（食品科学专业论文）莲子微波干燥特性及干燥工艺优化的研究.pdf

捅要 莲子( n e l u m b on u c i f e r ag a e r t n ) ，为睡莲科植物莲的成熟去芯种子，具有丰 富的营养价值和特殊的滋补和疗效作用。干莲作为传统的莲子制品，一直受到国 内外消费者的青睐。本项目将微波技术应用于莲子干燥，深入研究莲子的微波干 燥特性及干燥中莲子主要品质的变化规律，建立莲子微波干燥动力学模型及品质 动力学模型，并研究了不同干燥工艺对莲子品质特性的影响，确定了莲子的微波 一热风联合干燥工艺及其最佳工艺条件，为实现莲子微波干燥的产业化应用提供 了重要的理论依据。 1 通过对莲子微波干燥特性的系统研究，获得莲子在微波干燥过程中的水分和 温度变化规律：莲子微波干燥过程分为加速、恒速和降速干燥三个阶段，干 燥过程中微波功率越高，装载量越小，单位质量发射功率越大，莲子降水速 率越快，水分去除越彻底，干燥时间也越短；莲子中心温度、表面温度和环 境温度的变化也分为预热、稳定和上升三个阶段，分别与失水三阶段相对应， 干燥时单位质量发射功率越大，中心温度、表面温度上升越快，且中一t l , 温度 始终商于表面温度秘环境温度。 2 根据莲子微波干燥特性，建立莲子微波干燥动力学模型，其模型满足p a g e 方 程m r ，e 1 ，其中r c - 4 9 - 0 3 5 m 7 6 7 f - 1 0 o ”2 ，n 一1 0 5 1 + 0 4 5 6 p 0 2 0 2 p 2 ；经试 验证明用模型求得的水分比，其预测值与试验值基本相符，该模型可较好 地描述莲子微波干燥过程中水分的变化情况。 3 研究了在微波干燥过程中，莲子多酚氧化酶( p p o ) 活性、抗性淀粉( r s ) 含量和色泽( 亮度l 、红色度a 、黄色度b 、色泽角酽、饱和度c ) 的变化规 律；微波对p p o 活性具有较强的钝化作用，微波功率越高，加热时间越长， 效果越好，但功率过高或时间过长，易导致莲子局部过热而焦化；较低功率 的加热，有利于r s 的形成，高功率或长时间加热会导致r s 的含量下降；当 加热时间一定时，随着微波功率的提高，莲子的色泽参数l 值和b 值下降，a 值、h o 和c 的变化趋势不明显；当微波功率一定时，随着加热时间的延长， 莲子的l 值和h o 下降，a 值升高，b 值和c 先升高后下降，呈抛物线状变化。 4 根据莲子各色泽参数的变化规律，建立了相应的色泽动力学模型，其中饱和 度( c ) 是描述莲子微波干燥期间色泽动力学变化的最佳指标，其动力学模型 为c 一- - 0 0 1 9 w + 2 3 0 8 t 0 1 5 4 t 2 + 0 0 0 3 t + 2 9 2 8 5 ，r 2 = o 9 6 4 ，显著性水平p ( = 0 0 0 0 ) o 0 1 ，饱和度比其它色泽参数更能真实准确地反映出莲子色泽的 变化动态。 5 采用了微波一热风联合干燥工艺对莲子进行干燥，以前期微波功率、装载量、 转换水分含量和后期热风干燥温度为因素，以复水率、r s 含量和色泽角( h o ) 为指标，进行四因素三指标的等水平均匀试验，结果表明：四因素对各指标 影响的主次顺序各不相同，其中微波功率对各指标的影响最显著；经多元线 性回归及统计检验，各指标的回归方程均极显著。采用评价函数法进行综合 优化，得到莲子微波一热风联合干燥的最佳工艺条件为：前期微波功率5 3 9 w ， 装载量2 0 0 9 ，转换水分3 0 ，后期热风温度7 0 。 6 系统研究了自然干燥、热风干燥、真空干燥、冷冻干燥、微波干燥和微波一 热风联合干燥等6 种不同干燥工艺对莲子收缩率、复水性、r s 含量、色泽( 亮 度l 、红色度a 、黄色度b 、色泽角h o 、饱和度c ) 和组织结构的影响，结果 表明：不同干燥工艺对莲子收缩率的影响不同，按体积的收缩程度可排列为 冷冻干燥 微波干燥 微波一热风联合干燥 热风干燥 自然干燥 真空干 燥；冷冻干燥的莲子复水率最高，复水性能最好，其次为微波一热风联合干 燥，自然干燥、热风干燥，真空干燥和微波干燥的莲子复水率较低；自然干 燥、热风干燥、真空干燥和冷冻干燥莲子的r s 含量较高，微波一热风联合干 燥和微波干燥的r s 含量低，提示微波加热能够大大降低莲子中的r s 含量： 6 种干燥工艺加工的莲子色泽以微波一热风联合干燥最佳，最接近于莲子的原 始色泽参数值，其次为微波干燥和真空干燥，自然干燥、热风干燥、冷冻干 燥莲子的色泽均较差；自然干燥、热风干燥、真空干燥和冷冻干燥莲子的组 织结构均发生了明显的变形和皱缩，细胞壁结构受到不同程度破坏，部分淀 粉颗粒裸露在细胞壁外：而微波干燥和微波一热风干燥则能够较好地保持莲 子的原始组织结构。综合6 种不同干燥工艺对莲子品质指标的影响研究结果， 表明：微波一热风联合干燥是莲子的最佳干燥工艺。 