热风真空组合干燥箱内进行干燥，热风干燥阶段0.5 h取样一次，真空干燥阶段1 h取样一次，均记录取样时间、含水率。

2）正交试验：选取胡萝卜切丁大小、热风风速、热风温度、中间转换点含水率、真空温度、真空度作为试验因素，以干燥时间、VC含量、复水后体积收缩率作为综合评价指标，以含水率作为热风与真空转换及干燥终了指标，进行正交试验，其胡萝卜组合干燥正交试验设计表如表1。

表1 胡萝卜组合干燥正交试验设计表Table 1 Table of orthogonal experimental design on carrot combination drying

2 结果与分析

2.1 试验结果分析

试验结果见表2。

2.1.1 干燥时间的回归分析及回归方程

由于模型1～4对线性回归方程的建立帮助不大，故在干燥时间的回归分析中只列出模型5的相关参数，本线性回归的分析方法为逐步回归法，不显著的影响因素在回归分析时已被剔除。干燥时间的线性回归

表2 试验结果Table 2 The test results

模型摘要见表3。

表3 干燥时间的线性回归模型摘要Table 3 The drying time of linear regression model

从表3中可以看出R=0.933，R2=0.871，调整后R2=0.817，一般情况下调整后的R2≥0.8时，说明回归方程具较好的拟合性，在本模型中调整后R2=0.817＞0.8，所以该模型可以解释81.7%的变化，该模型能够对胡萝卜热风真空组合干燥的干燥时间进行分析和预测。干燥时间的线性回归变异数分析见表4。

表4 干燥时间的线性回归变异数分析Table 4 The drying time variance analysis of linear regression

在干燥时间线性回归的变异数分析中分别给出了回归项、残差、平方和、自由度（df）、均方、F 值和对应的显著性概率值，在本回归分析中回归方程的显著性检验中显著性概率值sig.=0.000＜0.05，所以对干燥时间所建立的回归方程达到显著水平，说明干燥时间与各因素之间存在显著性回归关系。干燥时间线性回归方程的系数表见表5。

表5 干燥时间线性回归方程的系数表Table 5 Table of the drying time of linear regression equation coefficient

从表5中分析可以得到，干燥时间的回归方程显著性检验中，因素 X1、X2、X5、X4、X6的 F 检验（sig 值）均小于 0.05，说明因素 X1、X2、X5、X4、X6对干燥时间的影响均较为显著，其中回归方程中因素 X1、X2、X5、X4、X6所对应的系数分别为：0.003、-0.110、-0.110、0.081、0.141，其中常数项为18.538。

2.1.2 VC含量的回归分析及回归方程

由于模型1～3对VC含量的线性回归方程的建立帮助不大，故在VC含量的回归分析中只列出模型4的相关参数，采用逐步线性回归分析法，不显著的影响因素在回归分析时已被剔除。VC含量的模型摘要见表6。

表6 VC含量的模型摘要Table 6 The VCof linear regression model

从表6中可以看出R=0.932，R2=0.868，调整后R2=0.828，一般情况下调整后的R2≥0.8时，说明回归方程具较好的拟合性，在本模型中调整后R2=0.828＞0.8，所以该模型可以解释82.8%的变化，该模型能够对胡萝卜热风真空组合干燥的VC含量进行分析和预测。VC含量的变异数分析见表7。

表7 VC含量的变异数分析Table 7 Linear regression of the VCvariance analysis

在VC含量的线性回归变异数分析中分别给出了回归项、残差、平方和、自由度（df）、均方、F 值和对应的显著性概率值，在本回归分析中回归方程的显著性检验中显著性概率值sig.=0.000＜0.05，所以对VC含量所建立的回归方程达到显著水平，说明VC含量与各因素之间存在显著性回归关系。VC含量线性回归方程的系数表见表8。

表8 VC含量线性回归方程的系数表Table 8 Table of the VCof linear regression equation coefficient

从表8中分析可以得到，VC含量的回归方程显著性检验中，因素 X1、X2、X5、X4的 F 检验（sig值）均小于0.05，说明因素 X1、X2、X5、X4对 VC含量的影响均较为显著，其中回归方程中 X1、X2、X5、X4所对应的系数分别为：0.003、-0.079、-0.077、0.060 其中常数项为 17.413。

综合以上回归性分析，用逐步回归法求得VC含量的多元回归方程式为：

2.1.3 复水后体积收缩率的回归分析及回归方程

由于模型1～3对复水后体积收缩率的线性回归方程的建立帮助不大，故在复水后体积收缩率的回归分析中只列出模型4的相关参数，本线性回归的分析方法为逐步回归法，不显著的影响因素在回归分析时已被剔除。复水后体积收缩率的模型摘要见表9。

