枸杞分段式變溫熱風乾燥特性及乾燥品質

枸杞為茄科多年生落葉灌木果，其果實為肉質漿果，成熟時為鮮紅色，俗稱「紅寶」，廣泛分布於中國寧夏、青海、甘肅等省份。

枸杞不僅營養豐富，還具有多方面的保健與藥理功能。最新研究表明，枸杞多糖對防老抗衰、增強免疫、降低血糖等都具有很好的效果。

枸杞鮮果濕基含水率在 80%左右、不易保存，很少直接食用，而是乾製後對乾果進行加工、貯藏、使用。

目前，枸杞的乾燥方式主要是自然晾曬和機械烘乾 2 種。自然曬製是傳統的乾燥方法，簡單並且成本低，但是易受氣象影響，衛生條件差、乾燥時間長，乾燥品質不易控制。

近年來，隨著枸杞種植規模擴大以及市場對乾燥品質要求提高，枸杞機械化烘乾需求越來越大，因此，有必要研究枸杞機械化烘乾加工工藝。

枸杞機械化烘乾方法主要有熱風、微波、真空冷凍、太陽能乾燥等。

真空冷凍乾燥法加工的枸杞色澤鮮紅、生物活性成分和營養成分保持良好，但其設備昂貴，能耗較高，較適合應用於生產高附加價值枸杞產品。

馬林強等通過研究枸杞的微波乾燥特性及其對品質的影響的結果得出：微波乾燥在枸杞乾燥的降速階段能夠縮短乾燥周期，約佔自然晾曬乾燥周期的 72%；乾燥功率和物料層厚度是影響微波乾燥的重要因素，不同的微波乾燥參數對乾後品質有不同影響，需要對微波加熱過程進行嚴苛的監控。

太陽能乾燥應用於農產品乾燥探索剛開始。因此，目前中國枸杞機械化烘乾仍以熱風乾燥為主，其主要優點是設備簡單，生產量大，烘乾熱源來源廣。

賈清華等對枸杞熱風乾燥過程中溫度、風速的影響進行試驗，結果顯示溫度是影響乾燥速率的主要因素；岑海堂等發現，常壓熱風乾燥枸杞過程有升速、恆速和降速等階段，熱風溫度在乾燥的不同時期對枸杞乾基含水率的影響不同。

鄭碩等對枸杞熱風乾燥動力學及乾燥品質試驗，試驗得出在枸杞的熱風乾燥中，溫度對乾燥速率的提高起決定性作用，而品質則受溫度、風速與濕度的綜合影響，建議在枸杞乾燥前期，中期以及乾燥後期採用不同乾燥溫度。

李明濱等對枸杞恆溫恆濕乾燥特性進行分析，並推測出乾燥條件：初期溫度 40℃、濕度 40%，中期溫度 50℃、濕度 40%，後期溫度 60℃、濕度 40%，但是沒有進行進一步的試驗研究。可見，分階段變溫乾燥是枸杞熱風乾燥一個重要研究方向。分階段變溫乾燥最初應用於稻穀等糧食乾燥，近年來，在金銀花，榴槤蜜、荸薺片等果蔬乾燥也取得成功應用。

本文對枸杞分階段變溫乾燥工藝進行較系統的試驗，研究枸杞變溫乾燥特性及乾燥品質變化，優化變溫乾燥工藝參數，以期為實際生產提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

枸杞由寧夏中寧縣的寧夏早康枸杞有限責任公司提供，採摘果園成熟枸杞，在 1～2 d 內低溫空運至天津，然後在(5±1)℃的冰箱中冷藏保鮮。

枸杞分 2 階段採摘，第 1 階段 6 月中旬到 8 月初，俗稱夏果，第 2 階段 9 月底到 10 月底，俗稱秋果；各階段每批枸杞在 1 個星期內用於試驗。試驗前選取大小均勻，成熟飽滿的枸杞顆粒，去除雜質和葉柄，用清水清洗乾淨，準備試驗。

1.2 試驗設備

枸杞熱風乾燥試驗設備是北京華珍烘烤系統設備工程有限公司生產的 SY-5 型果蔬智能試驗烘房。烘房額定功率為 3 kW，主要由控制系統、軸流風機、板式電加熱器、乾濕球感測器、排濕裝置和托盤組等組成。控制系統由溫濕度控制儀、溫濕度感測器、自動排濕和冷風執行機構及電器控制等構成；可按照預設物料乾燥條件，即物料各乾燥階段所需熱風溫度、濕度、乾燥時間等數據，自動控制鼓風機的啟停、風門開關，實現升溫、保溫、進風和排濕等各種功能，完成物料乾燥。本機溫度控制範圍為 20～80℃，精度為±1℃；相對濕度控制精度為±5%。