关键词：莲子：微波干燥；干燥特性；动力学模型；抗性淀粉；微波一热风联合 干燥；品质特性；干燥工艺 a b s t r a c t l o t u s s e e d ( n e l u m b on u c i f e r ag a e r t n ) i st h er i p es e e do fl o t u s ，w h i c hh a sr i c h n u t r i t i o na n ds p e c i f i cc u r a t i v e e f f e c t s f o rt h et r a d i t i o n a lp r o d u c t ，d r yl o t u s - s e e di s f a v o u r e db yc u s t o m e r sa th o m ea n da b r o a d m i c r o w a v et e c h n o l o g yw a sa p p l i e dt o l o t u s - s e e dd r y i n gi n t h i sp a p e r t h em i c r o w a v ed r y i n gc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h er u l eo f q u a l i t yc h a n g ef o rl o t u s s e e dw e r es t u d i e d ，a n dk i n e t i cm o d e l so fm i c r o w a v ed r y i n g a n dc o l o u rw e r ee s t a b l i s h e dc o r r e s p o n d i n g l y m e a n w h i l e ，e f f e c t so n q u a l i t y c h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n td r y i n gt e c h n o l o g i e sw e r es t u d i e dt os e a r c ho p t i m a ld r y i n g t e c h n o l o g yf o rl o t u s s e e d t h e r e f o r ea ni m p o r t a n tr e c o m m e n d a t i o nf o rt h ep r a c t i c a l i n d u s t r i a l i z a t i o no fl o t u s - s e e db ym i c r o w a v ed r y i n gw a so f f e r e d 1 t h er u l eo fm o i s t u r ea n dt e m p e r a t u r ec h a n g ed u r i n gm i c r o w a v ed r y i n gf o r l o t u s - s e e dw e r ek n o w n t h em i c r o w a v ed r y i n gp r o c e s sf o rl o t u s - s e e dw a sd i v i d e d i n t ot h r e es t a g e st h a tw e r es p e e d - u p ，c o n s t a n t s p e e da n ds p e e d - d o w n d u r i n gt h e d r y i n g , t h eb i g g e r t h em i c r o w a v ep o w e rp e rg r a m ，t h em o r ef r e q u e n tt h e d e h y d r a t i n gr a t ea n dt h es h o r t e rt h er e q u i r e dt i m e t h ec h a n g e m e n to f 。c e n t r a l t e m p e r a t u r e ，s u p e r f i c i a lt e m p e r a t u r ea n de n v i r o n m e n t a lt e m p e r a t u r ew e r ea l s o d i v i d e di n t ot h r e es t a g e st h a tw e r ep r e h e a t i n g , s t e a d y - g o i n ga n dw a r m i n g u p w h i c hw a s c o r r e s p o n g d i n gt od e h y d r a t i n gs t a g e s t h eb i g g e rt h em i c r o w a v ep o w e r p e rg r a m ，t h eh i g h e rt h ec e n t r a la n ds u p e r f i c i a lt e m p e r a t u r eo fl o t u s - s e e d ，a n d f u r t h e r m o r et h ec e n t r a lt e m p e r a t u r ew a sa l w a y sh i 曲c rt h a nt h es u p e r f i c i a l t e m p e r a t u r ea n de n v i r o n m e n t a lt e m p e r a t u r e 2 m i c r o w a v ed r y i n gk i n e t i cm o d e lf o rl o t u s s e e dw a se s t a b l i s h e d t h es u i t a b l e m o d e lw a sm r _ e 一“”0 fw h i c hrie 郴删+ 4 4 。