全 文 ：第 30卷第 4期 大 连 海 洋 大 学 学 报 Vol．30 No．4
2 0 1 5 年 8 月 JOUＲNAL OF DALIAN OCEAN UNIVEＲSITY Aug ． 2 0 1 5
DOI:10．16535 / j．cnki．dlhyxb．2015．04．011 文章编号:2095－1388(2015)04－0405－05
微波真空干燥江蓠的干燥特性及
对蛋白质保留率的影响
霍锦，张国琛，祝春柳，母刚，张璐颖
(大连海洋大学 辽宁省渔业装备工程技术研究中心，辽宁 大连 116023)
摘要:为研究微波真空干燥江蓠 Gracilaria sp. 的干燥特性及对蛋白质保留率的影响，采用微波真空干燥江
蓠，并与热风干燥进行比较。结果表明:微波真空干燥江蓠干燥时间仅需 20～ 30 min，而热风干燥需 100
min以上;增大微波功率密度，江蓠的干燥速率显著加快，而真空度对干燥速度影响不显著，Page 模型可
很好地模拟江蓠的微波真空干燥过程;与热风干燥相比，微波真空干燥的干燥时间短、蛋白质保留率高，
在微波功率密度为 3 W/g、真空度为 90 kPa时，江蓠的蛋白质保留率达 97. 27%，干燥时间仅为 27 min。
关键词:江蓠;微波真空干燥;干燥特性;动力学模型;蛋白质保留率
中图分类号:S985. 4 文献标志码:A
江蓠 Gracilaria sp. 俗称龙须菜、海菜，是世
界性分布的大型藻类，隶属于红藻门 Ｒhodophyta、
杉藻目 Gigartinales、江蓠科 Gracilariaceae［1］。2013
年，中国藻类养殖产量达 179. 85万 t，其中江蓠养
殖总产量为 24. 6 万 t，占藻类养殖总产量的
13. 7%，并且所占比例呈逐年递增趋势［2］。江蓠因
其 蛋 白 质 含 量 高 (18. 78%)、脂 肪 含 量 低
(0. 78%)［3－4］，含有丰富的碘化物、矿物质、维生
素和刺激动物生长的活性物质，并且其营养物质多
以无机态形式存在，易被动物吸收，因此，江蓠可
作为养殖动物的优质饵料添加剂［5－7］。农新［8］用添
加 2%的海藻粉鸡饲料喂食肉鸡，结果表明，肉鸡
生长速度可提高 14%～19%，且饲料转化率大大提
高，死亡率明显降低;李人光等［9］和李敏等［10］分
别研究了在工厂化养殖大菱鲆或网箱养殖鲈鱼和黑
鲍幼鲍过程中加入 5%海藻粉或江蓠、石莼和浒苔
组成的混合饵料，结果表明，采用海藻作为饲料添
加剂不仅可以减少白化病等病害，而且可以提高水
产动物的生长率，缩短养殖周期。
新鲜江蓠含水量约为 88. 76%，若不及时进行
干燥加工，在 2 ～ 3 d 内就会变质腐烂。将海藻干
燥是增加其价值的关键过程，目前的干燥工艺普遍
采用日光干燥，但日光干燥受天气条件制约较大，
而且江蓠收获时期经常为阴雨期，不适合用日光干
燥［11］。胡光华等［12］采用热泵太阳能组合干燥器对
江蓠进行干燥，结果表明，干燥时间较自然干燥缩
短 6～10 h，减少了干燥品的霉变损失，但并未提
出合适的干燥温度和方法。Tello－Ireland 等［13］利用
热风对江蓠进行干燥，并找到最优的干燥温度，使
江蓠的色泽、藻胆蛋白含量等特性均处于良好的状
态。但是，热风干燥过程中可能出现产品表皮硬
化、热敏性营养成分或活性成分损失、色香味品质
劣变等现象，影响其经济价值［11］。因此，研究适
宜的江蓠干燥方法具有重要意义。本研究中，进行
了微波真空干燥江蓠的试验，并与热风干燥江蓠进
行了对比，探讨其微波真空干燥特性及动力学模
型，分析不同干燥方法对江蓠干燥时间和蛋白质含
量的影响，旨在探寻提高江蓠干燥品质和生产效率
的有效方法，促进江蓠的综合利用。
1 材料与方法
1. 1 材料
试验用新鲜成熟江蓠购于大连长兴水产市场。
试验仪器主要有 MZ08S－1A 型微波真空试验
炉 (南京汇研微波系统工程有限公司)、DHG －
5053A型电热鼓风干燥箱 (上海一恒仪器有限公
收稿日期:2015－07－02
基金项目:辽宁省教育厅科学技术研究项目 (042214106) ;辽宁省科学技术计划项目 (2015103021)
作者简介:霍锦 (1991—) ，女，硕士研究生。E－mail:huojin1028817@ sina. com
通信作者:张国琛 (1965—) ，男，博士，教授。E－mail:zhanguochen@ dlou. edu. cn
司)、NewClassicMS105DU 型分析天平 (瑞士梅特
勒－托利多国际股份有限公司)。
1. 2 方法
