全 文 ：广东农业科学 2015年第13期90
收稿日期：2015-02-15
基金项目：国家科技支撑计划项目（2012BAD36
B03-03）
作者简介：宋国彬（1989-），男，硕士，E-ma i l：
songguobin1989@126.com
通讯作者：张弘（1963-），男，博士，研究员，E-mail：
kmzhhong@163.com
水分活度及干燥方式对余甘子果渣质量的影响
宋国彬，郑 华，张雯雯，李 坤，徐 涓，冀浩博，张 弘
（中国林业科学研究院资源昆虫研究所/国家林业局特色森林资源工程技术研究中心，云南 昆明 650224）
摘 要：余甘子果渣中纤维类成分含量丰富，是生产膳食纤维较好的原材料，因鲜渣含有较高的水分和糖
分，微生物极易滋生、霉变；为便于余甘子果渣存放和后续加工利用，需确定余甘子果渣合理的贮藏水分活度及
干燥方式。试验表明，余甘子果渣水分与水分活度关系式为 Y=Exp（0.920-12.312/x+8.194/x2-0.03x），其安全水分
活度 0.6 对应的安全含水率为10.25%，在此含水率下，微生物难以寄生，有较佳的贮藏效果；4种干燥方式中，流
化床干燥法所用时间最短、为 5 min，样品表面疏松多孔，硬度最小、为 21 N，其次为真空干燥105℃，热风干燥
50℃对产品的聚合度影响最大。
关键词：干燥；余甘子渣；水分；水分活度；建模
中图分类号：TS201.1；TQ353.6 文献标识码：A 文章编号：1004-874X（2015）13-0090-06
Effects of different drying methods on Phyllanthus emblica pomace and modeling of relationship
between moisture and water activity
SONG Guo-bin，ZHENG Hua，ZHANG Wen-wen，LI Kun，XU Juan，JI Hao-bo，ZHANG Hong
（Research Institute of Resources Insects，Chinese Academy of Forestry/Research Center of Engineering and
Technology on Forest Resources with Characteristics，State Forestry Administration，Kunming 650224，China）
Abstract：Phyllanthus emblica pomace，which was rich in fiber，was beneficial raw material for the production
of dietary fiber. Fresh P. emblica pomace with high moisture content was suitable for the bacteria breeding and would
be corrupted. In order to decrease resources waste，the appropriate drying method was selected to reduce water content
of P. emblica pomace. Under safety moisture content，the pomace storage time would be delayed to apply to dietary
fiber processing. Model establishment exhibited the relationship between moisture content and water activity. The model
could determine the maximum moisture content at safety water activity. The results showed that the relationship between
moisture and water activity was Y=Exp（0.920-12.312/x+8.194/x2-0.03x）. The safety water activity was 0.6 and its
correspondence moisture was 10.25%. Under 10.25%，microbe was hard to parasitism. Fluidized bed drying method had
the shortest time with 5 min. The sample，which was porosity，showed the smallest hardness（21 N），followed by 105℃
vacuum drying sample. Polymerization was significantly affected by the method of 50℃ hot-air drying.
