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莴笋渗透脱水及其复合干燥的试验研究 摘要 脱水蔬菜由于其营养丰富、食用方便，且能较好地缓解淡旺季蔬菜供需 的矛盾，而越来越受到人们的青睐。但蔬菜原料品种多，加工工艺技术差异 比较大的问题制约了脱水蔬菜的大规模生产。本文对莴笋的渗透脱水及其复 合干燥的规律和特性进行研究，探索茎菜类蔬菜渗透脱水的规律和工艺条件， 使渗透脱水及其复合干燥技术在茎菜类脱水加工中具有较好的适应性。 试验考察了预处理方式、操作温度等不同的试验条件对莴笋渗透脱水中 物料失水率和固形物增加率的影响，研究结果表明，片状切分方式有利于提 高失水率；漂烫会严重阻碍渗透脱水的进行；搅拌则可以促进渗透脱水过程 中的质量传递：操作温度的升高可以提高固形物增加率，但过高的温度却会 使失水率降低；蔗糖和食盐的组合渗透液中，高浓度的蔗糖能有效提高物料 的失水率，并阻碍溶质的渗入。采用正交试验设计，研究分析了渗透液组合 方式、温度、固液比三个主要因素对莴笋渗透脱水效果的影响，结果发现影 响失水率的最主要因素是渗透液组合方式，影响固形物增加率的最主要因素 是温度。得到渗透脱水的最佳工艺条件为：温度3 0 、固液比1 ：1 0 、渗透液 6 0 蔗糖10 食盐。 渗透脱水后的半于莴笋采用常压热风和微波两种方式进行深度干燥。研 究不同复合干燥方式对物料的干燥特性、维生素c 保存率、水分活度、复水 性和色泽的影响。结果表明，渗透一热风复合干燥产品与单一热风干燥的产 品相比，维生素c 保存率提高了7 1 0 倍，水分活度降低了1 0 以上复水 性提高了2 3 倍；渗透微波复合干燥方式可以缩短约1 2 的微波干燥时间， 并可以降低产品的水分活度，产品品质优于渗透一热风复合干燥的产品。 关键词：莴笋：渗透脱水；干燥特性；复合干燥；复水 s t u d yo no s m o t i cd e h y d r a t i o na n dc o m b i n e dd r y i n go f a s p a r a g u sl e t t u c e a b s t r a c t t h ed r y i n gd i s c i p l i n a r i a na n dd e s i c c a t i o nc h a r a c t e r i s t i cd u r i n go s m o t i cd e h y d r a t i o n a n dc o m b i n e dd r y i n go fa s p a r a g u sl e t t u c eh a v eb e e ns t u d i e d ，i no r d e rt oi n v e s t i g a t et h e o s m o t i cd e h y d r a t i o nd i s c i p l i n a r i a no fc a u l i f o r mv e g e t a b l e sa n dt oe x p l o i tt h ef o r e g r o u n d o f t h eo s m o t i cd e h y d r a t i o na p p l y i n gt ov e g e t a b l e sp r o c e s s 。 i n f l u e n c eo fd i f f e r e n tf a c t o r ss u c ha sp r e t r e a t m e n tm e t h o d s ，t e m p e r a t u r ee t co no s m o t i c d e h y d r a t i o no fa s p a r a g u sl e t t u c ew a ss t u d i e db yt r a c k i n gd o w n t h er a t eo fw a t e rl o s sa n d t h er a t eo fs o l i dg a i n t h er e s u k ss h o w e dt h a ts l i c ec u t t i n gc o ni n c r e a s et h ew a t e rl o s s ； b l a n c h i n gc a l lb a d l ye m b a r r a s so s m o t i cd e h y d r a t i o n ；a g i t a t i o nc a na c c e l e r a t e m a s s t r a n s f e r ；t h es o l i dg a i nw a si n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo ft e m p e r a t u r e ，b u tt h ew a t e rl o s s d i d n th a v et h es a m ed i s c i p l i n a r i a n ；h i g hs u c r o s ec o n c e n t r a t i o ni m p r o v e sw a t e rl o s s e f f e c t i v e l y a n dr e d u c e ss o l i d g a i n i n f l u e n c e o fo s m o t i cs o l u t i o n c o m b i n a t i o n ， t e m p e r a t u r ea n dr a t i oo fs a m p l et os o l u t i o nw a ss t u d i e db yt h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n t ， a n dt h er e s u l ts u g g e s t st h a tt h em a j o ri n f l u e n t i a lf a c t o ro fw a t e rl o s si so s m o t i cs o l u t i o n c o m b i n a t i o n ；t h em a j o ri n f l u e n t i a lf a c t o ro fs o l i dg a i ni st e m p e r a t u r e t h eb e s tp r o c e s s i n g t e c h n o l o g yo fo s m o t i cd e h y d r a t i o ni st h a tt h ec o n c e n t r a t i o no fs o l u t i o ni s6 0p e r c e n t s u c r o s e 1 0p e r c e n ts a l t ，a t3 0 ，w i t ht h es a m p l e s o l u t i o nr a t i oo f1 ：1 0 a f t e ro s m o t i cd e h y d r a t i o n ，t h ei n t e r m e d i a t em o i s t u r ea s p a r a g u sl e t t u c ew a sd r i e db yh o t a i ra n dm i c r o w a v er e s p e c t i v e l y n l ed e s i c c a t i o nc h a r a c t e r i s t i c ，p r e s e r v i n go fv i t a m i nc ， w a t e ra c t i v i t y , r e h y d r a t i o n ，c o l o ra n dl u s t e rw e r es t u d i e dd u r i n gt h ec o m b i n e dd r y i n g t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep r o d u c t so fo s m o t i cd e h y d r a t i o nc o m b i n e dh o ta i rd i s p l a yb e t t e r q u a l i t yt h a nt h a to fs i n g l eh o ta i r , s u c ha s7 - 1 0t i m e si n c r e a s e do nv er e t a i nr a t i o ，1 0 d e p r e s s e do n w a t e ra c t i v i t y , 2 - 3t i m e si n c r e a s e do nr e h y d r a t i o n a b o u t1 2o p e r a t i o nt i m e o ft h ed r yp r o c e s sc a nb es h o r t e nb yo s m o t i cd e h y d r a t i o nc o m b i n e dm i c r o w a v e ， m e a n w h i l et h ew a t e ra c t i v i t yd e p r e s s e s ，a n dt h eq u a l i t yo fp r o d u c t sw a si m p r o v e d c o m p a r ew i 血t h ed r y i n gm e t h o do f o s m o t i cd e h y d r a t i o nc o m b i n e d h o ta i r k e yw o r d s ：a s p a r a g u sl e t t u c e ；o s m o t i cd e h y d r a t i o n ；d e s i c c a t i o nc h a