易 麗，楊 薇，王 晨，于啟洋

（昆明理工大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，云南昆明 650500）

番木瓜片真空冷凍干燥工藝研究

易 麗，*楊 薇，王 晨，于啟洋

（昆明理工大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，云南昆明 650500）

為了確定番木瓜片真空冷凍干燥的工藝參數(shù)，對(duì)番木瓜片真空冷凍干燥加工工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究。通過(guò)正交試驗(yàn)，研究了物料厚度、升華溫度及預(yù)凍溫度對(duì)凍干品復(fù)水比、色澤的影響；并采用多指標(biāo)綜合加權(quán)評(píng)分法對(duì)復(fù)水比、色澤進(jìn)行綜合評(píng)定，以優(yōu)化其工藝參數(shù)。結(jié)果表明，升華溫度對(duì)干燥綜合效果有顯著影響，物料厚度及預(yù)凍溫度對(duì)干燥綜合效果影響不顯著；影響的主次順序?yàn)樯A溫度＞預(yù)凍溫度＞物料厚度；最佳工藝參數(shù)為物料厚度3 mm，升華溫度35℃，預(yù)凍溫度-40℃時(shí)，復(fù)水比為5.36，總色差值為9.03。該研究結(jié)果可為番木瓜片的實(shí)際生產(chǎn)提供一定的參考。

番木瓜片；真空冷凍干燥；工藝參數(shù)；正交試驗(yàn)；綜合加權(quán)評(píng)分法

In order to confirm the optimum technological parameter in vacuum-freeze-drying of papaya slices，the orthogonal test is carried out to study the effects of material thickness，sublimation temperature and pre freezing temperature on rehydration ratio and color.Multi index synthetic weighted mark method is used to calculate the comprehensive score of test indexes.The results showe that the sublimation temperature has a significant effect on the drying effect，and the effect of material thickness and pre freezing temperature on the drying effect is not significant.The primary and secondary order of influence is sublimation temperature，pre freezing temperature，material thickness.When the material thickness is 3 mm，the sublimation temperature is 35℃，the pre freezing temperature is-40℃，the complex water ratio is 5.36，the color difference value is 9.03.The results can be used for the actual production of papaya slices.

papaya slices；vacuum-freeze-drying；technical parameters；orthogonal experiment；weighted grading method

番木瓜（Carica papaya Linn）俗稱木瓜、萬(wàn)壽果等。為多年生常綠草本植物，屬于番木瓜科番木瓜屬，是典型的熱帶水果，原產(chǎn)于中美洲地區(qū)和墨西哥南部，在我國(guó)已有300多年的種植歷史，云南、廣東、海南等省均有栽培，富含VC、木瓜蛋白酶等多種成分，具有抗癌、抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)、美容等功效，享有百益果王、嶺南佳果等美譽(yù)［1-3］。番木瓜的水分含量較高，采收后，鮮果的生命活動(dòng)仍很旺盛，呼吸強(qiáng)度大、極易腐爛變質(zhì)、難以貯藏保鮮，而將番木瓜進(jìn)行干燥，既可提高其貨架壽命、減少損失，又可提高產(chǎn)品附加值［4-5］。

