林鹏程，张钟元，江 宁，李丹丹，韩永斌，陶 阳,

（1.南京农业大学食品科技学院，江苏南京 210095；2.江苏省农科院农产品加工所，江苏南京 210014）

紫菜（Porphyra）是海洋中互生藻类的统称，富含蛋白质、多糖和碘、磷、钙等微量元素，其中蛋白质含量一般在25%~45%（以干基计）[1]，有“营养宝库”的称号。紫菜中含有的蛋白质、多糖、多肽等活性物质，具有免疫调节、降血脂、抗氧化等多种生理功能[2]。新鲜紫菜含水量高，营养丰富，极易引起微生物污染导致腐败变质，所以很难长时间保藏。对鲜紫菜进行干制处理能够有效地延长紫菜的保藏期，也方便紫菜的包装和运输。

自然干燥和热风干燥是紫菜干燥常用的方法，自然干燥极易受环境和天气的制约，很难保证干制品的卫生与安全。热风干燥与自然干燥相比，能一定程度上缩短干燥时间，不再受环境与天气的制约。但是热风干燥与微波干燥相比，干燥时间仍然较长并且存在能耗高、效率低、营养易损失等问题，而微波干燥能够有效地弥补热风干燥的不足。微波干燥能在短时间内就能达到良好的干燥效果，并且能够有效地保留原料中的营养成分[3]。阮威威等[4]对紫菜微波干燥工艺进行研究得出，紫菜在300 W微波功率处理12 min后所得干紫菜感官评分较高，并且干燥时间较短，微波技术适用于紫菜干燥。

目前，热风微波联合干燥技术已经应用于菠菜[5]、芦笋[6]、芒果果脯[7]、柿子[8]、莲藕[9]、山药[10]、红枣[11]、青花椒[12]等果蔬的干燥。例如，王顺民等[5]采用先热风后微波的干燥方式干制菠菜，最终联合干燥比单独热风干燥时间缩短了约40%~50%，VC保留率提高了39.1%~44.3%。刘小丹等[11]采用先微波后热风的干燥方式干制红枣，结果表明采用微波-热风联合干燥所得到的红枣中VC的保留率要高于单独热风干燥，其干燥时间为热风干燥的80%，可以看出不同的热风微波联合干燥方式都能起到保持果蔬干制品良好品质，缩短干燥时间的作用，因此本研究考虑采用热风/微波联合干燥对紫菜进行干制。

本论文采用微波-热风和热风-微波两种联合干燥方式干制紫菜，设置不同工艺参数建立试验组合，研究两种工艺对紫菜干燥总时间和紫菜蛋白质、总糖含量的影响，并采用多项式或神经网络拟合，结合遗传算法对干燥工艺进行优化，在此基础上将两种工艺进行对比，选择满足不同生产目标下的最佳工艺条件，为紫菜生产加工提供一定的理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

紫菜 福建省晋江市安海庄头食品公司，质地柔软，颜色为墨绿色，多为长条状，经流水清洗表面杂质，擦去表面多余的水分后置于4 ℃冰箱保藏；牛血清白蛋白 全组分，北京索莱宝科技有限公司；福林酚试剂、2,2’-联氨-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸（ABTS试剂） 上海瑞永生物科技有限公司；过硫酸钾 分析纯，西陇化工股份有限公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH试剂） 北京博奥拓达科技有限公司；其他试剂 均为国产分析纯。

WBFY-201微电脑微波化学反应器 上海牧佐科学仪器有限公司；DHG-9030A电热鼓风干燥箱上海一恒科学仪器有限公司；GL-20G-H冷冻离心机上海安亭科学仪器厂；SCILOGEX MX-S可调式混匀涡旋仪 上海珂淮仪器有限公司；pH计 上海仪电科学仪器股份有限公司；UV-5100B型紫外可见分光光度计 上海元析仪器有限公司；HH-S系列数显恒温水浴锅 常州万达升实验仪器有限公司；电子天平 慈溪市华徐衡器实业有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 干燥预处理 取出4 ℃冰箱保存48 h之内的新鲜紫菜，置于85 ℃水浴锅中热烫30 s[13]，轻轻地用吸水纸擦掉表面多余的水分，然后用于干燥处理。

