全 文 ：- 7 -
Vegetables 2015.9 试验研究
鼠尾草干燥模型的建立和验证
王雪敏1*，卢江长美1,2，张 超2，马 越2，赵晓燕2
（1.河北工程大学农学院，河北 邯郸 056001；2.北京市农林科学院蔬菜研究中心/果蔬农产品保鲜与加工北京市重点实验
室/农业部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室/农业部都市农业（北方）重点实验室，北京 100097）
摘要：研究鼠尾草干燥过程中水分含量的
变化规律，建立鼠尾草干燥模型。比较5个常
用的干燥模型对鼠尾草干燥过程的拟合效果，
结果发现Modified-Page、Wang and Singh以及
Henderson-Pabis模型对试验数据拟合度较高，其
中Wang and Singh模型为二次方程式，明显不适
合预测样品的水分变化规律，Modified-Page模型
的拟合效果最佳。进一步使用Arrhennius方程预
测干燥温度对干燥速率的影响，在Modified-Page
模型的基础上建立并验证鼠尾草的干燥模型：
)))
.273
6304exp(1143080(exp( )000294.00207.0.2(
2TTt
T
M ×−×+×
+
−
×−=
15
01R （ 其
中T为干燥温度， t为干燥时间，M R为样品水分
比），该模型平均相对误差仅为26.5%。
关键词：鼠尾草；干燥模型；Modified-Page
模型；Arrhennius方程
鼠尾草（Slvia officinalis L.）属于唇形科鼠
尾草属，为常绿性小型亚灌木，有木质茎，叶
子灰绿色，广椭圆形，具短绒毛，主要分布于热
带和温带地区，我国各地已经查明的有78种[1]。
鼠尾草具有扩张冠脉、增加冠脉流量、改善微循
环、保护心脏、抗寄生虫、抗肿瘤和抗病毒等功
能，是重要的药用植物 [2]。在欧洲，鼠尾草常在
干燥后作为香料使用，也有少部分作为佐餐配料
鲜食。
干燥是鼠尾草的主要加工形式。干燥可以延
长农产品的保质期，建立农产品的干燥模型将有
助于维持产品品质，延长产品货架期。关于鼠尾
草的研究目前集中于鼠尾草精油成分和功能的研
究，鼠尾草的干燥技术还鲜有报道，比较了5个
常用干燥模型对鼠尾草干燥过程的拟合效果，建
立并验证鼠尾草干燥模型，为鼠尾草干燥技术提
供理论支持。
1 材料和方法
1.1 试验材料
供试鼠尾草采于北京市农林科学院通州农
场，4 ℃贮藏备用。
供试设备：GDS-225高低温湿热试验箱，北
京雅士林环境仪器有限公司；DHG-9240A 电热
恒温鼓风干燥箱，北京雅士林试验设备有限公
司；FW100高速万能粉碎机，天津市泰斯特仪器
有限公司；AL204电子天平，瑞士Mettler Toledo
公司。
1.2 试验方法
1.2.1 干燥方法
选取成熟度一致、无病虫害的鼠尾草叶和
嫩茎（水分含量75.9%）清洗，使用沸水漂烫
1 min，离心脱水，平铺于试验箱托盘上，分别在
55、65、75、85、95 ℃（相对湿度20%）条件下
干燥，干燥过程中测定样品的水分含量。
1.2.2 水分含量测定
按照国标GB 5009.3－2010的方法测定。样
品干基含水量Mt计算公式（1）：
基金项目：现代农业产业技术体系转向资金资助（CARS-25-E-02）；北京市农林科学院科技创新能力建设专项新学科培
养（KJCX20140204）。
*通讯作者：王雪敏
- 8 -
Vegetables 2015.9试验研究
水分含量。 ˅˄ EDD a−= exp0 RT （5）
式（5）中：D为速率常数；D 0为指前因
子；Ea为活化能，kJ/mol；R为摩尔气体常量，
kJ/（mol·K）；T为热力学温度，K。
选择50、60、70、80 ℃（相对湿度20%）环
境作为验证的干燥条件，比较试验结果与模型预
测数值的差别，选择最佳干燥模型。
2

结果与分析
2.1 鼠尾草干燥过程中水分含量的变化规律
鼠尾草干燥过程中水分含量的变化见图1。
随着干燥时间的延长，鼠尾草水分比降低，在干
燥初期，M R下降较快，随后其变化变慢，并趋
于平缓；当脱水温度升高时，鼠尾草M R下降速
率提高；在相同干燥时间内，随温度提高M R失
水速率加快。当干燥温度由55 ℃升高至95 ℃，
将鼠尾草干燥至水分含量6%所需的干燥时间缩短
了200 min。研究发现当薄荷的干燥温度由35 ℃
升高至60 ℃，干燥时间减少495 min[3]。与本研
究的结论相似，胡萝卜片干燥温度由35 ℃升高至
5 5 ℃，干燥时间缩短 4 1 . 5 % [ 4 ]；芦荟的干
燥温度由5 0 ℃升高至9 0 ℃，干燥时间缩短
600 min[5]。
2.2 鼠尾草热风干燥模型的建立
表2比较5种干燥模型对试验数据拟合的R 2
值，R2均大于0.85，说明5个模型均可以描述鼠尾
草的干燥过程。对R2排序发现Henderson-Pabis、