6 7 4 “0 7 7 p 2 a n d n - 1 0 5 1 + 0 4 5 6 p - 0 2 0 2 p 2 i tw a sp r o v e dt h a tp r e d i c t e dd a t ea n de x p e r i m e n t a l d a t ew e r en e a r l ya c c o r d a n ta n dt h em o d e lc o u l db eu s e df o rd e s c r i b i n gt h ec h a n g e o f m o i s t u r ei nl o t u s - s e e dd u r i n gm i c r o w a v ed r y i n g 3 c h a n g e so fp o l y p h e n o lo x i d a s e ( p p o ) r e s i s t a n ts t a r c h ( r s ) a n dc o l o u ro f l o t u s s e e d d u r i n gm i c r o w a v ed r y i n gw e r es t u d i e d m i c r o w a v e w a su s e dt o i n a c t i v a t ep p o a c t i v i t y i tw a sv e r f i e dt h a tt h eh i 【g h e rt h em i c r o w a v ep o w e r o rt h e l o n g e rt h eh e a t i n gt i m e ，t h eb e t t e rt h er e s u l t b u tm a t e r i a l sw o u l dc a r b o n i z ei ft h e p o w e rw a s t 0 0h i g ho rt h et i m ew a st o ol o n g i tw a sg o o df o rr sw h e nt h el o w e r p o w e ra n dp r o p e rt i m ew e r ee m p l o y e d o nt h ec o n t r a r y , t h ey i e l do fr sw o u l db e 1 1 1 a f f e c t e d w h e nb e a t i n gt i m ew a st h es a m e ，l i g h t n e s s ( l ) a n dy e l l o w n e s s ( b ) o f l o t u s - s e e dw o u l dd r o pd o w ni ft h ep o w e re n h a n c e d ，b u tc h a n g e so fr e d n e s s ( a ) ， h u ea n g l ec i - i * ) a n dc h r o m a ( c ) w e r e n tw e l l - r e g u l a t e d m o r e o v e r ，w h e nt h e h e a t i n gt m e w a st h es a m e ，la n dh ow o u l dd r o pd o w n ，aw o u l dg ou p a n dt h a tb a n dcw o u l dc h a n g ea c c o r d i n gw i t hap a r a b o l i cc u r v ei ft h ep o w e ri n c r e a s e d g r a d u a l ly 4 t h ek i n e t i cm o d e lo fc o l o u rc h a n g ef o rl o t u s - s e e dw a se s t a b l i s h e db yl i n e a ra n d n o n l i n e a rr e g r e s s i o n c h r o m aw a st h eb e s ti n d e xf o r d e s c r i b i n ge o l o u rd u r i n g m i c r o w a v ed r y i n g ，f o ri tr e s