r a c t e r i s t i c ； c o m b i n e dd r y i n g ；r e h ) r d r a t i o n 表格清单 渗透液浓度的组合方式 因素水平表 正交试验方案及结果 2 l ”2 1 正交试验结果的极差分析表 失水率的方差分析表2 2 固形物增加率的方差分析表2 3 渗透一热风复合干燥产品维生素c 的变化”3 2 渗透一热风复合干燥产品的复水性3 4 渗透一热风复合干燥产品复水后的色泽评价3 4 n b s 单位的感觉值- 3 4 渗透一微波复合干燥产品维生素c 的变化”4 0 渗透一微波复合干燥产品的复水性4 l 渗透一微波复合干燥产品复水后的色泽评价”4 2 1 2 3 4 5 6 l 2 3 4 l 2 3 - - ， - - - - - - - - 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 表表袁表表表表表表表表表表 插图清单 半透膜和渗透脱水原理示意图3 食品渗透脱水示意图 切分方式对渗透脱水的影响1 4 漂烫对渗透脱水的影响1 5 振荡对渗透脱水过程中失水率的影响1 6 振荡对渗透脱水过程中固形物增加率的影响“1 6 温度对渗透脱水过程中失水率的影响 温度对渗透脱水过程中固形物增加率的影响”1 8 渗透液的组合方式对渗透脱水过程中失水率的影响1 9 渗透液的组合方式对渗透脱水过程中固形物增加率的影响2 0 v c 含量测定标准曲线2 6 c i e l 9 7 6 三+ 矿6 + 表色空间示意图2 9 不同温度下热风干燥的样品含水量变化曲线 渗透一热风复合干燥产品的水分活度 3 1 3 3 不同功率下微波干燥的样品含水量变化曲线”3 9 渗透一微波复合干燥产品的水分活度4 0 l 2 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 l 2 _ - - - - - - - - - 1 l 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 图图图图图图图图图图图图图图图图 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得金胆王些盔堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字：奄莹形艮签字日期：2 。d 7 年占月上日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解佥g b 些态堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权佥g b 工 些太堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：葺呈骆导师签名 签字日期：妒年5 月j 日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 签字醐：勺引肌日 电话 邮编 瞎易i 致谢 本文是在我的导师潘丽军教授的悉心指导下完成的。从论文的选题、试 验的实施到最后的定稿，导师都倾注了大量的心血，给了我受益终生的教诲， 在此向我的导师致以最诚挚的谢意。 导师严谨的治学态度，精益求精的学术精神，认真负责一丝不苟的工作 作风和高度的敬业精神深深的感染和激励着我。她循循善诱的教导和不拘一 格的思路给了我无穷的启迪，永远是我学习和工作的榜样。七年时光荏苒， 我在合肥工业大学度过了一生最重要的一段岁月，潘老师不仅在学业上给予 我精心的指导，还在生活中给我以母亲般无微不至的关怀，帮助我战胜学习 之外的困难，对导师的感激之情是无法用语言表达的。 同样感谢姜绍通教授，感谢他对我的无私关怀和严格要求。姜老师开阔 的视野，敏锐的思维，对全局的把握能力和不畏困苦的奋斗精神深深的影响 了我，使我收获到书本上永远学不到的精神财富。 我还要感谢陈从贵教授和周先汉副院长，感谢他们在我遇到困难时为我 答疑解惑。两位老师潞i 博的知识和幽默的谈吐，给我留下了深刻的印象。美 好的记忆将伴随我一生。 感谢郑志老师，罗水忠老师，孙汉巨老师，钟蕾阳老师，马道荣老师， 方红美老师，李兴江老师，陈晓燕老师，邵平博士，感谢他们对我试验的大 力支持和无私帮助。 感谢高韩玉，陈实公，李慧星，许彬，陆香庆，张婵婵，高慧，赵晓园， 朱羽，肖小发，李岩，黄开华，胡海江，宁伟城和韩振宇，感谢他们陪伴我 一同度过这美好的时光。 感谢殷允旭和张慧曼，兄弟般的情谊无需更多的言语表达。 感谢我的家人和我的爱人，永恒的关爱和默默的支持，使我顺利完成学 、i 匕。 作者：程璐 2 0 0 7 - 5 - 1 3 第一章前言 li 莴笋简介 1 1 1 莴笋的植物学特性 莴笋( 学名l a c t u c as a t i v a l v a l , a n g u s t a n a l r i s h ) ，又称“千金菜”、“莴苣”、 “石苣”，菊科，莴苣属，一、二年生草本植物，可分为叶用和茎用两类。莴苣 原产欧洲地中海一带，由古代的希腊人和罗马人将野生的品种驯化而来，当地 人以食叶为主。