Modified-Page和Wang and Singh模型对实验数据
的拟合效果较好。原因可能在于Henderson-Pabis
表1 常用热风干燥模型
序号 模型 方程
1 Lewis
)exp( 1tk−=MR
2 Henderson-Pabis
)exp( 21 tka −=MR
3 Wang and Singh 2
21 ta ++=MR bt
4 Modified-Page
))(exp( 13
ntk−=MR
5 Two-term )exp()exp( 4303 tkatka −+−=MR
注：表中t为干燥时间（min）；k1、k2、k3、k4、k0、a1、a2、n1、n2、b均为待定常数。
100 ×−=
g
gt
t m
mm
M ˅˄ （1）
式（1）中：M t：样品干燥至t时刻的干基含
水量，g水/g干料，%；mt：样品干燥至t时刻的质
量，g；mg：样品干燥至绝对干燥时的质量，g。
样品水分比（MR）计算公式（2）：
0M
Mt=MR -Me
-Me （2）
式中：MR：样品水分比，无量纲；Mt：任意时
刻t的含水量，g水/g干料；Me：样品平衡含水量，
g水/g干料；M0：样品初始干基含水量，g水/g干料。
对于一般蔬菜M e的值趋近于0，可以忽略不
计，因而以上公式简化为公式（3）：
0M
Mt=MR （3）
1.3 干燥模型的建立
选择5个常用于果蔬干燥的模型（表1），
使用Origin Pro8.0对鼠尾草干燥实验数据进行拟
合，建立鼠尾草的热风干燥模型。
数据拟合程度用相关系数（R2）表示，R2越
高，拟合度越高。R2计算公式（4）：
−
−
−=
∑
∑
−
=
N
i
ipre
N
i
iipre
R
1
2
exp,
2
1
exp,,
2 1 ˅˄ ˅˄MRMR MRMR （4）
式（4）中：M R e x p， i为任意时刻实验值；
MRpre，i为任意时刻预测值；N为观测值个数。
1.4 干燥模型验证
选用Arrhenn ius方程式（5）建立反应速率
（k）与温度的变化规律，参数n或a与干燥温度
的关系用二次方程进行拟合，根据n和a预测样品
- 9 -
Vegetables 2015.9 试验研究
模型是由菲克定律推论而来，经过多次简化，在
其简化过程中对物料设定了一些假设条件，只
考虑湿物料的内扩散阻力，因此误差较大 [6]；而
Lewis模型是由Lewis在1921年基于对流传热干燥
物料的原理而建立的模型[6]，可能不适合描述烘
箱的干燥环境，因而误差较大。
脱水时间/min
M
R
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0 ććććć
M
R 㝡≤ᰦ 䰤PLQ
图1 鼠尾草干燥曲线
进一步比较Modified-Page、Wang and Singh
和Henderson-Pabis模型对鼠尾草干燥过程的拟合
效果（图2）。Modified-Page模型对实验数据的
拟合效果最好，试验数据分布在方程曲线上；
Henderson and Pabis模型对数据的拟合效果略差
于Modified-Page模型，尤其是干燥温度为55 ℃
时，模型的拟合误差较大；Wang and singh模型
对实验数据的拟合效果虽较好，但是其函数表达
式为二次方程形式，模型走势明显不符合预测
干燥样品的水分变化规律，因此该方程不适合
用于描述鼠尾草的干燥过程。因此，进一步对
Modified-Page和Henderson-Pabis模型的拟合效果
进行验证。
2.3 鼠尾草干燥模型的验证
Modified-Page和Henderson and Pabis模型
对鼠尾草干燥过程的拟合参数见表3。当干燥温
度升高时，速率常数k也随之增大。进一步选用
Arrhenn ius方程对k随温度的变化进行拟合。参
数n和a与干燥温度的对应关系用二次方程进行
拟合。k4和n1的拟合度R
2分别为0.993和0.986。
k4、n1与温度T的关系方程为：k4＝1143080×exp
（－ 6 3 0 4÷（ 2 7 3 . 1 5＋T））； n 1＝ 2 . 0 1＋
0.0207T－0.000294T 2。k2和a1拟合度R
2分别为
0.994和0.905。k 2、a 1与温度T的关系方程为：
k 2＝5 5 2 2 3 0 . 8× e x p（－ 6 0 1 8÷（2 7 3 . 1 5＋
T）），a1＝1.119＋0.00282T－0.0000377T
2。因
此，基于Modified-Page和Henderson and Pabis模
表2 5个干燥模型相关系数R2比较
温度/℃ Lewis Two-term Henderson-Pabis Wang and Singh Modified-Page
55 0.860 0.869 0.885 0.953 0.995