1.2.2 热风干燥 准确称取50 g经过预处理的鲜紫菜平铺于玻璃培养皿中，置于电热鼓风干燥箱中进行热风干燥，根据紫菜热风干燥预实验结果，进口处热风温度设为45、55、65 ℃，干燥过程中每隔一定时间进行称重，直至达到干燥终点停止干燥，干燥终点设为紫菜干基含水量降为0.1 g/g DM。

1.2.3 微波干燥 参考阮威威等[4]紫菜微波干燥实验结果，准确称取50 g经过预处理的鲜紫菜平铺于玻璃培养皿中，分别置于80、240、400 W的微波功率下干燥，微波化学反应器工作模式为30 s开、15 s关。干燥过程中每隔一定时间进行称重，直至达到干燥终点停止干燥，干燥终点设为紫菜干基含水量降为0.1 g/g DM。

1.2.4 微波/热风两步法干燥工艺

1.2.4.1 微波干燥（先）+热风干燥（后） 准确称取50 g经过预处理的鲜紫菜平铺于玻璃培养皿中，置于微波化学反应器中，分别在不同的微波功率下进行干燥，微波化学反应器额定功率100%为800 W，工作模式为30 s开、15 s关，微波处理达到预设时间后将样品转移至电热鼓风干燥箱进行热风处理，分别在不同的温度下进行干燥，直至到达干燥终点。利用Design-Expert软件中的Central Composite Design（CCD）对微波功率、微波时间和热风温度三个因素进行组合，根据预实验结果和设备参数，微波功率的选择为80、240、400 W（对应功率百分比10%、30%、50%），微波时间的选择为3、6、9 min，热风温度的选择为45、55、65 ℃。干燥过程中每隔一定时间进行称重，干燥结束后记录干燥所需的总时间，并收集样品进行品质分析。

1.2.4.2 热风干燥（先）+微波干燥（后） 准确称取50 g经过预处理的鲜紫菜平铺于玻璃培养皿中，置于电热鼓风干燥箱中，分别在不同热风温度下进行干燥，每隔一定时间进行称重，热风处理达到预设时间后将样品转移至微波化学反应器中进行微波处理，分别在不同的微波功率下进行干燥，直至到达干燥终点。利用Design-Expert软件中的Central Composite Design（CCD）对热风温度、热风时间和微波功率三个因素进行组合，根据预实验结果和设备参数，热风温度的选择为45、55、65 ℃，热风时间的选择为1、2、3 h，微波功率的选择为80、240、400 W（对应功率百分比10%、30%、50%）。干燥结束后记录干燥所需的总时间，并收集样品进行品质分析。

1.2.5 品质分析

1.2.5.1 蛋白和多糖提取方法 参考Vernès等[14]的方法，并稍作改动。准确称取0.5 g紫菜样品于研钵中，按照固液比1:80 g/mL添加0.2 mol/L、pH7.0的磷酸钠缓冲液，充分研磨后转移到离心管中，并用10 mL磷酸钠缓冲液清洗研钵后将液体一并移入离心管中，置于25 ℃水浴振荡摇床中提取1 h，然后以8000 r/min离心15 min后收集上清液，将残渣与10 mL磷酸钠缓冲液混合后重复上述提取过程，合并两次提取的上清液，记录体积用于后续的蛋白和总糖含量测定。

1.2.5.2 蛋白含量测定 参考文献[15−16]采用Lowry法进行测定蛋白质含量，并稍作改动。取1 mL稀释样液于离心管中，迅速加入5 mL Lowry试剂，立即涡旋混合30 s，室温下避光温育10 min后，加入0.5 mL福林酚试剂（1 mol/L）涡旋混合30 s，继续在室温下避光温育30 min后，测定样品在750 nm下的吸光度。以牛血清白蛋白（BSA）为标准物制作标准曲线，通过标准曲线确定稀释样液中蛋白浓度，不同紫菜干样中蛋白含量计算方法如下：

式中：c1为稀释样液中蛋白质含量，mg/mL；n1为稀释倍数；V1为紫菜提取液的总体积，mL；m1为干紫菜对应绝干紫菜的质量，g。

1.2.5.3 总糖含量测定 采用蒽酮-硫酸法[17]，取1 mL稀释样液于离心管中，加入4 mL蒽酮-硫酸试剂后混匀，迅速置于冰水浴中冷却到室温，然后浸于沸水浴中加热10 min，取出后置于冰水浴中冷却10 min，然后在620 nm波长下测定吸光度。以无水葡萄糖为标准物绘制标准曲线，通过标准曲线确定稀释样液中对应葡萄糖浓度，最后计算总糖含量以葡萄糖当量表示，计算方法如下：

