微波干燥下枸杞干燥特性研究

　　0引言

　　现代药理学研究证实枸杞可调节机体免疫功能，能有效抑制肿瘤生长和细胞突变，具有延缓衰老、抗脂肪肝、调节血糖和血脂等方面的作用。枸杞鲜果收获时水分含量高，富含多糖成分，如不能及时干燥会出现变质霉烂现象，严重影响枸杞干果的产量和品质，大大降低了经济效益［1］。

　　传统的热风干燥与自然晾晒干燥存在干燥时间长、能耗大、干燥品质差等状况。微波干燥不同于热风及其它干燥方式，由于其独特的加热特性，物料干燥速度快、干后品质和热利用率高，在医药、食品工业、化工、烟草，以及农产品加工等领域越来越得到重视［2］。国外在十几年前就开始微波干燥粮食和果蔬的研究，近几年国内也有关于微波干燥技术应用于粮食种子的干燥、果蔬的干燥脱水、药材等的深加工和水产品的干燥等的研究，有些已成功应用并取得显着的经济效益［3－5］。但尚未见到有关枸杞微波干燥特性研究的文献报道，故进行枸杞微波干燥试验研究，旨在分析枸杞微波干燥特性及其对干后品质和能耗的影响，进一步探讨微波技术在枸杞干燥中的应用。

　　1微波干燥机理和枸杞干燥特性

　　1．1微波加热原理

　　微波是频率在300MHz～300GHz的具有穿透特性的电磁波。微波加热利用的是介质损耗原理:物料中的水分子是极性分子，在微波作用下，其极性取向随着外电磁场的变化而变化。水分子以高速改变方向且方向一致产生振动，无数的极性分子互相之间摩擦产生“摩擦效应”，结果一部分能量转换为分子热运动动能，即以热的形式表现出来，从而物料被加热［6］。

　　1．2微波加热的特性

　　1．2．1能量利用率高、安全无害

　　因微波加热设备吸收热量极少，并且还反射微波，所以热能绝大部分都可以作用在物料上，热能利用率很高。微波加热一般可节电30%～50%，且微波加热不产生烟尘及有害气体，既不污染食品，也不污染环境。

　　1．2．2加热速度快、加热均匀性

　　传统的加热方式，不论是传导加热、对流加热还是辐射加热，热源均在被加热物料外部，温度的升高是由外及里，将物料表面加热之后热量才能传导到物料内部，这就要受到傅立叶定律的限制。通常被加热物料都是热的不良导体，有很大的热阻，加热时间自然很长。微波加热热量在被加热物料内部产生，内外一起热，不仅温度均匀，且不会带来夹生现象。

　　1．2．3穿透能力

　　穿透能力是指电磁波穿透到物体内部的本领，电磁波透入介质表面并向里传播时，能量不断被吸收转换为热能。微波所携带的能量由表向里呈指数衰减，电磁波的能量衰减到只有表面处的1/e2≈1/2．722≈13．5%时所能透入的介质的深度D，称为“穿透深度”。以我国常用加热频率来讲，通常被干燥物料的D值大约为几厘米到几十厘米的范围。故被干燥物料的尺寸大小，主要取决于穿透深度。

　　1．2．4易于控制、反应灵敏

　　微波加热控制只需要调整微波输出功率，物料加热情况可以瞬间改变，便于连续生产。微波加热容易实现自动化控制，可以有效提高劳动效率、改善劳动条件。

　　1．3枸杞的干燥特性

　　典型农副产品干燥过程一般分为加速干燥阶段、恒速干燥阶段和降速干燥阶段。研究表明，降速阶段可将枸杞半干果含水率由25%～30%干燥至13%～15%的枸杞干果。降速干燥阶段耗时约占枸杞整体干燥阶段耗时的30%～40%，耗能约占整体干燥耗能40%～50%。故缩短枸杞干燥降速阶段时间与耗能成为枸杞干燥的重点研究问题。