65 0.890 0.884 0.900 0.963 0.995
75 0.902 0.894 0.911 0.948 0.987
85 0.955 0.948 0.957 0.985 0.997
95 0.969 0.961 0.968 0.978 0.983
平均值 0.915 0.911 0.924 0.965 0.991
0 50 100 150 200 250 300 350
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
ććććć0RGLILHG3DJH
M
R 㝡≤ᰦ 䰤PLQ 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 3000.00.20.40.60.81.0 55ć 65ć 75ć 85ć 95ć Wang and SinghM R 㝡≤ᰦ 䰤PLQ 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 3000.00.20.40.60.81.0 55ć 65ć 75ć 85ć 95ć Henderson and PabisM R 㝡≤ᰦ 䰤PLQ
A：Modified-Page；B：Wang and singh；C：Henderson and Pabis
图2 模型拟合效果的比较
A B C
M
R
M
R
M
R
M
R
脱水时间/min脱水时间/min 脱水时间/min
- 10 -
Vegetables 2015.9试验研究
型的鼠尾草干燥模型分别如下： ˅˅˅˄˄˄ ˅˄ 2000294.00207.0.2
.273
6304exp×1143080exp TTt
T
M ×−×+×
+
−
−=R
15
01 （6）˅˄˅˄ t
T
TTM ×
+
−
××−×+=
.273
6018exp0000377.000282.0119.1 2R
15 （7）
鼠尾草干燥模型6和模型7与验证试验拟合结
果见图3。预测模型6的平均相对误差为26.5%，
试验数据基本分布在预测模型的曲线上，而模型
7的平均相对误差为41.1%。因此，基于Modified
Page模型的干燥模型6有效描述鼠尾草干燥过程
水分与时间和温度的关系。
3

讨论与结论
不同的干燥模型适用于不同的原料，比
如M o d i f i e d-P a g e模型可以有效预测山楂、哈
密瓜、姜片和地黄干燥过程 [7 -13 ]；W a n g a n d
S ingh模型有效预测无核白葡萄的干燥过程 [14]；
Henderson-Pabis模型有效预测荔枝果肉的干燥
过程 [15]；T w o-t e r m模型有效预测杏鲍菇干燥过
程[16]。研究发现Modified-Page、Wang and Singh
表3 Modified-Page和Henderson and Pabis模型拟合参数
温度/℃
k4
（Modified-Page）
n1/a1
（Modified-Page）
k4
（Henderson and Pabis）
n1/a1
（Henderson and Pabis）
55 0.006 31 2.26 0.007 10 1.16
65 0.009 89 2.10 0.011 40 1.13
75 0.015 40 1.95 0.017 70 1.13
85 0.024 40 1.60 0.027 40 1.08
95 0.042 60 1.34 0.046 30 1.05
0 50 100 150 200 250 300
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
55ć
65ć
75ć
85ć
95ć
60ć
70ć
80ć
90ć㝡≤ᰦ 䰤PLQ0 50 100 150 200 250 3000.00.20.40.60.81.0 55ć 65ć 75ć 85ć 95ć 60ć 70ć 80ć 90ćM R 㝡≤ᰦ 䰤PLQ
图3 预测模型6（A）和模型7（B）的验证曲线
和Henderson and Pabis模型对鼠尾草干燥过程
拟合效果较好。接下来，采用A r r h e n i u s方程
计算Modified-Page模型和Henderson and Pabis
模型参数n、a和 k，获得鼠尾草的干燥模型6
和模型7。验证实验表明，M o d i f i e d-P a g e模型˅˅˅˄˄˄ ˅˄ 2000294.00207.0.2
.273
6304exp×1143080exp TTt
T
M ×−×+×
+
−
−= 01R
15 可以
较好地预测鼠尾草的干燥过程，平均相对误差为
26.5%。
参考文献
[1] 曹丽敏 .鼠尾草属植物研究进展 [ J ] .湖南农业科
学,2009(3):137-139,147.
