劉海波 , 王佳倩, 李 耀, 金雪凍, 朱 靜, 王 輝, 劉 雄

(信陽農(nóng)林學院1，信陽 464000) (西南大學食品科學學院2，重慶 400715) (貴州省生物技術(shù)研究所3，貴陽 550006)

馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)，又名土豆、洋芋、山藥蛋等，作為三大主糧的補充，富含碳水化合物、蛋白質(zhì)、無機鹽和維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，具有“營養(yǎng)之王”的美稱[1-3]。除了鮮食和飼用外，大量的馬鈴薯要進行長期儲存保藏，但新鮮的馬鈴薯含水量在80%以上，由于其含水率高、上市量集中且運輸成本高，不便于長期儲藏，若不及時處理較易腐爛變質(zhì)，造成嚴重的資源浪費[4，5]。因此，干制馬鈴薯片成為新鮮馬鈴薯的主要加工產(chǎn)品，對滿足市場需求具有重要意義。

干燥是制作馬鈴薯片中必不可少的工序，其主要目的是除去水分，防止細菌、霉菌等微生物的滋生造成營養(yǎng)物質(zhì)的流失[6]。在食品工業(yè)中，常用的干燥方式有噴霧干燥、真空冷凍干燥、微波干燥、對流干燥、熱泵干燥等[7-11]。熱泵干燥是以熱空氣為干燥介質(zhì)，將熱量傳遞給物料，使其表面的水分汽化，內(nèi)部和表面之間產(chǎn)生水分梯度差，內(nèi)部的水分因此以氣態(tài)或液態(tài)的形式向表面擴散，從而達到干燥的目的，具有高效節(jié)能、操作簡單、適用范圍廣、經(jīng)濟環(huán)保且能保證產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)點，因此被用于糧食、水果等產(chǎn)品的干燥[12]。Taseri等[13]進行了葡萄渣的熱泵干燥動力學研究及品質(zhì)參數(shù)的測定，發(fā)現(xiàn)空氣流速度對干燥時間略有影響，但在相同溫度下空氣流速對功耗沒有顯著影響；Wang等[14]以山楂餅為干燥原料，利用熱泵干燥機進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，設(shè)計出具有更高效率的熱泵干燥系統(tǒng)；Xiong等[15]研究發(fā)現(xiàn)熱泵干燥的荔枝果渣粉末中的結(jié)合酚含量高于熱風干燥的荔枝果渣粉末；Aguirre-alonso等[16]開發(fā)了熱泵和N2噴霧干燥香草乙醇提取物的狀態(tài)空間熱力學模型，模型表明熱泵噴霧干燥的熱效率可達58%，而傳統(tǒng)噴霧干燥只有30%。

限于現(xiàn)代干燥技術(shù)，要實現(xiàn)物料在干燥過程中水分的實時監(jiān)測仍是個難題，因此，了解干燥過程中水分的變化規(guī)律，對工業(yè)生產(chǎn)和提高產(chǎn)能具有重要意義。在食品干燥過程的研究中，動力學模型正是可以描述物料水分比隨干燥時間變化的函數(shù)，然而目前鮮見國內(nèi)外學者對馬鈴薯片熱泵干燥的動力學模型部分的研究。因此，本實驗將對馬鈴薯片熱泵干燥過程中的動力學模型進行研究，并探索適宜的干燥工藝，為熱泵干燥在馬鈴薯等農(nóng)產(chǎn)品中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗中所用的馬鈴薯為同一批次的新鮮馬鈴薯，品種為合作88，初始含水量為(82.65±0.32)%；塊莖成熟度及大小均勻，芽眼較少，表皮無霉變、無發(fā)綠及機械損傷。

