基于熱風干燥溫度的苦瓜片干燥動力學及其品質探究

谷俊華，肖付才

（許昌職業技術學院 園林與食品工程學院，河南 許昌 461200）

0 引言

苦瓜（Momordica charantia L.）系葫蘆科植物，別名涼瓜、錦荔枝、癩葡萄等，葫蘆科苦瓜屬一年生蔓生草本植物［1］.我國各地均有栽培，以南方省份居多［2］.苦瓜富含維生素（VC）、胡蘿卜素等營養成分以及鈣、磷、鐵、鉀、鎂、銅、鋅、硒等人體必需的礦物元素，其中，VC的含量居瓜類蔬菜之首，食用價值極高［3］.同時，苦瓜還具有較高的醫療保健價值，其性味苦、寒，有利尿、明目清心等功效［4］.近年來的大量研究表明，苦瓜中的多種活性成分具有降血糖［5］、抗腫瘤［6］、抗病毒［7］、增強免疫力［8］、提高機體應激能力［9］等醫用價值.

苦瓜因其生產季節性較強、不易常溫儲藏等特性，長久以來僅限于鮮食.大量學者借助于各種干燥技術，對其進行了加工貯藏研究.主要干燥技術包括熱風干燥、微波干燥、熱泵干燥、真空微波干燥、冷凍干燥、遠紅外干燥、噴霧干燥等［10］.學者們對比了不同干燥方式對苦瓜營養成分和品質特性的影響程度.研究結果表明，熱風干燥方式下，苦瓜中營養成分、抗氧化活性以及降糖成分的損失最?。?1－13］.王華紅等對恒溫干燥以及變溫干燥兩種熱風干燥方式進行了比較研究，結果表明，熱風溫度和風速對苦瓜干燥影響較大［14］.為了提高蔬菜和水果的干制品質，滿足工業化生產的需要，我們須建立熱風干燥傳熱傳質模型，這一點尤為重要.孟岳成等［15］進行了熟化紅薯熱風干燥特性及其數學模型的研究，李興東等［16］進行了花椒熱風干燥特性及其數學模型的研究，沈琪等［17］進行了雙孢菇廢棄物菇柄熱風干燥特性及其動力學模型的研究.截至目前，對苦瓜熱風干燥數學模型的研究鮮有報道，在現有文獻資料中難以查到.本文擬對苦瓜熱風干燥特性進行研究，探討干燥溫度對苦瓜片熱風干燥速率、葉綠素含量、VC含量、皂苷含量和多酚含量的影響；同時，以近現代干燥速率數學模型為基礎，對得到的實驗數據進行擬合，建立符合苦瓜熱風干燥特性描述的動力模型體系，以期為苦瓜干制品的工業化生產提供理論依據.

1 材料與方法

1.1 材料

苦瓜，購買于許昌市魏都區蔬菜市場.

1.2 試驗方法

1.2.1 苦瓜干制品的制備

挑選無損苦瓜，切片并清洗，設置溫度為40℃、50℃、60℃、70℃、80℃，對苦瓜切片進行干燥，待切片達到恒重，得到苦瓜干制品.

1.2.2 干基含水率和含水率比的測定

苦瓜初始質量為60 g，在特定干燥溫度下，每隔一個小時測定一下苦瓜片的質量，直至恒重.分別用公式（1）（2）計算干基含水率和含水率比［18］：

式中，Xi為干基含水率（g/g），mi為物料 ti時刻對應的質量（g），mg為絕干時物料的質量（g）.

式中，MR為水分比，Me為試樣平衡含水率，me為試樣平衡質量 （g），M0為試樣初始含水率，m0為試樣初始質量（g），M為干燥中某個時刻的含水率，m為試樣在干燥中某個時刻的質量（g），md為干物質質量.

1.2.3 成分含量的測定

葉綠素的含量采用分光光度法測定［19］［20］，維生素 C 含量測定采用 2，6－二氯靛酚法［21］（P156－157），皂苷含量測定利用香草醛－高氯酸法［13］［22］，多酚含量測定采用 Folin－Ciocalteu 試劑法［23］［24］.

1.2.4 數學模型的建立

試驗原料為苦瓜片，干燥種類屬于薄層干燥.薄層干燥模型較多，本實驗選取薄層干燥模型中5個常用的模型.對非線性表達的模型公式進行線性化處理，得到線性方程（見表1）.運用Excel軟件對實驗數據進行模型擬合［25－27］.

表1 薄層干燥常見數學模型Table 1 The common mathematical models of thin layer drying

2 結果分析

2.1 不同干燥溫度對苦瓜干基含水率的影響

圖1顯示了不同干燥溫度對苦瓜干基含水率的影響.由圖1可知，干燥溫度對苦瓜干基含水率有著顯著的影響，干基含水率隨著溫度的變化而產生顯著變化.溫度升高，干基含水率下降，干燥所需時間縮短.溫度為40℃—70℃時，溫度越高，干燥所需時間就越短，干燥速率就越大.溫度為70℃—80℃時，隨著溫度的升高，干燥速率變化不明顯，干燥所需時間越來越接近，其原因可能為苦瓜表面因溫差太大而產生硬化現象，這樣一來，溫度就不再是影響干燥速率的重要因素.