约于唐代由中亚传入我国后，经过漫长的历史变迁，渐渐地变 为以食用嫩茎为主”。习惯上，人们将叶用莴苣称为生菜，而茎用莴苣因茎的 形状与笋相似，故称为莴笋、香笋”1 。本研究所用原料为茎用莴苣，依惯用法 称之为莴笋。 莴苣根系浅而密，多分布在2 0 3 0 厘米土层内。苗期叶片互生于短缩茎上， 叶用莴苣叶片数量多而大，以叶片或时球供食，茎用莴苣随着植株旺盛生长， 短缩茎逐渐伸长和膨大，花芽分化后，茎叶继续扩展，形成租壮的肉质茎。莴 苣头状花序，花黄色，每一花序有花2 0 朵左右，自授粉，有时也会发生异花授 粉。瘦果，果褐或银白色，附有冠毛”。 1 1 2 莴笋的营养及其药用功效 莴笋具有较高的营养价值，富含磷、铁、钾，钙、维生素c 、胡萝h 素等 营养元素，另外含有少量的蛋白质、碳水化合物和其它b 族维生素。由于莴笋 属于菊科叶菜类，维生素c 的含量尤其丰富，能预防和治疗坏血病，和甘蓝， 苦瓜，花椰菜等同是人类必需的副食品；其钾离子的含量远高于钠盐含量，利 于对人体内钠盐的调节，促进利尿、降压，对于高血压、心血管病患者十分有 益：其所含铁元素易被人体吸收，有益于缺铁性贫血的防治；其所含烟酸较多， 利于人体内胰岛素的激活，改善代谢功能；其所含的少量碘元素，对人的基础 代谢、心智和体格发育甚至情绪调节有重大影响，具有镇静作用，有助于消除 紧张，帮助睡眠；而且不同于一般蔬菜的是它含有非常丰富的氟元素，可参与 牙齿和骨骼的生长”一。 莴笋不但是良好的蔬菜，而且还有一定的药用功效。据李时珍本草纲目 记载：莴苣，“( 菜) 苦、冷、微毒。”主治：“乳汁不有；小便不通；百虫入耳； 腰部闪伤；阴囊肿。”传统中医学认为，莴苣味苦、性寒，有益五脏、通经脉、 坚筋骨、白牙齿、开胸膈、利小便等功效，可治疗高血压、慢性肾炎、产后乳 汁不通等症。莴笋含钾量较高，有利于促进排尿，减少对心房的压力，对高血 压和心脏病患者极为有益”1 。 莴笋叶片和茎部舍有莴亚片，还含有叫莴亚油的莴苣素，因此莴笋折断时 会出现白汁，吃时味道微苦。现代科学研究发现，莴苣白汁可以致死白血病细 胞，有抗白血病的功效7 一莴笋的鲜汁可以舒张血管，减少全血粘度，减少血 流阻力，降低外周阻力，从而降低动脉血压；扩张支气管，减少气流阻力；兴 奋小肠平滑肌，促进消化和吸收，还有聪显的利尿作用【9 - m t l “。另外，莴笋的 提取物还可以使血小板聚集率明显下降。能抑制血栓的形成，预防心脑血管疾 病u 2 1 1 1 3 莴笋的研究开发现状 莴笋在我国的分布十分广泛，南北方的种植面积都很大，是重要的副食蔬 菜，深受广大人民群众的喜爱。目前，已有一些针对莴笋制品开发的研究报道， 例如：利用莴笋鲜汁制作果蔬汁饮料 1 3 1 4 1 5 , 1 6 , 1 7 1 ，以莴笋为原料制作风味休闲 食品【1 8 ，悖r 砚2 1 2 2 2 3 1 ，以及一些初级加工产品珥2 习等。不过总体来说，针对莴笋产 品开发的研究并不很多，尚需更深入的研究。 1 2 果蔬的渗透脱水加工工艺概述 1 2 1 渗透脱水的概念 果蔬渗透脱水( o s m o t i cd e h y d r a t i o n ) 是指在一定温度下，将水果或蔬菜浸 入高渗透压的溶液( 糖溶液或盐溶液) 中，利用细胞膜的半渗透性使物料中水 分转移到溶液中，达到除去部分水分的一种技术陋2 7 , 2 82 9 1 。 通过渗透脱水，果蔬中的水分减少大约5 0 ，可用于生产中等湿含量食品 ( i n t e r m e d i a t em o i s t u r ef o o d s ，i m f ) ，或作为脱水蔬菜的预处理过程。渗透 脱水能耗较少，而且可减少对产品的热损伤，保留果蔬的香味，但若要获得最 终湿含量很低的干制品时，则还需用其他方法作进一步脱水p “。 1 2 2 渗透脱水的机理 渗透作用是自然界普遍存在的现象，它的发生需要两个前提条件：一是半 透膜的存在，二是半透膜两侧的溶液存在浓度差。半透膜是一种只允许水分子 和小分子物质自由通过，而不允许大分子物质通过的薄膜。如图l l 所示， 当半透膜两侧的溶液存在浓度差时，它两侧单位体积内水分子数目不相等，单 位时间内，水分子从稀溶液一侧进入浓溶液一侧的数目，多于浓溶液中水分子 在同一时间内进入稀溶液中的数目，于是产生了渗透现象，宏观的表现就是水 分从稀溶液一侧向浓溶液一侧移动，这就是渗透脱水的原理”“。 2 图1 1半透膜和渗透脱水原理示意图 f i g1 - ls c h e m a t i co f s e m i p e r m e a b l em e m b r a n ea n do s m o t i cd e h y d r a t i o nm e c h a n i s m 生物的细胞膜是天然的半透膜，因此具备渗透脱水的物质基础。当食品物 料浸入高浓度的溶液时( 见图l 一2 ) ，与渗透液直接接触的细胞内外存在渗 透压，于是细胞开始发生渗透脱水。当外层细胞失水到一定程度时，其胞内溶 液与食品内层细胞内的溶液产生浓度差，于是内层细胞也发生渗透脱水。这样， 经过一段时间的浸泡后，体系达到平衡状态，食品内外层细胞都发生了脱水现 象，于是便实现了对食品进行渗透脱水的目的弘。 