全 文 ：201
干燥方法对雪莲果粉品质特性的影响
马占强，石启龙*
( 山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东淄博 255049)
摘 要:为获得较优的雪莲果粉的干燥方式，以色泽、堆积密度、休止角、吸湿性、结块度、溶解时间、持水能力等为指
标，比较了热风干燥( HA) 、真空干燥( VD) 、冷冻干燥( FD) 、热泵－微波联合干燥( HPD + MW) 和热风－微波联合干燥
( HA + MW) 5 种干燥方式对雪莲果粉品质的影响。结果表明: FD 所得雪莲果粉色泽最好，堆积密度、休止角、吸湿性
和结块度最低，溶解时间最短，持水能力最低; VD 雪莲果粉品质仅次于 FD;然后是 HPD + MW 和 HA + MW; HA 雪莲
果粉品质最差。综合考虑雪莲果粉品质、系统能耗和干燥效率，VD 为雪莲果粉的最优干燥方式。该研究可为雪莲果
粉的工业化生产提供技术依据。
关键词:雪莲果粉，干燥方式，品质特性
Effects of different drying methods on the
quality characteristics of yacon powder
MA Zhan－qiang，SHI Qi－ long*
( School of Agricultural Engineering and Food Science，Shandong University of Technology，Zibo 255049，China)
Abstract: The quality characteristics such as color，bulk density，angle of repose，hygroscopicity，degree of caking，
dissolution time and water holding capacity of yacon powder obtained by hot air drying ( HA) ，vacuum drying
( VD) ，freezing drying( FD) ，heat pump and microwave combination drying ( HPD + MW) ，hot air and microwave
combination drying ( HA + MW) were investigated to acquire the optimum drying method for yacon powder.The
results showed that yacon powder dried by FD had the best color with the lowest bulk density，angle of repose，
hygroscopicity，degree of caking，the shortest dissolution time and the lowest water holding capacity.The quality of
yacon powder obtained by VD ranked only second to FD but higher than other drying methods followed by HPD +
MW and HA + MW.The worst quality of yacon powder was acquired by HA.On the whole，VD was the optimum
drying method to obtain yacon powder with overall consideration of yacon powder qualities，energy consumption of
drying system and drying efficiency. The results obtained in this paper will provide technique foundation for
industrialization of yacon powder.
Key words: Yacon powder; drying methods; quality characteristics
中图分类号:TS201.2 文献标识码:B 文 章 编 号:1002－0306(2013)17－0201－05
收稿日期:2013－03－05 * 通讯联系人
作者简介:马占强 ( 1988 － ) ，男，硕士，研究方向: 食品干燥理论与