Key words：drying；Phyllanthus emblica pomace；moisture；water activity；modeling
余甘子果渣是余甘子果实榨汁后的剩余物，尚
具有一定的利用价值，其中主要为膳食纤维。膳食
纤维具有调节代谢、降低血糖和改变肠道系统微生
物群系的作用，已成为调节机体功能的第七大营养
素［1-2］。目前在余甘子鲜果榨汁加工中，其果渣量约
为鲜果的24%，均作为固体废弃物外运填埋，未被加
工利用。因果渣含水及含糖量较高，微生物极易繁
殖并促其霉变，不仅导致有限资源的浪费，而且污染
环境，因此需要及时对果渣进行干燥处理以便贮藏，
为后期的余甘子果渣的加工利用提供先决条件。水
分活度是食品中水与其他物质组分的结合程度［3-5］，
食品的水活性可以影响食品中微生物的代谢、繁殖
等，降低含水率至水分活度在 0.6以下，微生物很难
寄生，再以其他保鲜措施辅助，有效提高食品货架
期［6-7］。余甘子在我国西南地区产量丰富，余甘子果
渣原始的干燥方式为自然风干，此法干燥时间长，原
料中酶活性持续时间长，呼吸消耗有机物质高［8］。加
DOI:10.16768/j.issn.1004-874x.2015.13.010
91
工生产追求高效、节能，试验选取流化床干燥、真空
干燥、热风干燥、自然风干 4 种方式，以干燥时间、
样品硬度和聚合度等变化来评价各种干燥方式的优
劣。近年来，对水分活度方面的报道很多，大多数集
中于水分活度与食品保鲜之间的关系［9-11］，而在含
水率与水分活度关系建模方面的研究存在空缺。本
研究通过大量数据对水分和水分活度的关系进行分
析，并建立水分和水分活度关系模型，已知含水率计
算水分活度，评估产品状态是否有利贮藏，为生产生
活提供便利。
1 材料与方法
1.1 试验材料
余甘子渣（果实榨汁后的剩余物），中国林业
科学研究院资源昆虫研究所景东南亚热带试验站
提供。
仪器设备：AB204-S 精密型电子天平、HR83-P
型快速卤素水分测定仪，梅特勒 -托利多（中国）有
限公司；VOS-300VD 型真空干燥箱，日本东京理化
器械株式会社；101A-2 型电热鼓风干燥箱，上海实
验仪器厂有限公司；TG200 快速干燥仪，弗尔德莱
驰贸易有限公司；DSC200 F3 差示扫描量热仪，德国
耐驰科学仪器公司；LabSwift-aw 型便携式水分活度
仪，瑞士NOVASINA 公司；TMS-Pro 型物性分析仪，
美国FTC 有限公司；TM3000 扫描电镜，日本株式会
社日立高新技术那珂营业所。
1.2 水分和水分活度关系建模
称取1.5 g 样品，在105℃下进行含水率的测定，
选取 27 个含水率的点，并测定每个样品对应的水分
活度值，在 SPSS 软件下进行曲线拟合，得到余甘子
渣水分和水分活度之间的方程式。
1.3 干燥方法
1.3.1 真空干燥 将 200 g 榨汁后的余甘子渣按照
厚度为 2（±0.5）cm 摊放在 30 cm×30 cm 的不锈
钢盘中，然后将盘放置在真空干燥箱中部，分别在
105℃、50℃下干燥 4 h、8 h，每 30 min 混合 1次样
品，对干燥后的样品进行水分含量、水分活度和热力
学性质测定。
1.3.2 热风干燥 称取 200 g 榨汁后的余甘子渣，
将其均匀铺放在 30 cm 正方形的不锈钢盘中，样品
厚度约为 2 cm，将样品盘置于电热鼓风干燥箱中
部，先将温度设定为 50℃，干燥 8 h，取出样品，再将
温度设定为105℃，干燥 4 h，每 30 min 混合 1次样
品，对干燥后的样品进行水分含量、水分活度和热力
学性质测定。
1.3.3 流化床干燥 将余甘子渣样品 200 g 放入流
化床干燥筒内，抖动干燥筒使其均匀铺放，将干燥筒
固定在流化床上，保证气袋能够垂直吹起，设定风
温 105℃、空气流量为 95 m3/h、干燥时间为 5 min，
在干燥时间结束前，确保样品被热风吹起，干燥后
将样品取出，对水分含量、水分活度和热力学性质
进行测定。
1.3.4 自然风干 称取余甘子样品 200 g，放入
30 cm×30 cm的不锈钢盘中，置于室温（20℃）下进