1.2 儀器與設(shè)備

HH-6D型數(shù)顯恒溫水浴磁力攪拌器，WB-KQ01型熱泵(移動除濕烘干機)，DHG-9070型電熱恒溫鼓風干燥箱，UltraScan PRO型測色儀。

1.3 樣品制備

原料挑選→清洗→去皮→切片→漂洗→沸水燙漂(3 min)→涼水冷卻→瀝水、擦干表面水分→熱泵干燥→馬鈴薯干片。

1.4 方法

1.4.1 水分含量的測定

采用常壓干燥法，按照GB 5009.3—2016 《食品安全國家標準 食品中水分的測定》[17]測定。以樣品的干基含水率為準，取各時刻的樣品進行水分含量測定，平行3次實驗，取平均值。按式(1)計算樣品的含水率。

(1)

式中：Mt為物料干燥至t時刻的干基含水率/g水/g干物質(zhì)；mt為物料干燥至t時刻的質(zhì)量/g；mg為絕干物料質(zhì)量/g。

1.4.2 試樣干燥速率

(2)

式中：Dr為物料干燥速率/g/(g·h)；Mt+Δt為物料(t+Δt)時刻的干基含水率/g/g(g水/g干物質(zhì))；Δt為干燥間隔時間/h。

1.4.3 物料水分比

(3)

式中：MR為物料水分比，無量綱；Me為物料干燥到平衡時的干基含水量/g/g；Mt為物料干燥到t時刻的干基含水率/g/g；M0為物料初始干基含水率/g/g。由于平衡干基含水量Me遠小于Mt，可以忽略不計，所以式(3)可以近似簡化為式(4)。

(4)

1.4.4 有效水分擴散系數(shù)計算

擴散系數(shù)的大小反映了特定條件下樣品失水能力的大小[18]，是反映干燥設(shè)備好壞的重要指標之一。將薄片狀物料近似無限平板，通過Fick第二定律表示為：

(5)

實驗干燥時間較長，即n=1，并對MR取對數(shù)，則公式化簡為：

(6)

式中：Deff為有效水分擴散系數(shù)/m2·s-1;L為馬鈴薯片厚度/m。

由式(6)可知，有效水分擴散系數(shù)由-lnMR與干燥時間t的趨勢線斜率的關(guān)系為：

(7)

(8)

1.4.5 色澤的測定

將樣品粉碎，過30目篩，裝入自封袋后使用測色儀對樣品進行色差測定，依次讀取L*值、a*值、b*值，并計算ΔE*值，平行8次測量，取平均值。L*值表示亮度；a*表示紅綠值，“+”表示偏紅，“-”表示偏綠；b*表示黃藍值，“+”表示偏黃，“-”表示偏藍；ΔE*表示干制品的色澤與新鮮樣品色澤差異大小，ΔE*值越小越好，其計算公式為：

ΔE*=

(9)

式中:L0、a0、b0分別表示新鮮樣品的亮度、紅綠值、黃藍值。

1.4.6 復水比的測定

將干燥不同時長的各組樣品分別取2 g左右放入水浴鍋中，90 ℃恒溫浸泡30 min后取出放在無風處瀝水20 min，再用濾紙吸去表面水分，最后稱質(zhì)量，計算復水比[19]。按式(10)計算樣品的復水比。

(10)

式中：m1為樣品復水后瀝干水分所稱得的質(zhì)量/g；m0為樣品復水前的質(zhì)量/g。

1.4.7 干燥動力學模型研究

目前干燥研究大多認為擴散是水分遷移的主要途徑[20],物料內(nèi)部水分擴散是一個復雜的傳質(zhì)過程，涉及分子擴散、毛細流動、水力學流動和表面擴散等現(xiàn)象[21]。要利用動力學模型描述物料在干燥過程中水分隨時間的變化規(guī)律。