技术。
基金项目:国家自然科学基金项目( 31171708) ;山东理工大学青年教
师发展支持计划项目。
雪莲果(Smallanthus Sonchifolius) 属菊科向日葵
属植物，原产于安第斯山脉。雪莲果富含 20 多种人
体必需的氨基酸和维生素、矿物质和钙、镁、铁、钾等
微量元素，而且雪莲果中功能性成分果寡糖含量较
高，是人体内双歧杆菌繁殖所需要的最佳营养成
分［1－2］。雪莲果含水率高，极易出现褐变、腐烂等现
象，而且雪莲果采收以后，果寡糖容易发生水解，从
而影响到雪莲果的保健功能［3］。大力发展雪莲果精
深加工是解决这一问题的重要途径。雪莲果加工产
品主要有饮料、糖制品( 果脯、果冻、果酱)、发酵制品
( 发酵乳、果酒、果醋)［4－5］。果蔬粉是将新鲜果蔬加
工成粉状的成品，因其具有营养丰富、风味独持、易
于保存、携带方便、冲调迅速等优点而成为国内外研
究的热点［6－7］。尽管果蔬粉的生产在我国刚刚起步，
但是随着现代食品工业进步的需要以及人们对高质
量果蔬产品消费需求的不断增加，果蔬粉具有非常
广阔的开发和应用前景，必将产生巨大的经济效益
和社会效益。果蔬粉加工的干燥方法主要有热风干
燥(HA)、冷冻干燥(FD)、微波干燥(MW)、喷雾干
燥、膨化干燥等［6－8］。国内外关于雪莲果粉加工方面
的报道较少［9－10］。干燥方法对果蔬粉的品质特性具
有重要的影响［11－12］。因此，本研究采用 HA、FD、真
空干燥(VD)、热泵－微波联合干燥(HPD + MW) 和
热风－微波联合干燥(HA + MW) 等5 种干燥方式
制备雪莲果粉，通过对不同干燥方式制得的雪莲果
粉品质特性的测定和分析，探讨雪莲果粉最适加工
方法，为雪莲果粉的工业化生产提供理论依据和技
术参考。
DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2013.17.085
202
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
新鲜雪莲果 购于淄博水果批发市场，果肉初
始含水率90% ±1%(w.b.) ; 亚硫酸钠 天津北方天
医化学试剂厂。
HH－6 数显恒温水浴锅 龙口市先科仪器公司;
JFSD－100－Ⅱ粉碎机 上海嘉定粮油检测仪器厂;
G80F20CN2L－B8(Ｒ0) 型微波炉 广东格兰仕微波
炉电器制造有限公司;DZF－6050 真空干燥箱 上海
精宏实验设备有限公司;DHG－9623A 电热恒温鼓风
干燥箱 上海精宏实验设备有限公司;FD－1B－80 冷
冻干燥机 北京博医康实验仪器有限公司;1HP－5
热泵干燥机 青岛欧美亚科技有限公司;DHG－
9140A鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司;
BCD－206TMZL 冰箱 青岛海尔有限公司;PL203 分
析天平 梅特勒－托利多仪器有限公司;TDL－40B 飞
鸽牌台式离心机 上海安亭科学仪器厂;2XZ－2 旋
片式真空泵 北京中兴伟业仪器有限公司;HP－2132
型便携式色差仪 上海汉普光电科技有限公司;
DL－1电子万用炉 北京市永光明医疗仪器厂;50 目
标准筛、其它玻璃器皿等。
1.2 干燥实验
雪莲果经挑选、清洗、去皮等预处理后，用不锈
钢刀切成 2～3mm 的薄片，立即放入 0.5%的亚硫酸
钠溶液中护色 10～15min，取出沥干，随后分别进行
HA、VD、FD、HPD + MW和 HA + MW处理，干燥至雪
莲果片含水率达6.5% ±0.5%(w.b.)。干燥实验方案
设计如表 1 所示。干燥后的雪莲果放于粉碎机中处
理，得到粉末用 50 目标准筛处理，所得粉末迅速装
在自封袋中，放于干燥器中贮存，用于粉末品质特性
指标测定。每次实验平行 3 次，结果取平均值。
表 1 雪莲果粉干燥方式及工艺参数
Table 1 Drying methods and
processing parameters of yacon powder
干燥方式 工艺参数
HA 温度 70℃
VD 温度 60℃，真空度 0.1MPa
FD 冷阱温度 － 81℃，真空度 1.2Pa
HPD + MW
HPD温度 30℃，风速 1.5m /s，转换点
含水率 61%(w.b.) ，MW质量比功率 2W/g
HA + MW HA温度 68℃，MW质量比功率 2W/g
1.3 实验指标的测定
1.3.1 含水率 常压干燥法［13］。
1.3.2 色泽 采用 HP－2132 型便携式色差仪测定