内层细胞外层细胞渗透溶液 。鼠殳鼍瓣 八k ，州醚避惑愁 恨殳絮粼燃 八州黼臌漱 ( 于) o 慝淤 一忒懑懑溆遵测 水分迁移方向 + 图1 2 食品渗透脱水示意图 f i gl 2s c h e m a t i co ff o o do s m o t i cd e h y d r a t i o n 事实上，在对食品进行渗透脱水时，水分从物料中的渗出过程可能同时伴 随着分子扩散，毛细管扩散，吸水动力学流和表面扩散，是一个复杂的物理化 学过程。同时，随着水分的渗出，渗透液中的溶质也会扩散到物料内部。从质 量传递的机制上看，可能影响渗透脱水速度的因素有温度，渗透液的种类和浓 度，渗透时间等。 渗透液的种类是影响渗透脱水的重要因素，不同溶质的溶液对渗透脱水的 影响很大。在渗透液的选择上，蔗糖和食盐是最常见的两种渗透溶质。蔗糖的 特点是分子比较大，相对不容易通过细胞膜，这样可以减少莴笋渗透脱水时的 固形物增加率，同时蔗糖可赋予产品一定的风味，且具有一定的护色作用，缺 o o o 点是随着蔗糖浓度的提高，溶液的粘稠度也随之增加，加大了传质阻力，不利 于渗透脱水的进行。食盐的特点是分子较小，浓度较小时就可以产生与高浓度 蔗糖相同的渗透压，缺点是容易渗入物料内部，影响产品风味。 为了发挥两种渗透液各自的优点，同时避免使用单一渗透液时的缺点，采 用两种溶质的混合溶液对物料进行渗透脱水是一种值得尝试的方法，这样可以 在蔗糖浓度较高时，通过在溶液中添加食盐，提高溶液的渗透压，又避免了单 纯提高蔗糖浓度所引起的溶液粘稠度增加的问题；同时，蔗糖的存在可以减少 食盐的渗入，避免了单纯使用食盐渗透脱水时，大量食盐渗入造成的样品风味 被严重破坏的问题。 1 2 3 渗透脱水的特点 渗透脱水过程中水分的物质迁移是以分子热运动的自由扩散为基础的，其 传质推动力为溶液的渗透压，是一种特殊的脱水方式，因此具有和其它脱水方 式不同的特点： ( 1 ) 脱水过程无需加热，因而可以降低能耗； ( 2 ) 脱水过程中没有高温，也没有剧烈的相变化，不破坏食品的组织结 构，产品形态较好； ( 3 ) 避免了高温对食品成分的破坏，可以很好的保存食品中的营养素， 同时最大限度的保留食品原有的色泽、风味和感官品质； ( 4 ) 改善劳动环境，操作简单，可作为果蔬加工的一种前处理方式，能 方便地与果蔬干燥、冷冻、罐藏等方法组合使用； ( 5 )与传统的以加热为主的干燥方式相比，质量传递是个自发的过程， 脱水速度相对较慢p 叫。 1 3 渗透脱水在食品加工中的研究进展概述 渗透脱水技术在食品加工中的应用具有悠久的历史，是一种古老的食品加 工技术，几千年前人们就开始应用这一技术加工腌制或糖制食品，如传统蔬菜、 肉类、鱼类的盐腌，水果的蜜制和糖制等。但直到1 9 6 6 年才有国外学者针对这 一技术首次发表学术论文，科学地阐述了渗透脱水在食品加工中的应用”。此 后，渗透脱水技术以其具有的独特优势越来越受到研究者的关注，并逐渐成为 一个研究热点。可以说，食品的渗透脱水是一项既古老又年轻的技术。2 0 0 0 年， 在欧洲委员会的资助下，以联邦德国营养学研究中心为首的1 3 家欧洲研究机构 启动了名为“在传统和新型加工过程中应用渗透处理改善食品品质”的研究工 程，以达到为渗透处理的工业化应用提供理论和技术支持的目的“”。 可以说，渗透脱水技术已经成为国内外食品加工技术领域中的研究热点。 具体来说，研究主要集中在以下几个方面。 4 i 3 i 影响渗透脱水的主要因素 ( 一) 原科的组织特性 对于果蔬来说，不同的品种、成熟度、含水量等因素会造成原料在多孔性、 组织结构、密实程度、原生质膜活性、形状和大小等方面的差异，这些差异都 会对渗透脱水的效果产生影响p q “。 此外，果蔬原料的表皮也会影响渗透脱水的效果。因为很多果蔬的表皮含 有腊质成分，能严重阻碍渗透脱水的进行。因此在脱水前必须对原料的表皮进 行处理，如针刺、划线、用化学溶液去除表皮等p ”。 ( 二) 不同种类的渗透液 由于溶液的渗透压与单位体积溶液中所含溶质的粒子数( 分子数或离子数) 有关，在相同浓度下，分子量越小，溶质的粒子数越多，渗透压也越高；对于 电解质溶液，由于溶质解离为离子，则渗透压更高。因此不同的溶质在溶液中 形成渗透压的能力各不相同，于是会对渗透脱水的效果产生不同的影响。 常用的渗透液溶质有蔗糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖、高果糖浆、食盐、柠 檬酸钠等。一般来说，糖溶液用于水果的脱水，盐溶液用于蔬菜的脱水“不 同的渗透液溶质会影响渗透脱水的速度、失水率、固形物增加率和平衡时物料 的水分含量。例如在蓝莓的渗透脱水过程中，同样达到5 0 失水率的情况下， 高果糖浆溶液的脱水速度比蔗糖快，这是因为蔗糖分子比高果糖浆中的果糖和 葡萄糖分子大，造成扩散系数减小，因此脱水速度变慢”。而一些研究表明， 将两种不同种类的溶质混合而成的渗透液往往产生更好的脱水效果，这种组合 渗透液可以在提高渗透压的同时，避免溶质过多的渗入到原料中去，并且可以 在一种溶质趋于饱和时通过添加另一种溶质来提高溶液的渗透压。”