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第 32 卷 第 18 期 农 业 工 程 学 报 Vol.32 No.18 2016年 9月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Sep. 2016 263 热风干燥联合真空降温缓苏提升黄秋葵干制品品质 段 续，刘文超，任广跃 （河南科技大学食品与生物工程学院，洛阳 471023） 摘 要：为提升黄秋葵热风干燥产品品质，试验将真空降温缓苏技术应用于黄秋葵热风干燥过程中。研究了不同缓苏时 长下黄秋葵干燥特性和品质指标的变化规律； 利用 Weibull 分布函数分析缓苏处理对黄秋葵热风干燥过程中水分扩散机制 的影响；采用一元非线性回归分析构建适用于黄秋葵真空降温缓苏-热风联合干燥过程中干燥特性和品质指标随缓苏时长 变化的学数模型；以总干燥耗时、总干燥能耗、复水比、色相角以及总营养物质保存率为指标，对不同缓苏时长下的黄 秋葵热风干燥进行加权综合评价。结果表明：缓苏处理能够提升黄秋葵热风干燥速率，且随着缓苏时长的延长其促进作 用会增强；Weibull 分布函数能够准确描述（R20.99 且离差平方和 2处于 10-4数量级）黄秋葵真空降温缓苏-热风联合干 燥过程中水分比随干燥时间的变化规律；常用函数一元非线性回归分析能够构建出黄秋葵真空降温缓苏-热风联合干燥过 程中各干燥特性和品质指标随缓苏时长的变化规律的动力学模型；联合干燥过程中，缓苏 60 min 处理的综合评分值最高 为 0.55，在干燥温度和风速分别为 60 、1.5 m/s 条件下，该缓苏时长较适合应用于黄秋葵热风干燥。研究表明，真空降 温缓苏处理能够提升黄秋葵热风干燥的干燥速率和干燥品质，该文可为真空降温缓苏技术在高品质黄秋葵干制品工业生 产上的应用提供理论依据。 关键词：干燥；动力学；模型；机理；真空降温缓苏；黄秋葵 doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.18.036 中图分类号：TS255.36 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2016)-18-0263-08 段 续，刘文超，任广跃. 热风干燥联合真空降温缓苏提升黄秋葵干制品品质J. 农业工程学报，2016，32(18)： 263270. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.18.036 Duan Xu, Liu Wenchao, Ren Guangyue. Hot air drying combined vacuum ventilation tempering improving quality of dried okra productsJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(18): 263270. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.18.036 0 引 言 黄秋葵（Abelmoschus esculentus (L.) Moench）属锦 葵科秋葵属一年生草本植物1，含有丰富的膳食纤维、蛋 白质和维生素等物质，即是高营养健康食品，又具有一 定的药用保健功效2。联合国粮农组织报道称，世界黄秋 葵产量已达到 594 万 t3。采摘后的黄秋葵含水率高，自 然条件下不易保存，因此高水分黄秋葵干燥处理成为其 深加工前的重要环节。热风干燥是黄秋葵最常用、最具 有经济效益的干燥方式，大量研究表明，相对于其他干 燥条件， 在干燥温度为 60 、 干燥风速为 1.5 m/s 下能够 得到较好品质的黄秋葵干制品4-7。但是，由于热风干燥 速率低、耗时长、温度高，干燥过程中常会发生表面过 热甚至结壳现象，造成干燥产品发生一系列不良热降解 反应，降低产品品质。 