GZX-9070MBE 型電熱恆溫鼓風乾燥箱，上海博訊實業有限公司；JJ3000 型精密電子天平，量程（3000±0.1） g，常熟雙傑測試儀器廠；高速多功能粉碎機，永康市綠可食品機械有限公司；分析天平（精確度 0.0001 g），奧豪斯中國地區；標準篩，南京市科達儀器總匯；超聲波清洗機，深圳市威固特洗凈設備有限公司；真空抽濾裝置（自己組裝）；722 型可見光分光光度計，上海菁華集團公司；wsl-2 比較測色儀，上海昕瑞儀器有限責任公司。

1.3 試驗試劑

無水葡萄糖標準品、苯酚、濃硫酸、無水乙醇、碳酸鈉，均由天津市化學試劑一廠生產，分析純。

1.4 試驗方法

1.4.1 熱風乾燥試驗

首先將清洗乾淨的枸杞置於通風處，瀝乾其表面水分後均勻地平鋪在托盤上，稱取其品質，放置在試驗烘房中。設定烘房試驗參數（如表 1 所示）後開啟開關，每隔 1 h 稱取其品質，直至枸杞的濕基含水率小於等於13%（乾基含水率 0.149 kg/kg）時，結束乾燥試驗。

表1 中設定乾燥時間為枸杞在設定乾燥條件下的預測乾燥時間（即物料濕基含水率≤13%的時間），大於等於實際乾燥時間。試驗結束後，繪製枸杞乾燥曲線和乾燥速率曲線，並測定各乾燥條件下的乾產品的枸杞多糖含量、色澤和復水率。上述試驗均重複 3 次，取其平均值。

根據研究目的：隨著乾燥過程進行，不斷調整溫度和濕度以縮短乾燥時間和保證乾燥品質。因此，試驗著重於乾燥過程中乾燥參數調整這一動態過程，來設計試驗方案（見表 1）。表 1 的試驗方案參數選擇依據是前期試驗觀察結果和參考文獻。

試驗中，溫度選擇 40、50、60℃，其原因：乾燥溫度低於 40℃，枸杞乾燥時間長，容易變質；乾燥溫度高於 70℃，則枸杞褪色變黃現象嚴重；故而選擇乾燥溫度在 40～60℃，溫度梯度為 10℃。濕度選擇 40%、50%、60%主要是參考前人文獻進行參數選擇。

1.4.2 枸杞多糖含量測定

採用超聲波浸提法提取枸杞多糖，分光光度苯酚-濃硫酸滴定法測定多糖含量。

1）枸杞多糖提取

取乾燥枸杞樣品 5 g，置於粉碎機中粉碎後過 20 目的標準篩；精確稱取篩得的粉末 1 g，置於 100 mL 的燒杯中，量取 80%的酒精溶液 40 mL，倒入燒杯中，放在超聲波清洗機中浸提 2 h；浸提完成後用 80%的熱酒精溶液清洗浸提的粉末 5 次，每次 10 mL 溶液；清洗完畢棄去濾液，將濾紙和枸杞粉末置於燒杯中，加蒸餾水 40 mL，繼續浸提 2 h，浸提結束後用熱蒸餾水清洗枸杞粉末 10 次，每次 10 mL，將浸提液和濾液一併倒入 250 mL 的容量瓶中定容，待測。

2）苯酚液的配製

稱取苯酚 100 g，加鋁片 0.1 g、碳酸氫鈉 0.05 g，蒸餾收集 172℃下的餾分 10 g，加水 150 mL，置於棕色瓶中，搖勻。

3）標準曲線的繪製

稱取經 105℃乾燥至品質恆定的葡萄糖標準品50 mg，置於 500 mL 容量瓶中，加蒸餾水定容，搖勻後就可得到品質濃度為 0.1 mg/mL 的葡萄糖標準溶液；分別吸取 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL 的葡萄糖標準溶液置於5 個具塞試管中，分別加蒸餾水 1.8、1.6、1.4、1.2、1.0 mL，使總體積為 2.0 mL，再取 2.0 mL 蒸餾水放入一支空的具塞試管中；向 5 支試管中分別加入 1.0 mL 苯酚液，再迅速滴加 5.0 mL 濃硫酸，搖勻，靜置 10 min，置沸水浴中加熱 15 min，取出後冷卻至室溫；另以 2.0 mL 蒸餾水，加 1.0 mL 苯酚液、5.0 mL 濃硫酸，其他操作同上，作為空白對照，用分光光度計於 490 nm 處測定其吸光度，繪製標準曲線如圖 2 所示。

