全 文 ：第 47卷（总第 165期）
无纤维粉葛（下称粉葛）为葛根中的一种，以粉
质多、纤维细少、无渣、清甜质脆等特点著称，所含葛
根素具有防癌和较高的药用价值。粉葛富含淀粉，在
干燥过程中，部分淀粉在酶的作用下转化为还原糖，
还原糖会大量析出，形成强大的渗透压；同时由于淀
粉的存在， 造成粉葛表面易硬化， 阻碍了水分的逸
出，使其成为一种较难干燥的物料。
本文采用可旋转中心组合设计和响应面法研究
了干燥温度、 干燥风速和铺料密度等主要工艺参数
对粉葛热风干燥速率、 单位能耗和主要营养成分含
量的影响，并建立了相应的数学模型，进而优化了热
风干燥工艺参数， 旨在为粉葛工业化干燥技术提供
理论依据和参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料及仪器设备
1.1.1 试验材料
无纤维粉葛：佛山市卖口乖食品有限公司提供，对
干燥过程和质量有较大影响的成分检测结果见表 1。
表 1 粉葛主要成分含量（以干基计）
Tab. 1 Contents of main components in Pachyrhizua angulatus
(moisture-free basis)
粉葛片热风干燥工艺参数优化及数学模型研究
王蕾 1，王刚 1，饶箐 1，赖雄伟 2、廖子海 2、何国斌 2、卢晓黎 1*
（1.四川大学轻纺与食品学院，四川成都 610065；2.佛山市卖口乖食品有限公司, 广东佛山 528000）
摘 要： 利用热风干燥试验台对粉葛的热风干燥特性进行研究，探讨不同干燥温度、热风风速、铺料密度对干燥速率
的影响，其影响因素大小依序为：干燥温度＞干燥风速＞铺料密度。 利用 3 种不同干燥速率模型对试验数据进行拟合。
发现粉葛热风干燥符合 Page 方程，即模型拟合 F 值为 1102.35，呈极显著。
关键词： 粉葛片；热风干燥；数学模型
中图分类号： TS201.7 TS205.9 文献标识码： A 文章编号：1674-506X（2011）05-0027-0004
Researches on the Mathematical Model and Air-drying Properties of
Pachyrhizua Angulatus Slice
WANG Lei1, WANG Gang1, RAO Qing1, LAI Xiongwei2, LIAO Zihai2, HE Guobin2, LU Xiaoli1*
（1.Department of Food Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China；2. Guangdong Maikouguai Food Co.,Ltd，
Guangdong， Foshan， 518000, China）
Abstract: Researches on the air-drying characteristics of Pachyrhizua angulatus slice were conducted on the air-drying
test machine. The effects of air temperature as well as velocity and material density on the drying rate were also
investigated, and the order from high to low was air temperature＞velocity＞material density. The experimental data was
processed base on three different mathematical models, and the result showed that the drying performance of Pachyrhizua
angulatus slice, agreed with Page equation (viz.).The F value was 1102.35 Model fitting. showed great significance.
Key words: Pachyrhizua angulatus slice; Hot-air drying; Mathematical model
doi: 10.3969/j.issn.1674-506X.2011.05-007
收稿日期： 2011-08-09
基金项目： 广东省教育部产学研结合项目，项目编号：2009B090300460。
作者简介：王蕾（1987-），女，硕士研究生，研究方向：食品加工与保藏应用技术。
*通讯作者： 卢晓黎（1954-），男，教授，邮箱：LXL8628@163.com。
水分含量
/%
淀粉
/%
粗蛋白
/%
粗纤维
/%
总异黄酮/
mg/100g
64.00 17.90 3.44 2.10 50.30
Food and Fermentation Technology
第 47卷（第 5期） Vol.47，No.5
2011年第 5 期
1.1.2 仪器设备
⑴ Sh10A 型水分快速测定仪；TU-1800PC 型紫
外可见分光光度计；KDN-01A 型定氮仪；SLQ-6 型
粗纤维测定仪；BS224S 型电子天平；LD4-2A 型离心