圖1 不同干燥溫度對苦瓜干基含水率的影響Figure 1 The effects of different drying temperatures on moisture content of M.charantia.

2.2 不同干燥溫度對苦瓜葉綠素含量的影響

不同干燥溫度下，葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素的含量綜合變化如圖2所示.由圖2可知，葉綠素a的含量在50℃時與在其他溫度時相比，差異顯著，最高含量為0.295 mg/g；總葉綠素含量在50℃時，最高為0.455 mg/g；葉綠素b的含量在60℃時與在其他溫度時相比，差異顯著，其最高含量為0.188 mg/g；在70℃時，葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素含量均為最低.較高溫度下，葉綠素顯現出較強的不穩定性.溫度為70℃時，葉綠素遭受嚴重破壞，葉綠素隨水分流失，含量減少；在50℃以下時，由于干燥時間較長，相應的，葉綠素流失時間也較長，所以含量減少得較為緩慢；在溫度為80℃時，因干燥耗時較短，葉綠素未來得及流失，故含量較高.

圖2 不同干燥溫度對葉綠素含量的影響Figure 2 The effects of different drying tempreture on the chlorophyll content

2.3 不同干燥溫度對苦瓜維生素C含量的影響

圖3顯示出不同干燥溫度對苦瓜維生素C含量的影響.由圖3可知，維生素C含量在60℃時與在其他溫度時相比，差異顯著，保存率最高為52.4 mg/100g.在40℃—60℃時，由于溫度較低，所以干燥耗時較長，這時氧化酶活性最強，氧化充分，使得維生素C損耗嚴重，含量大大降低.由于維生素C在高溫的狀態下并不穩定，因此，當溫度為60℃—80℃時，維生素C含量減少；同時，因干燥耗時較短，故差異逐漸減小.

圖3 不同干燥溫度對VC含量的影響Figure 3 The effects of different drying tempreture on the Vitamin C content

2.4 不同干燥溫度對苦瓜皂苷含量的影響

圖4顯示出不同干燥溫度對苦瓜皂苷含量的影響.由圖4可知，皂苷含量隨著溫度的升高而逐漸降低.由于苦瓜皂苷在加熱條件下會發生不同程度的降解反應，溫度越高，降解反應越徹底，故皂苷的存留率較低.

圖4 不同干燥溫度對皂苷含量的影響Figure 4 The effect of different drying tempreture on the saponins content

2.5 不同干燥溫度對苦瓜多酚含量的影響

圖5顯示出不同干燥溫度對苦瓜多酚含量的影響.由圖5可知，多酚含量在50℃時與在其他溫度條件下相比，差異顯著，最高為2.67 mg/g；溫度較低時，干燥時間較長，多酚會產生一定程度的氧化效應，因此含量相對較少；當溫度在60℃及以上時，由于穩定性變弱，多酚內部的化學鍵遭到破壞，使得多酚發生不同程度的化學物理變化，從而影響其含量，所以其含量顯著降低.

圖5 不同干燥溫度對多酚含量的影響Figure 5 The effect of different drying tempreture on the polyphenols content

2.6 最佳數學模型的建立

采用表1所示5種常用干燥模型，對所得結果非線性表達的模型公式進行線性化處理，經數據擬合，得到 MR－t、ln［－ln（MR）］－lnt以及 ln（MR）－t三種線性擬合模型.如圖 6 所示.

圖6 不同熱風干燥溫度對苦瓜中多酚類物質含量影響的線性擬合Figure 6 Linear fitting of the effect of different hot－air drying temperature on the content of polyphenols in balsam pear

由圖6可知，Henderson－Pabis模型和Page模型相對來說適合于描述苦瓜干燥特性.為了找出最適合的模型，我們對所得線性擬合進行比較（見表2）.

表2 兩種干燥模型擬合方程及相關性檢驗Table 2 The fitting equation and the correlation test for two kinds of drying model

通過比較得知，Page模型是最適合于描述苦瓜干燥特性的.根據回歸方程，在Excel軟件中進行多項式的擬合，得到k值、n值，然后進行回歸分析，得到相關數據（見表3），用于研究.以溫度T為變量，得到回歸方程分析結果如下：

表3 苦瓜熱風干燥模型參數及檢驗統計量Table 3 The hot－air drying model parameters and test statistics of momordica charantia

苦瓜切片熱風干燥方程：

MR＝exp［（1×10－6T4－0.0002T3＋0.0189T2－0.6939T＋9.4383）t（－6×10－6T4＋0.0014T3－0.1141T2＋4.1563T－54.565）］

式中，MR為水分比，T為熱風干燥溫度（℃），t為干燥時間（h）.

3 結論

1）不同干燥溫度對苦瓜成品品質的影響存在顯著差異.溫度越高，干燥速率越大，干燥時間越短.在50℃時，葉綠素a和總葉綠素的含量最高，分別為0.295 mg/g和0.455 mg/g；而葉綠素b的最高含量在60℃時出現，為 0.188 mg/g.維生素C含量在 60℃時保存率最高，為 52.4 mg/100g.皂苷的含量隨著溫度的升高而降低.多酚在 50℃時含量最高，為 2.67 mg/g.

2）Page模型最符合描述苦瓜片熱風干燥降水過程的要求.在生產和加工過程中，該模型可直接用于預測苦瓜片在不同干燥階段的含水率.