p o n s e dt h ec h a n g eo fe o l o u rm o r et r u l ya n dp r e c i s e l y i t sk i n e t i cm o d e lw a sc = 一0 0 1 9 w + 2 3 0 8 t 0 1 5 4 t 2 + o 0 0 3 t 3 + 2 9 2 8 5 o f w h i c hr 2 = 0 9 6 4 p ( = o 0 0 0 ) 0 0 1 5 m i c r o w a v ea n dh o t a i rc o m b i n ed r y i n gw a sa p p l i e dt ol o t u s s e e dp r o c e s s i n g t h e o p t i m a lt e c h n o l o g yw h i c hm i c r o w a v ep o w e r , l o a d a g e ，t r a n s f o r mm o i s t u r ea n d h o t a i rt e m p e r a t u r ew e r ec o n s i d e r e d ，w a so b t a i n e db ye m p l o y i n gu n i f o r md e s i g n o fq u a s i - l e v e lo fr e h y d r a t i o nr a t e ，r sc o n t e n ta n dh u ea n g l e i tw a s i n d i c a t e dt h a t e f f e c t so ff o u rf a c t o r so nt h ei n d e xw e r ed i f f e r e n t ，b u tt h ei m p a c to fm i c r o w a v e p o w e rw a st h em o s ts i g n i f i c a n t l y m e a n w h i l e , r e g r e s s i v ee q u a t i o no fe a c hi n d e x w e r es i g n i f i c a n t l yw h i c hw a sp r o v e db ys t a t i s t i c a lt e s t t h eb e s tr e s u l tw a s o b t a i n e dw h e nm i c r o w a v ep o w e rw a s5 3 9 w , l o a d a g nw a s2 0 0 9 , t r a n s f o r m m o i s t u r ew a s3 0 a n dh o t - a i rt e m p e r a t u r ew a s7 0 c 6 e f f e c t so fd i f f e r e n td r y i n gt e c h n o l o g i e so ns h r i n k a g e ，r e h y d r a t i o nr a t i o ，c o n t e n to f r s ，e o l o u ra n do r g a n i z a t i o ns t r u c t u r eo fl o t u s s e e dw e r es t u d i e d s i xd r y i n g t e c h n o l o g i e sw e r ec o n s i d e r e dt h a tw e r es u nd r y i n g ，h o t a i rd r y i n g ，v a c u u md r y i n g , f r e e z i n gd r y i n g ，m i c r o w a v ed r y i n ga n dm i c r o w a v ea n dh o t - a i rc o m b i n ed r y i n g i t w a si n d i c a t e dt h a tt h ed i f f e r e n td r y i n gt e c h n o l o g i e sh a dd i f f e r e n te f f e c t so nt h e s h r i n k a g e ，a n dt h eo r d e ro fs h r i n k i n gd e g r e ew a st h a tf r e e z i n gd r y i n g m i c r o w a v e d r y i n g m i c r o w a v ea n dh o t - a i rc o m b i n ed r y i n g h o t a i rd r y i n g s u nd r y i n g v a c u u md r y i n g f r e e z i n gd r y i n gh a dt h eh i g l l e s tr e