綠蘆筍熱風-微波聯合干燥工藝優化

韓俊豪 楊慧 謝永康 朱廣成 王童 翟辰璐 路風銀

摘要：為優化綠蘆筍熱風-微波聯合干制工藝、縮短干燥時間、提升干品品質，以復水比、色差和感官評分為考核指標，基于Box-Behnken Design響應面優化熱風溫度、轉化點含水率、微波功率與考核指標的回歸模型，得到綠蘆筍最佳熱風-微波聯合干制工藝為：前期熱風溫度55 ℃、轉換點含水率42.00%、后期微波功率300 W。在此條件下，得到復水比為2.54，a值為2.07，感官評分為15.16。通過實驗證明模型可靠有效，可用于生產預測和控制，試驗為綠蘆筍干制品的制備提供新的思路。

關鍵詞：綠蘆筍;聯合干燥;熱風-微波;工藝優化

中圖分類號：TS255.36 ??文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）20-0188-06

收稿日期：2021-03-30

基金項目：河南省科技攻關項目（編號：182102110026）;河南省農業科學院優秀青年科技基金（編號：2020YQ31）。

作者簡介：韓俊豪（1990—），男，河南省修武縣人，碩士，研究實習員，主要從事農產品產地減損技術及裝備研究。E-mail：2469417511@qq.com。

通信作者：路風銀，研究員，主要從事農產品保鮮與加工研究。E-mail：lfy1968@163.com。

蘆筍（Asparagus officinalis），別名龍須菜、石刁柏[1]，天門冬科植物，富含人類需要的多種礦物質元素、氨基酸及甾皂苷、蕓香苷、多糖、膽堿、黃酮、葉酸等生物活性物質[2]，風味獨特、柔嫩多汁、營養價值高，能夠提高免疫力，調節人體代謝，具有很高的醫療保健功能，是名副其實的食藥兩用蔬菜，被譽為“蔬菜之王”[3-6]。研究表明，綠蘆筍比白蘆筍具有更好的營養價值[7]。

綠蘆筍適宜鮮食，但其含水量高，極易發生失水、木質化、腐爛等現象，干燥脫水處理就是最有效的方法之一[8]，可作為蘆筍加工增值的重要手段。聯合干燥技術近年來被廣泛研究應用，該技術克服了單一干燥技術的諸多缺點，能夠提高果蔬干制品質量、節能環保、干燥速率快、高效、安全等特點，成為科研工作者研究的“新寵兒”[9]，其中，“熱風-微波聯合”干燥技術是目前應用較廣泛的聯合干燥技術之一，它根據優勢互補原則，克服了熱風干燥所需時間長、微波干燥不均勻、能耗大等缺點，已成功應用于胡蘿卜、青花椒、生姜、橘子皮、山楂、香椿等多種果蔬干燥[10-15]。目前，國內對綠蘆筍的干燥多采用真空冷凍干燥[16-18]，鮮見綠蘆筍熱風-微波聯合干燥相關研究與報道?；诖?，本試驗系統研究熱風-微波聯合干燥綠蘆筍，探討獲取優質綠蘆筍的最佳工藝條件，以期達到提升干品品質，同時縮短干燥時間的目的，為蘆筍干制產品的研發及廢棄物的綜合加工利用提供新思路。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

綠蘆筍（2020年4月由漯河市億康工貿有限公司提供）。

1.2 儀器與設備

BXH-130S精密可程式烘箱，上海博訊實業有限公司;NN-CD997實驗室專用微波爐，松下電器;FW-80高速萬能粉碎機，北京市永光明醫療儀器有限公司;ColorFlex EZ臺式色差儀，美國HunterLab 公司。

1.3 方法

1.3.1 干燥處理

熱風干燥：準確稱取300 g鮮蘆筍，整株放入網篩平鋪均勻后，置于烘箱進行熱風干燥，熱風溫度設置為60、70、80 ℃，風速設置為 0.3 m/s，相對濕度控制在15%～30%，每30 min稱1次樣品質量，將樣品干燥至干基水分含量 0.100 g/g。

微波干燥：準確稱取300 g鮮蘆筍，整株放入網篩平鋪均勻后，置于微波爐進行微波干燥。微波功率設置為100、250、400、550、700 W，相應微波密度（即微波功率與裝載量之比）分別為0.3、0.8、1.3、1.8、2.3 W/g，進行干燥至干基水分含量0.100 g/g，期間每1 min稱1次樣品質量。

