全 文 ：第 8卷 第 3期 农 业 工 程 学 报 V l u. 8 N0 . 3
脱水刀豆挤压工艺及其
对速化复水性能影响的研究 ’
张 慈 马小愚 王成芝 李春丽
(东北农学院)
提 要 利用农业物料力学性质试验台对不同含水率的刀豆进行挤压预处理及干燥后进行复水试
验 . 对挤压力和处理前含水率二因素进行了饱和 D ` 最优设计 , 得出了其对目标函数 (复水比速
率 ) 的二次回归方程 。 在此基础上 , 进行了优化处理 , 提出了实用挤压工艺 , 其复水比速率比不
挤压工艺提高 1 . 74 ~ 1 . 83 倍 . 并分析讨论了挤压对复水比速率提高的同时软糊率不高的机理 .
关键词 刀 豆 挤压 复水比速率 软栩率
脱水刀豆是我国脱水加工业的出口拳头产品 , 具有很高的经济价值 . 其复水性能的两大
指标 , 复水 比速率 (助 和软糊率 (凡 ), 不仅对提高产品品质 , 而且对发展快餐配料的
“速化脱水菜 ” , 都具有重要的意义 .
1 试验方法及设备
试验步骤为 : 从东北农学院园艺站试验田中摘取鲜嫩 、 大小差异不大的油豆角 (系东北
常见品种 ) , 在 10 ℃小苏打溶液 ( 1% 浓度 ) 中预烫 6m i n , 在真空干燥箱中测得其初始水
分为 84 . 4% (.w b . ) , 再根据试验需要预脱水至所需的不同含水率 , 然后以 0 . 167 ~ /
s 的
挤压速度挤至所需压力 , 恒定变形 I n五n 卸载 , 再在干燥试验台上供至 6% (.w b . ) , 最后称
取其 20 9 样品在 98 ℃水中进行复水试验 , 经所需时间 , 沥干后称重 。
试验指标主要考虑 l( ) 平均复水比速率R 了和平均复重系数速率乓 , 这两指标体现了
复水的快慢 。 由于在同样复水前含水率下两者相差一常数 (本文略 ), 故本文仅考虑 R f · 复
水比 凡一铸 /吼 , 令 t 一 0 时 , 凡一 L 其平均速率 R , 一 △R f / △ t, 式中 , 场为干制品复水
t 时刻沥干重量 , ;g G , 为干品复水前重量 , ;g △t 为复水时间区间 , 本文取 3 0r in n . ( 2)
软糊率 凡 , 此指标衡量复水后脱水菜由于细胞破坏所带来的软糊程度 . 软糊率K
= V : / V
:
xl o (o/ )
, 式中 , 玖 为复水后软糊部分的体积 ; Vz 为复水后总的体积 。 为了消
除观察所带来误差的影响 , 本文采取下列分档方法 , 凡 在 〔0 , 加% 〕 为 I 档 ; 在 (20 % ,
叨% 〕 为 n 档 ; 在 (40 % , 60 % 〕 为 1 档 ; 在 ( 60 % , 80 % 〕 为VI 档 ; 在 (80 % , 10 % 〕
为 V 档 。 档次愈低 , 软糊率也愈低 , 复水后质量愈好 。
挤压试验在东北农学院研制的农业物料力学性质试验台 (图 l) 上进行 。 测力采用
收稿日期 : 19 1一 12一习5
* 黑龙江省科委科学基金资助项目
第 3 期 张 悠等: 脱水刀豆挤压工艺及其对速化复水性能影响的研究 · 12 1·
B ZL一 1 0型力传感器 , 可测范围为 O一 980 N , 灵敏度为 1 . 24 m v / N . 球面挤压垫块可调节
上下挤压面的平行度 。
G H -s n 型干操试验台 (图 2) 为东北农学院研制的教学科研用产品 , 其最大风量可达
48 0rn
3
/ n血 , 风压 78 4P a , 供热量 7 5 36kJ / h , 可同时进行多层物料的烘干试验 , 其温控采
用 WM N K一叨 1 型数字式温控仪 , 其精度为 士 .0 5℃ 。
复水用恒湿器采用 H H一5 1 一 型电 、 热恒温水浴锅 , 控制精度为 士 1℃ 。
聋 3 4 5O
1
.手柄 .2锥齿轮传动机构
.3 力传感器 .4 力指示器 5 .物料
.6 球面挤压垫块 7 .台架
图 1 挤压试脸台 简图
1
.物料层 .2 沮度传感器 .3 沮控仪
.4加热管 .5风门擂板 .6风机
图 2 G H S一 n 型干嫌试脸 台简图
2 试验结果及分析优化
为了确定挤压程度和不同挤压前含水率对复水比速率的影响 , 从而得到最佳复水比速率
的挤压最佳工艺 , 本文安排了二因素饱和 D 一优化设计 , 设定 : x ; 为挤压力 尸 , N ; 介 为挤
压前不同含水率 , % (.w b . ) ; 目标函数 少▲ , 为 △t 时间内的平均复水比速率 , 1 / m in . 白于
物料为生物体 , 挤压力有一极限值 , 这已由试验确定 , 取几ax = 490 N , 而最小含水率定为
稍有脆性的 20 % (.w b . ) . 其因素水平编码表及其结构矩阵分别见表 1和表 o2
表 1 因素水平编码表 表 2 结构矩阵表
编码值 xl / N 毛
(%
,
w
.
