全 文 ： 2011, Vol. 32, No. 12 食品科学 ※工艺技术150
雪莲果热风-微波联合干燥工艺优化
石启龙，赵 亚，郑亚琴
(山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东 淄博 255049)
摘 要：以雪莲果为原料，研究样品厚度、热风温度、微波质量比功率对雪莲果热风和微波干燥特性的影响。以
热风温度、转换点含水率、微波质量比功率为因素，以色泽变化(ΔE )、干燥时间( t )为指标，采用二次回归正交
旋转组合试验设计确定雪莲果热风 -微波联合干燥的最适工艺参数。结果表明：雪莲果热风干燥最适工艺参数组合
为样品厚度 2～4mm，热风温度 70℃；雪莲果微波干燥最适工艺参数组合为样品厚度 4mm，微波质量比功率 2W/g。
影响热风 -微波联合干燥产品ΔE的主次顺序依次为微波质量比功率、热风温度、转换点含水率；影响干燥时间的主
次顺序依次为转换点含水率、热风温度、微波质量比功率。雪莲果热风 -微波联合干燥的最适工艺参数组合为热
风温度 68.1℃，转换点含水率 61.0%，微波质量比功率 2.6W/g。在此组合参数条件下，色泽变化ΔE=21.53，干燥
时间 t=172min，复水比 RR=4.12，收缩率 SR=84.35%。
关键词：雪莲果；热风；微波；干燥特性；联合干燥
Process Optimization for Drying of Yacon by Hot Air Combined with Microwave
SHI Qi-long，ZHAO Ya，ZHENG Ya-qin
(School of Agricultural Engineering and Food Science, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China)
Abstract ：In this work, hot air and microwave were combinedly used to dry yacon and its drying characteristics were explored
under varying conditions of sample thickness, air temperature, and microwave power. Quadratic regression orthogonal rotary
combination design was used to optimize total color change (ΔE) and drying time with respect to hot air temperature, water content
at conversion point and microwave mass specific power. The results showed that the optimal process parameters of hot air
drying were sample thickness of 2－ 4 mm, air temperature of 70 ℃ and those of microwave drying were sample thickness of
4 mm and microwave mass specific power of 2 W/g. The importance of factors affecting ΔE resulting from hot air combined with
microwave treatment dropped in the following sequence: microwave mass specific power, hot air temperature and water content
at conversion point, and water content at conversion point was the most important factor affecting drying time, followed by hot
air temperature and microwave mass specific power. The optimal parameters for drying yacon by hot air combined with
microwave treatment were sample thickness of 4 mm, hot air temperature of 68.1 ℃, water content at conversion point of
61.0% and microwave mass specific power of 2.6 W/g. Under the optimal process conditions, the color change ΔE was 21.53,
the drying time t 172 min, the rehydration rate RR 4.12, and the shrinkage rate SR 84.35%.