行干燥，每 6 h 混合 1次样品，干燥时间为120 h，测
定干燥后样品的水分含量、水分活度和热力学性质。
1.4 膳食纤维参数测定
1.4.1 水分含量及水分活度 水分含量：分别称取
6 种干燥样品1 g，放入水分测定仪中，调节温度为
105℃，直到水分测定仪读数恒定时读数，重复 3次，
取平均值。
水分活度：取干燥样品以2 cm的厚度平铺在水
分活度仪样品皿中进行测定，水分活度仪读数达到
恒定时记录读数，重复 3次，取平均值。
1.4.2 外观形态 取少量干燥后的 6种余甘子果渣
样品，均匀地分散在导电纸上，用镊子压实，洗耳球
吹去表面未黏住的部分，用扫描电镜观察 6 种余甘
子果渣外观形态，放大倍数为 200。
1.4.3 硬度 对 6 种干燥样品，选择形状、大小尽
量一致的干燥余甘子果渣，采用 TMS-Pro 型物性分
析仪硬度测定模式进行测试［12］。测试条件：直径为
25 mm的平底柱形探头，探头下行速度 1 mm/s，压
缩程度 50%，停留间隔时间 5 s，触发值为 0.5 N，环
境温度为16~20℃。每个样品测6次，取平均值。
1.4.4 热力学 准确称取 9 mg（精确至 0.1 mg）干
燥样品，置于铝坩埚中，密封，在氮气保护下进行试
验，起始温度 25℃，以 5℃/min 升温至 250℃，得到
余甘子渣样品的DSC谱图。
2 结果与分析
2.1 含水率与水分活度的数学建模
以 27 组数据（表 1）作为拟合参数，用 SPSS 软
件对水分和水分活度之间关系进行估计，得到函数
关系式：Y=Exp（0.210-7.621/x），R2=0.985，建立数学
模型 Y=Exp（a+b/x+c/x2+dx）（图1），得到数学表达
式为 Y=Exp（0.920-12.312/x+8.194/x2-0.03x），拟合
度为 0.994，并对含水率为 5%、10%、15%时进行验
证，得到的水分活度值为 0.253、0.582、0.734，与估
92
表 1 水分与水分活度之间关系
编号 含水率（%） 水分活度
1 65.2 0.999
2 63.95 0.997
3 60.3 0.994
4 55.9 0.988
5 50.5 0.987
6 43.9 0.980
7 42.5 0.977
8 41.00 0.973
9 39.60 0.977
10 29.60 0.929
11 36.00 0.964
12 34.30 0.964
13 27.20 0.925
14 14.50 0.778
15 24.00 0.895
16 20.00 0.874
17 7.40 0.416
18 11.20 0.682
19 32.30 0.944
20 37.50 0.973
21 18.30 0.831
22 16.30 0.794
23 13.00 0.77
24 9.80 0.637
25 5.90 0.293
26 4.60 0.26
27 3.30 0.115
表 2 不同干燥方式下样品含水率和水分活度
干燥方式 干燥时长 水分活度 含水率（%）
流化床干燥 5min 0.238 4.46
自然风干 120h 0.583 10.36
热风干燥（50℃） 8h 0.390 6.76
热风干燥（105℃） 4h 0.129 3.24
真空干燥（50℃） 8h 0.534 9.65
真空干燥（105℃） 4h 0.210 4.43
计值 0.255、0.589、0.730 相差较小，满足含水率与水
分活度的函数式。
在余甘子果渣的干燥过程中，达到安全的水分
活度值 0.6 对应的含水率为10.25%，表明果渣安全
贮藏的含水率为10.25%，高于安全含水率则样品容
易腐败变质，若干燥至含水率过低，不仅提高了对仪
器的要求，又增加能源的浪费，因此余甘子果渣含水
率维持在 9%为宜。
2.2 干燥方式、时长对含水率和水分活度影响
从表 2 可以看出，采用流化床干燥法干燥仅
5 min 时，余甘子渣含水率为 4.46%，对应的水分活
度为 0.238，远低于安全水分活度，由于流化床干燥
过程是余甘子渣悬浮在干燥热空气中，流体与样品
的接触面大，物料剧烈碰撞扰动，使传质和传热过