b
.
)
l 4 9 0 8 4
.
4
0
.
3 9月4 3 4 1 . 6 64 .9
一 0 . 1 3 15 2 12 . 8 4 8 . 0
一 1 0 2 0 . 0
试验号 x0 X l x 2 对 后 工 ,祖
l 1 一 1 一 1 1 l l
2 l 1 一 1 l l 一 1
3 1 一 1 l l l 一 l
4 l
一刃 . 1 3 1 5 一 0 . 13 1 5 0 . 0 1 7 3 0 . 0 17 3 0 . 0 17 3
5 l l 0
.
3 94 4 l 0
.
0 5 5 6 0
.
3 94 4
6 l 0
.
3 9 4 l 0
。
1 5 5 6 l 0
.
3 94 4
实施方案及试验结果见表 3 , 可得 △ t 在 0~ 301 苗 n , 30 ~ 冈吻 i n 和 60 ~ 9伽m in 区间自的
回归方程分别如下 (回归系数计算本文略 ) :
1 2农业工程学报 19 2年
表 3实验方案及试验结果
试验号 x x / N 丸 ( %) 物 / m in e sl y ~ / m加一 1 少公书门 / 口 jn 一1 凡 档次 夕, / ~ 一 ` 夕, 一 / ~ 一 , 几一 / imn 一 ,
l 0 20 .0 0
.
0 3 6 3 7 0
一
0 1 8 6 7 .0 加2 4 8 I 0 . 03 6 3 7 0 . 0 18 6 7 .0加 2 4 8
2 呜的 20 .0 0 . 04 5 8 3 0 .0 17 39 0 .0 13 9 5 n 0 . 0 4 5 8 3 0 . 0 17 3 9 0 .0 139 5
3 0 84 .4 0
.
0 3 6 3 7 0
.
0 18 6 7 .0 佣2铭 I 0 . 0 3 6 3 7 0 . 0 18 6 7 -0加 2 48
4 2 12
.
8 48 .0 0
.
0 32 8 3 0
.
02 5 2 1 .0 阅匆 5 H 0 . 0 3 2 83 0 . 0 2 5 2 1 .0加 7 4 5
5 4 9 0 64 .9 0
.
0 7 6 ) 5 0
.侧珍 18 0一佣 2 7 9 I .0 07 仍5 0 .成洲珍 1 8 .0佣 2 79
6 34 1 6 8 4
.
4 0
.《珍 8 12 0 , 仪沁 11 .0 0 以X】3 V 0 09 8 12 0 .《托旧1 1 .0 (洲洲洲】3
夕, 二
y 30 一印
y 印一卯
10 一 ’ (3
.
7 652 + 2
.
338 1二 1 + 1 . 8 65 1x 2 一 o . 3 715 x
:
+ 2
.
58 1、 : + 1
.
8 65 1x , x Z );
一 10 一 ’ 。 . 3、 3一 0 . 7 12、 , 一 0 . 0 80 2 一 o . o s x :一 1
.
16 9 9 x
:
一 o . o 8 6 x Z x Z ) ;
一 10 一 ’ ( 7 . 1 8 5 6 + 1 . 3537二 1 一 4 . 3 79 1x 2 一 2 . o s x : 一 1
.