1 。 ( 三) 渗透液的浓度和温度 提高渗透液的浓度可以提高原科细胞内外的渗透压差，使原料的失水率加 大，但过高的浓度会使溶液变得粘稠，使水分的质量传递阻力加大，反而影响 了脱水效果，同时会有更多的溶质渗入原料的组织间隙，改变原料的口味和风 味”。况且，在渗透液浓度提高到一定程度之后，浓度的提高对渗透脱水效果 的改善是十分有限的，因此，在考虑确定渗透液的浓度时应把握好适度原则和 经济性原则。 渗透液温度的选择与浓度类似，也存在一定的适用范围。温度升高，分子 热运动加剧，有利于传质的进行，会在一定程度上提高渗透脱水的速度，使原 料失水率增加，同时固形物增加率也会增加一。然而过高的温度也会引起一 系列副反应，如营养素流失、褐变、组织变软、品质恶化等。因此，在进行渗 透脱水时，应该将渗透液的温度控制在一个合适的范围内，一般来说，无需进 行过多的额外加热。 ( 四) 操作条件 固液比是原料与渗透液的重量之比。固液比不能过低，否则随着渗透脱水 的进行，水分从原料中不断渗出，渗透液也逐渐被稀释，影响了渗透脱水的效 果而在工业化应用中，搅拌是重要的操作手段之一。不停地对体系进行搅拌 可以促进质量传递，提高原料的失水率4 4 1 。 1 3 2 渗透脱水的传质动力学研究 渗透脱水过程中存在着两种主要的质量传递过程( 传质) ，一是物料中所含 的水分从物料内部向溶液的扩散，称为水分的质量传递，二是溶液中的固形物 溶质向物料内的扩散，称为固形物的质量传递。这两种传质过程同时发生，但 方向相反。在具体应用中，对物料的失水和溶质的渗入有着不同的要求。例如： 生产水果蜜饯时，往往希望大量糖分渗入水果中；而在蔬菜脱水时，一般又要 控制溶质的渗入量。因此，这就需要在影响渗透脱水的诸因素中找到合理的搭 配方案，控制水分和溶质的两个传质过程，以满足不同应用的要求。 为了能方便地达到这个目的，实现过程的可预测性和可控制性，就有必要 对渗透脱水的传质动力学进行研究，分别建立水分和溶质的传质数学模型，并 对渗透脱水过程进行拟合。目前，许多国外学者对此进行了研究，发表了相当 数量的论文。这些研究大多以热力学理论为基础，通过试验，研究渗透脱水过 程中的质量传递参数，利用p e l e g 方程，f i c k 定律或p a g e 方程等热力学公式进 行求解，并对方程的预测效果进行试验验证u e “”“。 在这些文献中，比较成功的模型是基于f i c k 第二定律的非稳态扩散方程， 根据试验环境和原料的形状大小设定不同的初始边界条件，化简方程并估算出 有效扩散系数d e ，利用d e 评价水分和溶质的质量传递，然后根据需要，建立 关于珧的经验方程 4 7 4 84 9 删。 国内方面，田红萍用f i e k 非稳态扩散方程的c r a n k 简化式，估算了胡萝卜 片在蔗糖溶液中渗透脱水的有效水分扩散系数和有效固形物扩散系数，并对d e 进行了a r r h e n i u s 关系式的拟合p ”。董全则利用f i c k 非稳态扩散方程的c r a n k 球形公式，估算了蓝莓在高果糖浆和蔗糖溶液中渗透脱水时的有效水分扩散系 数和有效固形物扩散系数”“。 1 3 3 渗透脱水的辅助技术探索 渗透脱水过程中的质量传递速度一般比较慢，为了缩短脱水时间，国内外 学者们利用一些辅助技术探索了加快质量传递速度的途径和方法。 ( 一) 利用真空处理 由于原料的细胞闻隙存有大量空气，这些气体阻碍了细胞与渗透液的充分 接触，当抽真空时，随着气压的迅速降低，原料组织结构中的空气大量逸出， 6 使这些间隙中充满液体，增加了细胞与渗透液的接触面积，毛细管作用也同时 增强，因此在高真空度条件下进行渗透脱水，可以提高渗透脱水的速度” 5 4 ”】 ( 二) 利用超高压技术 在高静压( h i g hh y d r o s t a t i cp r e s s u r e ) 的作用下，由于压强的增大和释放 会造成原料中的水分的移动，破坏了原料的细胞壁结构，使细胞膜的通透性大 大提高。高静压对原料的组织结构造成的这一重要变化，可以显著提高渗透脱 水的质量传递速度。与常压下渗透脱水的样品相比，经过离静压处理的样品水 分含量更低，固形物渗入量也更高”“。 ( 三) 利用超声波处理 超声波是种物理能量形式。能引起介质的一系列快速连续的压缩和膨胀 变化，压缩和膨胀的速度取决于超声波的频率。超声波可以在液体内部产生气 穴现象，伴随着微小气泡的生成和爆裂，使得液体内部发生局部压力波动，从 而加速扩散速度。而当气穴作用的强度达到最大值时，扩散的速度也随之不再 提高。果蔬在超声场中进行渗透脱水，可以提高质量传递速度，使失水率和固 形物增加率提高【5 8 5 9 , 6 0 l 。 ( 四) 利用高强脉冲电场 高强脉冲电场( h i g hi n t e n s i t ye l e c t r i c a lf i e l dp u l s e ) 能促进原料细胞膜孔 隙的形成，破坏细胞膜的组织结构，从而影响细胞膜的渗透性。研究表明，高 强脉冲电场能促进胡萝h 渗透脱水过程中的质量传递，提高水分扩散系数和固 形物扩散系数”“。