熱風-微波聯合干燥：根據單因素試驗結果，以熱風溫度、轉換點含水率和微波功率為自變量，采用響應面優化微波-熱風聯合干燥工藝條件，試驗因素與水平見表1。

1.3.2 理化指標的測定

1.3.2.1 干基、濕基含水率測定與干燥速率的計算

水分測定：采用 GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》的方法[19]。

干基含水率：按式（1）計算。

Mt=（mt-mg）/mg。（1）

式中：Mt為干基含水率，g/g;mt為t時刻對應的物料質量，g;mg為絕干時物料質量，g。

干燥速率：按式（2）計算。

DR=（Mt1-Mt2）/（t2-t1）。（2）

式中：DR為干燥速率，g/（g·min）;Mt1和Mt2分別為干燥時間在t1和t2時綠蘆筍的干基水分含量，g/g。

1.3.2.2 復水比

參考李湘利等的方法[15]，稍作修改。準確稱取2.0 g干制后的蘆筍，以1 ∶100的質量比置于25 ℃蒸餾水中浸泡4 h，然后取出并通過適度按壓去除蘆筍表面水分，復水后蘆筍質量（g）與復水前蘆筍干品質量（g）的比值即為蘆筍的復水比。復水比值大反映產品復水性能好[20]。

1.3.2.3 色差

將干燥后的綠蘆筍放入高速萬能粉碎機，過100目篩后，采用Color Quest XE色差儀進行測定。L*值表示亮度，其范圍為0（黑）～100（白），其值越大，顏色越亮;a*值表示綠色/紅色值，其值越大表示綠色損失越嚴重;b*值表示藍色/黃色值，其值越大顏色越黃[21]。本試驗用綠色值a*值來表征綠蘆筍干制后顏色的變化。

1.3.2.4 感官評價

感官評分作為評價果蔬干燥效果的一個重要指標，參考徐明亮等的方法[22]進行適當改良。成立10名評價人員（5男5女）組成的評價小組，對冷卻后的綠蘆筍干制品及時進行感官評價，具體評價標準見表2。

1.4 數據處理

各處理均重復3次，所有數據采用Origin 8.6 作圖，用IBM SPSS Statistics 19.0進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 綠蘆筍的熱風干燥結果

2.1.1 熱風干燥對綠蘆筍失水特性的影響

由圖1可知，綠蘆筍經60、70、80 ℃熱風干燥后，其干基水分含量從11.30 g/g將至0.100 g/g左右所需時間分別為1 200、840、690 min。熱風干燥設置的溫度越高，綠蘆筍失水則越快，干燥時間則越短，這是由于熱風溫度越高，造成蘆筍內外溫差越大、傳質動力越大，故高溫可明顯提高蘆筍干燥速率，縮短干燥時間[23-25]。由圖2可知，隨著熱風溫度升高，干燥速率呈升高趨勢，其中，60 ℃時熱風干燥速率曲線較平緩，80 ℃時熱風干燥速率最高，為 0.70 g/（g·min），分別是熱風溫度60、70 ℃最高干燥速率的1.79倍和1.35倍。與多數果蔬干燥一樣，綠蘆筍干燥過程同樣分為“加速→恒速→降速”3個干燥階段，在干燥初期，因新鮮蘆筍含水率高，表面水分汽化快，干燥速率由零升到最大值，此為加速干燥階段;隨著表面水分繼續蒸發，干燥速率基本維持恒定，此時進入短暫的恒速干燥階段;當蘆筍內部水分擴散速率低于其表面汽化速率時，此時轉為降速干燥階段[26]。

2.1.2 熱風干燥對綠蘆筍復水比和色澤的影響 復水比常用來衡量干制品的吸水能力[27]。熱風干燥對綠蘆筍復水比及色澤的影響見圖3。由圖3-a可知，復水比隨熱風溫度的升高呈下降趨勢，這可能是由于隨著熱風溫度升高，綠蘆筍的組織和細胞破壞越來越嚴重，同時高溫也會使蛋白質部分變性而失去吸水能力，淀粉、果膠等也會發生變化，導致親水性下降[27]。當熱風溫度為60 ℃時復水比最高，為2.07，但與70、80 ℃溫度下干制綠蘆筍的復水比達不到顯著差異（P>0.05）。由圖3-b可知，a值隨熱風溫度升高呈增大趨勢，且當溫度為 60 ℃ 時a值最小，為0.59，極顯著低于另外2種溫度下的綠蘆筍干品a值（P<0.01），表明溫度越高綠蘆筍綠色損失越大，這可能由于綠蘆筍中的葉綠素對熱比較敏感，溫度越高綠蘆筍葉綠素熱降解越嚴重。綜合考慮，綠蘆筍熱風干燥溫度宜在 60 ℃ 左右。