机。
⑵ 热风干燥试验台 试验台外观照片如图 1，
试验台工作原理如图 2： 来自风机 1 的空气经加热
器 4加热后，流经干燥盘 9 的下部，与物料进行湿热
交换后将水分带走。 失水量由电子天平 10称量。 通
过控制变频调速风机 1 的转速调节风量， 由控制箱
5 中的温度控制器控制温度， 在 8 处安装热球式风
速仪测量风速[1,2]。
图 1 热风干燥试验台
Fig.1 Apparent structure of hot-air drying test stand
图 2 热风干燥试验台工作原理
Fig.2 Principles of hot-air drying test stand
1.2 试验方法
1.2.1 材料处理方法
葛根清洗、去皮、切片（长、宽 2cm，厚度 0.5cm），
放入料水比为 1∶3的护色液中进行护色处理，护色
液为食盐：柠檬酸：水=10:1:1000，20min后捞出沥
水；然后按一定的铺料密度均匀平铺在热风干燥试
验台的物料盘上。 干燥过程中定时记录物料质量并
换算成含水率，直至含水率达到 6%为止。
1.2.2 试验参数范围确定
通过预试验，在保证粉葛干燥后的色泽、口感、
滋味及气味等感官质量的基础上， 确定粉葛热风干
燥优化参数范围为：干燥温度 65℃～85℃，干燥风速
0.3m/s～0.7m/s，铺料密度 5kg/m2～10kg/m2。
1.2.3 水分含量计算
按式⑴计算不同时刻粉葛含水率：
⑴
式中：
——时刻粉葛重量，g；
——粉葛初始干重，g；
G0——粉葛初始重量，g；
W0——粉葛初始含水率，%；
——粉葛时刻始含水率，%。
1.2.4 水分含量计算
干燥速率用式⑵计算：
R=dm/dτ ⑵
式中：
R——干燥速率，g/min；
dm——失去水分的重量，g；
dτ——失去水分所需时间，min[3,4]。
2 结果与分析
2.1 不同干燥温度下粉葛的干燥脱水曲线和干燥
速率曲线分别见图 3、图 4。
图 3 不同温度下的粉葛干燥脱水曲线
Fig.3 Dehydration graph of Pachyrhizua angulatus at different temperature
分析图 3、图 4 可知，粉葛干燥速率曲线分恒速
和降速 2个阶段，预热段不明显，基本符合传统的干
燥速率曲线规律，但恒速段时间相对较短；粉葛干燥
特性受温度影响很大，温度越大，干燥曲线越陡，在
试验温度范围内，温度每升高 10℃，干燥速率增大约
20%；恒速段干燥速受干燥温度影响最显著，干燥速
率岁温度升高而增大。
2.2 铺料密度对干燥特性的影响
1 2
3
5
4
6
7
9
8
13
12
10
11
1-变频调速风机
6-干燥室
11-温度传感器
2-风量控制板
7-物料入口
12-支架
3-风筒
8-测风口
13-排风控制器
4-加热器
9-物料盘
5-温度控制器
10-电子天平
0 50 100 150 200 250
100
80
60
40
20
0
含
水
率
/%
时间/min
65℃，7.5kg/m，0.5m/s
75℃，7.5kg/m，0.5m/s
85℃，7.5kg/m，0.5m/s
28
第 47卷（总第 165期）
图 4 不同温度下的粉葛干燥速率曲线
Fig.4 Dehydration rate graph of Pachyrhizua angulatus at
different temperature
不同铺料密度下粉葛的干燥脱水曲线和干燥速
率曲线分别见图 5和图 6。
图 5 不同铺料密度下的粉葛干燥脱水曲线
Fig.5 Dehydration graph of Pachyrhizua angulatus at different
spreading thickness
图 6 不同铺料密度下的粉葛干燥速率曲线
Fig.6 Dehydration rate graph of Pachyrhizua angulatus at different
spreading thickness
分析图 5、图 6 可知，当铺料密度增大时，干燥
时间也随之延长。在干燥初期，铺料密度对于干燥速
率的影响较小，随着干燥进入降速段，铺料密度的影
响逐渐显著。 从图 6 可知，在干燥降速段，铺料密度
为 7.5kg/m2 时的干燥速率略大于 5kg/m2 和 10m2 两
个水平。
2.2 铺料密度对干燥特性的影响
不同风速下粉葛的干燥脱水曲线和干燥速率曲
线分别见图 7和图 8。分析图 7、图 8可知，风速对干
燥速率的影响的明显性低于温度的影响， 略大于铺
料密度的影响。当风速为 0.5m/s时，干燥时间比风速
0.3m/s时缩短了 29%，干燥速率增大约 50%；当风速
为 0.7m/s时，干燥速率和干燥时间与风速 0.5 m/s 时
基本相同。这说明，风速对粉葛热风干燥过程的影响
是有限的。
图 7 不同风速下的粉葛干燥脱水曲线
Fig.7 Dehydration graph of Pachyrhizua angulatus at different
wind velocity
图 8 不同风速下的粉葛干燥速率曲线
Fig.8 Dehydration rate graph of Pachyrhizua angulatus at
different wind velocity
3 干燥模型拟合
以样品的干物质质量百分数及干燥过程中的失