2 538 x
:
一 4 · 38 , Zx , x Z) 。
从表 3 中可知 , 各个测点预测值夕`与实
际值吻合得很好 , 说明这些回归式符合实际情
况 。
由赫森矩阵可判定夕, 无极值存在 (本文略
)
. 由二维等高线图 (图 3) 可知 , 在区间一 1
< x
l , 介 < 1 内的最大值及其对应 x , , 及 值
为 :
夕犷x( , = x Z = l) 一 .01 2叫 l/ 曲 )
一爪,盛2
` .二
2X
/才.、、/
!
、
八 . 目沐
y 30 一 )
一 ” ·” , 0 , , ` , / imn ,
以及夕〔 口日沉印 一见
= 一 1
= 0
= 1
= 一 1 )
一 0·。` , 9 ,“ / imn , 一介
b
. 乡~
从 图 a3 看出 , 在夕30 的较优区域 〔.0 08,
0
.
12 〕 , 随着挤压前含水率 (介 ) 和挤压力
(x 口 增大 , 其平均复水比速率 任 , ) 也随之
增大 。 当 x ; = 爪 = 1 时 , 夕30 达最大值 . 且在
一 l< x :
, 工 2 < 1 的范围内 , 等高线呈近似线性
分布 , 即 x ; 和 及 成近似线性关系 。 从图中还
可看出 。 在 x l 和 x : 两因素中 , x : 对夕o3 的影
响更显著 。 从图 b3 看出 , 在 九~ 的较优区域 〔.0 025 , .0 0 30 , 随着 x l 的减小和 介 的趋
中 , 其夕~ 随之增大
。 当 x , = 一 1 , 勺 = O时 , 夕~
毛
二不刃于不一 。` ,
} { / 茄 1 2一竹 { / /
一号 . ./ 、 /一 0 . 2 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 x于· “
c
. 灿
图 3 九 的二维干高线图
达最大值 。
第 3 期 张 愁等 :脱水刀豆挤压工艺及其对速化复水性能影响的研究 ·1 23 ·
从图 3c 可看出 , 在九卜知 的较优区域 (0 . 0 1 , .0 0 13 9〕 , 随着 x l 的增大和 为 的减小 ,
其夕沁翻 随之增大 . 当 x , = 1, 介二一 1 时 , 夕~ 达最大值
, 且在一 1< x l , 为 < 1 的范围内 ,
等高线呈近似线性分布 , 为 比 x l布一 , 的影响更显著 ·从表 3 可知 , 从开始起 , 每过 3伪ul n 其平均复水比速率显著下降 , 有 “先高后低 ’ 的特
点 . 因此在三个指标 任 30, 夕, 一扩 夕一护中 , 夕o3 最为重要 , 夕, _ . 次之 , 应优先满足 ,
综合考虑上列三个指标的加权 , 权数分别为 .0 7 , .0 2 和 o . 1 . x ; 在三个指标的最优区间分别
为 〔0 . 8 , 1 . 0〕 , 〔刁 . 8 , 一 1. 的 和 〔0 . 8 , 1 . 0 ) , 而 介 分别取为 〔0 . 8 , 1 . 0〕 , (一0 . 1 , 0 . 1〕 和
卜 0 . 8 , ` 一 1 . 0〕 . 因此得 : x l 在 〔0 . 48 , 0 . 6〕 , 为 在 〔0 . 4 6 , 0 . 62〕 .
从表 3 还可看出 , 未经预干的高含水率 x : ( 84 .4 % ) 复水后的软糊率档次为V , 其余均
为 I 或 1 档 (较好 ) . 为此 , 从复水质量的角度 , 要求 凡《 .0 39 4 , 因此综合前面的要求 ,
取 为 在 .0 4 左右为宜 .
综上所述 , 可得到最佳工艺为 : x , 在 ( 0 . 4 8 , 0 . 6〕 , 即 3 6 1 . 4一 39 2N , x Z 取 0 . 4 , 即
65%
。
娜 3 讨 论
3
.
1 挤压对软糊率的影晌
刀豆在干制前需要进行烫漂处理 , 在处理液浓度不高时 , 细胞组织虽死去 , 但其结构未
破坏 , 同时细胞内的原生质发生凝固 、 失水 , 造成质壁分离 , 细胞膜的透性加大 , 这不仅提
高了脱水的速率 , 也提高了复水的速率 .