式中：c2为稀释样液中总糖含量，μg/mL；n2为稀释倍数；V2为紫菜提取液的总体积，mL；m2为紫菜干物质含量，g。

1.2.5.4 ABTS+自由基清除能力 参考Roberta等[18]研究方法，将ABTS试剂与过硫酸钾分别溶解于水后，按1:1混合制成储备液（终浓度分别为7与2.45 mmol/L），25 ℃下避光静置16 h。测定时，储备液用0.2 mol/L，pH7.0的磷酸钠缓冲液稀释至734 nm处吸光值为0.70±0.02将其作为测定液。取0.2 mL紫菜提取液与3.8 mL测定液混合，室温避光静置6 min后测定734 nm处吸光值，以添加0.2 mL磷酸钠缓冲液的样品作为空白，在此基础上计算ABTS+自由基清除能力，ABTS+自由基清除能力计算方法如下：

式中：A0为磷酸钠缓冲液和ABTS混合后的样液吸光度；Ai为紫菜提取液和ABTS混合后的样液吸光度。在此基础上，选用Trolox（水溶性VE）作为标准品制作标准曲线，紫菜ABTS+自由基清除能力表示为mg VE/g DM。

1.2.5.5 DPPH自由基清除 参照Shimada等[19]的方法并稍做修改，取0.5 mL的紫菜提取液于离心管中，依次加入2.5 mL DPPH无水乙醇溶液（0.2 mmol/L）、2 mL超纯水，混合均匀后于30 ℃避光反应30 min，结束后测定517 nm吸光值，并计算清除率：

式中：A0为对照实验（无水乙醇代替样品）吸光值；A1为样品实验吸光值；A2为样品干扰实验（无水乙醇代替DPPH溶液）吸光值。选用VC作为标准品制作标准曲线，紫菜DPPH自由基清除能力表示为mg VC/g DM。

1.2.5.6 复水性 采用Marabi等[20]的方法并稍作修改，将0.1 g干紫菜浸没于200 mL蒸馏水，水温保持在85±1 ℃，定期从水中取出样品并轻轻擦干表面水分后称重，重复操作，直至前后两次称重质量相差不超过0.002 g，即表明复水达到平衡。复水比R计算公式如下：

式中：Mt为某一时刻紫菜的复水质量，g；M0为称取的干紫菜的质量，g。

1.3 数据处理

所有试验均重复三次，利用Microsoft Excel进行数据整理和图形绘制，采用Design-Expert构建响应曲面模型，采用Matlab构建神经网络模型，最后利用Matlab对不同的模型进行遗传算法优化，利用IBM SPSS 23对数据进行单因素ANOVA检验与分析。

2 结果与分析

2.1 不同干燥方式对紫菜干燥特性的影响

前期研究表明，在热风干燥过程中，热风温度越高，紫菜失水速率越快，所需干燥时间越短。50 g新鲜紫菜干基含水量在45、55、65 ℃热风干燥条件下降到0.1 g/g DM，所需的时间分别为890、490、420 min。同时，紫菜微波干燥中微波功率越高，所需要的干燥时间越短，在80、240、400 W微波功率下紫菜干燥所需要的时间分别为124、18.5、10 min。因此，选择55 ℃单独热风干燥和240 W单独微波干燥作为参考，比较微波/热风两步干燥紫菜的干燥特性。

紫菜单独热风干燥、单独微波干燥、先微波后热风干燥、先热风后微波干燥的干燥曲线见图1。由图1可知，微波干燥过程中水分含量下降速率明显高于热风干燥，同时热风/微波两步干燥过程中水分下降规律出现明显拐点。分别采用单独热风干燥、单独微波干燥、先微波干燥后热风干燥、先热风后微波干燥的干燥方式使紫菜含水量下降至0.1 g/g DM，所需的时间分别为490、18.5、176、129.5 min，与单独采用55 ℃热风干燥相比，两种联合干燥方式都能不同程度缩短紫菜干燥总时间，热风-微波干燥时间缩短了73.6%，微波-热风干燥时间缩短了64.1%。

图1 不同干燥方式下紫菜干燥动力学曲线Fig.1 Drying kinetic curve of Porphyra under different drying methods