　　2试验装置和方法

　　2．1试验材料

　　试验采用的枸杞品种为宁杞2号，产于宁夏银川市西夏区，采收后枸杞鲜果的平均初始含水率为82．1%(湿基含水率)。

　　2．2试验仪器与设备

　　试验所用微波干燥装置是用美的微波炉厂生产的KD23－DA(X)型微波炉改制而成。干燥过程中任意时刻物料质量经YZC－1C应变式称重传感器(精度等级0．05g)测量，在T3805型质量显示仪(读数精度为0．5g)上显示。干燥时枸杞物料内部温度测量采用E型热电偶，测量结果传送至TM－902C型测温仪(测量精度为±1℃)上显示。主要测量数据通过ＲS232与计算机建立连接，并在计算机上进行分析、显示和处理。试验装置和测定系统如图1所示。

　　2．3试验方法及测定方法

　　2．3．1枸杞微波干燥前预处理

　　枸杞鲜果初始含水率高、糖份含量高，直接采用微波干燥容易造成枸杞皮膨起破裂、籽外出、糖份外溢及产品感官状态差的现象。故在进行微波干燥前对枸杞鲜果利用自制太阳能组合干燥系统(CSDE)对枸杞预干燥，将枸杞鲜果干燥至半干状态，含水率约为23%～26%。

　　枸杞预处理工艺流程为:鲜果挑选、清理杂质→清洗(洗去鲜果表面的灰尘)→去梗→晾干表面自然水→CSDE系统干燥→冷却→微波干燥。

　

　　2．3．2试验方法

　　称取一定质量枸杞半干果，均匀平铺在带孔物料盘上，加热时物料盘放置于改制微波炉转盘上，随转盘转动受到均匀加热。干燥过程中，每隔一定间隔时间记录枸杞质量，并换算成含水率，绘制含水率随干燥时间变换的干燥曲线，直至枸杞含水率达到安全储藏含水率(13%)，结束试验。

　　含水率计算公式为［7－8］

　　式中Xt—t时刻的含水率(%);X0—干燥前的初始含水率(%);m0—枸杞的初始质量(g);md—枸杞的干物质质量(g);mt—t时刻的枸杞质量(g)。

　　2．3．3测定标准与计算方法

　　枸杞半干果初始含水量的测定:按GB/T5009．3－2003《食品中水分的测定方法》。枸杞多糖保存率的测定:按GB/T18672－2005。

　　降水速率计算公式为η=Δm/Δt(3)式中Δm—相邻两次测量的失水质量(g);Δt—相邻两次测量的时间间隔(min)。

　　3结果与讨论

　　3．1微波组合干燥与传统组合干燥对比

　　试验分为组1至组3，称取枸杞鲜果300g，测得枸杞鲜果初始含水率为83．4%，分为3组。组1采用自然晾晒干燥，组2采用CSDE干燥方式进行干燥，组3采用CSDE微波组合干燥方式进行干燥。试验结果如图2所示。

　　

　　由图2可以得出以下结论:①微波干燥作用于枸杞干燥降速干燥阶段可以大幅缩短枸杞干燥周期。②CSDE微波组合干燥较CSDE组合干燥缩短时间约11h，约占整个干燥周期的28%。③CSDE微波组合干燥较自然晾晒缩短时间约65h，约占自然晾晒干燥周期的72%。

　　3．2微波功率对枸杞失水特性的影响

　　试验分为组1～组5，分别对应微波功率0．5、0．75、1．0、1．25、1．5kW。采用CSDE干燥系统干燥至半干状态，称重枸杞半干果100g，均匀平铺在干燥盘中，组1至组5半干枸杞初始含水率分别为24．1%、24．7%、23．3%、25．3%、24．5%。后采用微波干燥至含水率不变，测量最终含水率。