1.4.7.1 干燥動力學模型的選擇

物料干燥的過程中涉及到很多復雜的傳熱傳質(zhì)過程，因此建立物料干燥動力學模型對研究干燥規(guī)律及工藝參數(shù)具有重大意義。同時，模型選擇的合適與否也將直接影響實驗值與預測值的誤差大小。依據(jù)文獻報道的果蔬干燥動力學模型，對馬鈴薯片熱泵干燥過程，進行數(shù)據(jù)擬合驗證，用決定系數(shù)(R2)評價模型的適用性，R2越接近1，說明模型的匹配度越高。計算公式為：

(11)

式中：MRexp,i和MRpre,i分別為第i個數(shù)據(jù)點的實驗測定MR與模型預測MR；N為實驗數(shù)據(jù)點的數(shù)量。

1.4.7.2 馬鈴薯切片干燥實驗

選用同批次、大小相近的土豆進行熱泵干燥實驗，將馬鈴薯洗凈去皮后切片，厚度為3～5 mm，在物料托盤上均勻平鋪一層，確保物料僅在上下表面進行傳質(zhì)。在干燥過程中，由于物料厚度遠小于其直徑，所以物料可被假定為大平板。忽略溫度梯度導致的水分擴散，物料中的水分擴散可被假設(shè)為沿物料內(nèi)部厚度方向的一維擴散過程。干燥過程中，每隔30 min(根據(jù)實驗實際操作情況及條件而定的間隔時長)將物料迅速取出并稱質(zhì)量，記錄不同時刻馬鈴薯片的質(zhì)量后將物料放回繼續(xù)干燥，直至物料含水率不大于13%(濕基)，此時水分比達到0.03，即認為已達到平衡含水率，停止干燥[20]。

以切片厚度、干燥溫度、樣品裝載量為單因素，控制其他因素不變進行干燥實驗，根據(jù)樣品在各條件下的干燥曲線和感官品質(zhì)綜合情況分別對各因素范圍進行初篩選，為正交設(shè)計因素水平的選取做準備，實驗方案見表1。

表1 馬鈴薯切片干燥方案

1.5 正交設(shè)計實驗

在干燥實驗的基礎(chǔ)上，選取切片厚度、干燥溫度、樣品裝載量3個因素，以馬鈴薯干片的色差(ΔE*)和復水比為考察指標，進行三因素三水平的L9(34)正交實驗。正交實驗因素水平見表2。

表2 正交實驗因素水平表

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有的實驗結(jié)果均用平均值±標準偏差(n=3)表示，使用Excel 2010與SPSS 22.0版統(tǒng)計軟件對實驗數(shù)據(jù)進行處理和顯著性分析(顯著性水平P<0.05)，用Origin 8.6軟件制圖、回歸分析并進行模型擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同切片厚度對干燥過程的影響

在熱泵干燥溫度60 ℃，裝載量1 500 g時，馬鈴薯切片的厚度(3、4、5 mm)對干燥過程的影響，見圖1和圖2。由圖1可知，隨著切片厚度的減小，馬鈴薯水分下降速率加快，經(jīng)相同時間干燥物料的水分比值也越小，這是因為馬鈴薯片越薄，單位體積的表面積增大，與熱空氣的對流換熱面積增大，傳熱傳質(zhì)速率增加[20]。干燥至水分比為0.03(含水率為13%)時，3 mm厚度的切片用時3.5 h，相較于4、5 mm分別縮短了41.67%(6 h)、46.15%(6.5 h)，很大程度提高了干燥速率。由圖2可知，隨著干燥的進行，不同厚度的切片干燥速率整體均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，且切片厚度越小，干燥速率越大。不難發(fā)現(xiàn)，厚度為3 mm的切片干燥速率遠大于干燥速率較為接近的4、5 mm的切片。因為切片厚度越小，致使傳質(zhì)阻力越小，干燥速率就越快，越早達到平衡含水率，有利于干燥的進行，節(jié)省能源。但預實驗發(fā)現(xiàn)當切片厚度小于3 mm時，蜷曲較大且易碎裂，影響外觀品質(zhì)和包裝、運輸性能，故切片厚度選擇3 mm適宜。