目前，番木瓜干燥加工仍是以傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥為主，國(guó)內(nèi)外不少研究人員也開(kāi)展了關(guān)于番木瓜的干燥研究，如高鶴等人［6］研究了中短波紅外輻射和熱風(fēng)干燥對(duì)番木瓜片品質(zhì)的影響；張麗華等人［7］采用熱風(fēng)干燥、微波干燥、熱風(fēng)與微波組合干燥法對(duì)木瓜的干燥特性進(jìn)行了研究；Nimman pipug N等人［8-9］研究了滲透脫水時(shí)間對(duì)番木瓜熱風(fēng)干燥和微波真空干燥特性的影響。真空冷凍干燥可保持新鮮食品的色、香、味，避免傳統(tǒng)干燥方法容易產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)成分損失和表面硬化現(xiàn)象；其次，脫水徹底、質(zhì)量輕、適合長(zhǎng)途運(yùn)輸和長(zhǎng)期貯藏，并且干制品不失原有的固體結(jié)構(gòu)、復(fù)水性好、速溶性強(qiáng)、食用簡(jiǎn)單方便等。因此，有人將真空冷凍干燥譽(yù)為21世紀(jì)的食品加工技術(shù)［10-11］。李愛(ài)玲等人［12］聯(lián)合使用真空冷凍干燥技術(shù)和超微粉碎技術(shù)制得了凍干木瓜超微粉，用正交試驗(yàn)方法研究了真空度、加熱溫度、冷凝溫度3個(gè)因素對(duì)凍干率的影響，得出了木瓜最佳升華干燥的條件；滕建文等人［13］對(duì)番木瓜凍干脆片的色澤、硬度、多孔率、體積收縮率和復(fù)水率等結(jié)構(gòu)特性參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，研究了原料成熟度對(duì)凍干產(chǎn)品品質(zhì)的影響；董會(huì)龍［14］通過(guò)對(duì)番木瓜凍干產(chǎn)品的多孔率、復(fù)水率、硬度等結(jié)構(gòu)特性分析，探索真空冷凍干燥過(guò)程中造成番木瓜凍干脆片塌陷的可能因素。

綜上可知，目前尚沒(méi)有人研究過(guò)物料厚度、升華溫度和預(yù)凍溫度3個(gè)因素對(duì)番木瓜片復(fù)水比以及色澤干燥綜合效果的影響。因此，本文在前人成果的基礎(chǔ)上，研究了這3個(gè)試驗(yàn)因素對(duì)番木瓜干燥綜合效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果可為實(shí)際生產(chǎn)提供一定的參考。

1 材料與方法

從昆明市呈貢縣當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)購(gòu)買個(gè)體完整、大小均勻、無(wú)機(jī)械損傷、表皮色澤由綠轉(zhuǎn)黃、質(zhì)地較硬的番木瓜作為試驗(yàn)原料。

XY-FD-18S型冷凍干燥機(jī)，上海欣諭儀器有限公司產(chǎn)品；CR-400型色彩色差計(jì)，柯尼卡美能達(dá)公司產(chǎn)品；BL310型電子分析天平（精度0.01 g），德國(guó)賽多利斯集團(tuán)產(chǎn)品；游標(biāo)卡尺（精度0.02 mm），成都成量工具有限公司產(chǎn)品；干燥器2個(gè)，燒杯、培養(yǎng)皿若干。

1.3.1 工藝流程

清洗→削皮→剖分→去瓤、去籽→沿軸向等厚度切片→裝盤預(yù)凍→升華干燥→解析干燥→成品→包裝。

1.3.2 操作要點(diǎn)

（1）初始含水率測(cè)定。依據(jù)GB 5009.3—2010，測(cè)得番木瓜初始含水率的平均值為88.06 g/100 g（對(duì)應(yīng)干基含水率為737.18 g/100 g）。

（2）原料處理。將削皮、去瓤、去籽后的番木瓜，沿軸向切成厚度分別為3，5，7 mm的切片。

（3）裝盤預(yù)凍。將切好的番木瓜片單層平鋪于物料盤中，并將溫度計(jì)插入物料中心，進(jìn)行3組平行試驗(yàn)，每組番木瓜質(zhì)量為100 g左右，隨后放入冷凍室進(jìn)行預(yù)凍，直至物料溫度達(dá)到試驗(yàn)所需預(yù)凍溫度（-40，-35，-30℃）。