而在渗透脱水前分别用高强脉冲电场和超高压处理芒果，发 现两种处理方式都能使处理后的样品有更高的失水率和固形物增加率，并且提 高的效果也十分接近”。 除上述几种技术外，还可以利用离心力作用咿1 和微波处理1 等技术，也能 够促进渗透脱水过程中的质量传递。 1 3 4 渗透脱水与其它干燥方式的联合 由于渗透脱水技术不能得到含水量很低的产品，因此，在生产脱水制品时 通常把渗透脱水作为前处理过程，将原料脱去部分水分之后，再利用其它干燥 方式做进一步的深度干燥。这就涉及到了复合干燥技术，也称为联合干燥技术。 即根据物料的特性，将两种或两种以上的干燥方式优势互补、分阶段进行的一 种干燥技术一“。 复合干燥技术能综合利用各种脱水方式的优点，在物料的不同干燥阶段有 针对性的采用相应的脱水方式，充分发挥每种脱水方式的优势，避免采用单一 脱水方式的缺点，从而做到优势互补，达到有效缩短干燥时间，降低能量消耗， 提高产品的品质，便于生产操作等目的。 而渗透脱水方式耗能低，场地占用小，设备简单，易于操作，可以方便地 7 与其它干燥方式进行联合，是理想的复合干燥前期脱水方式。目前，文献已报 道的有渗透热风复合干燥陋6 7 1 ，渗透一微波复合干燥【5 1 6 8 1 ，渗透一流化床复 合干燥5 劲，渗透一冷冻复合干燥酾1 等研究表明，以渗透脱水为前处理的复合 干燥可以降低能耗，干燥后的产品在形态、色泽、风味以及复水性等品质方面 有显著改善。 1 4 课题的主要研究内容和意义 本课题来源于安徽省“十五”二期科技攻关项目( 0 4 0 1 3 0 4 4 1 ) ：特种脱水 蔬菜深加工产业化关键技术研究 课题主要研究内容： 1 对莴笋进行渗透脱水，考察不同条件对脱水效果的影响，确定渗透脱 水的较好工艺条件； 2 将渗透脱水之后的半干蔬菜。分别用热风和微波两种方式进行深度脱 水，探索莴笋的复合干燥技术； 3 对干燥产品进行了品质分析，考察干燥的效果。 莴笋作为人们日常生活中最主要豹蔬菜产晶之一，在平衡膳食中占有非常 重要的地位。而发展脱水蔬菜加工业。对于缓鼹藐菜供需矛盾、实现蔬菜生产 的旺贮淡供、为食品工业提供原料和配料、以及在特殊场合( 如地质勘探、野 营、海岛和雪山等边防哨卡、冬季滑雪旅游业等特殊情况) 作为蔬菜替代品等 方面有着重要的作用和意义“”。同时，脱水蔬菜作为农副加工的重要产业，有 着广阔的市场前景，也是我国重要的出口农产品之一。 我国的脱水蔬菜加工业经过一段时间的发展，已经具有了一定的规模。一 些地方龙头企业脱颖而出，为当地的经济发展和“三农”问题的解决做出了重 要贡献。但是在行业高速发展的同时，仍存在差距和不足。主要是脱水蔬菜的 研究起步较晚，相关研究多为工艺研究，一直以来，脱水方式都以传统热风干 燥为主，技术水平相对较低。直到近年，随着社会经济的发展，公众对于食品 营养与安全性的重视程度不断提高，许多国内学者和企业才开始关注以真空冷 冻，微波等为代表的撅型高附加值的脱水方式，但对于渗透脱水的研究并不多 见。 渗透脱水技术因其独特的优势而成为发达国家研究的热点。目前，已经报 道的应用渗透脱水加工的果蔬品种主要有：梨、桃、杏、苹果、草莓、菠萝、 茄子，番茄、豌豆、蘑菇等。但这些研究所采用的原料多以水果为主，涉及蔬 菜的渗透脱水研究并不多，国内的研究文献更少，不能适应脱水蔬菜加工业的 发展要求。因此本课题的开展，旨在以茎菜类的莴笋为对象，研究渗透脱水在 蔬菜脱水加工中的应用技术和工艺方法，并对渗透脱水的相关规律进行初步探 讨，为渗透脱水与其它脱水方式相联合，提高脱水产品的品质，探索新的途径。 8 第二章莴笋渗透脱水规律研究 渗透脱水具有减少干燥能耗，改善干燥产品的品质，保持物料的营养成分 等很多优点，但与其他的干燥方式相比，渗透脱水是一个缓慢的传质过程，脱 水速度较低。因此，通过试验研究，找出影响渗透脱水过程的主要因素，探索 物料的渗透脱水规律，优化渗透脱水的工艺参数和操作条件，对缩短渗透脱水 时闻，提高生产效率是十分必要的。 本研究以莴笋为试验对象，在不同的渗透脱水条件下，考察预处理、振荡、 温度、渗透液浓度等因素，对物料失水率和固形物增加率的影响，探索莴笋的 渗透脱水规律，并通过正交试验设计，得出渗透脱水的较佳工艺条件。 2 1 材料与方法 2 i 1 试验材料、试剂与主要设备 2 1 1 1试验原料 新鲜莴笋：每次试验前购买自合肥当地市场。经测定其含水量为9 6 5 4 ， a w 为0 9 4 3 ，维生素c 含量为4 o o m g l o o g ，色泽以c i e l 9 7 6 l * a * 胁色空间表 看；：三半= 3 1 5 8 。口 = 2 5 8 ，6 幸= 8 6 6 。 2 1 1 2渗透液 蔗糖和食盐均购买自合肥当地市场。蔗糖为广西百色甘化股份有限公司生 产，食品级：食盐为安徽盐业总公司生产，食品级；均保存于实验室冰箱内。 试验时，将两者按照试验设计的不同方案混合后，溶解于蒸馏水中，构成组合 渗透液。 