　　不同微波功率下枸杞微波干燥曲线和降水速率变化曲线如图3和图4所示。

　　由图3，图4可以得出以下结论:①在装载量相同的情况下，微波功率越高，干燥曲线斜率越大，所需的干燥时间越短。②干燥分为加速、恒速和降速3个阶段，物料失水主要处于恒速干燥阶段。微波功率越高，物料恒速阶段越长。③在干燥初期，物料含水率高，对微波的吸收能量较强，物料温度快速上升，迅速进入恒速干燥阶段，物料温度趋于稳定。随着微波功率的增大，枸杞干燥速率增大。

　　3．3微波功率对枸杞干燥品质的影响

　　试验与3．2试验同步进行，待微波干燥后，对枸杞干燥品质进行直观检测，对枸杞多糖保存率进行测定，汇总结果如表1所示。

　　由表1可以得出以下结论:①CSDE微波组合干燥所需干燥时间最短，平均为25h17min，枸杞干果含水率最低，平均为13．2%。②枸杞干果从多糖保存率来说，自然晾晒多糖保存率＜CSDE微波组合干燥＜CSDE组合干燥。微波组合干燥多糖保存率平均为15．7%。③从枸杞干果感官状态来讲，采用CSDE微波组合干燥方式的产品，果皮呈紫红色，有枸杞应有的滋味和气味。随着微波功率的增加，少些产品有膨胀破裂;微波功率1．5kW时，有约15%产品破裂，糖份外溢，粘手。故微波干燥用于枸杞干燥降速阶段不宜采用过大的微波功率。

　　

　　3．4装载量对枸杞失水特性的影响

　　试验分为组1至组3，微波功率采用1．0kW，称取半干枸杞600g，测得初始含水率为25．2%。组1枸杞质量100g，平铺物料层厚度为1cm;组2枸杞质量200g，平铺物料层为2cm;组3枸杞质量300g，平铺物料层厚度为3cm。

　　对不同枸杞层质量与厚度进行微波干燥，干燥曲线如图5所示。

　　

　　由图5可以得出以下结论:①在微波功率相同的情况下，装载量越大，干燥曲线越平缓，干燥所需时间越长。②组3干燥时间较组1干燥时间增加约18．2%。

　　4结论

　　1)微波干燥作用于枸杞干燥降速干燥阶段可以大幅缩短枸杞干燥周期。CSDE微波组合干燥较自然晾晒缩短时间约65h，约占自然晾晒干燥周期的72%。

　　2)干燥功率和物料层厚度是影响微波干燥时间的重要因素，微波功率越大，物料层厚度越小，则物料干燥时间越短。

　　3)微波功率和物料层厚度对干后产品品质有较大影响，微波功率为1kW，物料层厚度为平铺2cm时，干后产品多糖保存率和感官品质最好。

　　参考文献:
　　［1］袁宝财，达海莉，李晓瑞．宁夏枸杞的生物学特性及开发利用前景［J］．河北林果研究，2001，16(2):151－153．
　　［2］陈燕，陈羽白．荔枝的微波干燥特性及其对品质的影响研究［J］．农业工程学报，2004，20(4):192－194．
　　［3］朱德泉，王继先，朱德文．玉米微波干燥特性及其对品质的影响［J］．农业机械学报，2006，37(2):72－75．
　　［4］朱德泉，王继先，朱德文，等．小麦微波干燥特性及其对品质的影响［J］．农业工程学报，2006，22(4):182－185．
　　［5］赵超，陈建，邱兵．花椒微波干燥特性试验［J］．农业机械学报，2007，38(3):99－101．
　　［6］祝圣远，王国恒．微波干燥原理及其应用［J］．工业炉，2003，25(3):42－45．
　　［7］贾新成，张荷珍，马向东，等．食用菌贮藏保鲜与加工新技术［M］．郑州:中原农民出版社，2000．
　　［8］潘永康，王喜忠．现代干燥技术［M］．北京:化学工业出版社，1998.