h y d r a t i o nr a t i o ，t h es e c o n dw a s m i c r o w a v ea n dh o t - a i rc o m b i n ed r y i n ga n do t h e r sw a sl o w e r h i g h e ry i e l do fr s w a s g o ta f t e rs u nd r y i n g ，h o t a i rd r y i n g , v a c u u md r y i n ga n df r e e z i n gd r y i n g ，b u t y e tl o w e ry i e l da f t e rm i c r o w a v ed r y i n ga n dm i c r o w a v ea n dh o t a i rc o m b i n ed r y i n g t h u s ，m i c r o w a v ei r r a d i a t i o nc o t d dm a k et h ec o n t e n to fr si nl o t u s - s e e dr e d u c e o b v i o u s l y t h eb e s tc o l o u rt h a tc l o s et ot h eo r i g i n a lw o u l db eo b t a i n e da f t e r l v m i c r o w a v ea n dh o t a i rc o m b i n ed r y i n g a n dt h es e c o n dw a sm i c r o w a v ed r y i n g a n dv a c u u md r y i n g ，a n do t h e r sw a sw o r s e o b v i o u sd i s t o r t i o na n ds h r i n k a g e h a p p e n e dt ol o t u s - s e e d sa f t e rs u nd r y i n g , h o t a i rd r y i n g , v a c u u md r y i n ga n d f r e e z i n gd r y i n g , w h e r e a st h o s ed r i e db ym i c r o w a v ed r y i n ga n dm i c r o w a v ea n d h o t a i rc o m b i n ed r y i n gc o u l dk e e po r i g i n a lo r g a n i z a t i o ns t r u c t u r eb e t t e r i tw a s i n d i c a t e dt h a tm i c r o w a v ea n dh o t a i rc o m b i n ed r y i n gw a st h eb e s tt e c h n o l o g yf o r l o t u s s e e dd r y i n g k e y w a r d s ：l o t u s s e e d ；m i c r o w a v ed r y i n g ；d r y i n gc h a r a c t e r i s t i c s ；d r y i n gk i n e t i cm o d e l ； r e s i s t a n ts t a r c h ；m i c r o w a v ea n dh o t a i rc o m b i n ed r y i n g ；q u a l i t yc h a r a c t e r i s t i c s ；d r y i n g t e c h n o l o 百e s v 独创性声明 本人声明，所呈交的学位( 毕业) 论文，是我个人在导师的指导下，进行的 研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中作了标注和致谢中己作了答谢 的地方外，论文中不包含其他人发表或撰写过的研究成果。与我一同对本研究做 出贡献的同志，都在论文中作了明确的说明并表示了谢意，如被查有侵犯他人知 识产权的行为，由本人承担应有的责任。 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名： 录袭j 日期： 砷f ；l 论文使用授权的说明 本人完全了解福建农林大学有关保留、使用学位( 毕业) 论文的规定，即： 学校有权送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 保密，在年后解密可适用本授权书。口 不保密，本论文属于不保密。 口 学位( 毕业) 论作者亲笔签名：录j 哆 指导教师亲笔签名：夕屋殇 日期：舻7 ，- w 日期：砷f 罗 第一章引言 莲子( n e l u m b on u c i f e r ag a e r t n ) ，又名水芝丹、藕实、莲米、莲蓬子等，为 睡莲科植物莲的成熟去芯种子。