4）枸杞多糖含量測定

量取 1）中配得的待測液 0.4 mL 於 10 mL 的具塞試管中，加蒸餾水至 2 mL，滴加苯酚溶液 1 mL，搖勻並迅速滴加濃硫酸 5 mL，搖勻後放置 5 min，置於沸水浴中加熱 15 min，取出後冷卻至室溫。另外，以 2 mL 蒸餾水加苯酚和濃硫酸，同上操作，作為空白對照。在 490 nm 處測定其吸光度，對應葡萄糖標準曲線查出顯色液中葡萄糖濃度，進而計算取枸杞多糖含量。計算公式如下：

式中：w 為每百克枸杞中枸杞多糖的品質，g/100g；ρ 為吸取的待測液中葡萄糖的品質，μg/mL；f 為葡萄糖與多糖換算因子,等於 3.19，無量綱；m 為浸提的試樣品質，g；v 為吸取待測液體積，mL。

枸杞多糖測定過程每個試樣取 2 個平行樣進行測定，以其算數平均值為測定結果，允許相對偏差為 5%。

1.5 色澤

選取顆粒均勻的枸杞乾燥樣品，放在比較測色儀的固體物品架上進行測量。比較測色儀通過羅維朋比色法來測量樣品色度,比較測色儀的測量範圍分別為紅色 R（0.1～79.9），黃色 Y（0.1～79.9），藍色 B（0.1～49.9），中性灰色N（0.1～3.9）。對於枸杞而言，紅色值越大，黃色值、藍色值越小，其色澤品質越好。色澤測定過程中，選取顆粒均勻的枸杞 5 顆進行測量，結果取其平均值。

1.6 復水率

稱取 6 g 左右枸杞乾燥樣品置於小燒杯中，加 80℃的熱水 60 mL，放在 80℃恆溫水浴中，20 min 後取出，放在乾淨的濾紙上，吸去其表面水分，陰涼處晾置30 min，稱取復水後枸杞品質。計算公式如下：

式中：m1為枸杞乾燥樣品的品質，g；m2為復水後枸杞品質，g；w0 為新鮮枸杞初始濕基含水率，g/g；w1 為枸杞乾燥樣品濕基含水率，g/g。

1.7 數據處理

用 Microsoft Excel2007 對試驗數據進行統計分析，首先對重複性試驗數據進行單因素方差分析，再通過最小顯著差數法（LSD 法）進行多重比較分析，顯著性水準設定為 P=0.05，極顯著性水準設定為 P=0.01。

2 結果與分析

2.1 枸杞恆溫恆濕乾燥

圖 3 顯示了表 1 中恆溫恆濕乾燥條件下的枸杞乾燥曲線。

註：料層厚度為 8mm。

Note: Material thickness is 8 mm.

圖 3 恆溫恆濕乾燥曲線及乾燥速率曲線

Fig. 3 Drying curves and drying rate curves of Lycium barbarum under constant drying conditions

從圖 3a 中可以看出，當固定熱風相對濕度為 40%，熱風溫度為 40℃時，枸杞乾燥 48 h 後，其乾基含水率仍為 1.14 kg/kg，因此可推斷，乾燥至達到安全水分所需時間遠超過 48h；熱風溫度為 50℃時，枸杞乾燥時間為 30 h；熱風溫度為 60℃時，乾燥時間約為 15 h。

隨熱風溫度的升高，乾燥時間明顯縮短，說明熱風溫度是影響枸杞乾燥重要因數之一。當熱風溫度固定為 40℃時，相對濕度為 40%時，乾燥時間最長（大於 48 h）；相對濕度為 50%時，乾燥時間有所縮短（為 38 h），相對濕度為 60%時，乾燥時間明顯縮短（為 25 h）。

可見，相對濕度對乾燥時間也有明顯影響。相對濕度越大，乾燥時間越短，因為相對濕度越低，枸杞表皮乾燥過快，而內部水分供應不上，導致表皮過乾過硬，反而影響水分散失。所以適當的增加循環熱風的相對濕度，更利於水分外移，加快乾燥速度，縮短乾燥時間。

