切片厚度对柠檬片热风干燥特性及相关品质的影响研究

切片厚度对柠檬片热风干燥特性及相关品质的影响研究
作者：葛帅徐海山丁胜华王蓉蓉
来源：《农产品加工·上》2019年第07期
摘要：以新鲜柠檬为原料，研究切片厚度（2，3，4 mm）对柠檬片干燥特性及相关品质的影响，以确定适合柠檬片热风干燥的最佳切片厚度。

结果表明，柠檬片整个干燥过程是一个降速阶段，随着切片厚度的增加，干燥速率降低，干燥时间延长，水分有效扩散系数减小。

其中，切片厚度为3 mm的柠檬片在室温和高温（75 ℃）下的复水比都较高且复水后结构完整、色泽好，干制的柠檬片组织较完整、收缩比较低。

因此，综合柠檬片热风干燥特性及相关品质，切片厚度为3 mm是适合柠檬片热风干燥的最佳厚度。

关键词：柠檬片;切片厚度;热风干燥;干燥特性;品质
中图分类号：TS255.42; ; ; 文献标志码：A; ; doi：10.16693/ki.1671-9646
（X）.2019.07.001
Abstract：Effects of lemon slice thickness（2，3，4 mm）on drying characteristics and quality of lemon slices were investigated and lemon slices hot-air drying the optimal process parameters for slice thickness were determined. The results showed the drying of lemon slices showed a reduced rate. The dying rate decrease，drying time extended and effective diffusion coefficient of the lemon slices decreased as lemon slices thickness increased，thus，it found that the lemon slices thickness of 3 mm have higher rehydration ration，lower shrinkage ratio and better tissue structure after rehydrating than other. Based on the above analysis，the best slice thickness was 3 mm.
Key words：lemon slice;slice thickness;hot air dying;characteristics;quality
柠檬（Citrus limon）属芸香科柑橘属常绿小乔木[1]，富含果胶、有机酸、酚类物质、维
生素，以及Ca，Mg，Fe，P，Zn等多种微量元素，具有杀菌、美容、润喉、提神、降低胆固醇、预防坏血病和心脑血管动脉硬化等多种功效[2-4]。

新鲜柠檬味极酸，一般不生食，且由于含水量较高（约为85%）不耐贮藏，通常将其加工成饮料或干制品以延长货架期[5]。

其中，柠檬片由于其食用方便、轻便易携带、价格实惠等特点，已越来越受消费者的喜爱。

目前，国内外关于柠檬片干燥的研究主要集中在热风干燥[6]、远红外干燥[7]、真空冷冻干燥[8-9]等方面，研究内容大多是围绕干燥工艺的优化及干燥模型的建立。

然而，切片厚度作为影响柠檬片干燥的重要因素之一[1，10]，关于其对干燥特性及相关品质影响的研究仍然较少。

因此，试
验以新鲜柠檬为原料，研究切片厚度对柠檬片热风干燥特性及相关品质的影响，包括干基含水量、水分比、干燥速率、水分有效扩散系数、复水比、收缩比等，以确定适合柠檬片热风干燥的最佳切片厚度，为柠檬片热风干燥的商业化和规模化发展提供理论基础。

1; ;材料与方法
1.1; ;主要材料
新鲜的尤力克黄柠檬（产地四川），购于湖南农业大学东之源超市，要求挑选成熟度一致、大小均一、无机械损伤和病虫害的果实，并置于4 ℃下备用。

1.2; ;主要仪器与设备
DHZ-9240A型电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司产品;CF16RXII型高速冷冻离心机，日本日立公司产品;W201D型恒温水浴锅，上海申顺生物科技有限公司产品;AUY-220型电子分析天平，日本岛津公司产品。