据考证【1 1 ，莲子最早产于我国汝南，即现在的河 南省汝南县，之后由汝南到江东、北方、 莲子产量已较大。并形成新的地道产区。 四川及福建等地，处处有之。到清代。 莲子不仅是我国特有的种质资源，也是 我国重要的特产经济资源。目前，我国莲子产区主要分布在福建、江西、湖南、 浙江、江苏、湖北、河北、台湾等地，其中福建建宁和江西广昌分别以“中国建 莲之乡”和“中国白莲之乡”著称。我国莲子的四大品系福建建莲、江西赣 莲、湖南湘莲和浙江宣莲，因其卓越的品质、丰富的营养和清新的滋味在国际市 场上也极享盛誉。 自古以来，莲子就作为一种高级滋补食品，在民间广为食用。它既可生食( 特 指鲜莲子) ，又可作成汤菜、糕点、甜食，或与多种食物搭配成营养药膳如：莲子 粥、莲子枸杞羹、人参莲子汤、莲子百合瘦肉汤等。研究表明，莲子不仅含有丰 富的营养成分，还具有特殊的滋补和疗效作用，现已列入我国卫生部公布的首批 既是食品又是药品的名单中。 1 莲子的营养价值和保健功效 莲子始载于神农本草经藕实项下，列为上品，具有安神祛火，益肾固精， 健脾补胃之功效【2 l 口中医认为，莲子性味甘、涩、平，入脾、肾、心经，有养心 安神，补脾益肠，固肾滋精，健脾除湿之功，为中医传统滋补食、药佳品。医林 篡要记载：“莲子，去心莲皮生嚼，最益人，能除烦，止渴，滋精，和血，止梦 遗，调寒热”。五锹药解载“莲子甘平，甚益脾胃，而固滋之性，最宜滑泄之 象，遗精便溏，极有良效”。本经其言：“主补中，养神，益气力”。本草拾遗 称：“令发黑，不老”。李时珍本草纲目载：“生食有清热凉血，散聚之功，熟 食有轻身益气。令人强身，还有清热散淤，养心安神，补肾、益骨、凉血”和“交 心肾，厚肠胃，固精气，强筋骨，补虑换止脾泄久痢，赤白浊，妇人带下崩 中诸血病”等功效。 现代研究表明【3 l ，莲子含有丰富的蛋白质、碳水化合物、维生素和多种人体 必需氨基酸，在必需氰基酸组成中，赖氨酸含量最高，占总氨基酸含量的比例平 均达到6 3 ，是仙人掌( 1 5 ) 的4 倍，结球甘蓝( 0 5 1 ) 的1 2 倍，黄瓜( o 1 9 ) 的3 0 倍。另外，莲子还含有丰富的磷脂、生物碱、类黄酮、水溶性多糖、超氧化 物歧化酶( s o d ) 以及钙、镁、铁等微量元素【4 j l 卯，其中水溶性多耱为5 1 6 1 3 3 2 m g g 鲜重，总黄酮为1 6 7 6 6 4 m g k g 鲜重，s o d 为3 1 8 1 8 0 0 u r a g p r o ， 钙含量达到成年人日需求量的2 2 5 ，镁含量达到成年人日需求量的7 9 3 3 ，锰 占成年人日需求量的1 5 7 。从营养学的角度来看，莲子的确是一种营养滋补佳 品。 同时，现代药理学研究也证明莲子具有增强免疫力、抗衰老、抗氧化、抗心 律失常等功效。马忠杰等1 6 1 将湖北产莲子粉碎成粉末状，按不同比例加入饲料中， 喂养w i s t a r 大鼠1 个月后，测定w i s t a r 大鼠的脏体比、t 淋巴细胞数、超氧化物 歧化酶、过氧化脂质和谷光甘肽过氧化物酶等各项指标，结果发现大鼠胸腺皮质 中t 淋巴细胞数实验组显著高于对照组，提示莲子粉具有一定增强免疫力的作用。 苗明三等f7 】观察了莲子多糖对d 半乳糖所致衰老小鼠抗氧化作用的影响，结果发 现莲子多糖可显著提高衰老小鼠血s o d 、c a t 、g s h p x 活力，显著降低血浆、 脑及肝匀浆l f o 水平，得出了莲子多糖有较好的抗衰老作用的结论。g o w c h i n y e n 等【8 l 报道了莲子的热水浸提物不会减少脂质氧化作用和人体淋巴细胞毒性， 也不会对人体淋巴细胞中d n a 产生破坏作用，相反地还会抑制由过氧化氢或其 他原因引起的淋巴细胞d n a 损伤。可见，莲子不仅营养价值高，还具有特殊的 的药用保健功效。 2 莲子干燥技术的现状 莲子中含有大量的多酚氧化酶( p p o ) ，与多酚类物质接触时，会催化多酚类 物质氧化成邻醌，再进一步氧化聚合成黑色素产生褐变，严重影响其外观品质。 因此，莲子的干燥技术十分讲究，必须当天采收，当天加工。从去莲蓬、破莲壳、 剥莲膜，到挖莲心，要求在一分钟内完成，然后再经太阳晒、炭火烘烤等工序， 加工成市售的通心莲子。 传统的莲子干燥方法是采用太阳晒或炭火烘烤，即在木炭火炉上架设钢丝筛 网，将去壳去膜去芯并清洗后的湿莲子马上置于筛网上烘烤，莲子不得重叠；晴 天时，可置室外，上晒太阳，下烤炭火。炭火要旺，以子粒间温度8 0 9 0 c 为准。 莲子与炭火火源距离为2 0 3 0 c m 。需经常翻动莲子，但不宜直接用手接触莲子， 以免影响洁白度。当烘至莲子表面有水珠渗出( 俗称出汗) 时，降低炭火温度， 转入稳烤阶段，温度控制在4 0 5 0 ，且间隔1 0 m i n 翻动一次，以不烤黄为准。 莲子烘至含水量1 1 时即可停止烘烤，冷却包装。该方法所需设备简单，只适 宜分散小批量烘烤，且需经常翻动莲子，火候难控制，耗费时间长，工时多，也 易烤黄、烤焦。 近年来，由于受到食用菌烘干技术的启发，莲子产地的有关农业技术部门设 计出了简易烤莲房。以典型的双烤箱为例j 总体呈立式长方体( 约2 8 m 1 0 m 2 o m ) ，热力系统在中部，下层设炉灶，中层设散热管，上层为风扇。