（4）抽真空。將物料盤從冷凍室中取出，放入干燥室，開(kāi)啟真空泵，抽真空至干燥室壓強(qiáng)小于100 Pa。

（5）真空冷凍干燥。開(kāi)啟真空冷凍干燥，直至最終產(chǎn)品的含水率達(dá)到8 g/100 g（干基）以下。

影響冷凍干燥效果的主要因素有物料特性、冷凍方式、物料裝載量、預(yù)凍溫度、冷阱溫度、加熱板溫度、升華溫度、干燥室壓強(qiáng)等［15］。結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的儀器情況，除去不可控制因素，主要選取物料厚度、升華溫度及預(yù)凍溫度3個(gè)因素進(jìn)行L9（34）的正交試驗(yàn)，各試驗(yàn)因素水平通過(guò)預(yù)試驗(yàn)確定，以復(fù)水比、色澤的綜合加權(quán)評(píng)分值來(lái)考察各影響因素對(duì)番木瓜凍干效果的影響，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，試驗(yàn)結(jié)果取 3次的平均值。

正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

（1）復(fù)水比。物料干燥后復(fù)水特性總是作為食品的品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其大小在很大程度上取決于所采用的干燥方法。產(chǎn)品復(fù)水性能一般用復(fù)水比表示，其計(jì)算公式如下：

式中：RR——復(fù)水比；

Mf——產(chǎn)品復(fù)水瀝干后的質(zhì)量，g；

Mg——復(fù)水前產(chǎn)品的質(zhì)量，g。

試驗(yàn)時(shí)，將稱好一定質(zhì)量的樣品放入40℃恒溫蒸餾水中，30 min后取出瀝水20 min，稱取其樣品的質(zhì)量［16］。每組進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，結(jié)果取平均值。

（2）色澤。色澤是評(píng)價(jià)干制果品品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，可以直接影響消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的接受程度，在脫水過(guò)程中保留果蔬的原有天然色澤非常重要。本試驗(yàn)采用色彩色差計(jì)測(cè)定番木瓜的色澤，用ΔE代表被測(cè)物體色澤（L值，a值，b值）與鮮樣（L*值，a*值，b*值） 的色差［17］。其中ΔE按公式（2） 計(jì)算［18］，試驗(yàn)取3個(gè)平行樣，以平均值計(jì)算總色差值。

式中：L值，a值，b值——樣品的明度值、紅綠值、黃藍(lán)值

L*值，a*值，b*值——鮮樣的明度值、紅綠值、黃藍(lán)值；

ΔE——總色差值。

綜合加權(quán)評(píng)分法是將多指標(biāo)試驗(yàn)的結(jié)果，根據(jù)各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)在整個(gè)試驗(yàn)中的重要性，確定出其所占的權(quán)重，將多指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)化為一個(gè)綜合指標(biāo)，然后利用單指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果的分析方法來(lái)處理其試驗(yàn)結(jié)果。這種多指標(biāo)綜合加權(quán)評(píng)分法可較好地避免單一指標(biāo)評(píng)價(jià)的片面性，使分析結(jié)果更為科學(xué)和客觀［19］。

番木瓜片真空冷凍干燥的目標(biāo)是獲得較大的復(fù)水比和較小的總色差值，即復(fù)水比越大，總色差值越小，干燥性能越好。另外，試驗(yàn)指標(biāo)還存在數(shù)量級(jí)和量綱不同的問(wèn)題。為了統(tǒng)一各指標(biāo)的趨勢(shì)要求，消除各指標(biāo)間的不可公度性，本試驗(yàn)以綜合加權(quán)評(píng)分值越小越好為準(zhǔn)則，參照文獻(xiàn)［19］對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并計(jì)算得到綜合加權(quán)評(píng)分值。

主要運(yùn)算步驟有：

（1）各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的確定。由熵值法［19］確定各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，即復(fù)水比的權(quán)重為0.65，總色差值的權(quán)重為0.35。