圖1 不同切片厚度下的MR-t關(guān)系曲線

圖2 不同切片厚度下的干燥速率曲線

2.2 不同溫度對干燥過程的影響

在馬鈴薯切片厚度為3mm，裝載量1 500 g時，熱泵干燥溫度(40、50、60 ℃)對干燥過程的影響見圖3和圖4。由圖3可知，馬鈴薯切片的水分比隨著干燥時間的延長而下降，且溫度越高，干燥曲線越陡，樣品達到相同含水率的時間越短，水分比值越小。這是因為溫度升高不僅使得傳熱速率增加進而加速了樣品表面水分的蒸發(fā)速度，而且降低了熱泵干燥室內(nèi)空氣的相對濕度，使得樣品表層水分向干燥氣體的擴散動力增加，進而縮短物料的干燥時間。由曲線的斜率可以看出，前中期干燥速率快，后期逐漸減少，這是由于隨著干燥的進行，物料的水分不斷減少，水分梯度的作用越來越小，干燥界面內(nèi)移，干燥過程由表面?zhèn)髻|(zhì)控制轉(zhuǎn)化為內(nèi)部擴散控制，干燥曲線的斜率越來越平坦[20]。另外，由圖3可知50 ℃和60 ℃的干燥曲線很接近，干燥至目標含水率13%用時均約3.5 h，而40 ℃干燥則需要6.5 h，耗時長，效率低。由圖4可知，溫度越高，馬鈴薯切片的干燥速率越大。隨著干基含水量的降低，干燥速率呈現(xiàn)出短時間的上升和長時間的下降趨勢，即可將干燥過程主要分為加速和降速兩個階段，且降速階段遠長于加速階段。這是因為隨著物料內(nèi)部含水量的逐漸減少，水分從內(nèi)部遷移到表面的速率和從表面蒸發(fā)到周圍空氣中的速率都隨之降低，從而導致干燥速率逐漸減小[22]。其中，40 ℃和50 ℃條件下有一小段恒速階段，而60 ℃并未出現(xiàn)此情況，反而出現(xiàn)一段先降速后加速的階段，這可能是由于干燥溫度過高使得切片表面水分迅速擴散殆盡，而切片內(nèi)部水分還未來得及擴散轉(zhuǎn)移至切片表面蒸發(fā)所致。在物料含水量(干基)相同的情況下，溫度越高，物料干燥速率越大，干燥時間就越短，但在整個干燥過程中，50 ℃和60 ℃的干燥速率差別不明顯。故綜合考慮，50 ℃干燥較為適宜。

圖3 不同干燥溫度下的MR-t關(guān)系曲線

圖4 不同溫度下的干燥速率曲線

2.3 不同裝載量對干燥過程的影響

在馬鈴薯切片厚度為3 mm，溫度為60 ℃時，不同裝載量(1 000、1 500、2 000 g)對干燥過程的影響見圖5和圖6。由圖5可知，在切片厚度、干燥溫度相同的情況下，裝載量越小，馬鈴薯切片干燥耗時越短，含水率降低越快。將物料干燥至含水量(濕基)≤13%時，裝載量分別為1 000、1 500、2 000 g對應(yīng)的干燥時間分別為3.0、3.5、5.0 h。裝載量越大導致干燥時間延長，這可能是因為隨著裝載量增加，干燥過程中所要除去的水分也相應(yīng)增加， 而單位時間內(nèi)蒸發(fā)排出水分的能力是一定的，從而導致時間延長。由圖6可知，在整個干燥過程中，不同裝載量的干燥速率整體均呈現(xiàn)出先短時上升后長時下降的趨勢，可看出裝載量為1 000 g時平均干燥速率最大，裝載量為2 000 g時干燥速率最小。這是因為在熱泵干燥初期，干燥介質(zhì)供給的熱量主要用于提高物料溫度，用于使物料水分蒸發(fā)的熱量較少，因此隨著裝載量的增加，干燥速率變慢[23]。另外，裝載量為2 000 g時表現(xiàn)出較為典型的干燥速率曲線，與1 000 g和1 500 g的情況略有不同?？赡苁且驗檠b載量為2 000 g時樣品總含水量比較多，在干燥過程中物料表面水分蒸發(fā)用時延長，使得內(nèi)部水分有更多時間擴散遷移至表面，不會出現(xiàn)物料過少時干燥速率先下降后上升的特別現(xiàn)象。