图2 为不同干燥方式下的紫菜干燥速率曲线。由图2可知，单独采用55 ℃热风干燥紫菜的过程中，紫菜干燥速率在干燥初期出现短暂上升后很快呈现不断下降的趋势，这与曹晔等[21]对西蓝花干燥特性研究的结果相吻合。单独采用240 W微波干燥过程中，在干燥前期紫菜干燥速率迅速升高到最大值（4.8 g H2O/min），并在干燥4~8 min内保持不变。微波干燥的后期，紫菜中水分含量较低，干燥速率逐渐下降进入降速干燥阶段。在先微波后热风的干燥过程中，微波干燥阶段干燥速率迅速上升，并保持较高的水平（4.1~4.6 g H2O/min），微波处理6 min后采用热风干燥，干燥速率显著降低，干燥结束前干燥速率一直呈下降趋势，这也与单独热风干燥过程干燥速率变化规律相吻合。在先热风后微波的干燥过程中，热风干燥阶段前10 min干燥速率短时间增加，而到了后期不断下降，热风干燥2 h后进行微波干燥，干燥速率显著提高至峰值（3.9 g H2O/min），然后不断下降。微波能提高干燥速率的原因主要是微波干燥作为一种热加工方式，能够使物料内部迅速升温，提高水分子在紫菜中的扩散和移动速率，进而加快水分的移动和蒸发，从而有效提高干燥效率[22]。而热风干燥主要停留在降速干燥阶段，在此阶段水分在物料内部的扩散速率要低于表面水分的蒸发速率，因此热风干燥速率要远低于微波干燥，李顺峰等[23]也发现了热风干燥芹菜的过程中主要以减速阶段为主。

图2 不同干燥方式下紫菜干燥速率曲线Fig.2 Drying rate curve of Porphyra under different drying methods

2.2 微波（先）+热风（后）干燥工艺优化

结合表1中的数据，采用响应曲面法构建关于紫菜干燥总时间、蛋白含量和总糖含量的二次多项式回归模型，对表2中的模型进行方差分析。由表3可知，关于干燥总时间、蛋白含量和总糖含量的二次多项式模型P值均小于0.05，模型具有显著性，其中关于干燥总时间的模型极显著（P<0.01）。

表2 微波（先）+热风（后）干燥条件下关于紫菜干燥总时间、蛋白含量和总糖含量的二次多项式模型Table 2 Quadratic polynomial models to predict total drying time, contents of protein and total sugar in Porphyra dried under sequential microwave drying(first) and hot air drying(later)

表3 微波（先）+热风（后）干燥条件下关于紫菜干燥总时间、蛋白含量和总糖含量的二次多项式模型方差分析结果Table 3 Model variance analysis of the models to predict total drying time, contents of protein and total sugar in Porphyra dried under sequential microwave drying(first) and hot air drying(later)

同时，三个模型决定系数R2分别为0.9600、0.9160、0.9126，均大于0.9，结合表4中三个模型的失拟项显著性的P值分别为0.0658、0.5826、0.5289均大于0.05，表明失拟项相对于绝对误差不显著，同时对照表1中干燥总时间、蛋白以及总糖含量的预测值和实验值，两者之间的差距较小，以上结果均表明三个模型具有较高的拟合度，模型可信性较高。

表1 微波（先）+热风（后）干燥的中心组合设计以及结果的实验值和预测值Table 1 Central composite design, experimental and predicted results of sequential microwave drying(first) and hot air drying(later)

进一步由表4可知，方差分析中一次项微波功率对紫菜干燥总时间、总糖含量影响极显著（P<0.01），而对蛋白含量的影响不显著（P>0.05），微波干燥能够在短时间蒸发掉紫菜中大部分水，当后期热风干燥温度一定时，前期微波功率越高，干燥速率越快，最终干燥总时间就越短。Varith等[24]研究微波与热风联合干燥去皮龙眼，微波功率也对其干燥时间有显著影响。同时，较高的微波功率能够短时间使物料快速升温，通过改变物料结构影响糖提取率，并可能促进紫菜中大分子的多糖分解，进而对紫菜干制品总糖含量产生显著影响，许小向等[25]研究微波提取松针多糖中发现微波处理会对多糖含量产生显著影响。另一方面，微波时间对紫菜干燥总时间、蛋白含量、总糖含量的影响均不显著（P>0.05），可能是因为微波（先）+热风（后）联合干燥过程中微波处理时间较短而热风干燥时间较长，微波干燥阶段所用的时间在干燥总时间中所占比例较小，因此未对干燥总时间产生较大的影响。热风温度对干燥总时间和蛋白含量的影响显著（P<0.05），其中热风温度对干燥总时间的影响极显著（P<0.01），热风温度可影响蛋白质稳定性，高温下紫菜中的蛋白质容易变性，进而影响干紫菜中蛋白质含量。苏倩倩等[26]研究不同干燥方式对香菇品质的影响，同样发现温度对香菇中蛋白质含量影响显著。