程得到强化，耗时最短［13-15］。自然风干干燥 120 h
后，含水率为10.36%，水分活度 0.583，接近安全的
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
水
分
活
度
值
0 10 20 30 40 50
含水率（%）
图 1 含水率与水分活度之间模型建立
水分活度 0.6，干燥效率较差。影响干燥速率主要
的因素为温度，温度升高，样品中水分子运动加速，
水分子更易脱离，在相同的水分梯度差下，干燥速
率增加。采用真空干燥方式，以 50℃进行干燥，耗
时8 h，含水率为9.65%，而干燥温度为105℃条件下，
干燥 4 h即可使含水率达到 4.43%，所以在主要成分
未被破坏的情况下，适当升高温度有利于提高干燥效
率。对比热风干燥与真空干燥，105℃干燥 4 h，热风干
燥含水率为 3.24%，水分活度是干燥方式中最低、为
0.129，表明热风干燥效率高于真空干燥，此外，真空
干燥需要在真空条件下，对仪器精密性要求高，能源
消耗大。
93
2.2 不同干燥方式下的余甘子果渣外观形态
从不同干燥条件下的余甘子扫描电镜图（图 2，
封二）可以看出，自然风干的余甘子果渣样品表观结
构最为致密，产品内部干缩严重。而流化床干燥后的
余甘子果渣呈多孔海绵状，组织结构疏松，具有均匀
的多孔结构。热风干燥和真空干燥后样品结构较为
一致，水分散失后其内部可以看到小部分产生的空
腔，但是大部分结构比较致密［16-17］。观察干燥方式
相同、温度不同的余甘子果渣可以发现，在真空干燥
50℃和 105℃条件下，余甘子果渣样品外观形态一
致，样品结构变化不明显，表明在干燥过程中可以适
当提高温度，不仅可以提高干燥速率，同时样品不会
明显破坏。热风干燥 50℃和105℃两组样品同样表现
出微观结构的一致性，因此可以通过调节温度促进
样品干燥。由于自然风干是速率较慢，时间较长干燥
过程，当余甘子鲜果渣中的水分缓慢汽化而被空气带
走时，余甘子果渣就会慢慢收缩来填补其中水分的空
缺，干燥时间越长，果渣收缩越严重，因此其表面最为
致密。相反，流化床干燥是样品悬浮于干燥介质中，
具有物料停留时间短、干燥速率大的特点，干燥样品
收缩较小，呈现疏松多孔结构，表现为硬度较低。
2.3 不同干燥方式对余甘子果渣硬度的影响
不同干燥方式对余甘子果渣硬度的影响不
同［18］。从图 3 可以看出，样品的硬度大小依次为自
然风干＞热风干燥 50℃＞真空干燥 50℃＞热风干
燥105℃＞真空干燥105℃＞流化床干燥。在扫描电
镜下可以看出，自然风干的余甘子果渣结构最为致
密，体现为硬度最大为116 N，其次为真空干燥和热
风干燥，硬度在 65~80 N 之间，而流化床干燥干燥
速度快，产品未及时收缩，样品呈现结构疏松，孔隙
较多，硬度最小为 21 N，产品酥脆。在余甘子果渣的
后期加工过程中，如果样品的硬度过大，会增加产品
在包装、粉碎等方面的困难程度，增加人力物力的消
耗，因此流化床干燥法有利于余甘子果渣样品后期
处理的经济性。
2.4 不同干燥方式的余甘子果渣的热力学分析
结晶度、交联、聚合、摩尔质量对玻璃化转变均
有不同程度的影响。对于聚合物，结晶度增大玻璃化
转变区变宽，摩尔质量或交联度减小，玻璃化转变温
度 Tg 移至低温方向［19-20］。从表 3、图 4可以看出，在
相同温度下，真空干燥和热风干燥玻璃化转变区大
体保持一致，在 6 种干燥条件下，真空干燥105℃和
热风干燥105℃的玻璃化转变区最宽，结晶度最大，
其次为流化床干燥，而自然风干的转变区最小。在摩
尔质量和交联度方面考虑，相比于自然风干，其他 5
种干燥方法 Tg 均移至低温方向，其中热风干燥 50℃
为最低的 52.33，摩尔质量和聚合度最小，其次为热
风干燥 105℃和真空干燥 105℃，而流化床干燥、真
空干燥 50℃分别移至 68.50 和 71.79，聚合度变化相
对较小，说明温度、干燥时长是影响结晶度和聚合
度变化的主要因素，因为在余甘子渣中，非结晶区包
裹结晶区，而非结晶区更容易破坏，并且样品的主要
成分纤维素以化学键形式链接，所以随着温度的升