Key words：yacon；hot air；microwave；drying characteristics；combinatorial drying
中图分类号：TS255.42 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2011)12-0150-06
收稿日期：2010-08-10
基金项目：山东省高校科技计划项目(J09LC75)
作者简介：石启龙(1974—)，男，副教授，博士，研究方向为果蔬和水产品加工及贮藏。E-mail：qilongshi@sdut.edu.cn
雪莲果(Smallanthus sonchifolius)属菊科植物，原
产于安第斯山脉。自 2004 年以来先后在云南、海南、
山东、河南、新疆等省引种成功，其种植规模及产量
逐年增加。雪莲果含有 20多种人体必需的氨基酸和大量
可溶性纤维，属低热食品；且富含钾、钙、锌、铁、
镁等微量元素，具有清肝解毒，降血压，养颜美容和
提高人体免疫力等功效。而且雪莲果富含果寡糖，是
人体内双歧杆菌繁殖所需要的最佳营养成分[1-2]。但是，
雪莲果采收后，果寡糖很快发生部分水解，影响了雪
莲果保健作用的发挥；而且极易出现褐变和腐烂等现
象，因此，在一定程度上限制了它的推广。
干燥是食品保藏的重要途径之一。同时，干燥本
151※工艺技术 食品科学 2011, Vol. 32, No. 12
身也是一个耗能较大的过程，其能耗约占工业总能耗的
10%～15% [3]。联合干燥是指根据物料的特性，将 2种
或 2种以上的干燥方式优势互补，分阶段进行的一种复
合干燥技术，如热风 -(真空)微波联合干燥、热风 -冻干
联合干燥、热泵 - 热风联合干燥等[ 4 - 5 ]。近年来，联合
干燥由于在提高干燥速率、降低过程能耗、提高产品
质量方面具有独特的优势，因而受到国内外学者、企
业界、工业界的广泛关注[6-12]。本实验拟研究雪莲果的
热风、微波干燥特性，并通过回归试验确定雪莲果的
热风 -微波联合干燥工艺参数，为雪莲果的干制保藏提
供一定参考。
1 材料与方法
1.1 材料
雪莲果 山东淄博果品批发市场。
1.2 仪器与设备
AUY220型电子天平 日本岛津公司；JJ200型精密
电子天平 江苏常熟测试仪器厂；101-2B型电热鼓风干
燥箱 天津市泰斯特仪器有限公司；WG 900B型光波 /
微波炉 广东顺德格兰仕电器有限公司；DHG-9623A型
电热鼓风干燥箱 上海精宏试验设备厂；SC-80C型测色
色差计 北京康光仪器有限公司；HH-6型数显恒温水
浴锅 山东龙口市先科仪器公司。
1.3 方法
1.3.1 热风干燥特性
雪莲果经挑选、清洗、去皮等预处理后(下同)，用
不锈钢刀将其切分成厚度分别为 2、4、6mm，之后将
其立即放入 0.5%亚硫酸钠溶液中护色 5～10min，取出
沥干后进行热风干燥。热风温度分别为 55、70、85℃，
每次处理取样品 120g，每隔 30min测定一次物料质量，
直至含水率为(10± 0.5)%为止。每次试验平行 3次，结
果取平均值。
1.3.2 微波干燥特性
雪莲果经预处理后，用不锈钢刀将其切分成厚度分
别为 2、4、6mm，之后将其立即放入 0. 5% 的亚硫酸
钠溶液中护色 5～10min，取出沥干后进行微波干燥。微
波质量比功率分别为 1、2、3W/g，每隔 2min测定一
次物料质量，直至含水率为(10± 0.5)%为止。每次试
验平行 3 次，结果取平均值。
1.3.3 热风 -微波联合干燥
采用先热风干燥后微波干燥的方式。以热风温度、
转换点的物料含水率、微波质量比功率为因素，以色
差(ΔE)、干燥总时间( t)作为指标，进行二次回归正交
旋转组合试验设计，因素水平见表 1。
1.4 指标测定
1.4.1 含水率
常压干燥法[1 3]。
1.4.2 干燥速率(DR)[14]
　　
X1－ X2
DR=———— (1)
　　 t1－ t2
式中：D R为干燥速率 /(kg/(kg·h))；X1为 t 1时刻
的干基含水率 /(kg/kg)；X2为 t2时刻的干基含水率 /(kg/kg)。
1.4.3 复水比(RR)
干制后的雪莲果片置于 45℃恒温水浴中复水 1h，之
后取出用滤纸擦干表面水分，称量复水前后质量。