1. 2. 1 预处理 将去除杂物的江蓠置于盐度为 40
g /L的沸水中，待颜色由褐色变成绿色 (约 30 s)
时捞出，沥干至室温，分袋密封，并置于冷冻室
(－20 ℃)中保存备用。每次取 70 g解冻后的江蓠
样品进行干燥试验。
1. 2. 2 干燥工艺参数 (1)微波真空连续干燥。
微波功率密度选取 2、3、4、5 W/g，真空度选取
84、87、90、93 kPa，进行单因素试验和二因素四
水平的交互试验。 (2)热风干燥。固定风速为 1
m /s，温度分别为 50、60、70 ℃，进行单因素试
验，研究温度对江蓠干燥特性的影响。
1. 2. 3 干燥曲线的确定 微波真空干燥试验过程
中，每隔 5 min 停止干燥并快速称量江蓠的质量，
干燥至湿基含水率为 (13±0. 5)%时终止，重复 3
次，取其平均值。
1. 2. 4 粗蛋白质的测定 采用 GB /T5009. 5—2003
中的方法，将干燥后的江蓠样品进行粉碎，采用微
量凯氏定氮法测定其粗蛋白质含量。
1. 3 数据处理
采用 Excel软件对微波真空干燥试验数据作曲
线图，利用 SPSS软件对试验数据进行线性分析及
非线性拟合。
2 结果与分析
2. 1 江蓠的微波真空干燥特性分析
2. 1. 1 微波功率及真空度对江蓠干燥的影响 不
同微波功率、不同真空度下，微波真空干燥的含水
率曲线及干燥速率曲线如图 1、图 2所示。
图 1 不同微波功率下干燥江蓠的含水率及干燥速率曲线
Fig. 1 Moisture curves and drying rate curves of seaweed Gracilaria sp. dried at different microwave power levels
图 2 不同真空度下干燥江蓠的含水率及干燥速率曲线
Fig. 2 Moisture curves and drying rate curves of seaweed Gracilaria sp. dried at different degrees of micro－vacuum
由图 1－A、图 2－A 可见，微波真空干燥速度
快，仅需 16～36 min含水率即可达 13%。由图 1－A
可见，微波功率对干燥时间影响显著 (P＜0. 05) ，
当微波功率由 2 W/g 增大为 5 W/g 时，干燥时间
由 37 min缩短为 17 min。由图 2－A 可见，真空度
对干燥时间的影响不显著 (P＞0. 05) ，真空度增
加，干燥速度加快，但干燥时长相差并不大，真空
度由 84 kPa增大到 93 kPa 时，干燥时间仅缩短了
4 min。
由图 1－B、图 2－B 可见，江蓠的微波真空干
燥有着明显的加速干燥阶段、恒速干燥阶段、降速
干燥阶段。由图 1－B 可见，随着微波功率的增大，
加速干燥阶段和恒速干燥阶段的干燥速率显著增
大，恒速干燥时间依次缩短。由图 2－B 可见，不
同真空度时的加速干燥阶段、恒速干燥阶段和降速
干燥阶段三阶段依旧明显，但加速干燥阶段几近重
604 大 连 海 洋 大 学 学 报 第 30卷
合，恒速干燥阶段和降速干燥阶段失水速率无明显
差异。
分析出现上述现象的原因，可能是由于物料的
干燥速度由物料内部水分的湿扩散和热扩散方向决
定［14］，在微波真空干燥中，物料在微波的作用下
内外同时被加热，物料表面不断吸热蒸发的同时物
料内部也不断升温，物料的水分梯度和温度梯度都
是由内到外，即热扩散和湿扩散的方向相同，加快
江蓠内部水分的蒸发，因而，微波真空干燥江蓠速
度快。微波功率密度越大，江蓠单位水分吸收的微
波能越多，微波能转化为热能就越多，从而提高了
干燥平均速率并缩短了干燥时间［15］。而真空度提
高降低了水分的沸点，使江蓠中水分梯度加大，水
分迁移强度增强，缩短了干燥时间，但真空度降低
时，蒸发潜热增加，会导致表面水分蒸发强度下
降［16］。因此，提高真空度对缩短干燥时间不显著，
这与陈建凯等［17］和张常松等［18］的研究结果一致。
2. 1. 2 微波真空干燥的交互试验 为探讨微波功
率和真空度对江蓠干燥的交互影响，进行二因素四
水平的交互试验。从表 1、表 2 可见，微波功率和
真空度对江蓠的微波真空干燥时间均有显著影响
(P＜0. 05)，但相对于微波功率，真空度对江蓠微
波真空干燥的影响较小，微波功率和真空度之间的
交互作用不显著 (P＞0. 05)。
表 1 双因素交互试验结果
Tab. 1 Ｒesults of the two－factor interaction experiment
序号
No.