圖5 不同裝載量下的MR-t關(guān)系曲線

圖6 不同裝載量下的干燥速率曲線

2.4 干燥動力學模型研究

2.4.1 干燥動力學模型的選擇

目前常用的薄層物料干燥模型主要有幾種：

1)指數(shù)模型Lewis[24]：MR=exp(-kt)，該模型主要考慮了物料表層及邊界層對水分擴散運動的阻力[25]。

2)單項擴散模型Henderson and Pabis[26]：MR=Aexp (-kt)，該模型已被用于描述帶穗谷物、小麥和玉米等物料的干燥動力學特性。

3)Page方程：MR=exp(-ktn)，該模型是對Lewis修正后得到的，用于描述玉米、向日葵、稻谷、大豆、人參、羅非魚魚片等多種物料的薄層干燥特性[27]。

4)Logarithmic[28]模型：MR=Aexp (-kt)+c

5) Wang and Singh[29]：MR=1+at+bt2

6)Midilli[30]：MR=Aexp (-ktn)+bt

7)Verma[31]：MR=Aexp (-ktn)+(1-a)exp (-gt)

將這7種常用的干燥動力學模型方程進行線性化處理，找出其線性關(guān)系以便于后續(xù)進行模型的篩選、分析和比較，各模型方程線性化處理結(jié)果見表3。另外，由圖1、圖3和圖5所示的MR-t圖可以看出，其變化呈曲線關(guān)系，故需要對其實驗數(shù)據(jù)進行分析和處理，分別作出-lnMR—t和ln(-lnMR)—lnt的關(guān)系曲線圖，見圖7～圖12。

表3 常用的干燥模型及其線性化處理

圖7 不同切片厚度下的-lnMR-t關(guān)系曲線

圖8 不同切片厚度下的ln(-lnMR)-lnt關(guān)系曲線

圖9 不同干燥溫度下的-lnMR-t關(guān)系曲線

圖10 不同干燥溫度下的ln(-lnMR)-lnt關(guān)系曲線

圖11 不同裝載量下的-lnMR-t關(guān)系曲線

圖12 不同裝載量下的ln(-lnMR)-lnt關(guān)系曲線

由圖7和圖8可知，馬鈴薯片在3、4、5 mm不同厚度情況下，-lnMR與t、ln(-lnMR)與lnt呈正相關(guān)，且馬鈴薯片在3 mm厚度時-lnMR-t關(guān)系曲線的斜率最大，說明切片越薄干燥速度越快，3 mm切片干燥速度明顯大于4、5 mm切片；在40、50、60 ℃不同干燥溫度下，馬鈴薯片的-lnMR與t、ln(-lnMR)與lnt呈正相關(guān)，見圖9和圖10，干燥溫度在 60 ℃時，-lnMR-t關(guān)系曲線的斜率最大，50 ℃時的干燥曲線斜率與60 ℃差別不大，40 ℃時的干燥曲線斜率最小，說明50 ℃和 60 ℃溫度下干燥速率無較大區(qū)別，為避免高溫對馬鈴薯片營養(yǎng)成分的影響，50 ℃的干燥速度更合適；不同馬鈴薯片裝載量的-lnMR-t和ln(-lnMR)-lnt關(guān)系曲線圖見圖11和圖12，-lnMR與t、ln(-lnMR)與lnt同樣呈正相關(guān)，裝載量在1 000 g時，-lnMR-t關(guān)系曲線的斜率最大，說明裝載量越小干燥速度越快。使用Origin將圖 7～圖12所示的ln(-lnMR)-lnt和-lnMR-t的關(guān)系曲線