　　
mf
RR =—— (2)
　　 mg
式中：RR为复水比；mg为干制后雪莲果片的质量 /
g；m f为复水后雪莲果片的质量 / g。
1.4.4 收缩率(SR)[11]
　　
(V2－ V1) －(V4－ V3)
SR/% =——————————×100 (3)
　　 V2－V1
式中：SR为收缩率 /%；V1为干燥前石英砂的体积 /
mL；V 2为干燥前石英砂和样品的体积 /mL；V 3为干燥
后石英砂的体积 /mL；V4为干燥后石英砂和样品的体积 /
m L。
1.4.5 色泽测定[14]
采用 SC-80C 型测色色差计测定(L、a、b值)。
ΔL=L 1*－ L 0*；Δa=a 1*－ a 0*；Δb=b 1*－ b 0*
下标 0和 1分别指干燥前后的参数值。干燥前后分
别随机抽取 3 片雪莲果片，测定 L *、a *、b * 值，结
果取平均值。干燥前后色泽差异(ΔE)用以下公式表示：
ΔE= ΔL 2+Δa2+Δb2 (4)
1.5 统计分析
采用 SPSS 13.0和MS EXCEL软件进行数据统计分
析 [ 1 5 ]。
水平
因 素
X1 热风温度/℃ X2 转换点含水率 /% X3 微波质量比功率 /(W/g)
1.682 80.0 70.0 3.0
1 76.0 66.0 2.6
0 70.0 60.0 2.0
－ 1 64.1 54.1 1.4
－ 1.682 60.0 50.0 1.0
表 1 二次回归正交旋转组合试验因素水平编码
Table 1 Factors and their coded levels in quadratic regression
orthogonal rotation composite design
2011, Vol. 32, No. 12 食品科学 ※工艺技术152
2 结果与分析
2.1 雪莲果热风干燥特性
2.1.1 热风干燥曲线
不同厚度样品在不同热风温度下的干燥曲线如图 1
所示。可以看出，样品含水率随干燥时间的延长而降
低。样品厚度相同时，随着温度的升高，干燥时间显
著缩短。如样品厚度为 4 mm，干燥时间为 2h 时，热
风温度为 5 5、7 0、8 5℃时，其含水率分别为 4 . 4 1、
1.74、1.08kg/kg。温度相同时，随着样品厚度越加，
干燥时间延长。如热风温度 70℃、干燥时间 2h时，样
品厚度为 2、4、6mm，其含水率分别为 0.40、1.74、
2.93kg/kg。
6mm相比，厚度为2mm会显著影响雪莲果的热风干燥速率。
2.1.2 热风干燥速率曲线
如图 2 所示，热风温度为 55℃时，样品的干燥前
期有一个加速阶段过程，这是由于干燥起始时温度较
低，物料预热较慢，物料吸收的热量除用于蒸发水分
外还有部分用于加热物料。预热后物料的干燥速率随含
水率的降低而减小；热风温度为 70、85℃时，物料的
干燥速率随含水率的降低而减小。
样品厚度相同时，随着温度的升高，干燥速率加
快。如样品厚度为 4mm，热风温度为 55、70、85℃，
物料含水率为 6.60kg/kg时，其干燥速率分别为 2.32、
4.17、4.26kg/(kg·h)。温度相同时，随着样品厚度越
加，干燥速率降低。
热风温度为 55、75℃时，不同样品厚度所对应的
曲线相差较大，说明此温度时样品厚度显著影响雪莲果
的热风干燥速率；而热风温度为 85℃时，样品厚度为
2mm时的曲线与厚度为 4、6mm时所对应的曲线相差较
大，而后两者比较接近，说明此温度下与厚度为 4、
热风温度为 55、75℃时，不同样品厚度所对应的
曲线相差较大，说明此温度时样品厚度显著影响雪莲果
的热风干燥速率；而热风温度为 85℃时，样品厚度为
2mm时的曲线与厚度为4mm和6mm时所对应的曲线相差
较大，而后两者比较接近，说明此温度下与厚度为 4、
a . 55℃；b . 70℃；c . 85℃。
图 2 不同温度下雪莲果热风干燥速率曲线
Fig.2 Effect of temperature on hot air drying rate curves of yacon
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
2mm
4mm
6mm
干
燥
速
率