圖 3b 中顯示了恆溫恆濕條件下，枸杞乾燥特性曲線。從圖 3b 中可以看出，枸杞乾燥是降速乾燥過程。以乾基含水率 2.5 kg/kg 為分界點，枸杞乾燥可分為第 1 和第 2降速階段。第 1 降速階段時間短，枸杞乾燥速率下降較快。第 2 降速階段時間長，這一階段的乾燥速度大都在0.2 kg/(kg·h)以下，而且速度變化緩慢。

表 2 顯示了不同乾燥條件下，測得的枸杞多糖含量、色澤和復水率，來評價乾產品的品質。

枸杞多糖具有抗衰老、降血壓、降血糖、明目補腎等功效，因而枸杞多糖品質分數是乾燥品質中最重要的指標，代表了乾燥過程營養成分的保留情況。

枸杞色澤次之，是銷售過程中最直接觀察到的，直接影響產品銷售，色澤（黃值、紅值、藍值）越接近新鮮枸杞越好。

然後是復水率，復水率是評價乾產品復水後恢復到初始含水率的比例，復水率越大越接近新鮮枸杞的含水率，越接近新鮮枸杞的口感，故復水率越大越好。

由表 2 可以看出：同一相對濕度下，40℃多糖品質分數為 7.76%，50℃多糖品質分數為 8.43%，60℃多糖品質分數為 7.20%。這是因為熱風溫度高和乾燥時間長都容易導致乾燥過程中多糖析出。同時還表明，相同溫度下，相對濕度對枸杞多糖品質分數影響小。

與新鮮枸杞多糖品質分數比較，恆溫恆濕乾燥的枸杞多糖損失率較高。恆溫恆濕乾燥條件下，色澤黃值、紅值和藍值都與新鮮枸杞色澤值差異顯著。同一相對濕度下，隨溫度升高，色澤品質變差；同一熱風溫度下，相對濕度增加，色澤黃值間無顯著差異，紅值、藍值之間有差異；其中，在 40℃，50%的乾燥枸杞色澤最佳。

從復水率分析：同一熱風溫度下，相對濕度越大，復水率越大。這是因為相對濕度大，枸杞表皮硬化小，表皮孔隙率高，水分容易侵入，因而復水性好。同一相對濕度下，50℃時復水率最好；40℃復水率差是由於乾燥時間過

長、枸杞表皮過度硬化，60℃雖然乾燥時間最短，但是熱風溫度高對枸杞表皮有一定破壞。

2.2 枸杞分階段變溫乾燥

在恆溫恆濕乾燥的基礎上，本文進一步研究了枸杞分階段變溫乾燥工藝。試驗所採用的分階段變溫乾燥工藝參數見表 1。

分階段變溫乾燥方案中，熱空氣剛進入烘房時的相對濕度固定為 40%，主要考慮到在實際生產中，烘房內空氣濕度高於 50%，尤其烘房內物料量大，乾燥處於初始階段時，可高於 90%，排濕問題是一直技術難題，設定較低的相對濕度可以促進烘房內水分排出。

另外，恆溫恆濕乾燥結果表明，乾燥溫度比相對濕度更能影響枸杞乾燥時間和乾產品品質。

圖 4a 顯示了枸杞分階段變溫乾燥曲線。從圖 4a 中可以看出，料層厚度為單層 8 mm 時，乾燥曲線 40℃(6 h)-60℃在前 6 h 與曲線 40℃(6 h)-50℃(6h)-60℃重合，然後分離並向 50℃(6 h)-60℃的乾燥曲線接近，並在 12 h 後下穿 50℃(6 h)-60℃的乾燥曲線，並在 16 h 後達到安全水分；整體乾燥時間與 60℃恆溫乾燥時的 15 h 乾燥時間接近。可見，枸杞漸進式升溫工藝可以達到恆定高溫工藝相近的乾燥時間，但乾燥溫度是漸進升高的，因而可以節省乾燥能耗。

圖 4a 也顯示了物料層厚度對枸杞乾燥時間的影響。在相同的 40℃(6 h)50℃(6 h)60℃分階段變溫工藝條件下，單層物料乾燥時間為 26 h，3 層物料（24 mm）乾燥時間為 18 h，5 層物料（40 mm）乾燥時間為 20 h。這是因為，儘管烘箱內空氣濕度維持 40%左右，但隨著物料厚度增加，在枸杞物料層局部空氣濕度增加（初始階段一般維持 50%～60%），相對於單層物料而言，其枸杞表皮硬化速度較慢，促進水分蒸發，所以乾燥時間較短。