表4 微波（先）+热风（后）干燥条件下不同变量对干燥总时间、蛋白含量和总糖含量影响显著性P值Table 4 P values about the influences of different variables on total drying time, protein and total sugar contents under sequential microwave drying(first) and hot air drying(later)

此外，二次项中微波功率对干燥总时间和蛋白含量的影响是极显著的（P<0.01），微波功率与热风温度的交互作用对干燥总时间的影响是极显著的（P<0.01），除此之外其它因素对干燥总时间、蛋白和总糖含量的影响均不显著（P>0.05）。热风温度与微波功率的交互作用如图3，由图3可知，当热风温度一定时，微波功率越高，干燥时间越短。当微波功率一定时，热风温度越高，干燥总时间越短。

图3 微波（先）+热风（后）干燥过程中微波功率与热风温度交互作用对干燥总时间影响的3D响应曲面图Fig.3 3D response surface plot about the interaction between microwave power and hot air temperature on total drying time under sequential microwave drying and hot air drying

在响应曲面模型构建的基础上，采用遗传算法对干燥总时间、蛋白含量、总糖含量的二次多项式模型进行优化。由图4可知，遗传算法分别经过51、54、和52代遗传后，得到了模型的极值，所对应的自变量即为微波（先）+热风（后）干燥的最优工艺。由表5可知，在先微波后热风干燥过程中，鲜紫菜在400 W微波功率下干燥9 min后转移到63 ℃热风条件下干燥至终点，此工艺条件下紫菜干燥总时间最短，干燥总时间预测值为123.0 min，实验值为120.5±3.6 min，预测值与实际值接近，与表1中的20组实验结果相比，干燥总时间也是最短的，达到了优化的目标，主要是因为在较高微波功率下进行短时间的微波处理能在短时间内脱去紫菜中大部分水分，然后在较高的热风温度条件下继续干燥至终点，能够有效地缩短干燥总时间，与Karimi等[27]采用微波与热风联合干燥黄金茄的干燥动力学研究结果类似。

表5 不同干燥方式下紫菜最优干燥条件以及优化指标的预测值与实验值Table 5 Optimal conditions for Porphyra drying and the comparison between experimental and predicted responses

图4 不同干燥工艺条件下基因遗传算法优化的干燥总时间、蛋白和总糖含量传代结果图Fig.4 Genetic algorithm optimization of drying time, protein and total sugar content under different drying conditions

同时，微波（先）+热风（后）干燥过程中，紫菜在400 W微波功率下干燥9 min后转移到45 ℃热风条件下干燥至终点，在该工艺条件下所得到的干紫菜中蛋白和总糖含量与表1中蛋白和总糖含量的数据相比仍然是最高的，预测的蛋白和总糖含量分别为62.28 mg/g DM和108.6 mg/g DM，实验值分别为54.76±0.88 mg/g DM和102.74±3.27 mg/g DM，总糖含量实验值与预测值接近，但是蛋白含量实验值与预测值存在着一定的差距，主要是因为紫菜中蛋白质热稳定性较差，在干燥过程中发生变性而损失。

2.3 热风（先）+微波（后）干燥工艺优化

采用中心组合法对热风（先）+微波（后）干燥工艺进行设计，考察热风温度、热风时间和微波功率对干燥总时间、干紫菜中蛋白和总糖含量的影响，结合表6 中的数据，采用响应曲面法进行模型的构建。通过表7~表8可知，关于干燥总时间的多项式模型是极显著的（P<0.01），失拟项不显著（P>0.05），R2为0.9940，因此可以说明干燥总时间的模型拟合度较高，其二次多项式回归模型方程为：