(L* ，a* ，b* 值)［14］。
1.3.3 堆积密度 堆积密度指单位体积粉体的质
量。雪莲果粉从漏斗中散落至 10mL 量筒中，测定
10mL雪莲果粉的质量，换算出其堆积密度［15］。
1.3.4 休止角 休止角是指一堆粉末的表面与平面
可能产生的最大角度。将漏斗固定于水平放置的绘
图纸上，漏斗下端距离绘图纸的距离为 H，取适量雪
莲果粉倒入漏斗，直至漏斗出口和粉末形成的锥形
顶端齐平，测定粉末在绘图纸上形成锥形的底部直
径(2Ｒ) ，计算休止角α［16］。
α = arctan(H/2Ｒ) 式(1)
1.3.5 吸湿性 参考 Jaya and Das 方法［17］，略作改
动。称取 1g雪莲果粉末放于称量瓶中，而后置于装
有饱合氯化钠的盐液( 温度30℃时的平衡相对湿度
为 79%) 的干燥器中，密封后放于温度30℃的恒温
恒湿箱中平衡 1～3 周，定期测定样品的质量，直至前
后两次质量差不超过 0.005g，即为恒重。雪莲果粉的
吸湿性(HG) 计算公式见式(2)。
HG =
b /a + Wi
1 + b /a 式(2)
式中:b－粉体增加质量(g) ;a－测量时称取粉体
质量(g) ;Wi－测量前粉体初始含水率(%，w.b.)。
1.3.6 结块度 参考 Jaya and Das 方法［17］。粉末吸
湿性指标测定后，称量瓶中的粉末放于(102 ± 2)℃
的干燥箱中干燥 1h。干燥样品冷却后称重，然后转
移到 40 目分样筛中，对分样筛摇动处理 5min。称量
分样筛上残留的雪莲果粉质量。雪莲果粉的结块度
(DC) 计算公式见式(3)。
DC(%)= c /d × 100 式(3)
式中:d－用于筛分的雪莲果粉质量(g) ;c－为筛
分后留在分样筛上雪莲果粉的质量(g)。
1.3.7 溶解时间 取 10g 雪莲果粉，加入到盛有
100mL蒸馏水的烧杯中，水温为 25℃，用玻璃棒轻轻
搅拌，记录完全溶解所需要的时间［15］。
1.3.8 持水能力 参考 Zhang 等方法［16］。称量干净
的离心试管的质量(m) ;称量雪莲果粉样品(m1) ;将
0.5g粉末均匀地分散在 7mL 蒸馏水中; 将其倒入离
心试管中，置于 60℃的恒温水浴锅中分别放置 12、
18、24、30min，然后放于冷水中冷却 30min; 样品
4000r /min离心 15min，除去上清液;称量离心管和湿
粉的质量(m3)。雪莲果粉持水能力(WHC) 计算公
式见式(4)。
WHC(g /g)=
m3－(m1 + m)
m1
式(4)
1.4 统计分析
采用 SPSS 17.0 和 Origin 7.5 软件进行数据统计
分析［18］。
2 结果与分析
2.1 干燥方法对雪莲果粉色泽的影响
不同干燥方法对雪莲果粉色泽的影响如表 2
所示。
表 2 干燥方法对雪莲果粉色泽的影响
Table 2 Effect of different drying methods on the
color parameters of yacon powder
干燥方式 L* a* b*
HA 75.27 ± 1.86b 4.17 ± 2.32b 14.50 ± 1.87c
VD 72.63 ± 4.48bc 5.60 ± 1.15ab 13.80 ± 2.26c
FD 84.30 ± 0.85a 1.77 ± 0.59c 13.57 ± 0.45c
HPD + MW 69.93 ± 1.42c 6.87 ± 0.98a 20.90 ± 1.57b
HA + MW 70.50 ± 2.19c 6.57 ± 0.38ab 26.40 ± 2.52a
注:表中数值均以( 平均值±标准差) 表示，同一栏内标不同
小写字母者表示差异显著(p ＜ 0.05)。
203
可以看出，不同干燥方法对雪莲果粉色泽有显
著影响(p ＜ 0.05)。FD 所得雪莲果粉 L* 值最高( 即
亮度最高) ，a* 、b* 值最低。FD 过程中冰晶直接升
华，由于真空和低温的共同作用，减少氧化褐变及非
酶褐变反应。HA和 VD所得雪莲果粉 L* 值次之，a*
值显著高于 FD粉末，而 b* 值与 FD相比无显著变化
(p ＞ 0.05)。VD 处理过程水分蒸发温度降低，干燥
速度较快，而且干燥介质中氧气含量较低，可有效避
免氧化褐变及美拉德褐变反应。HA 处理过程由于
温度较低，所以褐变反应程度也较低，而当温度超过
70℃时( 预实验) ，褐变反应随着温度的升高而加快。
HPD + MW和 HA + MW等 2 种联合干燥方式所得粉
末 L* 值最低，a* 、b* 值最高。联合干燥方式所得粉
末色泽变化主要原因是 MW 干燥。MW 处理时微波