（2）計(jì)算綜合加權(quán)評(píng)分值。每次試驗(yàn)的綜合加權(quán)評(píng)分值可由公式（3）計(jì)算得出。

式中：yj——第j號(hào)試驗(yàn)的綜合加權(quán)評(píng)分值；

RRjmax——復(fù)水比的最大值；

RRj——第j號(hào)試驗(yàn)的復(fù)水比；

（RRjmax-RRj）min，（RRjmax-RRj）max——數(shù)據(jù)RRjmax-RRj中的最小值、最大值；

ΔEj——第j號(hào)試驗(yàn)的總色差值；

ΔEjmin，ΔEmax——總色差值的最小值、最大值。

2 結(jié)果與分析

為確定番木瓜片真空冷凍干燥的較優(yōu)工藝參數(shù)組合以及各因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響的強(qiáng)弱，用Excel軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析，用SPSS 19.0軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析。

正交試驗(yàn)安排及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 正交試驗(yàn)安排及試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)因素水平的變化對(duì)試驗(yàn)結(jié)果平均值的影響，可根據(jù)表2作出因素-效果趨勢(shì)圖。

因素-效果趨勢(shì)見(jiàn)圖1。

圖1 因素-效果趨勢(shì)

由表2可知，極差值的情況為RB＞RC＞RA＞R空列。因素A，B，C的極差均大于空列的極差，說(shuō)明因素之間不存在交互作用；極差越大，表示該因素的變動(dòng)對(duì)干燥綜合效果的影響越大，故對(duì)干燥綜合效果的影響作用依次為B＞C＞A，即升華溫度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響最大，其次是預(yù)凍溫度、切片厚度的影響最??；由圖1可知A，B，C這3個(gè)因素的最優(yōu)水平分別是第1水平、第2水平、第1水平。由此得到較優(yōu)方案為A1B2C1，即較優(yōu)的凍干工藝條件為物料厚度3 mm，升華溫度35℃，預(yù)凍溫度-40℃。

綜合加權(quán)評(píng)分值的方差分析見(jiàn)表3。

表3 綜合加權(quán)評(píng)分值的方差分析

為了更精確地估計(jì)各因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響的重要程度，本文進(jìn)一步對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了方差分析，其結(jié)果見(jiàn)表3。由表3中概率一列可知，B因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有極顯著性影響（p＜0.01），A，C 2個(gè)因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響不顯著（p＞0.05）；因素A，B，C的顯著水平分別為0.319，0.003，0.115，其影響的主次順序仍為B＞C＞A，與直觀分析的結(jié)果一致。

按番木瓜真空冷凍干燥的優(yōu)方案A1B2C1進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果取3次的平均值。

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 試驗(yàn)結(jié)果

番木瓜片真空冷凍干燥的目的是獲得較大的復(fù)水比和較小的總色差值。由表4可知，在最優(yōu)組合條件下，所得到產(chǎn)品的復(fù)水比為5.36，總色差值為9.03，與表2中的復(fù)水比的最大值5.45，總色差值的最小值9.07相比幾乎一致。因此，驗(yàn)證了正交試驗(yàn)所得到的最優(yōu)水平組合是可信的。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析，得到番木瓜片真空冷凍干燥的較優(yōu)工藝參數(shù)組合為升華溫度35℃，預(yù)凍溫度-40℃，物料厚度3 mm；由方差分析結(jié)果進(jìn)一步得到升華溫度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響顯著，物料厚度、預(yù)凍溫度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響不顯著，其主次順序?yàn)樯A溫度＞預(yù)凍溫度＞物料厚度。

（2）在較優(yōu)工藝參數(shù)組合條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得到試驗(yàn)樣品的復(fù)水比為5.36、總色差值為9.03，與正交試驗(yàn)組中最大復(fù)水比5.45、最小總色差值9.07靠近，說(shuō)明優(yōu)化結(jié)果具有較好的可信度。該研究成果，可為番木瓜片的實(shí)際生產(chǎn)提供一定的參考。參考文獻(xiàn)：

［1］ 張海東，胡小嬋.世界番木瓜科研發(fā)展現(xiàn)狀研究 ［J］.世界農(nóng)業(yè)，2013（11）：24-27.