1.3; ;工艺流程
挑选分级→清洗→風干→切片（2，3，4 mm）→热风干燥（60 ℃）→称质量（含水量低至10%）→指标测定。

1.4; ;测定方法
1.4.1; ;初始含水率测定
采用GB 5009.3—2010测定柠檬片的水分。

在测定前先按照上述公式对不同厚度的鲜样进行测定，干燥试验后再对干样进行测定，收缩比即为V干样/V鲜样。

1.5; ;数据分析
运用Origin 8.0软件处理数据、作图并分析各处理的差异显著性;每个处理重复3次，数据结果以平均值±标准差表示。

2; ;结果与分析
2.1; ;切片厚度对柠檬片热风干燥特性的影响
2.1.1; ;干基含水量和水分比
切片厚度对柠檬片干基含水量（a）和水分比（b）的影响见图1。

图1（a）反映了切片厚度对柠檬片干基含水量的影响。

不同切片厚度的柠檬片干基含水量变化趋势相同，都随干燥时间的增加而逐渐降低。

干基含水量在干燥前期下降最快，随后下降缓慢直至不变，这与Akpinar E等人[14]的研究结果相似。

这是由于干燥前期失去的主要是自由水，切片表面水分受热后迅速蒸发，且由于切片表面水分不断被空气带走，导致柠檬片表面空气和热风之间形成湿度差，同时柠檬片内部与表面也会形成湿度差，所以内部水分不断向外部扩散，干基含水量下降迅速[15]。

而在干燥后期以失去结合水为主，且由于柠檬片发生收缩，结构破坏，导致水分难以向外扩散，干基含水量下降缓慢[16]。

切片厚度是影响柠檬片干燥过程中干基含水量变化的重要因素，切片厚度越大，柠檬片内部传热传质阻力越大[1]，所
需的干燥时间越长。

其中，相比于其他处理组的柠檬片，当切片厚度为2 mm时，其所需的干燥时间最短，达到干燥终点的时间仅需要190 min，而4 mm柠檬片热风干燥需要的时间约为720 min，二者相差3倍左右。

这主要是由于切片厚度的增大导致传热阻力增加，使传热速率降低，干燥所需时间增加，这与黄艳斌等人[1]的研究结果一致。

图1（b）反映的是切片厚度对柠檬片水分比的影响。

如图所示，各处理组水分比的变化趋势相同，即随干燥时间的增加水分比逐渐降低。

同干基含水量的变化一致，在干燥前期，柠檬片水分比下降的速率最快，随后下降缓慢趋于平缓。

相比于其他处理组，切片厚度为2 mm 的柠檬片水分比降低到终点所需的时间最短，随着切片厚度的增加，水分比降低所需的时间逐渐增加，这主要是由于物料厚度引起水分迁移距离发生变化，从而导致单位体积有效干燥面积发生改变[17]。

因此，柠檬片干燥特性受切片厚度的影响较大，厚度越薄，干燥曲线越陡，所需的干燥时间越短[6]。

2.1.2; ;干燥速率
切片厚度对柠檬片干燥速率的影响见图2。

柠檬片干燥过程是一个降速阶段，干燥过程中随着干基含水量的降低，干燥速率也逐渐下降。

王蓉蓉等人[6]和黄艳斌等人[1]也得出相同的规律，干燥过程分为恒速阶段和降速阶段，恒速阶段时间短，降速阶段时间长，整个干燥过程表现为随着干基含水量减少，干燥速率逐渐下降的降速过程。