表6 热风（先）+微波（后）干燥的中心组合设计以及结果的实验值和预测值Table 6 Central composite design, experimental and predicted results of sequential hot air drying(first) and microwave drying(later)

表7 热风（先）+微波（后）干燥条件下关于干燥总时间、蛋白含量和总糖含量的二次多项式模型方差分析结果Table 7 Model variance analysis of the models to predict total drying time, contents of protein and total sugar dried under sequential hot air drying(first) and microwave drying(later)

Y4=352.54−4.70A+38.55B−8.64C+0.15AB+0.04AC+0.22BC+0.02A2+0.02B2+0.07C2，其中A、B、C分别代表热风温度、热风时间、微波功率。

此外，关于蛋白和总糖含量的二次多项式模型P值均大于0.38，两个模型均不显著，且R2均小于0.55，表明热风（先）+微波（后）干燥过程中蛋白含量和总糖含量呈现非线性变化。

进一步由表8可知，关于干燥总时间的模型中，一次项中热风温度、热风时间、微波功率对紫菜干燥总时间的影响均是极显著的（P<0.01），前期关于热风干燥和微波干燥的单因素试验中热风温度和微波功率对干燥总时间的影响显著（数据未展示），而热风时间对干燥总时间影响显著主要是因为与热风干燥相比，微波干燥可有效缩短干燥时间，若缩短热风干燥阶段的时间，尽快进入微波干燥阶段，能够有效地缩短干燥总时间。二次项中微波功率以及热风温度与微波功率的交互作用对干燥总时间影响极显著（P<0.01），热风温度与微波功率的交互作用和热风时间与微波功率的交互作用对干燥总时间影响的响应曲面图见图5，由图5可知，当热风温度一定时，微波功率越高，干燥时间越短。当微波功率一定时，热风温度越高，所需的干燥时间越短。热风时间与微波功率的交互作用对干燥总时间的影响也显著（P<0.05），微波功率一定，热风时间越短，干燥总时间越短。热风时间一定，微波功率越高，干燥时间越短。

表8 热风（先）+微波（后）干燥条件下不同变量对干燥总时间影响显著性的P值Table 8 P value about the influences of different variables on the total drying time under sequential hot air drying(first) and microwave drying(later)

图5 热风（先）+微波（后）干燥中热风温度与微波功率的交互作用和热风时间与微波功率的交互作用对紫菜干燥总时间影响的3D响应曲面图Fig.5 3D response surface plot about the interaction between hot air temperature and microwave power and the interaction between hot air time and microwave power on the total drying time under sequential hot air drying(first) and microwave drying(later)

进一步采用遗传算法优化热风（先）+微波（后）联合干燥紫菜过程中关于干燥总时间的二次多项式模型，由图4可知，经遗传算法传代运算55代后，干燥总时间模型的值最小，对应的最优工艺条件见表5。热风（先）+微波（后）联合干燥紫菜过程中，首先在65 ℃热风条件下干燥1 h后，转移到240 W微波功率下微波干燥至终点，整个过程所需要的干燥时间是最短的，干燥总时间的预测值为61.2 min，实验值为62.5±1.4 min，实验值与预测值接近，与上表2中干燥总时间的数据相比，优化后干燥总时间仍然是最短的。李湘利等[28]采用相同的微波热风组合干燥方式干制香椿，发现设置一定的热风温度和微波功率也可缩短香椿干燥总时间。

此外，采用人工神经网络模拟热风（先）+微波（后）联合干燥紫菜过程中不同干燥参数对紫菜蛋白和总糖含量的影响，并采用Full-cross validation验证模型精度，构建的网络模型结构见图6。由图可知，两个模型结构相似，均只含有一个隐藏层，区别在于隐藏层神经元的个数，关于蛋白的模型隐藏层中有20个神经元，关于总糖的模型隐藏层中有10个神经元，两个模型中隐藏层神经元的函数均为tansig，输出层神经元的函数均为purelin。由表9可知，两个模型中训练集和验证集的R2均大于0.80，训练集和验证集的RMSE均小于5 mg/g DM，表明所构建的神经网络模型鲁棒性较强。

图6 热风（先）+微波（后）干燥条件下关于紫菜蛋白和总糖含量的神经网络结构Fig.6 Neural network construction diagram to predict the contents of protein and total sugar in Porphyra under sequential hot air drying(first) and microwave drying(later)