能分布不均匀，导致雪莲果片发生局部边缘焦化，色
泽加深。综合考虑，FD、VD 有利于雪莲果粉色泽的
保持。
2.2 干燥方法对雪莲果粉堆积密度的影响
不同干燥方法对雪莲果粉堆积密度的影响如图
1 所示。可以看出，干燥方法对雪莲果粉堆积密度影
响显著(p ＜ 0.05)。FD 雪莲果粉末的堆积密度显著
低于其它干燥方法(p ＜ 0.05) ，其值为0.31g /mL;VD
次之，堆积密度为 0.56g /mL;HA + MW和 HPD + MW
略高，堆积密度分别为 0.65、0.69g /mL;HA 雪莲果粉
堆积密度显著高于其它干燥方法(p ＜ 0.05) ，其值为
0.77g /mL。FD 所得粉体质地疏松，颗粒间隙较大，
故堆积密度最小;VD所得粉末组织疏松、呈微孔状，
故堆积密度较低;HA + MW 和 HPD + MW 由于微波
加热作用，导致产品轻度膨化，少量微孔形成，组织
略显蓬松，所以堆积密度略高;而HA干燥过程中，雪
莲果片收缩严重，组织结构较为致密，因此堆积密度
最高。
图 1 干燥方法对雪莲果粉堆积密度的影响
Fig.1 Effect of different drying methods
on the bulk density of yacon powder
注:不同小写字母者表示差异显著(p ＜ 0.05) ，图2、图 6 同。
2.3 干燥方法对雪莲果粉休止角的影响
不同干燥方法对雪莲果粉休止角的影响如图 2
所示。
可以看出，干燥方法对雪莲果粉休止角 α 影响
显著(p ＜ 0.05)。雪莲果粉休止角由小到大顺序依次
为:FD ＜ VD ＜ HPD + MW ＜ HA + MW ＜ HA。粉末流
动性主要取决于粉末粒度大小和粉末表面特性，休
止角越小，粉体的流动性越好，颗粒间摩擦力越小。
图 2 干燥方法对雪莲果粉休止角的影响
Fig.2 Effect of different drying methods
on the angle of repose of yacon powder
一般而言，休止角 36～40°，粉末流动性较好;41～45°
流动性合格;46～90°流动性较差［19］。HA法得到的雪
莲果粉流动性合格( 休止角43.7°) ，其它干燥方法所
得雪莲果粉流动性较好。FD、VD 雪莲果片结构完
整，易粉碎成球状颗粒，粉体流动性较好;HPD +
MW、HA + MW和 HA 导致雪莲果片表面褐变、部分
焦糊等现象，这些产物粉碎成粉末后增大了粉末颗
粒的摩擦力可能是导致休止角增加的原因，也有可
能是粉碎后的粉末颗粒不规则，引起粉末颗粒间摩
擦力增加，具体原因有待于进一步研究。
2.4 干燥方法对雪莲果粉吸湿性的影响
不同干燥方法对雪莲果粉吸湿性的影响如图 3
所示。
图 3 干燥方法对雪莲果粉吸湿性的影响
Fig.3 Effect of different drying methods
on the hygroscopicity of yacon powder
注:不同小写字母者表示差异显著(p ＜ 0.05) ，
相同小写字母者表示差异不显著(p ＞ 0.05) ，图4 同。
可以看出，干燥方法对雪莲果粉吸湿性影响显
著(p ＜ 0.05)。雪莲果粉吸湿性由低到高顺序依次
为:FD ＜ HPD + MW、VD ＜ HA + MW ＜ HA。雪莲果
粉的吸湿性主要与其糖类有关。Scher 等［20］研究表
明，雪莲果 HA过程中果寡糖会发生部分水解，从而
形成葡萄糖、果糖、蔗糖等小分子物质，而单糖尤其
是果糖具有较强的吸湿性，因此导致雪莲果粉吸湿
性增加;HA + MW、HPD + MW 和 VD 过程中，可能引
起少量果寡糖水解，所以吸湿性较 HA 低些;HPD +
MW由于 HPD阶段干燥温度较低，果寡糖降解较少，
吸湿性显著低于 HA + MW，但 VD 和 HPD + MW 之
间，吸湿性无显著性变化(p ＞ 0.05) ;FD 过程中雪莲
果营养成分得到有效保留，果寡糖基本不发生水解，
204
因此吸湿性显著低于其它干燥方法(p ＜ 0.05)。
2.5 干燥方法对雪莲果粉结块度的影响
不同干燥方法对雪莲果粉结块度的影响如图 4
所示。
图 4 干燥方式对雪莲果粉结块度的影响
Fig.4 Effect of different drying methods
on the degree of caking of yacon powder
可以看出，干燥方法对雪莲果粉结块度影响与
吸湿性变化趋势基本一致。FD 雪莲果粉的结块度
显著低于其它干燥方法(p ＜ 0.05) ，其值为68.49%;