［2］Tripathi S，Suzuki J Y，Carr J B，et al.Nutritional composition of Rainbow papaya，the first commercialized transgenic fruit crop［J］.Journal of Food Composition and Analysis，2011，24（2）：140-147.

［3］ 劉德兵，曾曉鵬，陳子妹，等.我國(guó)選育的番木瓜品種介紹 ［J］.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)，2007（1）：47-49.

［4］Loaise Emy Kurozawa，Miviam Dupas Hubinger，Kill Jin Park.Glass transition phenomenon on shrinkage of papaya during convective drying［J］.Journal of Food Engineering，2012，108（1）：43-50.

［5］ 李銘，陳冬梅，侯萍，等.木瓜熱風(fēng)干燥和冷凍干燥的研究現(xiàn)狀和展望 ［J］.食品研究與開(kāi)發(fā)，2013，34（16）：121-123.

［6］ 高鶴，易建勇，畢金峰，等.中短波紅外和熱風(fēng)干燥對(duì)番木瓜干燥特性及品質(zhì)的比較 ［J］.現(xiàn)代食品科技，2015，31（2）：190-195.

［7］ 張麗華，徐懷德，李順?lè)?不同干燥方法對(duì)木瓜干燥特性的影響 ［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2008，39（11）：70-75.

［8］Nimmanpipug N，Therdthai N.Effect of osmotic dehydration time on hot air and microwave vaccum dring of papaya［J］. Food and Applied Bioscience Journal，2013（1）：1-10.

［9］Nimmanpipug N，Therdthai N，Dhamvithee P.Characterisation of osmotically dehydrated papaya with further hot air and microwave vaccum dring［J］.International Journal of Food Science&Technology，2013，48（6）：1 193-1 200.

［10］華澤釗.冷凍干燥新技術(shù) ［M］.北京：科學(xué)出版社，2005：8-12.

［11］潘永康，王喜忠，劉向東.現(xiàn)代干燥技術(shù) ［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：460.

［12］李愛(ài)玲，翟文俊.凍干光皮木瓜超微粉的加工工藝 ［J］.食品科學(xué)，2009（18）：222-224.

［13］滕建文，韋保耀，董會(huì)龍，等.原料成熟度對(duì)番木瓜凍干脆片品質(zhì)的影響 ［J］.食品工業(yè)科技，2013（17）：78-81.

［14］董會(huì)龍.番木瓜凍干脆片塌陷現(xiàn)象影響因素研究 ［D］.南寧：廣西大學(xué)，2012．

［15］王瑩.食品冷凍干燥工藝的參數(shù)分析及其強(qiáng)化措施 ［J］.節(jié)能技術(shù)，2007（4）：309-311.

［16］陳健凱，林河通，林藝芬，等.基于品質(zhì)和能耗的杏鮑菇微波真空干燥工藝參數(shù)優(yōu)化 ［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014（3）：277-284.

［17］M N A Hawlader，Conrad O Perera.Drying of guava and papaya：Impact of different drying methods［J］.Drying Technology，2006（1）：77-87.

［18］高鶴，易建勇，劉璇，等.響應(yīng)面法優(yōu)化番木瓜變溫壓差膨化干燥工藝 ［J］.食品科學(xué)，2014（24）：51-56.

［19］陶菊春，吳建民.綜合加權(quán)評(píng)分法的綜合權(quán)重確定新探 ［J］.系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2001（8）：43-48.◇

1671-9646（2016）09a-0019-04

TS255.3

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.09.006

2016-07-08

易 麗（1992— ），女，在讀碩士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工與機(jī)械。

楊 薇（1963— ），女，碩士生導(dǎo)師，副教授，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工與機(jī)械。