進行線性回歸擬合，得到的回歸方程、相關(guān)系數(shù)、決定系數(shù)R2以及各個實驗條件下馬鈴薯切片的有效水分擴散系數(shù)如表4所示。

表4 回歸方程、相關(guān)系數(shù)、決定系數(shù)及有效水分擴散系數(shù)

在馬鈴薯切片干燥過程中，實驗數(shù)據(jù)在ln(-lnMR)-lnt坐標系內(nèi)相關(guān)系數(shù)r變化范圍是0.990 60～0.998 32，回歸方程擬合優(yōu)度R2范圍是0.981 29～0.996 65；實驗數(shù)據(jù)在-lnMR-t坐標系內(nèi)相關(guān)系數(shù)r變化范圍是0.987 15～0.995 97，回歸方程擬合優(yōu)度R2范圍是0.974 46～0.991 96。由回歸方程的相關(guān)系數(shù)r和方程擬合優(yōu)度R2的范圍可知，實驗數(shù)據(jù)在-lnMR-t和ln(-lnMR)-lnt坐標系內(nèi)均具有較好的線性關(guān)系，因此表3中所示的7種干燥模型中，Lewis和Henderson and Pabis模型的-lnMR與t呈線性，Page模型的ln(-lnMR)與lnt呈線性，這3種模型均適合做馬鈴薯切片的干燥動力學模型，其余模型均不適合。但進一步對比分析可發(fā)現(xiàn)，實驗數(shù)據(jù)在ln(-lnMR)-lnt坐標系內(nèi)線性擬合精度更高，對ln(-lnMR)-lnt進行指數(shù)轉(zhuǎn)換即得Page方程，說明Page模型更適合描述本實驗馬鈴薯切片干燥過程。

由表3知，Page方程線性化得到ln(-lnMR)=nlnt+lnk，其中物料的導熱性和水分擴散性等特性通過Page方程中的k表現(xiàn)，待定系數(shù)n指物料本身特性對干燥的影響。表4中l(wèi)n(-lnMR)關(guān)于lnt的方程的斜率即為n，截距為lnk；由-lnMR關(guān)于t的方程的斜率可求得不同實驗條件下的有效水分擴散系數(shù)Deff，范圍在0.546 73×10-9～1.686 18×10-9m2/s。將實驗中的MR-t數(shù)據(jù)代入Page方程，可以得到各實驗條件下的k、n值以及與之對應(yīng)的擬合優(yōu)度R2，結(jié)果見表5。不同的實驗條件對應(yīng)不同的模型參數(shù)值，決定系數(shù)R2值在0.993 55～0.999 51之間變化，說明線性回歸擬合得到的結(jié)果較好，即Page模型可以很好地描述馬鈴薯切片干燥過程。

表5 不同實驗條件下的模型參數(shù)值

2.4.2 干燥動力學模型參數(shù)值的確定

由于本實驗中k，n的值受實驗因素條件(切片厚度、干燥溫度、裝載量)所影響，故可令：

k=a+bX1+cX2+dX3

n=e+fX1+gX2+hX3

式中：X1為切片厚度/mm；X2為干燥溫度/℃；X3為裝載量/g；a、b、c、d、e、f、g、h為待定系數(shù)。使用Origin軟件將實驗數(shù)據(jù)代入2個方程中，并進行多元線性擬合，求得方程各待定系數(shù)，去除不顯著項。得到的回歸方程為：

k=0.808 92+0.164 19X1+0.011 78X2-0.000 214 77X3，R2=0.918 94

n=0.631 85-0.021 01X1+0.010 56X2+0.000 032 13X3，R2=0.989 79

回歸方程的顯著性分析如表6所示，Page模型參數(shù)k和n的F值對應(yīng)的概率值均小于顯著性水平0.05，所以方程回歸效果顯著。因此，可以得到馬鈴薯切片干燥動力學方程為：