2 1 i 3试验主要试剂 试剂 愈创木酚 双氧水 蒸馏水 规格 a r a r 2 1 i 4试验仪器与设备 设备名称 冰箱 真空干燥箱 电子天平 恒温振荡器 型号 b c d 2 0 0 n d g z 2 0 4 i j y 6 0 l s h a b a 生产单位 中国医药( 集团) 上海化学试剂公司 沈阳市试剂五厂 实验室自制 生产单位 合肥美菱股份有限公司 南京实验仪器厂 上海民桥精密仪器有限公司 常州国华电器有限公司 9 2 1 2 试验指标的测定 2 1 2 1 含水量的测定 试验中样品的初始水分含量，以及样品渗透到，时刻时的水分含量均根据 国标g b t8 8 5 8 1 9 8 8 中规定的真空干燥法测定。 2 1 2 2失水率和固形物增加率的计算 失水率( w a t e rl o s s ) 和固形物增加率( s o l i dg a i n ) 是反映渗透脱水过程的两 项主要指标。这两项指标的计算都基于样品重量的实时测量，但实时测重在试 验中很难实现，因此，试验中的由于手工操作而引起的误差难以避免。为了尽 量减少这种误差，在试验中制定一系列规范的操作手法和详细的操作步骤，并 熟练的加以运用是十分必要的在已报道的有关渗透脱水的试验研究文献中， 还没有形成针对这些指标的统一测量标准，因此，在本次试验中借鉴了国内外 学者的一些通用做法 3 9 4 ”4 7 钉，6 2 1 ，并稍加改进。 每次试验方案设计的渗透时间到来时，将样品快速从渗透液中取出，并立 即在流动的清水中漂洗，以除去样品表面附着的渗透液。然后迅速用吸附性较 强的吸水纸擦拭样品表面，以除去样品表面附着的水分。紧接着将样品称重， 记录，并放入真空干燥箱中，干燥至衡重，记录试验结果。所有上述操作都要 快速、准确、动作一致，以在最大限度上减少人的手工操作引起的误差。 失水率( w a t e r l o s s ) 和固形物增加率( s o l i dg a i n ) 按以下公式计算”： r r 失水率耽= 竺碰卫_ ! ! ：! l 1 0 0 固形物增加率硒r - 丝兰二二尘缕。1 0 0 蚝 式中。 胁为样品的初始重量，g ； m 为样品渗透脱水到t 时刻的重量，g ； 肠为样品的初始水分含量，： 石为样品渗透脱水到，时刻的水分含量，； “为样品的初始总固形物含量，； z 为样品渗透脱水到，时刻的总固形物含量，。 2 2 莴笋渗透脱水试验设计 2 2 i 试验流程 蔬菜在进行生产加工时，都要经过一定预处理。不同的预处理方法会直接 影响渗透脱水的效果。本试验分别考虑了切分方式和漂烫两种预处理方法对渗 透脱水的影响。 1 0 从市场购买新鲜莴笋，要求质嫩，粗细均匀，无病虫害，无机械损伤。将 莴笋去皮、洗净，手工切分。切分后的样品形状大小应基本相同。试验的操作 流程可以简单示意如下： 原料清洗选择整理一切分一预处理一渗透脱水( 不同 试验条件和因素) 一一试验指标的测量 2 2 。2 切分方式对渗透脱水的影响试验 在实际生产中，根茎类脱水蔬菜是要经过切分预处理的。根据客户的需要 和生产成本的要求，通常会将物料切为片状、丝状或丁状( 即立方体小块) 等 不同的形状。 由于莴笋内的导管是平行于植株内部的纤维生长的，采用不同的切分方式， 物料内部的水分向外扩散时所通过的植物导管的长度是不同的，从直观上估计， 水分沿植物体内导管延伸方向扩散的阻力较小，渗透脱水的速度也较快。因此 采用不同的切分方式，可能会影响渗透脱水的效果。 本试验设计了两种切分方式：( 1 ) 片状：垂直莴笋纤维方向，切成直径约 3 0m m ，厚度约2 m m 左右的薄片；( 2 ) 丁状：边长l o 1 2 m m 的立方块。这里， 经过这两种方式切分后的莴笋，其单个样品的体积基本相同，目的是使两种切 分方式的对照试验更具对比性。 试验时配制1 0 的食盐渗透液3 6 0 0 m l ，分装在1 8 个2 5 0 r a l 的锥形瓶中， 每瓶装2 0 0 m l 渗透液。将锥形瓶分为两组，并按1 1 、1 2 、1 - 9 、2 - l 、2 - 2 、 2 - 9 编号。将莴笋去皮，去掉其根部及粗纤维，按上述试验设计要求对其进行 切分。将切成不同形状的样品分别放入两组锥形瓶中，每瓶2 0 9 ，则固液比( 物 料与渗透液的质量之比，以下试验相同) 为l ：1 0 。把所有锥形瓶放入恒温振荡 器中，温度设为3 0 ，振荡的幅度以物料能均匀地分布在瓶中为准。本试验设 定为转速1 6 0 r m i n 。 本试验以样品重量随渗透脱水时间的变化情况反映渗透脱水的效果。每隔 3 0 m i n 分别从两组锥形瓶中各取出一瓶，对样品称重并记录，该试验重复2 次。 2 2 3 漂烫对渗透脱水的影响试验 蔬菜内含有多种酶类，其中的一些酶( 如多酚氧化酶，叶绿素酶等) 会使 蔬菜在加工过程中发生酶促褐变，使产品色泽恶化。严重影响脱水蔬菜的品质。 漂烫是脱水蔬菜加工中一种常用的预处理方法。原料经过热水或热蒸汽漂烫后， 其组织细胞内的酶基本被灭活，抑制了有害酶促反应的进行，达到产品护色的 目的【7 们 本试验设计采用沸水漂烫的方法对莴笋进行灭酶处理，确定其灭酶时间， 并考察漂烫对渗透脱水的影响。 首先用愈创木酚法”确定漂烫时间：按2 2 2 的试验结果对莴笋进行切分， 将切好的样品放入沸水中漂烫，每1 5 s 取出一片样品、横切，随即浸入配置好 的0 1 的愈创木酚溶液中，而后取出，在横截面上滴0 3 双氧水数滴，数分 钟后，如果愈创木酚变色，说明过氧化酶仍有活性，漂