高和干燥时间的延长，大量的非结晶区、化学键被破
坏，导致余甘子渣样品的结晶度增大、聚合度降低。
在膳食纤维生产过程中，需要通过物理或化学方法
破坏其非结晶区，暴露结晶区，降低余甘子果渣聚合
图 3 不同干燥方式下的余甘子果渣硬度值
120
100
80
60
40
20
0
硬
度（
N）
流化床 热风
干燥
50℃
热风
干燥
105℃
真空
干燥
50℃
真空
干燥
105℃
自然
风干
干燥条件
表 3 不同干燥方式的热力学分析
干燥条件 玻璃化区间（℃） 玻璃化转变区宽度 玻璃化转变温度（℃） 比热Cp变化（J/g·k）
真空干燥 50℃ 68.03~80.06 12.03 71.79 0.487
真空干燥105℃ 45.68~65.07 19.39 55.16 0.272
热风干燥 50℃ 44.71~57.58 12.87 52.33 0.346
热风干燥105℃ 45.33~64.95 19.62 55.33 0.177
流化床干燥 63.00~77.60 14.60 68.50 0.147
自然风干 73.92~81.83 7.91 77.99 0.258
94
度，提高水溶性，增加膳食纤维产率和纯度，因此选
择合适的干燥方式，为产品的加工提供条件。
3 结论
（1）用 SPSS 软件对含水率和水分活度关系进
行拟合，得到方程 Y=Exp（0.920-12.312/x+8.194/x2-
0.03x），拟合度为 0.994，拟合效果较好，可以在以后
食品研究方面加以推广和利用。
（2）余甘子果渣的安全含水率为10.25%，低于
其安全含水率，余甘子果渣便可安全贮藏，延长原
材料保质期，为加工利用提供便利条件。
（3）以硬度和干燥时间作为评判标准，4种干燥
方式中，流化床干燥法所用时间最短，得到的余甘
子果渣产品的硬度最小，产品表面疏松多孔，其次
为真空干燥 105℃，而自然风干消耗时间最长，产品
硬度最大，表面致密，所得样品不利于后期的加工
与利用。
（4）对干燥的余甘子渣进行热力学分析，结果
表明干燥温度升高，干燥时长增加能够有效破坏余
甘子渣的结构，使样品的结晶度增大，聚合度降低，
可结合余甘子渣后期的加工和利用，选择合适的干
燥条件。
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图 4 不同干燥方式的热力学变化曲线
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1.0
DS
C（
mW
/m
g）
↑放热
50 100 150 200
温度（℃）
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1.0
DS
C（
mW
/m
g）
↑放热
50 100 150 200
温度（℃）
真空干燥105℃ 真空干燥50℃
0
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4
-0.5
-0.6
-0.7
-0.8
50 100 150 200
温度（℃）
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1.0
50 100 150 200
温度（℃）
↑放热 ↑放热
热风干燥50℃热风干燥105℃
DS
C（
mW
/m
g）
DS
C（
mW
/m
g）
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4
-0.5
-0.6
-0.7
-0.8
50 100 150 200
温度（℃）
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1.0
-1.2
50 100 150 200
温度（℃）
↑放热
250
↑放热
250
流化床 自然风干15℃
DS
C（
mW
/m
g）
DS
C（
mW
/m
g）
95
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（责任编辑 崔建勋）