缓苏是指物料在干燥过程中或干燥后贮藏一段时间， 收稿日期：2016-05-18 修订日期：2016-07-11 基金项目：国家自然科学基金（31271972） ；河南省高校科技创新团队支持 计 划 （ 16IRTSTHN009 ）； 河 南 省 高 校 科 技 创 新 人 才 支 持 计 划 （14HASTIT023） ；河南科技大学研究生创新基金项目（CXJJ-2015-ZR15） 作者简介：段 续，男，教授，博士，主要从事农产品干燥技术与设备研究。 洛阳 河南科技大学食品与生物工程学院，471023。 Email：duanxu_dx 通信作者：任广跃，男，教授，博士，主要从事农产品干燥技术与设备研 究。洛阳 河南科技大学食品与生物工程学院，471023。 Email：guangyueyao 使物料内部水分在梯度差的作用下进行热湿交换重新分 布而趋于均匀，这样一方面降低了由于干燥过程中水分迁 移所引起的内部应力冲击，另一方面避免了由于物料表面 水分低而造成的表面热量过度累积现象的发生8。因此， 缓苏技术具有提升黄秋葵热风干燥产品品质的可能。真 空缓苏是缓苏试验研究中常用的一种缓苏方式，由于真 空状态下水的沸点较低，物料表面水分能够更容易依靠 干燥余热缓慢蒸发，从而增大物料内外水分梯度，加快 缓苏进程；此外，物料在真空状态下缓苏，减少了缓苏 过程中与氧气的接触，降低不良氧化反应的发生9。邢佐 群等10研究发现，当湿物料内部存在温差时，热量的传 递将会引起物料中心水分从高温部分向低温部分移动， 因此降温缓苏能够人为创造出一个温度梯度场，加快水 分重新分布速率，降低缓苏耗时。真空降温缓苏是将真 空缓苏与降温缓苏结合起来的一种缓苏处理方式，物料 在拥有水分梯度和温度梯度的复合场中，内部水分能够 在内外水分梯度以及温度梯度的双重作用下重新分布， 进一步加快水分迁移至物料表面的速率，减少缓苏耗时。 目前未见有关真空降温缓苏在果蔬干燥中应用的报道。 黄秋葵干燥过程复杂，通过干燥模型对干燥机理深 入研究具有重要的意义。常用模型函数中，一般线性函 数很难准确拟合出整个干燥过程，而传统的经验模型能 够准确、简单的模拟出物料的干燥过程，但缺乏物理意 义11。 Weibull 分布函数具有适用性广、 覆盖性强的特点， 农业工程学报（） 2016 年 264 通过分析 Weibull 分布函数中的尺度参数（）和形状参 数（），能够掌握整个干燥过程中的水分扩散机制。 本文以黄秋葵为原料，研究了其在真空降温缓苏-热 风联合干燥下的干燥特性和品质特征，并构建了适用于 黄秋葵真空降温缓苏-热风联合干燥过程中干燥特性和品 质指标随缓苏时长变化的数学模型；结合 Weibull 分布 函数的物理参数分析缓苏处理对黄秋葵热风干燥机理的 影响；以干燥耗时、能耗和品质指标为基础对不同缓苏 时长下的黄秋葵热风干燥进行加权综合评价，以期为真 空降温缓苏技术在高品质黄秋葵干制品工业生产上的应 用提供理论参考。 1 材料与方法 1.1 材 料 黄秋葵（品种：五福）购于河南省洛阳市丹尼斯超 市。挑选长度（约为 0.12 m）、直径（整个果实最粗处 直径约为0.015 m） 相似的黄秋葵， 清洗干净沥干后备用6。 采用 105 烘干法，干燥 8 h，测得所购黄秋葵的初始干 基含水率为 10.96 g/g。 1.2 仪器与设备 真空降温缓苏装置以 DZF-6050 型真空干燥机 （上海 精宏实验设备有限公司）为基础，自行加装程序温控装 置，其结构示意图如图 1 所示，通过程序温控系统能够 调节干燥箱内温度程序升温或程序降温；GS-热风干燥 机（河南省郑州市万谷机械有限公司）；102-2 型电热鼓 风干燥箱（北京科伟永兴仪器有限公司）；TES-1310 电 偶针式数显电子测温仪（江苏省东台市仪达仪器仪表有 限公司）；X-rite Color I5 型色差计（美国爱色丽公司）； XZ-0.5 型真空抽滤机（上海晖创化学仪器有限公司）； UV2600A 型紫外可见风光光度计（尤尼柯（上海）仪器 有限公司）；JA-2003N 型电子天平（上海佑科仪器仪表 有限公司）；HH-S4 型电热恒温水浴锅（北京科伟永兴 仪器有限公司）；DT862-4 型三相四线电表（上海华立仪 器仪表有限公司）。 1.真空泵 2.进气阀 3.干燥箱 4.加热板 5.物料盘 6.真空表 7.温度表 8.程序温控系统 9.