MR=exp[-(0.808 92+0.164 19X1+0.011 78X2-0.000 214 77X3)·t0.631 85-0.021 01X1+0.010 56X2+0.000 032 13X3]

表6 方差分析表

2.4.3 干燥動力學模型的驗證

為檢驗Page模型對馬鈴薯片熱泵干燥過程預測的準確性，選取厚度為3 mm，熱泵溫度50 ℃，裝載量1 500 g條件下進行驗證實驗，得到水分比(MR)-時間(t)關(guān)系曲線。實驗中的實測值和根據(jù)模型方程得到的預測值之間的關(guān)系如圖13所示。由圖可知，馬鈴薯片熱泵干燥過程中水分比的實測值與Page模型的預測值擬合程度較高，說明Page模型能較準確地描述該干燥過程中馬鈴薯片的水分變化情況，對馬鈴薯片熱泵干燥過程具有較好的預測作用。

圖13 相同干燥條件下水分比實測值與預測值的比較

2.5 正交設(shè)計實驗結(jié)果分析

實驗結(jié)果及正交極差分析如表7所示。從極差分析表中可以看出，空列的極差值均小于因素列的極差值，故A、B、C各因素的水平效應(yīng)的差異是存在的。由表分析可知，在切片厚度、干燥溫度和裝載量3個因素中，切片厚度對干制品的色差(ΔE*)影響最大，其次是溫度，裝載量對干制品的色差值影響最小，較優(yōu)組合是A2B2C1；而干燥溫度對于干制品的復水比影響最大，其次是切片厚度，裝載量對復水比影響最小，較優(yōu)組合是A2B2C1。在色差值和復水比2個指標中，較優(yōu)組合均為A2B2C1，因此可確定馬鈴薯片最佳的熱泵干燥工藝參數(shù)，即切片厚度3.0 mm，溫度50 ℃，裝載量1 500 g。在此條件下，干制品的色差值最小，與新鮮樣品顏色差異最小，復水比達到最大值，復水性最優(yōu)，干制品綜合品質(zhì)最佳。

表7 L9(34)正交實驗結(jié)果與極差分析

3 結(jié)論

本研究通過建立動力學模型預測馬鈴薯片在熱泵干燥過程中的水分變化規(guī)律，得到描述其規(guī)律的Page數(shù)學模型：MR=exp (-ktn)，式中：k=0.808 92+0.164 19X1+0.011 78X2-0.000 214 77X3，R2=0.918 94；n=0.631 85-0.021 01X1+0.010 56X2+0.000 032 13X3，R2=0.989 79，方程回歸效果顯著。驗證發(fā)現(xiàn)，Page模型的預測值與實測值吻合良好，可用于描述馬鈴薯片熱泵干燥過程的水分變化規(guī)律。通過正交實驗證明馬鈴薯片最佳的熱泵干燥工藝參數(shù)為切片厚度3.0 mm，干燥溫度50 ℃，切片裝載量1 500 g。實驗結(jié)果可為熱泵干燥處理方式在馬鈴薯等農(nóng)產(chǎn)品中的生產(chǎn)應(yīng)用提供參考依據(jù)。

馬鈴薯片在熱泵干燥過程中，熱空氣作為干燥介質(zhì)將熱量傳遞給新鮮切片，使其表面的水分汽化，內(nèi)部和表面之間產(chǎn)生水分梯度差而逐漸除去水分，但在干燥過程中水分子的遷移和擴散、水分相態(tài)變化、以及水分狀態(tài)變化對馬鈴薯片色澤、質(zhì)構(gòu)等品質(zhì)特性影響的機制尚不清楚，后續(xù)可以借助核磁共振等技術(shù)手段進一步探究。