微波功率 /(W·g－1)
microwave power
真空度 /kPa
degree of vacuum
干燥时间 /min
drying time
1 2 84 37
2 2 87 36
3 2 90 37
4 2 93 37
5 3 84 27
6 3 87 30
7 3 90 27
8 3 93 25
9 4 84 22
10 4 87 20
11 4 90 19
12 4 93 18
13 5 84 22
14 5 87 20
15 5 90 18
16 5 93 17
2. 1. 3 江蓠的微波真空干燥动力学模型 目前，
用来描述农业物料薄层干燥过程的模型一般有 3种
表 2 双因素方差分析结果
Tab. 2 Two－factor analysis of variance
因子 factor F值 P值 Sig.
微波功率 microwave power(MP) 117. 773 0. 000
真空度 degree of vacuum(DV) 4. 201 0. 013
微波功率×真空度(MP×DV) 1. 258 0. 297
(表 3)。水分比计算公式为
ＲM = (Mt－Me) / (M0－Me)。
其中:ＲM 为水分比;Mt为物料在 t 时刻的含水率
(%) ;M0 为物料初始含水率 (%) ;Me 为物料平
衡含水率 (%)。
表 3 常见的描述薄层干燥的数学模型
Tab. 3 Common mathematical models for thin layer drying
模型
model
模型方程
mathematical equation
线性化处理后的数学模型
linear type model
单项扩散模型 ＲM =A exp(－Kt) －ln ＲM = －ln A+Kt
指数模型 ＲM =exp(－Kt) －ln ＲM =Kt
Page模型 ＲM =exp(－KtN) ln(－ln ＲM)= K+N ln t
不同微波功率和不同真空度下的 ln ＲM 曲线和
ln (－ln ＲM)曲线如图 3所示。由图 3－A 和图 3－C
及其线性回归可知，－ln ＲM 与时间 t 不呈线性关
系，即单项扩散模型与指数模型不适合江蓠微波真
空干燥模型的建立。由图 3 －B 和图 3 －D 可见，
ln (－ln ＲM)与 ln t 基本呈线性关系，即江蓠的微
波真空干燥模型满足 Page方程。经 SPSS软件对试
验数据进行多元线性回归，求得
K= －7. 261+0. 757P－0. 043V，
N= 0. 778+0. 001P+0. 025V。
其中:P为微波功率;V 为真空度。得出回归方程
为
ＲM =exp ［－ (－7. 261+0. 757P－0. 043V)］ ×
t(0. 778+0. 001P+0. 025V)。
经检验，F= 851. 46，P＜0. 01。选取真空度为
85 kPa，微波功率为 4 W/g进行模型验证试验，其
预测曲线与实际曲线如图 4所示，拟合程度很好。
2. 2 与热风干燥的对比
2. 2. 1 热风干燥的干燥特性 不同温度下江蓠热
风干燥的含水率曲线及干燥速率曲线如图 5 所示。
由图 5可知，江蓠的热风干燥耗时较长，温度对干
燥时间的影响显著 (P＜0. 05)，50、60、70 ℃下
的干燥时间分别为 170、125、100 min。即温度越
高，干燥时间越短。这主要是由于热风温度越高，
传热动力越大，蒸发速率就越快，要达到一定含水
率所需的时间就越短［19］。
704第 4期 霍锦，等:微波真空干燥江蓠的干燥特性及对蛋白质保留率的影响
图 3 不同功率密度和真空度下的 ln ＲM 和 ln (－ln ＲM)曲线
Fig. 3 Curves of ln ＲM and ln (－ln ＲM)at different microwave power levels and degrees of vacuum
图 4 江蓠微波真空干燥试验值与预测值比较
Fig. 4 Comparison between experimental and predicted
values
图 5 不同温度下热风干燥江蓠的含水率曲线
Fig. 5 Moisture of seaweed Gracilaria sp. dried by hot
air at different temperature
2. 2. 2 微波真空干燥与热风干燥对江蓠蛋白质保
留率的影响 测得新鲜的江蓠样品的蛋白质含量为
21. 63%，图 6为江蓠微波真空干燥和热风干燥蛋
白质保留率的对比图。由图 6可知，微波真空干燥
过程中，随着微波功率的增大，江蓠的蛋白质保留
率呈现先增高后下降的趋势，其中 3 W/g、90 kPa
时蛋白质保留率最高，为 97. 27%，其次为 4 W/g、
90 kPa时，为 93. 28%。在热风干燥过程中，蛋白
质保留率也呈现先增高后下降的趋势，在 60 ℃时
最大，为 92. 73%，其次为 50 ℃时，为 90%。这
主要是因为蛋白质活性受干燥温度和干燥时间的影
响，干燥温度高、干燥时间长，导致蛋白质变性增
多，保留率降低［20］。增大微波功率相应地升高了