5層物料較 3 層物料乾燥時間長，另外試驗中觀察到 5 層物料有底層過乾而上層不乾的現象，易造成枸杞乾燥不均勻性。因而，3 層為最佳料層厚度。

在恆溫乾燥條件下，枸杞乾燥速率隨含水率降低呈下降趨勢。但從圖 4b 中可以看出，在分階段變溫乾燥條件下，每一階段乾燥溫度提升，可增大枸杞乾燥速率，從而使枸杞乾燥速率可以在相當長含水率範圍維持高位。這是因為溫度升高，物料內部水分驅動力增大，加快水分溢出，增快乾燥速率。

如表 3 所示，從色澤分析：料層厚度對色澤影響不大，溫度條件對色澤影響較顯著，40℃(6h)-50℃(6h)-60℃乾燥的枸杞顏色呈亮紅色，40℃(6h)-60℃的枸杞稍微泛黃色，50℃(6h)-60℃的枸杞黃值最大，有較明顯的黃色，不利於銷售。

從復水率來看：40℃(6h)-60℃條件與其他條件差異顯著。從枸杞多糖含量分析：相同溫度條件，不同料層厚度，多糖品質分數差異不大；固定料層厚度，改變溫度條件，對多糖品質分數影響顯著；50℃(6h)-60℃條件的多糖含量最高，40℃(6h)-50℃(6h)-60℃多糖含量次之（低 3.1%），相差不大。

綜上所示，乾燥條件為 40℃(6h)-50℃(6h)-60℃，料層厚度為 3 層（24 mm）是枸杞乾燥的最佳工藝條件。

2.3 預處理對枸杞分階段變溫乾燥的影響

在枸杞分階段變溫乾燥工藝的基礎上，本文也研究了預處理對新鮮枸杞乾燥過程和品質的影響。預處理方法為：鮮枸杞用 3%碳酸鈉溶液浸泡 1 min 後噴淋清洗，瀝乾其表面水分後放進烘箱進行分階段變溫乾燥。

圖 5a 顯示了預處理對枸杞變溫乾燥曲線的影響。經過預處理後，枸杞乾燥時間縮短。例如，40℃(6 h)-50℃(6 h)-60℃經過預處理後，乾燥時間由 28 h 縮短至 25 h；40℃(6 h)-60℃預處理的曲線在乾燥初期優勢較明顯，但是到 18 h 以後 2 條曲線基本重合；50℃(6h)-60℃預處理後，乾燥最快。圖 5b 表明經過預處理後，枸杞各個乾燥階段乾燥速率都明顯加快。

如表 4 所示：從乾燥品質上看，預處理後乾燥的枸杞色澤鮮亮和復水率有所提高，經過預處理的枸杞，枸杞多糖品質分數有所減少，但是變化不大。在實際生產中，為了縮短乾燥時間可以對清洗後的新鮮枸杞進行預處理，不僅外觀品質有所提升，多糖保留情況也較好。

3 結 論

1）枸杞熱風乾燥過程中，熱風溫度對乾燥時間和產品品質有重要影響。試驗條件下，40℃乾燥枸杞色澤較好，但乾燥時間長，多糖含量低；60℃乾燥時間縮短但色澤品質差。

2）與恆溫乾燥工藝比較，枸杞分階段變溫乾燥工藝在乾燥時間，色澤、復水率、多糖含量都有優勢。變溫乾燥工藝 40℃(6h)-50℃(6h)-60℃下，枸杞乾燥時間為18 h，乾枸杞紅色值為 13.7，多糖品質分數為 9.77%，復水率為 51.6%。

3）碳酸鈉溶液預處理後枸杞乾燥時間縮短，乾燥速率提高，色澤品質鮮紅，多糖保留率較高。

文中沒有採用正交試驗原因是，本文研究目的是究隨著乾燥過程進行，如何不斷調整溫度和濕度以縮短乾燥時間和保證乾燥品質，著重的是乾燥過程中乾燥參數調整這一動態過程，而不是研究某個乾燥參數對乾燥過程的影響程度。

正交試驗方案較適合用於在恆定乾燥條件下，研究某個乾燥參數對乾燥過程影響程度。另外，在文中進行恆溫恆濕乾燥試驗中，可以確定乾燥溫度的影響大於濕度，已起到一定正交試驗的作用。

來源：《枸杞分段式變溫熱風乾燥特性及乾燥品質》 吳中華 ，李文麗等