水率 MR 作为指标， 干燥过程中的 MR 可由式⑶计
算得到：
MR= Gτ-GgG0-Gg
⑶
式中：
Gτ——干燥时刻粉葛的重量，g；
Gg——粉葛干重，g；
G0——粉葛干燥初始时刻的重量，g[1,5]。
在干燥失水速率的数学模型中选择 3 个运用较
多的基础模型作为粉葛干燥失水模型，见表 2，表 2
式中为待定系数，与干燥条件有关。
王蕾等：粉葛片热风干燥工艺参数优化及数学模型研究
0 20 40 60 80 100
70
60
50
40
30
20
10
0
干
燥
速
率
/（
g/
m
in
）
含水率/%
65℃，7.5kg/m，0.5m/s
75℃，7.5kg/m，0.5m/s
85℃，7.5kg/m，0.5m/s
0 100 200 300 400
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
含
水
率
/%
时间/min
5kg/m，75℃，0.5m/s
7.5kg/m，75℃，0.5m/s
10kg/m，75℃，0.5m/s
0 20 40 60 80 100
60
50
40
30
20
10
0
含
水
率
/%
时间/min
5kg/m，75℃，0.5m/s
7.5kg/m，75℃，0.5m/s
10kg/m，75℃，0.5m/s
0 50 100 150 200 250
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
含
水
率
/%
时间/min
0.3kg/m，7.5m/s，75℃
0.5kg/m，7.5m/s，75℃
0.7kg/m，7.5m/s，75℃
0 20 40 60 80 100
70
60
50
40
30
20
10
0
干
燥
速
率
（ g
/m
in
）
含水率/%
0.3kg/m，7.5m/s，75℃
0.5kg/m，7.5m/s，75℃
0.7kg/m，7.5m/s，75℃
29
2011年第 5 期
（上接第 19页）酵条件研究[D].湖北:湖北工业大学, 2007.
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表 2 干燥数学模型
Tab. 2 Drying mathematical model
将试验数据分别在-ln （MR） 与时间 t，ln【-ln
（MR）】与 lnt 坐标上作图，比较不同铺料密度、不同
风速、不同干燥温度下-ln（MR）与 t，ln【-ln（MR）】与
lnt 的曲线关系，发现 ln【-ln（MR）】与 lnt 的关系比
ln（MR）与 t关系更接近直线，故选择 Page方程 MR=
e-rtN作为粉葛热风干燥数学模型，即有：
ln【-ln（MR）】= lnr+Nln t ⑷
利用 SAS统计软件进行数据处理，令：
lnr=a+bt1+cv+dp
N=e+fv+gt1+hp
式中：
t1——干燥温度，℃；
v——风速，m/s;
p——铺料密度，kg/m2；
计算回归结果见表 3，拟合呈极显著。
4 干燥模型验证
为检验回归模型的准确度， 选取试验中的一组
数据进行检验， 试验条件为： 干燥温度 75℃， 风速
0.5m/s，铺料密度为 7.5kg/m2。 由 Page回归方程在干
燥温度 75℃、风速 0.5m/s、铺料密度 7.5kg/m2的条件
下进行预测， 预测值与实际值见图 9。 从图 9 可看
出，Page方程曲线与实际值基本拟合。 说明 Page 方
程较正确反应了粉葛热风干燥规律， 可以起到预测
作用。
5 结论
粉葛干燥过程分恒速和降速两个阶段。 干燥温
度对粉葛干燥速率影响最显著，其次是干燥风速，而
铺料密度对粉葛干燥速率影响最小。 在试验温度范
围内，干燥温度每升高 10℃，干燥速率增大约 20%；
恒速段干燥速率受干燥温度影响最显著。
粉葛的热风干燥符合 Page 方程，即模型拟合 F
值为 1102.35，呈极显著。 试验得的数学模型能正确
反应干燥规律， 可较好地预测粉葛干燥过程失水率
的变化过程。
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模型名称 方程表达式 线性表达式
单项扩散模型 MR=Aexp（-rt） ln（MR）=lnA-rt
指数模型 MR=exp（-rt） ln（MR）=-rt
Page 方程 MR=exp（±rtN） ln【-ln（MR）】=lnr+Nlnt
模型形式 系数 F 值及显著水平
MR=e-rt
r=e-4.59894+0.00695t1+1.56997v-0.31969p
F=1094.63 拟合
成绩显著
N=0.72465+0.00478t1
-0.09440v+0.0391p
P＜0.001
表 3 粉葛热风干燥数学模型
Tab. 3 Air -drying mathematical model of Pachyrhizua angulatus
图 9 干燥数学模型检验曲线
Fig. 9 Regression curve of drying mathematical model
0 50 100 150 200 250
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
含
水
率
/%
时间/min
实际值
预测值
30