/(
kg
/(
kg
·
h)
)
干基含水率 /(kg/kg)
a
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
7
6
5
4
3
2
1
0
2mm
4mm
6mm
干
燥
速
率
/(
kg
/(
kg
·
h)
)
干基含水率 /(kg/kg)
b
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
7
6
5
4
3
2
1
0干
燥
速
率
/(
kg
/(
kg
·
h)
)
干基含水率 /(kg/kg)
c
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
2mm
4mm
6mm
a. 55℃；b . 70℃；c . 85℃。
图 1 不同温度下雪莲果热风干燥曲线
Fig.1 Effect of temperature on hot air drying curve of yacon
10
8
6
4
2
0
2mm
4mm
6mm
干
基
含
水
率
/(
kg
/k
g)
时间 /h
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
a
10
8
6
4
2
0
2mm
4mm
6mm
干
基
含
水
率
/(
kg
/k
g)
时间 /h
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
c
10
8
6
4
2
0
2mm
4mm
6mm
干
基
含
水
率
/(
kg
/k
g)
时间 /h
0 1 2 3 4 5 6
b
0.0
153※工艺技术 食品科学 2011, Vol. 32, No. 12
6mm相比，厚度为2mm会显著影响雪莲果的热风干燥速率。
2.1.3 热风温度对ΔE、R R和 S R影响
温度 /℃ 厚度 /mm ΔE RR SR/%
2 21.56 4.53 88.75
55 4 22.01 4.85 88.35
6 29.07 3.80 86.60
2 20.02 5.47 89.50
70 4 23.53 5.50 89.35
6 31.10 4.72 89.60
2 26.23 6.68 89.85
85 4 29.40 6.31 90.25
6 30.24 5.19 90.00
表 2 热风温度对ΔE、RR和 SR的影响
Table 2 Effect of hot air temperature on ΔE, RR, and SR
如表 2 所示，相同温度下，随着样品厚度的增加，
ΔE逐渐增加，而样品厚度一定时，ΔE随着热风温度
升高而增加。随着温度的升高，R R呈增大趋势，厚度
为 2、4mm样品的RR相差不大，两者明显高于厚度 6mm
样品的 R R。而 S R 随温度和厚度变化不大。
通过对雪莲果热风干燥特性及品质变化研究，得到
雪莲果热风干燥最适工艺参数：样品厚度为 2～4mm，
热风温度 70℃。因此在后续优化试验设计中选热风温度
70℃为零水平。
2.2 雪莲果微波干燥特性
2.2.1 微波干燥曲线
如图 3 所示，样品含水率随干燥时间的延长而降
低。样品厚度相同时，干燥时间随着微波质量比功率
的增加显著缩短。微波质量比功率相同时，干燥时间
随着样品厚度越加变化不显著。
2.2.2 微波干燥速率曲线
10
8
6
4
2
0
时间 /min
0 20 40 60 80 100
a
干
基
含
水
率
/(
kg
/k
g)
2mm
4mm
6mm
10
8
6
4
2
0
时间 /min
0 10 20 30 40 50
b
干
基
含
水
率
/(
kg
/k
g)
2mm
4mm
6mm
a.1W/g；b .2W/g；c .3W/g。
图 3 不同微波质量比功率下雪莲果干燥曲线
Fig.3 Effect of microwave mass specific power on drying curves of
yacon
10
8
6
4
2
0
时间 /min
0 5 10 15 20 25 30
c
干
基
含
水
率
/(
kg
/k
g)
2mm
4mm
6mm
10
8
6
4
2
0
干基含水率 /(kg/kg)