[2] 张正付,陈鸿珊,李卓荣.鼠尾草属植物化学成分及活性
研究新进展[J].中国新药杂志,2007,16(9):665-671.
[3] Ibrahim Doymaz.Thin-layer drying behaviour of mint
leaves[J]. Journal of Food Engineering, 2006(74):370-
375.
[4] Ahmet K, Orhan A, Cevdet D. Experimental and
theoretical analysis of drying carrots[J]. Desalination,
2009(237):285-295.
脱水时间/min 脱水时间/min
M
R
M
R
A B
- 11 -
Vegetables 2015.9 试验研究
摘要：为筛选出适宜北京地区秋冬季日光温
室种植的优质、高产芹菜品种，在大兴区农业技
术示范站进行了皇后、奥尔良、芹杂145、芹杂
147四个芹菜品种的筛选比较试验，通过产量、形
态特征与生物学特性、商品性、净菜率、抗病性
等方面的调查分析，初步筛选出皇后和芹杂147为
相对较好的品种。
关键词：芹菜；秋冬茬；日光温室；品种；
筛选
芹菜在北京市的蔬菜种植结构中占有一定比
例，是主要的叶菜品种之一。由于秋冬茬芹菜上
市时正值元旦、春节期间，处于蔬菜供应淡季，
日光温室秋冬茬芹菜品种筛选试验
张宁宁，李　超，贾宝弟
（大兴区农业技术示范站，北京　102615）
经济效益可观，筛选出适宜北京地区秋冬茬日光
温室种植的芹菜品种，对实际生产具有重要意
义。本次试验引进4个芹菜品种进行筛选，通过
综合比较，评定出表现较好的品种。
1　材料和方法
1.1　试验地概况
试验于2014年9月－2015年1月在北京市大兴
区农业技术示范站园区大暑日光温室内进行。试
验地土壤为中等肥力水平。前茬作物为番茄。
1.2　试验材料
参试的芹菜品种共计4个，具体见表1，均由
北京市叶类蔬菜创新团队育种与繁育功能研究室
[5] Antonio V, Elsa U, Roberto L, et al. Hot-air drying
charac te r i s t ics of Aloe vera (Aloe barbadens is
Miller) and inf luence of temperature on kinet ic
pa rame te r s[J]. LWT-Journa l Food Sc ience and
Technology,2007,40:1698-1707.
[6] 王宝和 .干燥动力学研究综述 [ J ] .干燥技术与设
备,2009,7(1):51-56.
[7] 李文峰,金欢欢,肖旭霖.山楂气体射流冲击干燥特性及
干燥模型[J].食品科学,2014,35(9):69-73.
[8] 张 茜,肖红伟,代建武,等.哈密瓜片气体射流冲击干
燥特性和干燥模型[J].农业工程学报,2011,27(S1):382-
388.
[9] 孟岳成,王 雷,陈 杰,等.姜片热风干燥模型适用性
及色泽变化[J].食品科学,2014,35(21):100-105.
[10] 刘云宏,朱文学,马海乐.地黄真空红外辐射干燥模型
[J].农业机械学报,2010,41(1):122-126.
[11] 鲁 洁 ,孙剑锋 ,王 颉 .热风干燥对阜平红枣品
质的影响及其数学模型的构建 [ J ] .食品工业科
技,2013,34(1):97-101。
[12] 邢朝宏,李进伟,金青哲.油茶籽的干燥特性及热风干燥
模型的建立[J].中国粮油学报,2012,27(3):38-41.
[13] 游敬刚,张其圣,余文华.柑橘皮渣热风干燥特性及数学
模型研究[J].食品与发酵科技,2010,46(2):51-55.
[14] 汪政富,李玲玲,胡小松.两种不同晾房中无核白葡萄薄
层干燥的数学模型[J].农机化学研究,2008(5):28-31.
[15] 李 辉,林河通,袁 芳.荔枝果肉微波真空干燥特性与
动力学模型[J].农业机械学报,2012,43(6):107-112.
[16] 陈建凯 ,林河通 ,李 辉 .杏鲍菇的热风干燥特性与
动力学模型 [J] .现代食品科技 ,2013,29(11) :2692-
2699.蔬