真空阀 1.Vacuum pump 2.Intake valve 3.Drying cabinet 4.Heating appliance 5.Material tray 6.Vacuum gauge 7.Thermometer 8.Program temperature control system 9.Vacuum valve 图 1 真空降温缓苏装置简图 Fig.1 Schematic diagram of vacuum ventilation tempering equipment 1.3 方 法 1.3.1 试验设计 将整株黄秋葵去除头部秸秆后平铺于热风干燥箱多 孔物料盘内，物料之间无堆积。根据前期摸索试验，总 共放入 5 盘， 分别记为 A， B，C，D，E， 每盘放入约 2 kg 物料。结合文献资料4-7，干燥温度为 60 、干燥风速为 1.5 m/s 下能够得到较好品质的黄秋葵干制品，因此以该 条件对黄秋葵进行热风干燥。干燥过程中物料温度通过 电偶针式数显电子测温仪测量。 缓苏处理在图 1 所示装置中进行，依据装置自身性 能特点，结合本试验，缓苏环境压强设置为 10 kPa，初 始温度为 40 ， 缓苏过程中装置温度以 0.25 /min 的速 率下降9。A，B，C，D，E 盘物料相应的缓苏时长分别 为 0 （直接热风干燥不进行缓苏处理） ， 20、 40、 60、 80 min。 热风干燥 1 h 取出物料称量、测量温度记录数据后， 将黄秋葵放入缓苏装置进行缓苏试验。缓苏处理相应时 间后，将物料拿出称量记录数据，然后再次放入热风干 燥箱中进行干燥试验，干燥重新计时，以上操作为一个 循环。 整个干燥过程为上述循环的重复操作，直到物料质 量不变时（物料含水率约为 0.053 g/g），干燥结束。即 整个干燥操作流程为：热风干燥 1 h称量、测量温度记 录缓苏处理称量、记录重新计时（第 1 个循环结 束）（第 2 个循环开始）热风干燥 1 h称量、测量温 度记录缓苏处理称量、记录重新计时（第 2 个循 环结束）物料质量不变干燥结束。每组完整过 程重复操作 3 次，以其平均值进行统计分析。 1.3.2 样品初始含水率测定 样品初始含水率采用 GB/T 5009.32003 中的直接 干燥法12。 1.3.3 干燥过程中物料干基含水率测定 干燥过程中物料干基含水率按式（1）计算 td t d mm M m =。 （1） 式中 Mt为物料在干燥任意 t 时刻的干基含水率， g/g； mt， md分别为干燥任意 t 时刻物料和绝干物料的质量，g。 1.3.4 Weibull 分布函数拟合 不同干燥时间黄秋葵的水分比（moisture ratio，MR） 按式（2）计算13 0 MR te e MM MM = 。 （2） 式中 M0、Me、Mt分别为初始干基含水率、干燥到平衡时 的干基含水率、在任意干燥 t 时刻干基含水率，g/g。Me 相对于 M0和 Mt来说很小可近似为 014。因此，式（2） 可以改写为 0 MR t M M =。 （3） 干燥过程中物料水分比（moisture ratio，MR）变化 动力学模型用 Weibull 分布函数表示13 MRexp() t =。 （4） 式中MR为水分比；为尺度参数，h；为形状参数；t 为干燥时间，h。 拟合精度验证采用决定系数R2和离差平 第 18 期 段 续等：热风干燥联合真空降温缓苏提升黄秋葵干制品品质 265 方和(2)来表示。R2值越大，2值越小表示拟合越好3,11。 pii 21 _ pii 1 MRMR 1 MRMR N i N i R = = = ， （5） 2 ipi 21 MRMR N i Nn = = 。 （6） 式中N为实验点数；MRi为实测水分比；MRpi为预测水 分比。在Weibull分布函数中 为尺度参数，表示干燥 过程中的速率常数，约等于干燥过程中物料脱去63%水 分所需要的时间；为形状参数，其值与干燥过程的干燥 速率有关， 当1时， 干燥速率会先升高后降低； 当0.31 时为降速干燥，干燥过程由内部水分扩散控制13。 假设黄秋葵为柱形物料， 通过Weibull分布函数尺度 参数，采用公式（7）估算干燥过程的水分扩散系数Dcal （moisture diffusion coefficient，m2/s） 2 4 cal r D =。 （7） 式中r为黄秋葵平均半径，m； 为Weibull分布函数尺 度参数，h。 1.3.5 品质指标测定 复水比：黄秋葵干制品浸泡在25 的蒸馏水中 30 min，捞出沥干，称量。