被干燥物料的温度，但缩短了干燥时间，干燥时间
作用比较显著，因而，3 W/g时较 2 W/g时的蛋白
质保留率高，但 4 W/g 时温度影响作用更大，因
而保留率较 3 W/g 时低。热风干燥中，60 ℃时具
有最佳的温度时间综合效果，所以蛋白质保留率在
3个干燥温度中最高。两种干燥方式相比，微波真
空干燥因时间短、温度低，江蓠的蛋白质保留率明
显高于热风干燥。
图 6 不同干燥参数对江蓠蛋白质保留率的影响
Fig. 6 Protein retention rate of seaweed Gracilaria sp.
dried under different drying parameters
804 大 连 海 洋 大 学 学 报 第 30卷
3 结论
(1)微波真空干燥江蓠速度快，仅需 20 ～ 30
min即可达到 13%湿基含水率，而热风干燥需 100
min以上。增大微波功率密度，江蓠干燥速率显著
加快，而真空度对干燥速度影响不显著。
(2)江蓠在微波真空干燥过程中，具有明显的
升速、恒速和降速 3 个阶段。Page 模型可很好的
模拟江蓠的微波真空干燥过程，本试验得出的江蓠
微波真空干燥模型，能够较准确地表达和预测江蓠
在微波真空干燥过程的水分变化规律。
(3)与热风干燥相比，微波真空干燥因干燥时
间短，所以蛋白质保留率高，在微波功率密度为 3
W/g、真空度为 90 kPa 时，江蓠蛋白质保留率达
97. 27%，干燥时间仅为 27 min，干燥效果良好。
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Drying characteristics and protein retention rate of seaweed
Gracilaria sp． dried by microwave vacuum
HUO Jin，ZHANG Guo－chen，ZHU Chun－liu，MU Gang，ZHANG Lu－ying
(Ｒesearch and Development Center of Fisheries Equipment and Engineering of Liaoning Province，Dalian Ocean University，Dalian 116023，China)
Abstract:The effects of microwave vacuum drying on characteristics and protein retention rate of seaweed Gracilar-
ia sp． were studied and drying effects of the seaweed dried by both microwave vacuum drying and hot air drying was
compared． Ｒesults showed that it took only 20－30 min for the seaweed drying by microwave vacuum，while it took
more than 100 min for the seaweed drying by hot air drying． There was significantly higher drying rate with the in-
crease in the microwave power level，while there was no significant effect of microwave vacuum on the drying peri-
od． The dynamic model of the seaweed drying by microwave vacuum was shown to be fitted with the Page equation
describing the relationship among moisture content，drying time，microwave power level and degree of vacuum．
Compared with hot air drying，the microwave vacuum drying had more rapid drying and higher protein retention rate
of the seaweed，up to 97．27% of protein retention rate in only 27 min drying period at 3 W/g and 90 kPa of micro-
wave vacuum drying．
Key words:Gracilaria;microwave vacuum drying;drying characteristics;dynamic model;protein retention rate
904第 4期 霍锦，等:微波真空干燥江蓠的干燥特性及对蛋白质保留率的影响