烫漂后的刀豆经挤压 , 由于细胞膜透性的增加 , 含水率越高 , 出现的 “榨汁现象 ”越明
显 , 从表 3 的软糊率档次来看 , 84 .4 % 含水率受挤压后的软糊率最高 , 达 V 档 , 说明 “榨汁
现象 ” 使细胞结构发生了显著破坏 。 这也说明 了在含水率下降到 “ % 以下时 , “ 榨汁现象 ” 不
明显 , 复水后软糊率大大下降的原因 。
高含水率 ( 84 .4 % ) 刀豆在不大挤压力下也能避免产生明显的 “ 榨汁现象 ” , 基于确定这
个临界点 , 本文作了试验 , 结果见表 4 , 得出挤压力达 29 4N 时 , 复水后的软糊率才显著上
升 , 即细胞结构才发生显著破坏 。
裹 4 不同挤压力下复水后的软栩率档次住陈4% )
3
.
2 挤压对复水比速率的影晌
烫漂后的刀豆经挤压 , 一方面使部分细胞结构发生破坏 , 另一方面 , 由于 ` 榨汁现象 ” 使
烫漂后已增大的细胞膜透性进一步加大 , 即使复水速率进一步加快 . 本灯 30 的回归方程显示 , 随含水率的上升 , 复水比速率也上升 , 说明细胞膜的透性也增大 。 由于含水率的高低比
挤压力变化对 “榨汁现象 ’ 更有影响 , 因此含水率因素比挤压力因素有 30 的影响更大 , 回归方程分析的结果与此相符 。 在得出的较佳工艺中 , R f 比未挤压的工艺要提高 1· 74 一 L 83
倍 。
在后两个复水时间区域中 , 出现的 x l , 及 又好 30 _扩 夕。 _ . 的影响的不同趋势 , 原因很
12 4农业工程学报 19 2 年
复杂 , 有待于进一步探讨 .
另外在挤压力较小的情况下 , 挤压对复水比速率的影响不太明显 , 如表 3 中试验护 .
4 结 论
l) 在复水时间区间 (m in ) 为 (0 , 30 〕 , (3 0 , 60 〕 和 (60 , 90 〕 时 , 其平均复水比速
率的回归方程为 :
夕, 一 10 一 ’ ( 3 . 7 652 + 2 . 33 s l x , + 1 . 86 5 1x 2 一 o . 37 1 5 x : + 2
.
551。 : + 1
.
s 65 1x , x Z
,
夕, 一 。 = 10 -
夕. -一 10 一 ,
。 . 3 7 43 一 0 . 7 1 2。 : 一 0 .* 。 2 一 o
.
o s x :
(7
·
1 856 + 1
·
3 53x7
; 一 4 · 37 9 l x : 一 2· o s x
一 1 , 1
69x :
一 0 . 64 8 6x : x Z
一 1 . 2 538 x
:
一 4 · 38 , x2 , x Z
2) 最佳挤压工艺取 x ; 为 36 1 . 4一 392N , 为 为 19 . 32% 。
3) 讨论了挤压对软糊率和复水比速率的影响 .
4) 挤压最佳工艺比不挤压工艺提高乓 , .7 4一 ` 。 83 倍 ·
参 考 文 献
雷得天 , 马小愚 . 马铃薯组织破坏时的力学性能及其流变学模型 . 农业机械学报 , 19 1 , (2) .
徐中儒 . 农业试验最优回归设计 . 哈尔滨: 黑龙江科技出版社 , 19 8 .
张 愁 , 许乃章 . 洋葱 、 蘑菇远红外多层干燥及复水性能的研究 , 农牧与食品机械 , 19 0 , ( 6)
天津轻工业学院等 . 食品工艺学 (上删 . 北京 : 轻工业出版社 , 19 84 .
华中农学院 . 蔬菜贮藏加工学 . 北京 : 农业出版社 , 19 81 .
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叩石山山以 t i o n m e ht od is u 歇吐 fo r ge t t in g het er gr e 剐” o n fo mr ul a . nA 叩 6m恤 teC h n o lo gy 15 a vd a n Ct 沮 a ft e r
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K e y邢dsr Sw o dr 卜派 n s, qS u eCL 刀 n g t eC h n o fo gy , R eC o v e yr r at e