0 2 4 6 8 10
a
干
燥
速
率
/(
kg
/(
kg
·
h)
)
2mm
4mm
6mm
25
20
15
10
5
0
干基含水率 /(kg/kg)
0 2 4 6 8 10
b
干
燥
速
率
/(
kg
/(
kg
·
h)
)
2mm
4mm
6mm
35
30
25
20
15
10
5
0
干基含水率 /(kg/kg)
0 2 4 6 8 10
c
干
燥
速
率
/(
kg
/(
kg
·
h)
)
2mm
4mm
6mm
a.1W/g；b .2W/g；c .3W/g。
图 4 不同微波质量比功率下雪莲果干燥速率曲线
Fig.4 Effect of microwave mass specific power on drying rate curves of
yacon
如图 4所示，样品的干燥过程可近似分为加速、恒
速和降速干燥 3个阶段。干燥初期雪莲果片中的水分由
升温到转化为水蒸汽排出需要一个过程，干燥速率较
低；但微波干燥属于内部加热，物料升温速度较快，
因此干燥速率迅速升高。干燥中期微波加热完全用于雪
2011, Vol. 32, No. 12 食品科学 ※工艺技术154
回归系数 Y1(ΔE) Y2(t)
常数项 b0 25.0135** 182.048**
b1 1.4657** － 13.393**
一次项 b2 － 0.6813 － 14.367**
b3 － 1.9799** － 6.916**
b11 1.7767** 10.031**
二次项 b22 1.6281** － 0.073
b33 0.8699* 6.495**
b12 － 0.3950 － 0.050
交互项 b13 － 0.2675 0.057
b23 0.0175 0.066
R2 0.867 0.818
表 5 回归方程系数
Table 5 Coefficients of the fitted quadratic regression models for total
color change and drying time
注：b 为多项式系数；1 = 热风温度，2 = 转换点含水率，3 = 微波质量
比功率。* .P＜ 0 .05，** .P＜ 0 .01。
莲果片水分的汽化，物料中的绝大部分水分在此期排
出，干燥速率比较稳定；干燥后期，随着物料含水率
不断降低，物料吸收微波能量降低，干燥速率也随之
降低。
样品厚度相同时，随着微波质量比功率的增加，
干燥速率加快。如样品厚度为 4mm，微波质量比功率
为 1、2W/g和 3W/g，物料含水率为 6.20kg/kg时，其
干燥速率分别为 8.20、18.87、30.25kg/(kg·h)。微波
质量比功率相同时，随着样品厚度越加，干燥速率略
有下降。
2.2.3 微波功率对ΔE、R R和 S R的影响
不同微波质量比功率和切片厚度对雪莲果ΔE、RR
和 S R的影响见表 3。可以看出，微波质量比功率为
1W/g和 2W/g，厚度为 4、6mm时，产品的ΔE 相差
不大，且小于厚度为 2m m 的样品。样品厚度一定时，
微波质量比功率为 3W/g时，产品的ΔE略大于 1W/g与
2W/g时产品的ΔE，而微波质量比功率为 1W/g和 2W/g
时，产品ΔE 差异不大。
微波质量比功率一定时，R R随样品厚度的增加而
减小，厚度为 2、4 m m 时，样品的 R R 相差不大，且
大于厚度为 6mm的样品。样品厚度一定时，微波质量
比功率为 2W/g时所得 RR最大。
样品厚度为 2、4mm 时，不同微波质量比功率干
燥所得产品的 SR相差不大，样品厚度为 6mm时，随微
波质量比功率的增大，S R 呈减小趋势。
数为样品厚度 4mm、微波质量比功率 2W/g。因此在后
续优化试验设计中选微波质量比功率 2W/g为零水平。
2.3 热风微波联合干燥
热风 -微波联合干燥的试验结果见表 4，回归方程
系数见表 5。
微波质量比功率 /(W/g) 厚度 /mm ΔE RR SR/%
2 26.67 4.37 86.67
1 4 24.09 4.27 83.33
6 24.63 3.70 85.17
2 27.06 4.87 88.00
2 4 23.61 4.57 80.83
6 24.75 3.91 82.50