VD、HPD + MW 雪莲果粉结块度次之，其值分别为
73.30、73.64%，且 2 种干燥方法之间结块度无显著差
异(p ＞ 0.05) ;HA + MW雪莲果结块度显著高于 FD、
VD和 HPD + MW(p ＜ 0.05) ，其值为74.63%;HA 雪
莲果粉结块度显著高于其它干燥方法(p ＜ 0.05) ，其
值为 79.06%。
粉末结块过程如图 5 表示，可应用玻璃化转变
理论解释其结块过程。干燥后的粉末含水率较低，
流动性较好，粉末贮藏温度低于其玻璃化转变温度
(glass transition temperature，Tg) 时，粉末不易结块。
当粉末置于较高相对湿度环境中时，粉末开始吸水，
由于水的塑化作用，粉末 Tg 显著降低，粉末贮藏温度
高于其 Tg，粉末处于橡胶态。粉末颗粒之间互相黏
着、吸附，导致粉末流动性降低。初期粉末形成易碎
团块，随着结块进程的不断进行，形成物理学上稳定
性较好的粉饼。结块进程的后期，粉末内部稳定结
构消失，粉体结构坍塌，微粒内部孔隙逐渐变小，最
后完全消失，粉粒体也由分散态变成高粘度、泡沫状
无定形溶化物。HA 过程中，果寡糖部分水解，形成
小分子糖类，导致雪莲果粉末 Tg 降低;FD过程中，果
寡糖最大限度地得以保留，粉末 Tg 较高; 而HA +
MW、HPD + MW和 VD粉末 Tg 介于 FD和 HA之间。
雪莲果粉 Tg 值越高，粉末越不容易结块。由于雪莲
果中主要成分是果寡糖，其 Tg 值较低，因此雪莲果粉
极易吸湿和结块，本实验结果充分证实这一点。因
此，要避免雪莲果粉在加工、贮运过程中的发粘、结
块等现象，需要注意以下几点:严格控制粉末的含水
率、贮藏环境的相对湿度和适宜的包装材料;加入一
些高分子量物质如麦芽糊精以提高粉末 Tg; 添加抗
结块剂，如微晶纤维素、磷酸三钙、二氧化硅等。
2.6 干燥方法对雪莲果粉溶解时间的影响
不同干燥方法对雪莲果粉溶解时间的影响如图
6 所示。
图 5 溶结过程的不同阶段［21］
Fig.5 Different phases of the sintering process［21］
图 6 干燥方法对雪莲果粉溶解时间的影响
Fig.6 Effect of different drying methods
on the dissolution time of yacon powder
可以看出，干燥方法对雪莲果粉溶解时间影响
显著(p ＜ 0.05)。雪莲果粉溶解时间由快到慢顺序依
次为:FD ＜ VD ＜ HPD + MW ＜ HA + MW ＜ HA。FD、
VD雪莲果组织疏松、多孔，所以易于溶解; 微波干
燥时，雪莲果迅速吸收微波能，在温度梯度和水分
梯度共同作用下，使雪莲果迅速干燥，同时雪莲果
组织也会形成多孔结构，因此 HPD + MW、HA + MW
溶解速度仅次于 FD、VD;HA 过程中较易形成表面
硬化，组织收缩严重，粉末分散性较差，溶解时间
较长。
2.7 干燥方法对雪莲果粉持水能力的影响
图 7 干燥方法对雪莲果粉持水能力的影响
Fig.7 Effect of different drying methods
on the water holding capacity of yacon powder
持水能力是指雪莲果粉对水分的保持能力。由
图 7 可以看出，雪莲果粉的持水能力随着时间的延
长先增加后降低，其中 18min 时最大。这可能由于
18min前，雪莲果粉中碳水化合物、纤维素等物质吸
水溶胀，因此水合能力增加; 而18min 后，随着可溶
性物质的溶出，这与 Zhang 等［16］对茶树菇粉体的研
究结论一致。不同干燥方法所得的雪莲果粉的持水
能力差异显著(p ＜ 0.01)。VD 所得雪莲果粉的持水
能力最大且变化范围最小，这可能与 VD营养成分损
失少、组织结构完整有关;FD 雪莲果粉的持水能力
205
最低，这可能由于 FD 雪莲果粉粒径较小，比表面积
较大，溶解速度较快，在 18min 之前持水力就已经达
到最大值。
3 结论
5 种干燥方法所得雪莲果粉的品质特性如色泽、
堆积密度、休止角、吸湿性、结块度、溶解时间、持水
能力等存在显著差异。FD 所得雪莲果粉品质最好，
VD所得雪莲果粉次之，然后是 HPD + MW 和 HA +
MW;HA雪莲果粉品质最差。综合考虑雪莲果粉品
质、系统能耗和干燥效率，VD 为雪莲果粉的最优干
燥方式。该研究可为雪莲果粉的工业化生产提供技
术参考。
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