2.1.3 熱風干燥對綠蘆筍感官評價的影響

不同熱風溫度下綠蘆筍感官評價見圖4。由圖4可知，在色澤方面，在綠蘆筍熱風干燥過程中，隨熱風溫度的升高其顏色由綠色逐漸變淺綠色、灰綠色、灰色甚至無色，這可能是葉綠素受熱發生降解所致。在風味方面，溫度60 ℃干燥的蘆筍有明顯的清香氣味，隨著溫度的升高，清香氣味逐漸消失，當溫度為80 ℃時蘆筍伴有輕微的焦糊味，可能是溫度升高促使綠蘆筍部分糖類與氨基酸發生美拉德反應，并呈現清香味，但隨著溫度的繼續升高發生焦化反應而呈現輕微的焦糊味。在組織形態方面，隨著溫度的升高，蘆筍萎蔫嚴重，此與干燥速率相關。在口感方面，隨著溫度升高，蘆筍口感變硬，可能時因為高溫使蘆筍水分、果膠等物質大量散失，物料發生塌陷收縮，使得硬度增加[20]。經綜合評價，熱風溫度為60 ℃時蘆筍感官評分最高，極顯著高于其他溫度（P<0.01），蘆筍感官品質最佳。

2.2 綠蘆筍的微波干燥結果

2.2.1 微波干燥對蘆筍失水特性的影響

由圖5可知，微波功率越高，蘆筍干燥失水越快，干燥至恒質量所需時間越短。在微波功率為100、250、400、550、700 W時，蘆筍達到水分平衡所需要的時間分別為178、89、48、35、16 min。與熱風干燥相比，微波干燥有效縮短了干燥所需時間。由圖6可知，干燥速率隨微波設置功率的升高呈逐漸增大趨勢，且微波干燥速率顯著高于熱風干燥速率，這是由于微波與熱風的干燥機理不同，微波干燥是通過電磁波作用物料內部水分子的碰撞摩擦產熱，使物料內部和表面同時進行加熱，使物料溫度迅速升溫，內部水分能快速遷移到物料表面，從而實現快速干燥。綠蘆筍微波干燥可分為加速、恒速和降速3個干燥階段，此與任茹娜等的研究[14]的不一致，可能與微波強度、物料種類、組織結構等有關。此外，微波干燥速率局部呈上下波動趨勢，分析可能由微波干燥不均勻導致。

2.2.2 微波干燥對蘆筍色澤和復水比的影響

微波干燥對綠蘆筍復水比及色澤的影響，由圖7-a可知，復水比隨微波功率的增大呈先升高后降低趨勢，當微波功率為400 W時，復水比最高，為3.06，但不同微波功率干燥的綠蘆筍復水比差異達不到顯著水平（P>0.05）。此與李湘利等研究的微波干燥對大蒜粒復水比的影響[25]相一致。此外，通過比較，微波干燥的蘆筍復水比略高于熱風干燥，這可能是因為熱風較微波干燥時間長，對物料細胞結構破壞較嚴重的緣故。由圖7-b可知，a值隨微波功率的增大呈先升高后降低趨勢，當微波功率為 700 W 時a值降低，這是因為隨著微波功率的增大，縮短了綠蘆筍干燥時間，大大降低了微波對葉綠素降解的影響。當微波功率為100 W時，a值最小，為1.73，極顯著低于其他微波處理（P<0.01），但功率過低，干燥時間較長，干燥效率低。綜合考慮，微波干燥綠蘆筍的微波功率在250 W為宜。

2.2.3 微波干燥對綠蘆筍感官評價的影響

從微波干燥對綠蘆筍感官評價雷達圖（圖8）可知，在色澤方面，低功率干燥蘆筍色澤較好，隨著功率的升高，蘆筍綠色消失;在風味方面，隨著功率增大，清香氣味消失;在組織形態和口感方面，低功率與高功率萎蔫嚴重，且口感偏硬，此與低功率干燥時間長和高功率急促脫水有關。綜合評價，微波功率為 250 W 時感官品質最佳。