切片厚度是影响柠檬片干燥速率的重要因素，切片厚度越薄，比表面积越大，水分蒸发得越快，干燥速率越快。

另外，水分迁移距离越小，与干燥介质的相对接触面积也越大，干燥速率越快，达到干燥终点所需的时间最短[18-19]。

2.1.3; ;有效扩散系数
切片厚度对柠檬片水分有效扩散系数的影响见图3，切片厚度对柠檬片水分有效扩散系数的影响见表1。

有效扩散系数反映了物料在干燥条件下的脱水能力[20]，切片厚度对柠檬片水分有效扩散系数的影响如表1所示。

从表1中可看出，切片厚度是影响水分有效扩散系数变化的主要因素，当切片厚度为2 mm时，柠檬片水分有效扩散系数为1.527 78×10-9，高于其他处理组。

且随着厚度的增大，有效扩散系数呈减小的趋势，3 mm和4 mm柠檬片有效扩散系数间差别不大。

然而，关于切片厚度对果蔬有效扩散系数的影响在相关研究中得到了相反的结果，张赛等人[17]研究表明，香蕉切片厚度越大其有效扩散系数越高。

产生这种结果的原因主要是由于干燥过程中果蔬表面发生硬化，水分传输阻力加大，导致切片厚度较薄的物料有效扩散系数较小。

分析二者的差别表现切片厚度是造成差异的主要原因，在上述香蕉切片干燥试验中，选取的切片厚度范围分别为7.5～12.0 mm和1～2 cm，厚度相对较大，所以干燥过程中表面硬化的作用较为明显。

然而，综合考虑柠檬片干燥特性及相关品质，试验选取的切片厚度为2～; 4
mm，要明显小于香蕉的切片厚度，所以表面硬化的影响相对较小。

由此也可以看出，物料特性对于果蔬切片厚度的选择具有重要影响，从而进一步影响干燥中的水分有效扩散系数。

2.2; ;切片厚度对柠檬片相关品质的影响
2.2.1; ;复水比
切片厚度对柠檬片复水比的影响见图4，干制柠檬片在室温和75 ℃下复水后效果见图5。

复水比是衡量干制品品质的重要指标，反映了干制品恢复新鲜状态的程度[13]。

从图4中可看出，不同温度下各处理组的复水比变化趋势一致，都随复水时间的延长逐渐增加，且在复水前期复水比上升较快，随着复水时间的延长，复水比上升减慢直至平缓。

同室温下相比，在75 ℃條件下柠檬片的复水时间明显缩短，大约都在70 min内达到最大值，而室温条件下各处理组达到复水比最大值所需的时间约为160 min。

此外，切片厚度对于干制柠檬片复水比具有重要影响，切片厚度越小，复水效果越好。

这是由于切片越薄，比面积越大，复水过程中切片表面与水接触更充分，吸水效率提高，从而复水比升高[21]。

当切片厚度为3 mm时，所需的复水时间较短，室温和75 ℃复水条件下所需时间分别约为85 min和55 min，且通过图5可看出，其能较好地保持柠檬片的完整性与色泽。

因此，综合复水时间和复水效果来看，切片厚度为3 mm在维持较高复水比的情况下也能较好地保持柠檬片的品质。

2.2.2; ;收缩比
切片厚度对柠檬片收缩比的影响见图6。

收缩比反映了柠檬片干制后的形态，干燥后物料形态的保留是衡量产品品质的重要指标，干燥前后体积变化越小，即收缩比越大，干制品品质越好[22]。

从图6可看出，随切片厚度的增加，柠檬片的收缩比逐渐增加。

尤其对于4 mm厚度的柠檬片，其收缩比可达到约0.26，显著高于其他处理组。

这主要是由于切片厚度越大，结构越稳定，干燥过程中组织结构破坏程度越小，导致干燥前后体积变化越小。

对于厚度为2 mm的柠檬片，组织结构更为松软，在干燥时结构极易发生形变，内孔容积收缩，几乎全用来弥补组织间隙间水分的丧失[23]。

因此，综合干燥特性及收缩比的变化，切片厚度为3 mm时对柠檬片品质的保持效果最好。

3; ;结论
以新鲜柠檬为原料，探讨不同切片厚度（2，3，
4 mm）对柠檬片干燥特性及相关品质的影响，旨在确定柠檬片热风干燥的最佳厚度，为干制柠檬片的加工提供理论基础。

结果表明，切片厚度是影响柠檬片干燥特性及相关品质的重要因素，随切片厚度的增加，干燥速率降低，干燥时间延长，水分有效扩散系数减小。

同其他处理组相比，切片厚度为3 mm时柠檬片在室温和高温（7
5 ℃）条件下的复水比都较高，复水时间较短，且复水后效果较好，同时组织结构变化较小、收缩比较高，能更好地保持干制柠檬
片的品质。

因此，综合柠檬片干燥特性及相关品质，切片厚度为3 mm是适合柠檬片热风干燥的最佳厚度。

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