复水比（rehydration ratio，RR） 采用式（8）计算 RR=mr/md。 （8） 式中md和mr分别代表复水前后黄秋葵干制品的质量，g。 色相角：使用X-rite Color I5型色差计测定不同缓苏 时长下黄秋葵的a*、b*值。其中a*表示产品颜色红（正 值）和绿（负值）的程度；b*表示产品颜色黄（正值）和 蓝（负值）的程度。色相角（h*）值采用式（9）计算15 ) * * arctan(* a b h =。 （9） 可溶性膳食纤维保存率：采用GB/T 5009.88-2014中 可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）测定方法进 行测定16，以其保存率表示。 维生素C保存率：采用GB/T 6195-1986中2，6-二 氯酚靛酚滴定法17测定，以其保存率表示。 蛋白质保存率： 采用GB 5009.5-2010中分光光度法18 测定，以其保存率表示。 总营养物质保存率：为可溶性膳食纤维、维生素C 以及蛋白质保存率总和。 各营养成分保存率按（10）式计算 100% = 营养成分保存率 不同缓苏时长下黄秋葵营养成分质量 新鲜黄秋葵营养成分质量 。（10） 1.3.6 能耗测定及加权综合评价方法 不同缓苏时长下黄秋葵真空降温缓苏-热风联合干燥 消耗总能量通过电表测定，则不同缓苏时长下黄秋葵真 空降温缓苏-热风联合干燥能耗以去除1 kg水分所消耗的 能量（kJ/kg）表示19。 加权综合评价参考张卫鹏等13的方法，结合本试验， 选取总干燥时间（缓苏时间与热风干燥时间总和）、总 干燥能耗（缓苏能耗与热风干燥能耗总和）、复水比、 色相角以及总营养物质保存率为评价指标，对不同缓苏 时长下黄秋葵真空降温缓苏-热风联合干燥过程进行加权 综合评价，通过层次分析法20，得出与总干燥时间、总 干燥能耗、复水比、色相角以及总营养物质保存率对应 的权重分别为：0.1、0.1、0.2、0.3、0.3。 1.3.7 统计分析 采用Origin pro 8.5进行Weibull分布函数模型拟合， 并分析其拟合度；使用DPS 7.05进行一元非线性回归拟 合并分析拟合度；利用SPSS 19.0进行方差分析，试验中 显著水平定为P0.05。试验每组重复3次，取其平均值进 行各指标统计分析。 2 结果与分析 2.1 不同缓苏时长对黄秋葵干燥特性的影响 表1给出了每次缓苏前后黄秋葵含水率变化差异显 著性分析结果。每次缓苏前后黄秋葵含水率差异显著性 分析P值均大于0.05，表明缓苏前后物料含水率变化对 整个热风干燥过程中物料含水率没有显著影响，因此为 分析方便，近似认为缓苏过程中物料干基含水率不变。 不同缓苏时长下，黄秋葵真空降温缓苏-热风联合干燥曲 线如图2所示。直接热风干燥耗时为12 h，缓苏20、40、 60、80 min处理，黄秋葵热风干燥时间分别为11、9、8、 8 h，整个干燥过程中缓苏操作分别进行了10次、8次， 7次、7次。黄秋葵热风干燥阶段耗时最短为8 h，最长 为12 h，且耗时最小值比最大值减少了33.33%，这说明 缓苏处理能够加快黄秋葵热风干燥进程。因为真空状态 下水的沸点较低，物料表面水分能够更容易依靠干燥余 热缓慢蒸发，使得物料内外水分梯度增大，因此黄秋葵 真空降温缓苏过程中其内部水分子在水分梯度和温度梯 度的作用下重新分布，趋于均匀，降低了干燥过程中物 料表面同物料内部间的水势差，减少了干燥过程中水分 由物料内部扩散至表面的路径，强化了干燥过程中的传 热传质行为，从而加快缓苏后下一步干燥的干燥速率10。 表 1 每次缓苏前后黄秋葵含水率差异显著性分析结果表 Table 1 Significant difference analysis results of okras moisture content before and after tempering of each time. P 值 P-value 缓苏次数 Tempering times B 盘物料 Materiel of B C 盘物料 Materiel of C D 盘物料 Materiel of D E 盘物料 Materiel of E 1 0.3862 0.5529 0.2881 0.0969 2 0.4123 0.2142 