2 27.80 3.78 86.67
3 4 25.04 3.75 81.67
6 28.33 2.99 73.33
表 3 微波质量比功率对ΔE、R R 和 SR 的影响
Table 3 Effect of microwave mass specific power onΔE, RR, and SR
Zhang等[5]报道微波干燥最大缺陷之一是加热过程中
温度的不均匀性，从而导致产品品质不佳，而且微波
功率超过 500W时会产生放电现象。本实验结果和文献
报道的结论基本一致，雪莲果片微波干燥时，由于干
燥初期含水率高，吸收微波能多，产品极易出现破损
现象，尤其是微波功率较高时，故微波干燥较适合用
于联合干燥的中、后期干燥。通过对雪莲果微波干燥
特性及品质变化研究，得到雪莲果微波干燥最适工艺参
试验号 X1 X2 X3 ΔE t
1 － 1 － 1 － 1 27.93 160
2 － 1 － 1 1 24.69 175
3 － 1 1 － 1 26.73 197
4 － 1 1 1 23.97 212
5 1 － 1 － 1 32.20 188
6 1 － 1 1 28.30 195
7 1 1 － 1 29.83 218
8 1 1 1 25.59 225
9 － 1.682 0 0 24.42 220
10 1.682 0 0 28.83 160
11 0 － 1.682 0 26.89 138
12 0 1.682 0 25.52 175
13 0 0 － 1.682 27.91 165
14 0 0 1.682 20.24 195
15 0 0 0 24.88 174
16 0 0 0 23.02 175
17 0 0 0 22.97 173
18 0 0 0 21.86 174
19 0 0 0 20.94 173
20 0 0 0 22.14 175
21 0 0 0 21.26 173
22 0 0 0 22.94 172
23 0 0 0 22.25 175
表 4 试验方案及结果
Table 4 Quadratic regression orthogonal rotation composite design and
corresponding experimental results
Y1、Y 2均通过 F检验，F＞ F 0 .01，回归方程显著，
两方程在本试验中有意义，能够反映实际情况。失拟
155※工艺技术 食品科学 2011, Vol. 32, No. 12
检验均不显著，说明没有不可忽视因素存在对响应值产
生影响，此回归方程足以反映试验中产品指标的变化。
通过对 Y1、Y2回归系数的检验可知，影响ΔE的主次顺
序是 b3b1(均极显著)b2，影响 t的主次顺序依次是 b2＞ b1
＞ b 3(均极显著)。
利用matlab7.0软件对 Y1、Y2进行求解，得到：X1=
－ 0.319，X2=0.166，X3=1.088时，Y1min=23.65；X1=
0.668，X2=1.682，X3=0.532时，Y2min=151.57。
干燥过程中产品色泽为首要考虑因素，其次是干燥
时间。综合考虑，得到雪莲果热风 -微波联合干燥工艺
参数：X1=－ 0.319，X2=0.166，X3=1.088时，对应实
际值：热风温度 68. 1℃，转换点含水率 61 .0%，微波
质量比功率 2.6W/g。对求得工艺参数进行试验验证，得
到ΔE=21.53，实测值和理论值无显著差异(P＜ 0.05)，
产品干燥时间 t=172min，复水比RR=4.12，收缩率SR=84.35%。
3 结 论
3.1 雪莲果热风干燥最适工艺参数：样品厚度 2～
4mm，热风温度 70℃。雪莲果微波干燥最适工艺参数：
样品厚度为 4mm，微波质量比功率为 2W/g。
3.2 影响ΔE的主次顺序依次为微波质量比功率、热风
温度、转换点含水率；影响干燥时间的主次顺序依次为
转换点含水率、热风温度、微波质量比功率。
3.3 雪莲果热风 -微波联合干燥的最适工艺参数组合为
热风温度 68.1℃，转换点含水率 61.0%，微波质量比功
率 2.6W/g。
参 考 文 献 ：
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