2.3 響應面優化試驗結果

2.3.1 響應面試驗方案與結果

基于單因素試驗結果，選取先期蘆筍熱風干燥溫度、轉換點含水率和后期微波功率為因素，進行綠蘆筍的熱風-微波聯合干燥工藝優化試驗，其設計方案及結果見表3。

2.3.2 回歸方程的建立及方差分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件對數據進行二次多項式回歸分析，獲得各因素對產品復水比、色差及感官評分響應值之間的三元二次回歸方程，方程的回歸系數及顯著性分析見表4。

R1=2.43-0.082A-0.045B+0.073C+0.009 5AB-0.004 5AC+0.011BC-0.072A2-0.098B2-0.20C2;

R2=4.00+1.06A+0.50B-0.26C-0.18AB-0.041AC-0.013BC-0.19A2-0.021B2-0.0049C2;

R3=13.26-0.30A-1.51B+0.36C+0.23AB-0.16AC-0.10BC-0.72A2-1.00B2-0.26C2。

由表4可知，試驗各指標的模型P值均小于0.01，表明回歸模型顯著;各響應值的失擬項P值分別為0.290 3、0.076 1、0.074 1，均大于0.05，表明該模型與實際情況擬合質量較好，試驗誤差小。方程的多重相關系數（R2）分別為0.9 217、0.9 711、0.9 856，說明試驗建立的模型能分別解釋92.17%、97.11%和98.56%響應值的變化，變異系數分別為2.97%、5.75%和1.93%，該模型能很好地表述綠蘆筍干燥品質隨熱風溫度等干燥條件的變化規律。因此，該模型可用來分析和預測熱風-微波聯合干制綠蘆筍的工藝條件。

由回歸方程系數及顯著性可知，影響產品復水比的主效應關系依次是：熱風溫度（A）>微波功率（C）>轉換點含水量（B），影響產品色差的主效應關系依次是：熱風溫度（A）>轉換點含水量（B）>微波功率（C），影響產品感官評分的主效應關系依次是：轉換點含水量（B）>微波功率（C）>熱風溫度（A）。熱風溫度、轉換點含水量、微波功率對綠蘆筍干品復水比、色差及感官評分的影響均達到極顯著水平。

2.5 熱風-微波聯合干燥綠蘆筍工藝的指標優化及驗證

利用分析軟件Design-Expert 8.0.6進行響應面分析并對其進行優化，得到聯合干燥綠蘆筍的最佳工藝條件為：先期設置熱風溫度為55? ℃、轉換點含水率42.62%、后期設置微波功率為285.56 W。根據實際操作及設備性能，將上述最優條件修正為：先期熱風溫度55 ℃、轉換點含水率42%、后期微波功率300 W，并對該最優工藝進行驗證試驗。由表5可知，驗證試驗結果與模型理論值較接近，表明所建回歸模型具有良好預測效果。

3 結論

本試驗以復水比、色差和感官評分為評價指標，采用響應面優化熱風溫度、轉換點含水率、微波功率與評價指標的回歸模型，得到綠蘆筍最佳熱風-微波聯合干制工藝為：先期熱風溫度55 ℃、轉換點含水率42.00%、后期微波功率300 W。在此條件下得到復水比為2.54，a值為2.07，感官評分為15.16。通過試驗證明，此模型合理可靠，可用于生產預測和控制。試驗為綠蘆筍干制品的制備提供了新的思路，但關于綠蘆筍熱風-微波聯合干燥技術能耗及成本、與其他干燥方式的品質差異等尚需進一步分析和研究。此外，在干燥試驗過程中發現，隨著干燥時間延長，綠蘆筍顏色由綠色變成橄欖色、黃褐色甚至無色，因此，綠蘆筍干制過程中葉綠素降解機制及護色處理技術將會是下一步研究的重點。

參考文獻：

[1]周 馳. 蘆筍粉加工關鍵技術及應用研究[D]. 泰安：山東農業大學，2015：1-2.

[2]于凱然，況晨光，熊 波，等. 江西省宜春市蘆筍產業現狀及發展對策[J]. 北京農業，2015（32）：154-155.

[3]康 旭，袁江蘭，鄧 川，等. 綠蘆筍茶揮發性風味成分的GC-MS分析[J]. 農產品加工·學刊，2010（12）：56-58.

[4]Ku Y G，Kang D H，Lee C K，et al. Influence of different cultivation systems on bioactivity of asparagus[J]. Food Chemistry，2018，244：349-358.