0.0889 0.3009 3 0.1443 0.6058 0.9969 0.0658 4 0.9425 0.8100 0.5637 0.5251 5 0.8103 0.0946 0.4772 0.0799 6 0.8405 0.3274 0.3617 0.0506 7 0.0995 0.5963 0.4128 0.0631 8 0.2099 0.0871 9 0.2504 10 0.3387 农业工程学报（） 2016 年 266 对比不同缓苏时长对黄秋葵热风干燥耗时的影响能 够发现，随着缓苏时长的延长，干燥耗时在逐渐降低， 但缓苏60 min和缓苏80 min处理下，黄秋葵干燥时间均 为8 h。因为，随着缓苏时长的延长，物料内部水分重新 分布的更加充分，进一步强化了缓苏对下一步干燥速率 的促进作用，但缓苏时长延长至60 min后物料内部水分 已充分重新分布，基本达到均匀，故缓苏60 min和缓苏 80 min处理下黄秋葵干燥时间不变。关于缓苏对干燥影 响的研究多见于在谷物干燥中，一般谷物干燥缓苏时长 均在1 h以上21，本文缓苏处理黄秋葵在20 min时对干 燥速率已经有明显影响，一方面因为黄秋葵含水率高， 内部拥有较多大孔结构且组织松软，较含水率低、结构 致密的谷物，更易于水分迁移分布；另一方面因为真空 降温缓苏同时拥有较大的水分梯度场和温度梯度场，相 对于普通自然缓苏而言，其促进水分迁移作用更加明显。 从图2中还可以发现，相对于直接热风干燥，缓苏处理 对黄秋葵热风干燥的中期阶段（26 h）影响最为显著 （P0.05），而不同缓苏处理时长在干燥后期有着较明显 的作用。这是因为物料初期含水率较高，缓苏处理使 得物料水分重新均匀分布的作用不明显，而到达干燥 后期物料含水率较低，需要较长时间的缓苏才能使物 料水分充分重新均匀分布。以上缓苏对水分迁移的影 响趋势同Dong等22在研究水稻缓苏干燥时得到的结 果一致。 图 2 不同缓苏时长下黄秋葵的干燥曲线 Fig.2 Drying curves of okras under different tempering time length 图 3 不同缓苏时长下黄秋葵产品温度曲线 Fig.3 Product temperature of okras under different tempering time length 图3给出了不同缓苏时长下黄秋葵热风干燥阶段物 料温度随时间的变化情况。由图3可以看出缓苏处理能 够明显降低物料干燥过程中的温度，且随着缓苏时长的 增加，对物料温度的降低作用越显著（P0.05），该结论与不同缓苏时长对 黄秋葵热风干燥阶段含水率变化的影响规律一致。 为进一步分析缓苏对黄秋葵热风干燥机理的影响， 采用Weibull分布函数对试验数据进行拟合， 其结果如表 2所示。 由表2可知拟合函数决定系数R2均在0.99以上， 离差平方和2均在10-4水平， 拟合较好， 能够采用Weibull 分布函数表达干燥过程中物料水分比的变化。不同缓苏 时长处理下黄秋葵热风干燥的尺度参数在3.5911 5.4214 h之间，且随着缓苏时长的延长而降低，意味着除 去物料63%水分所需的时间随着缓苏时长的延长而减少13。 该现象进一步从理论角度验证了缓苏处理能够加快黄秋 葵热风干燥进程，且随着缓苏时长的延长其促进作用会 增强的结论。Weibull分布函数形状参数能够解释干燥 过程中物料水分的迁徙机理，由表2可得黄秋葵直接热 风干燥值为0.9091，小于1，说明黄秋葵热风干燥过程 为降速干燥，主要由内部水分扩散控制。缓苏处理后黄 秋葵热风干燥值均大于1， 说明不同的缓苏时长对黄秋 葵热风干燥水分扩散机制有着相同的影响，即缓苏处理 改变了物料内部水分分布结构，导致黄秋葵热风干燥过 程由主要受内部水分扩散控制改变为先受物料表面水分 蒸发控制，后受物料内部水分迁移控制，干燥出现升速 阶段。张卫鹏等20在研究茯苓干燥特性时得到了与本文 相似的结论。为进一步预测缓苏时长对和的影响， 对试验数据进行常用函数一元非线性回归分析， 当分别采 用指数函数和冥函数拟合时，和随缓苏时长变化的拟 合方程决定系数最高，分别为0.9769和0.9391，其数学 模型表达式为 Y1=5.3746e0.005495X， （11） Y2=0.647837X0.233098。 （12） 式中X表示缓苏时长，min；Y1表示尺度参数，h；Y2 表示形状参数。 水分扩散系数是物料干燥特性中又一重要参数。张 卫鹏等13对比了分别通过Fick第二定律和Weibull分布 函数估算得到的水分扩散系数，发现两者在降速干燥中 能够得到相似的结果， 但通过Weibull分布函数估算得到 水分扩散系数的方法能够克服 Fick 第二定律只适用于 降速干燥过程的缺陷。 因此本文选用通过Weibull分布函 数估算得到黄秋葵联合干燥的水分扩散系数，其结果如 表2所 示 。 黄 秋 葵 热 风 干 燥 的 水 分 扩 散 系 值 在 3.202310-104.834510-10 m2/s之间，均属于10-10数量 级，符合一般食品原料干燥有效水分扩散系数10-12 10-8 m2/s的范围23，最大值比最小值提升了50.97%，这 说明缓苏处理能够起到强化物料干燥过程中的传热传质 行为，提升干燥速率。为方便预测分析，对水分扩散系数 随缓苏时长变化规律进行常用函数一元非线性回归分析， 第 18 期 段 续等：热风干燥联合真空降温缓苏提升黄秋葵干制品品质 267 当采用指数函数拟合时其拟合方程决定系数R2值最高为 0.9769，水分扩散系数与缓苏时长之间数学模型如式（13） 所示 Y3=5.3746e0.005495X。 （13） 式中X为表缓苏时长，min；Y3为水分扩散系数，10-10 m2/s。 水分扩散系数与缓苏时长之间关系的拟合函数决定系数 同尺度参数与缓苏时长之间关系的拟合函数决定系数 相同，且两者数学模型表达式均为指数函数，这是因为 黄秋葵热风干燥过程中水分扩散系数是通过式（7）计算 得到，两者拟合值与实际值之间的离散程度相同24-26。 表 2 Weibull 分布函数拟合参数、精度指标和水分扩散系数值 Table 2 Fitting parameters, fitting precision indexes of Weibull distribution function and value of moisture diffusion coefficient 缓苏时长 Tempering time length/ min 尺度参数 Scale parameter /h 形状参数 Shape parameter 决定系数 Coefficient of determination R2 离差 平方和 Reduced chi-square 2/(10-4) 水分扩散系数 Moisture diffusion coefficient Dcal/ (10-10m2s-1) 0 5.4214 0.9091 0.9977 6.1832 3.2023 20 4.6874 1.3254 0.9969 9.9961 3.7038 40 4.5273 1.4961 0.9958 6.5475 3.8348 60 3.6063 1.6725 0.9963 5.5137 4.8141 80 3.5911 1.8213 0.9986 7.1685 4.8345 2.2 不同缓苏时长对黄秋葵品质特征的影响 表3显示了不同缓苏时长下，黄秋葵真空降温缓苏- 热风联合干燥产品的复水比、色相角、可溶性膳食纤维 保存率、维生素C保存率以及蛋白质保存率的结果。缓 苏20、40、60、80 min黄秋葵干制品复水比分别为：3.18、 4.36、5.11、5.15，相对于直接热风干燥黄秋葵干制品复 水比（为2.69），分别增加了18.22%、62.08%、89.96%、 91.45%，说明缓苏处理能够提升黄秋葵干制品复水比。 分析原因可能是因为缓苏处理使物料水分重新分布，降 低了物料由于水分迁移而产生的应力冲击，从而降低物 料收缩程度，更好的保护了黄秋葵内部结构27。色相角 是反映物料黄绿属性的一个重要指标，在90 180范围 内，色相角值越大表明物料约趋近与绿色15。由表3可 以看出，缓苏处理能够增加黄秋葵干制品色相角值，缓 苏20、40、80 min黄秋葵干制品色相角较直接热风干燥 黄秋葵干制品色相角 （为98.25） ， 分别增加了：23.50%、 44.87%、52.32%、51.97%。表明缓苏处理能够有效避免 干燥过程中褐变反应的发生28。可溶性膳食纤维是指可 溶于水或吸水膨胀，对人体有益的一类纤维素。