火焰经缓 馒回旋上升数圈后从背面排出，加热后的空气从底铡进入两边烘干箱。烘干箱内 分1 5 至1 8 层，间距约l o 1 2 c m 。每个筛网约可放置6 k g 莲子，一个双烤箱的烤 莲房每批次约可烘干湿莲子2 0 0 k g 。烘干房应选择建造在防雨水、防火灾、交通 方便的地方。烤箱燃料采用木柴，烘烤时先将箱内空气加热至7 0 c 进行初烘，约 半小时后降至5 0 c 稳烘，烘干至产品标准即可停止烘烤。该方法虽然克服了传统 烘烤的缺点，使莲子品质有所提高，但其占地面积大，建造要求高，安全性能低， 且在莲子采收旺季，其加工量远远满足不了市场的需求。因此，有必要将现代食 品干燥技术应用到莲子的生产中，提高莲子加工水平，优化和改进莲子加工工序， 加快莲子加工产业化进程。 3 微波干燥技术的研究进展 3 1 微波干燥原理及特点 干燥是食品保藏的重要手段，在食品生产中应用非常广泛。目前，食品干燥 方法主要有热风干燥、真空干燥、冷冻干燥、流化床干燥、喷雾干燥、微波干燥、 红外加热干燥、热泵干燥、吸附式低温干燥【9 】、太阳能干燥等，以及近年来兴起 的联合干燥技术如微波真空干燥1 1 0 l 、微波远红外联合干燥1 1 1 j 、热泵微波联合干燥 1 1 2 1 、真空冷冻干燥等。其中热风干燥是应用最多、最经济的干燥方法，但经热风 干燥的食品，其色、香、昧难以保留，维生素等热敏性营养成分或活性成分损失 较大；真空干燥的干燥温度较低，可在一定程度上保留食品的色、香、味及营养 成分，但其传热速度慢，干燥时间较长；冷冻干燥的食品虽然色、香、味均好， 营养流失少，但生产成本太高。 微波技术作为一种现代高新技术在食品中的应用越来越广泛，尤其是对于产 品价值高，质量要求严，热传导率低，用传统工艺难以解决的物料，微波干燥及 其杀菌效应发挥了重要作用1 1 3 】【1 4 】。微波干燥与普通的热传递有着较大不同，它是 通过空间高频电场在空问不断变换方向，使物料中的极性分子随着电场做高频振 动，由于分子间的摩擦挤压作用，物料会迅速升温发热，从而达到干燥食品的目 的。研究表明微波干燥分3 个阶段：加速干燥、等速干燥和减速干燥阶段。每 个阶段都有各自的温度、湿度分布【1 5 i 。但总的来讲，物料内部的温度梯度和浓度 梯度很小，在温度接近1 0 0 时，压强急速升高，物料中心处压强最高，沿径向 渐减，形成压力梯度，即由蒸汽压造成的传质方向是由里向外的1 1 6 l ，所以微波加 热速度非常快。 与常规的干燥方法相比，微波干燥具有如下特点： 3 ( 1 ) 加热时间短，速度快。由于微波能够深入到物料内部，而不是靠物料本 身的热传导进行加热，所以干燥的速度快，干燥时间可缩短5 0 以上。 ( 2 ) 保持食品的营养成分和品质。微波干燥是通过热效应和非热效应共同作 用，能在较低的温度就获得所需地干燥效果，且加热均匀，产品质量高，能高度 保持食品原有的营养成分及色、香、味、形。 ( 3 ) 节能高效、安全无害。微波加热时，食品直接吸收微波能两发热，设备 本身不吸收或只吸收极少能量，节省能源，一般可节电3 0 - 5 0 。微波加热不产 生烟尘、有害气体，既不污染食品，也不污染环境。 ( 4 ) 易于控制、反映灵敏、工艺先进。微波加热控制只需调整微波输出功率， 物料加热情况可以瞬间改变，便于连续生产，实现自动化控制，提高劳动效率， 改善劳动条件，节省投资【1 ”。 3 2 微波干燥特性及动力学模型研究 目前，干燥生产过程中在线检测水分含量及物料内部温度还难以实现，故物 料干燥特性及动力学模型的研究对干燥过程的优化和控制具有重要的意义。微波 干燥实质上是物料中的水分吸收微波能后，进行迁移、扩散和蒸发的过程，因此 对干燥特性及动力学模型的研究主要集中在两方面：一是研究计算物料吸收微波 能的大小及物料内部温度场的分布规律；二是研究水分扩散、蒸发的规律。由于 物料的介电特性随水分含量的变化而变化，故物料中电场分布及吸收的微波能是 一个动态变化的过程。要十分准确地确定，需求解动态麦克斯韦方程，但这在干 燥工程设计中是没有必要的。因此，许多研究都是假设从物料表面输入的微波能 是大小均匀且与表面垂直，并假设微波能在物料内部呈指数衰减，再利用差分法 或有限元法预测物料内部温度分布大小1 1 8 l 【”1 。 近年来，随着微波干燥技术的不断应用，国内外关于微波干燥过程中水分、 温度变化规律也不断地扩大和深入1 【2 2 i 。如y rs o y s a | 1 2 0 l 研究了7 种不同的微波 功率对欧芹叶干燥速率、干燥时间和干后产品颜色的影响，发现在恒速干燥阶段 约有4 0 5 的水分蒸发，在减速阶段由于内部水分的流失，物料对微波能的吸收 减少，干燥速率下降；而干燥时间则随着微波功率的提高而缩短。 另外，关于农业物料的微波干燥动力学模型的报道也不断地增多和更新 【2 3 j f 州。目前，用来描述农业物料整个薄层干燥过程的模型一般有三种，即单项扩 散模型m r 。a e 一、指数模型m r e ”和p a g e 方程m r e ”。【2 ，其中大多数薄 层物料的微波干燥模型符合m r b 1 的方程形式。