[5]Hamdi A，Jaramillo-Carmona S，Beji R S，et al. The phytochemical and bioactivity profiles of wild Asparagus albus L. plant[J]. Food research international，2017，99（pt.1）：720-729.

[6]尹培培，楊靈光，王桂宏，等. 兩種蘆筍不同部位酚類物質及抗氧化活性研究[J]. 食品研究與開發，2018，39（21）：28-34.

[7]王明空，何俊萍，王 偉，等. 綠蘆筍真空冷凍干燥工藝研究[J]. 食品科學，2006（11）：289-293.

[8]劉佳瑋，季阿敏，李福良. 蘿卜熱泵熱風聯合干燥的實驗[J]. 哈爾濱商業大學學報（自然科學版），2012（6）：87-90.

[9]李湘利，劉 靜，朱樂樂，等. 熱風、微波及其聯合干燥對蒜片品質的影響[J]. 食品工業科技，2018，39（15）：142-146，152.

[10]Xu W X，Cao X H，Zhu G Y，et al. Effect of temperature difference on the aroma and quality of carrots processed through microwave drying combined with hot air drying[J]. Food and Bioproducts Processing，2020，20：58-68.

[11]王 玲，田 冰，彭 林，等. 熱風-微波聯合干燥青花椒工藝優化[J]. 食品與發酵工業，2019，45（18）：176-182.

[12]岑順友，劉曉燕，任 飛，等. 微波聯合熱風干燥生姜片工藝優化[J]. 中國調味品，2020，45（1）：99-104.

[13]Fito P J，Castro-Giraldez M，Talens C. A thermodynamic model for hot air microwave drying of orange peel[J]. Journal of Food Engineering，2016，175：33-42.

[14]任茹娜，鞏桂芬. 山楂熱風-微波聯合干燥工藝優化及動力學模型[J]. 食品工業，2018，39（3）：8-13.

[15]李湘利，劉 靜，肖 鮮. 熱風與微波及其聯合干燥對香椿芽品質的影響[J]. 食品科學，2015（18）：92-96.

[16]王明空，何俊萍，王 偉，等. 綠蘆筍真空冷凍干燥工藝研究[J]. 食品科學，2006（11）：269-273.

[17]周福根. 冷凍綠蘆筍加工工藝及其質量控制[J]. 農業工程技術（農產品加工），2007（6）：23-26.

[18]湯夢情，陳宏偉， 朱蘊蘭，等. 微波真空與真空冷凍組合干燥對

蘆筍營養與品質的影響[J]. 食品研究與開發，2019，40（5）：84-89.

[19]國家衛生和計劃生育委員會. 食品中水分的測定：GB 5009.3—2016[S]. 北京：中國標準出版社，2016.

[20]姚 荷，譚亦成，譚興和，等. 微波-熱風聯用制取筍干工藝條件優化[J]. 食品科學，2019，40（12）：260-266.

[21]楊 慧，王趙改，史冠瑩，等. 燙漂時間對香椿嫩芽顏色及揮發性風味成分的影響研究[J]. 核農學報，2017，31（7）：1339-1348.

[22]徐明亮，周 祥，蔡金龍，等. 不同干燥方法對海蘆筍干品品質的影響[J]. 食品科學，2010（11）：71-75.

[23]Kassem A S，Shokr A Z，El-Mahdy A R，et al. Comparison of drying characteristics of Thompson seedless grapes using combined microwave oven and hot air drying[J]. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences，2011，10（1）：33-40.

[24]Aral S，Bese A V. Convective drying of hawthorn fruit （Crataegus spp.）：Effect of experimental parameters on drying kinetics，color，shrinkage，and rehydration capacity[J]. Food Chemistry，2016，210（11）：577-284.

[25]李湘利，劉 靜，侯一超，等. 大蒜粒微波-熱風聯合干燥的工藝優化[J]. 食品與發酵工業，2018，44（11）：237-244.

[26]Askari G R，Emamdjomeh Z，Mousavi S M. An investigation of the effects of drying methods and condi-tions on drying characteristics and quality attributes of ag-ricultural products during hot air and hot air/microwave-assisted dehydration[J]. Drying Technology，2009，27（7/8）：831-841.

[27]馮寅潔，石芳榮，應鐵進. 加工工藝和復水條件對脫水胡蘿卜復水性的影響[J]. 中國食品學報，2009，9（4）：155-160.