由表3 可知，适当缓苏处理能够提升黄秋葵干制品可溶性膳食 纤维的保存率，且随着缓苏时长的延长，黄秋葵中可溶 性膳食纤维保存率却在逐渐减少，但最低值比最高值仅 减少了4.98%。这是因为，一方面由图3可以看出直接热 风干燥过程中物料温度较高，容易造成黄秋葵过热现象 发生，使得果实老化，果实内可溶性膳食纤维向不溶性 膳食纤维转化；另一方面缓苏过程中水分的重新分布以 及缓苏低温环境使得黄秋葵内相关酶活性较高，导致可 溶性膳食纤维转化为不溶性膳食纤维29。维生素C和蛋 白质均为热敏性营养成分， 缓苏处理能够提升黄秋葵热 风干燥过程中维生素C和蛋白质保存率，且随着缓苏 时长的延长，维生素C和蛋白质保存率逐渐增加，这 是因为缓苏的强化物料内部水分重新均匀分布的作用 能有效降低物料干燥过程中的温度， 从而减缓热敏性成 分的降解。 不同缓苏时长下，黄秋葵干制品复水比、色相角、 可溶性膳食纤维、 维生素C、 蛋白质保存率的最大值比最 小值分别增加了：91.45%、51.97、5.24%、26.74%、31.88%； 结合方差分析发现，缓苏处理对黄秋葵物理品质如复水 比、颜色的影响比对其营养品质如可溶性膳食纤维、维 生素C和蛋白质的影响更显著 （P0.05） 。 采用DPS 7.05 对黄秋葵品质指标随缓苏时长的变化趋势进行常用函数 非线性一元回归拟合，得到各品质指标随缓苏时长变化 的数学模型如式（14）（18）所示 Y4=2.9042e0.008006X。(R2=0.8946) （14） Y5=97.4429+1.5169X0.010809X2。(R2=0.9962) （15） Y6=58.8631+0.043636X0.000866X2。(R2=0.7177)（16） Y7=41.7384e0.003240X。(R2=0.9436) （17） Y8=44.1051+0.434936X0.003366X2。(R2=0.9911)（18） 式中X代表缓苏时长，min；Y4、Y5、Y6、Y7、Y8分别代 表复水比，色相角()，可溶性膳食纤维保存率，维生素C 保存率，蛋白质保存率。由式（14）（18）可以看出 黄秋葵干制品复水比、色相角、可溶性膳食纤维保存率、 维生素C保存率、蛋白质保存率分别遵循指数函数变化 规律、二次函数变化规律、二次函数变化规律、指数函 数变化规律以及二次函数变化规律。 表 3 不同缓苏时间下黄秋葵干制品的品质特征 Table 3 Quality characteristics of okras dried products under different tempering time 缓苏时长 Tempering time length/ min 复水比 RR 色相角 Hue angle h*/() 可溶性膳食 纤维保存率 SDF ratio/% 维生素 C 维保存率 Vitamin C ratio/% 蛋白质 保存率 Protein ratio/% 0 2.69 98.25 58.45 41.80 43.76 20 3.18 121.34 60.22 43.22 52.14 40 4.36 142.33 59.21 48.55 56.14 60 5.11 149.65 57.55 52.01 57.37 80 5.15 149.31 57.22 52.98 57.71 2.3 不同缓苏时长下黄秋葵干燥能耗对比及加权综合 评价 不同缓苏时长下黄秋葵真空降温缓苏-热风联合干燥 总能耗如表4所示。随着缓苏时长的延长，干燥能耗在 不断增加，最高值比最低值增加了69.26%。这是因为缓 苏过程中真空泵始终处于工作状态以维持一个较低真空 环境，缓苏时长的延长虽然降低了联合干燥热风干燥阶 段的干燥时间，但增加了真空泵工作时间，最终导致联 合干燥总能耗增高。对总能耗数据进行常用函数一元非 线性回归拟合得到黄秋葵真空降温缓苏-热风联合干燥总 能耗数学方程如式（19）所示 Y9=19489.0948+210.9364X0.565082X2。(R2=0.9993) （19） 农业工程学报（） 2016 年 268 式中X为缓苏时长，min；Y9为联合干燥总能耗，kJ/kg。 黄秋葵真空降温缓苏-热风联合干燥总能耗服从二次函数 变化规律。