王俊等瞄】报道，香菇微波干 燥方程形式分段为m r e1 ，与p a g e 干燥方程形式完全一致，其前段干燥系数 4 为r o 2 3 e “， n 一1 4 6 3 0 0 0 6 8 t ；后段为f o 0 0 0 4 5 e o ”“， n - 1 ，7 5 0 + 0 0 0 5 9 t 。王金双等i 拍罐行了土豆片微波干燥方程的回归分析，发现 土豆片的微波干燥方程采用p a g e 方程拟合较佳，其微波干燥的前段方程为 i n ( 一i n m r ) - 一8 6 5 9 + 5 0 9 p 一1 4 9 5 p 2 + ( 1 8 7 4 0 9 1 3 p + 0 1 3 4 3 p 2 ) i n t ，后段方 程为i n ( 一i n m r ) 。2 2 6 8 6 + 2 3 8 p 一1 0 5 9 1 p 2 + ( 5 ，1 4 5 6 2 5 0 p + 2 5 6 4 p 2 ) i n t 。 3 3 微波处理对物料化学成分影响的研究 3 3 1 微波处理对酶活性的影响 酶是活细胞产生的具有高效催化功能、高度专一性和高度受控性的一类特殊 蛋白质l 明酶在食品保藏和加工中具有重要的作用【圳，一方面它可以促进植物原 材料的生长和发育，改善动物原材料的风味和质构：而另一方面它又会加速原材 料的老化、腐败与变质，导致食品品质下降，贮藏时间缩短。因此如何控制酶 活力成为食品保藏和加工中的重要问题。目前，食品工业中最常用的灭酶方法是 热加工和冷冻。传统的热加工是采用沸水热烫或蒸气“煮白”，酶失活时间较长， 容易造成物料水溶性维生素和汁液流失，影响食品质量：采用冷冻法时，解冻后 台勺物料酶活性往往高于原始酶活性，同时还易造成营养成分流失。 当微波加热时，其物理环境有温度场和电磁场，这两种场对物料作用能产生 两方面的效果：一是微波的热效应，即微波能转化为物料升温的热能而对物料加 热；另一是微波的非热效应，郎微波与物料中生物活性组成部分( 如蛋白质酶、 多酚氧化酶) 或混合物( 如细菌、霉菌等) 等相互作用，使其生物活性得到抑制 或激励( 视微波电磁场的频率和强度等因素以及物料生物活性灭活阈值而定) 1 2 9 1 ， 也就是灭酶或灭菌效果。微波灭酶与常规加热灭酶相比，具有快速、彻底的效果： ( 1 ) 两种场合作用，与单一温度场相比，大大加强被加热物料的蛋白质变性作用； ( 2 ) 以温度场与电磁场的作用相比，后者大大强于前者p 川。 目前，国内外对微波灭酶机理进行了大量研究。并已将微波应用于部分果蔬 的灭酶处理中王绍林1 3 0 l 比较了水溶加热法和微波加热法酶活性的失活曲线，发 现常规加热法中曲线峰值出现的时间远滞后于微波法，即微波法逾越酶活力峰值 的时间极短，十分有利于减少物料处理时因酶的活动而对物料内营养物质的过多 消耗；他还用微波对人参作灭酶试验，发现经微波处理后人参干制品中皂甙含量 明显提高。瑞典使用3 0 k w 、2 4 5 0 m h z 微波设备，对装在真空包装袋内、浸在维 生素c 溶液中的土豆进行酶灭活处理每小时加工量为6 0 0 k g ；加拿大采用微波 杀灭芥子籽粒中的葡糖磕苷酶，以减少芥子粉的刺激性【2 9 】。 微波灭酶效果与微波条件的控制密切相关。刘慧霞等指出不同强度、不同 时间的微波辐射处理对蔗汁氧化酶活性的抑制程度不一样，在中等强度( 3 2 0 w ) 和中高强度( 4 5 0 w ) 的微波中处理4 r a i n 即可取得最佳抑制多酚氧化酶活性的效 果，而高强度( 6 5 0 w ) 微波处理2 r a i n 即可，过高强度或过长时间的微波处理反 而会导致蔗汁变色。 另外，有研究表明微波灭酶并不适合所有的食品原料。如杨大伟等1 3 2 1 探索了 黄花菜预处理过程中合理抑制p o d 活力的方法，发现微波并不能杀灭黄花菜中的 非常耐热的p o d 。 3 3 2 微波处理对淀粉的影响 淀粉是谷类食品的主要成分，谷类食品的品质与其淀粉含量、种类及存在状 态密切相关。完全干燥的淀粉很少吸收微波，但是在正常存在条件下，淀粉都含 有水分，并且与许多其他粮食组分共同存在，这样微波对淀粉就会产生一定的作 用。郑铁松等p 3 1 报道稻米经微波处理后不溶性直链淀粉含量略有下降，糊化温度、 粘度、胶凝性、破损值和可溶性直链淀粉略有升高，而总淀粉及全部直链淀粉含 量则变化很小。gl e w a n d o w i c z a 等l ”觇察了微波对小麦、玉米和蜡质玉米淀粉 理化性质及结构的影响，发现经微波处理后的三种淀粉糊化温度明显升高，可溶 性和结晶度下降，但不同品种淀粉变化程度不同。jp i n k r o v a 等采用碾磨后 的大米为原料进行微波试验，得出的结论与文献【3 3 】基本一致。 淀粉是人体能量的主要供应来源，依据淀粉在人体小肠内的生物可利用性， 可将其分为三类：易消化淀粉( r e a d yd i g e s t i b l es t a r c h ，r d s ) ，不易消化淀粉 ( s l o w l yd i g e s t i b l es t a r c h ，s d s ) 和抗性淀粉( r e s i s t a n ts t a r c h ，r s ) 。r s 是指“不 能在健康正常人小肠中消化吸收的淀粉及其降解物”，它广泛存在于淀粉及含淀粉 的食物中