表9 复水后体积收缩率的模型摘要Table 9 Linear regression model of after water volume shrinkage ratio

从表9中可以看出R=0.951，R2=0.904，调整后R2=0.874，一般情况下调整后的R2≥0.8时，说明回归方程具较好的拟合性，在本模型中调整后R2=0.874＞0.8，所以该模型可以解释87.4%的变化，该模型能够对胡萝卜热风真空组合干燥的复水后体积收缩率进行分析和预测。复水后体积收缩率的变异数分析见表10。

表10 复水后体积收缩率的变异数分析Table 10 Linear regression of after water volume shrinkage ratio variance analysis

在复水后体积收缩率线性回归的变异数分析中分别给出了回归项、残差、平方和、自由度（df）、均方、F值和对应的显著性概率值，在本回归分析中回归方程的显著性检验中显著性概率值sig.=0.000＜0.05，所以对复水后体积收缩率所建立的回归方程达到显著水平，说明复水后体积收缩率与各因素之间存在显著性回归关系。复水后体积收缩率的回归方程的系数表见表11。

表11 复水后体积收缩率的回归方程的系数表Table 11 Table of after water volume shrinkage ratio of linear regression equation coefficient

从表11中分析可以得到，复水后体积收缩率的回归方程显著性检验中，因素 X1、X5、X4、X2的 F 检验（sig值）均小于 0.05，说明因素 X1、X5、X4、X2对复水后体积收缩率的影响均较为显著，其中回归方程中X1、X5、X4、X2所对应的系数分别为：8.231×10-5、0.001、0.001、0.001其中常数项为0.172。

试验地位于贵州省思南县塘头镇机场坝，地处108°11′470″E，27°44′551″N，海拔398米，年降雨量1 140毫米，年蒸发量750毫米，年均温度17.5摄氏度，有效积温5 300摄氏度，无霜期290天。土壤类型为沙壤潮泥，肥力中等，排灌方便。土壤肥力，全氮1.261克/公斤,有效氮58.078毫克/公斤,有效磷47.083毫克/公斤，有效钾96.698毫克/公斤，酸碱度6.41，有机质21.087克/公斤，有效硼0.622毫克/公斤。

综合以上回归性分析，用逐步回归法求得复水后体积收缩率的多元回归方程式为：

2.2 参数优化

对干燥时间、VC含量和复水后体积收缩率分别进行线性回归分析，得出了干燥时间、VC含量和复水后体积收缩率的线性回归方程，为了得到最佳的干燥工艺，用 MATLAB R2010（b）[11]对所述的干燥时间、VC含量和复水后体积收缩率进行参数优化，找到合理的胡萝卜的干燥加工工艺，即对公式（4）、（6）在约束条件（式8）内求最小值，对公式（5）在约束条件内求最大值，干燥时间、VC含量、复水后体积收缩率的目标函数如公式（7）。

目标函数为：

由MATLAB R2010b软件优化[18]得到胡萝卜热风真空组合干燥的最佳工艺条件为：胡萝卜丁的体积为942.391 83 mm3即 5 mm×13.72 mm×13.72 mm 热风温度为75℃，热风风速为0.069 4 m/s，中间转换点含水率为49%，真空温度为70℃，真空度为10 kPa。此时干燥时间为11.06 h，VC含量为11.65 mg/100 g，复水后体积收缩率为40.64%。

3 结论

胡萝卜在热风真空组合干燥过程中干燥时间受胡萝卜切丁大小、热风温度、中间转换点含水率、真空温度、真空度的影响较为显著，上述因素越大，干燥时间越长。胡萝卜在热风真空组合干燥过程中VC含量主要受胡萝卜切丁大小、热风温度、中间含水率、真空温度的影响：热风温度、真空温度越高VC含量越低：切丁大小、中间转换点含水率越大，VC含量越高。胡萝卜在热风真空组合干燥过程中复水后体积收缩率主要受胡萝卜切丁大小、热风温度、中间含水率、真空温度的影响，上述因素越大，复水后体积收缩率越大。本试验中热风风速对干燥时间、VC含量、复水后体积收缩率影响并不显著。利用多目标线性优化分析法对胡萝卜热风真空组合干燥工艺进行综合优化，得到胡萝卜组合干燥的最佳工艺参数组合：胡萝卜丁大小为5 mm×13.72 mm×13.72 mm热风温度为75℃，热风风速为0.069 m/s，中间转换点含水率为30%，真空温度为61.9℃，真空度为10 kPa。此时干燥时间为11.06 h，VC含量为11.65 mg/100 g，复水后体积收缩率为40.64%。此试验数据为果疏组合干燥工艺和干燥转换点的确定提供参考，对胡萝卜干燥的工业化应用具有一定的实际意义。

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