表4给出了不同缓苏时长下黄秋葵真空降温 缓苏-热风联合干燥综合评分值，虽然直接热风干燥的干 燥总耗时短、总能耗低，但其品质较差，因此得到的综 合评分值较低；缓苏80 min处理后干燥终产品的品质较 高但其总干燥耗时长、总能耗高，得到的综合评分值也 较低。干燥过程中缓苏处理60 min的综合评分值最高为 0.55，在试验范围下，该缓苏时长较适合应用与黄秋葵热 风干燥中。 表 4 不同缓苏时间下黄秋葵干燥能耗和加权综合评分值 Table 4 Energy consumption and comprehensive score of okras under different tempering time 缓苏时长 Tempering time length/min 总干燥耗时 Total drying time/min 总能耗 Total energy consumption/ (kJkg-1) 总营养物质 保存率 Total nutrient rate/% 综合评分值 comprehensive score 0 720 19 395.31 144.01 0.50 20 860 23 682.67 155.59 0.47 40 960 26 982.49 163.91 0.50 60 900 29 963.35 166.93 0.55 80 1040 32 827.96 167.90 0.50 3 讨 论 本研究目前仅探索了缓苏处理是否对黄秋葵干燥有 影响以及确定了较优的缓苏处理时长。但研究中发现干 燥过程中不同的干燥阶段对缓苏时长的要求并不相同， 在今后的研究中，将借助核磁共振技术，深入探究缓苏 对干燥过程中水分迁移的影响，对不同干燥阶段进行缓 苏时长控制，以进一步优化缓苏联用干燥工艺。根据笔 者研究双孢菇干燥试验30发现，物料在干燥过程中的物 性状态（玻璃态或橡胶态）对干燥产品质量有着直接的 关系，因此以物料玻璃化转变温度为指导，以干燥过程 中物料温度为指标，对物料缓苏处理进行控制研究也很 有必要。 4 结 论 1）缓苏处理对黄秋葵热风干燥过程中的传热传质行 为具有强化作用，能够显著（P0.05）缩短其热风干燥 阶段的干燥时间。 2）黄秋葵真空降温缓苏-热风干燥过程中，水分比的 Weibull分布函数拟合方程决定系数均大于0.99，离差平 方和均在10-4水平，表现出较好的拟合，其尺度参数 随着缓苏时长的延长而降低。黄秋葵直接热风干燥值 为0.9091，小于1，为降速干燥，主要由内部水分扩散控 制，缓苏处理后黄秋葵热风干燥值均大于1，干燥出现 升速阶段，整个干燥过程先受物料表面水分蒸发控制， 后受物料内部水分迁移控制。 3）采用常用函数的一元非线性回归分析能够构建出 黄秋葵真空降温缓苏-热风联合干燥过程中各干燥特性和 品质指标随缓苏时长的变化规律的数学模型。 4） 干燥过程中缓苏处理60 min的综合评分值最高为 0.55，在干燥温度和风速分别为60 、1.5 m/s条件下， 该缓苏时长较适合应用与黄秋葵热风干燥中。 参 考 文 献 1 Deepak Kumar, Suresh Prasad, Ganti S Murthy. Optimization of microwave-assisted hot air drying conditions of okra using response surface methodologyJ. J Food Sci Technol, 2014, 51(2): 221232. 2 Wankhade P K, Sapkal R S, Sapkal V S. Drying characteristics of okra slices on drying in hot air dryerJ. Procedia Engineering, 2013, 51: 371374. 3 Manzoor Hussaina, Muhammad Kamranc, Khushwant Singha, et al. Response of selected okra cultivars to Meloidogyne incognitaJ. Crop Protection, 2016, 82: 16. 4 Pendre N K, Nema P K, Sharma H P, et al. Effect of drying temperature and slice size on