表9 热风（先）+微波（后）干燥条件下关于蛋白含量和总糖含量的神经网络模型精度分析Table 9 Accuracy analysis of neural network model to predict protein and total sugar content in Porphyra under sequential hot air drying(first) and microwave drying(later)

进一步将先热风后微波干燥中所得到的关于紫菜蛋白和总糖含量的神经网络模型分别采用遗传算法进行优化，蛋白和总糖含量的模型分别经过51和52代遗传后，得到了干紫菜蛋白和总糖含量最高时对应的最优工艺参数，见表5。紫菜在48 ℃热风条件下干燥3 h后转移到240 W微波功率下微波干燥至终点，此时干紫菜中蛋白含量最高，在该工艺条件下干紫菜中蛋白含量预测值为79.03 mg/g DM，实验值为68.82±1.46 mg/g DM，两者偏差较小。同时，在65 ℃热风条件下干燥2 h后，转移到240 W微波干燥至终点，干紫菜的总糖含量最高，且预测值（136.07 mg/g DM）与实验值（124.72±7.17 mg/g DM）接近。

2.4 干紫菜品质分析

由表10可知，不同干燥工艺所得到的干紫菜的品质与鲜紫菜相比均出现不同程度的下降，其中蛋白质损失相对较高。对比优化后的两种干燥方式下干紫菜样品中蛋白质含量，热风（先）+微波（后）干燥所得干紫菜中蛋白质保留率（92.3%）要高于微波（先）+热风（后）干燥所得到的干紫菜（73.5%）。另一方面，紫菜中糖类物质相对比较稳定，五组干紫菜中总糖含量均保持在较高的水平，保留率均超过76%。在体外抗氧化活性上，五组干紫菜样品的ABTS和DPPH自由基清除能力均低于鲜样，主要是因为干燥处理会使紫菜中部分蛋白质和少量酚类物质变性而被破坏，从而导致其抗氧化活性降低[29]。

表10 不同优化干燥工艺下干紫菜样品品质分析Table 10 Quality analysis results of different dried Porphyra samples

复水性是评价干制品品质的重要指标之一，以优化的五组干燥工艺所得干紫菜为研究对象，分析干紫菜的复水特性，由图7可知，在复水过程的前10 min干紫菜中水分含量较低，干紫菜迅速吸水膨胀，48 ℃热风干燥3 h后转移到240 W微波条件下微波干燥所得到的干紫菜吸水速度明显高于其他四组样品，与D、E两组相比，B组热风温度较高，温度越高，所得到的干紫菜复水速率越快，而A、C两组热风温度要远高于B组，温度过高也会导致物料内部的细胞和毛细管萎缩，反而使其复水速率降低，其恢复到原来状态的能力越小[30]，在复水10~12 min内干紫菜吸水速度缓慢，逐渐到达吸水平衡状态。五组干紫菜样品最终的复水比均在11~15范围内，不存在较大的差异。综上，热风（先）+微波（后）干燥所得干紫菜在蛋白含量、总糖含量以及抗氧化活性方面要优于微波（先）+热风（后）干燥所得到的干紫菜。

图7 不同干燥条件制得的干紫菜复水动力学Fig.7 Rehydration kinetics of Porphyra dried by different methods

3 结论

本文采用微波（先）+热风（后）和热风（先）+微波（后）两种方式干制紫菜，并采用二次多项式（或神经网络）拟合结合遗传算法优化了紫菜干燥工艺。从干燥总时间、干紫菜的蛋白含量、总糖含量、ABTS自由基清除能力、DPPH自由基清除能力和复水比六个方面对比了两种联合干燥方式，发现采用热风（先）+微波（后）的方式干燥紫菜能更加有效地缩短干燥时间，所得到的干紫菜品质要优于微波（先）+热风（后）干燥所得到的干紫菜。鲜紫菜在65 ℃热风干燥1 h后进行400 W微波干燥，所需的总时间最短（62.5±1.4 min）；鲜紫菜在48 ℃热风干燥3 h后转移到240 W微波功率下干燥所得到的干紫菜中蛋白含量最高，蛋白保留率为92.3%；鲜紫菜在65 ℃热风干燥1 h后转移到400 W微波功率下干燥所得到的干紫菜中总糖含量最高，总糖保留率为96.9%。本研究拓宽了紫菜快速干燥方法，为高品质紫菜干制品的生产提供了新思路。