香蕉片微波真空干燥水分特性的研究

香蕉片微波真空干燥水分特性的研究陈燕珠（福建达利集团公司化验室，福建惠安362100）分为升速、恒速及降速干燥三个阶段。在微波真空干燥过程中，微波功率、切片厚度和真空度对香蕉片失水速率都有极显著的影响。微波强度对香蕉片的干燥速率影响显著，其次是香蕉片初始含水量，而真空度对香蕉片干燥速率的影响小。在干燥过程中，微波强度越大，真空度越高，香蕉片初始含水量越低，干燥速率越快，所需的干燥时间越短。
陈燕珠（1988-），女，福建泉州人，研究实习员，主要从事食品检验检测工作。
香蕉是世界四大水果之，是热带、亚热带地区的重要水果，含有丰富的碳水化合物、蛋白质、脂肪、粗纤维、矿物质以及维生素等营养物质，果实质地柔软，清甜芳香，营养价值高。香蕉果实、果汁和花根等具有止渴、润肺肠、通血脉和利便等药用价值，是人们喜爱的热带果品之一。目前中国是世界第三大香蕉生产国。由于香蕉果实富含果胶、糖类、单宁及各种酶类，生化反应活跃，这些生理特点使得其受运输和贮藏条件所限，往往未经销出就大量变质，造成很大浪费，因此香蕉的贮藏保鲜与加工显得尤为重要。
许多学者不断研究开发了油炸香蕉片、香蕉汁、香蕉粉、酿酒等香蕉加工产品。干燥作为香蕉贮藏的重要手段在生产上被应用广泛。香蕉的传统干燥一般采用烘箱烘烤或日晒法，耗时长，费工多，品质差。目前生产上一般采用真空油炸脱水法进行香蕉片的干制，该脱水法虽克服了传统干燥的缺点，但存在耗能大，产品香气成分丧失，色泽较暗，且含油率较高，易蛤败等问题。微波真空干燥技术综合了微波干燥和真空干燥的优势，是一种节能低耗型的技术，具有生产速度快、效率高、成本低、设备占地面积小、投资回收期短等特点。它克服了常规真空干燥周期长、效率低的缺点，能较好地保存物料营养成分及改善干制品的其他品质（如褐变），同时又缩短了干燥时间，提高了生产效率。因此，微波真空干燥技术在医药、食品工业、化工、烟草以及农产品加工等领域越来越受到重视和广泛应用。国内外已经有较多的采用微波真空干燥技术干制苹果片、菠萝片、香蕉粉、花椒、葡萄、酸梅、龙眼、猕猴桃、银耳、胡萝卜、板栗、南瓜渣、佛手瓜、蕨菜和大蒜等方面的研究报道，有些已得到成功应用并取得显著的经济效益。
鉴于微波真空干燥技术与其他干燥方法相比具有的优点，本课题拟将微波真空干燥技术应用于香蕉片加工，通过深入研究香蕉片的微波真空干燥特性，探索香蕉片在微波真空干燥过程中的水分变化规律，量化微波强度、真空度、香蕉切片厚度和香蕉片初始含水量这四者与干燥时间及香蕉失水量之间的关系，以期为真空干燥香蕉片的产业化生产提供理论依据和科学指导，为香蕉干制开辟一条新的出路。
1材料与方法1.1材料天宝香蕉：挑选新鲜、外形整齐、果实较硬、果皮亮黄色略带少许青绿色的七八分熟的香蕉，剔除虫咬、有组织损失、过熟者。
L-半胱氨酸（C3H7NO）：上海华蓝化学科技有限公司生产。
1.2主要仪器KL-2D-4ZG真空微波干燥设备：凯棱工业用微波设备有限公司与福建农林大学联合监制；DHG-9075A型电热鼓风干燥箱：上海精宏设备有限公司生产；AL204型精密分析天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司生产；PL602-S型电子天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司生产。
1.3试验方法手工剥去香蕉皮，用不锈钢小刀剔除未被剥净的筋络，再根据，香蕉片切片厚度越大，干燥所需的时间越短。切片厚度为4mm时，干燥所需的时间长。这是由于香蕉片厚度过薄，部分微波能会从内部发射到表面，产生能量损失，所以干燥时间延长。当切片厚度为12mm和14mm时，两条干燥曲线非常相近，变化基本相同，干燥所需的时间均为10min.这是因为香蕉片厚度过厚，微波能达到中心的距离就会加大，未深入到香蕉片内部已大大衰减，中心部分获得的微波能减少，延长了干燥时间。
从可以看出，香蕉片在干燥过程中有明显的3个脱水阶段。在微波真空干燥过程中，切片厚度为12mm以下的香蕉片随着切片厚度的增大，香蕉片的失水速率也随着增大。这是因为香蕉片厚度在微波的穿透深度以内，香蕉片内外同时加热，中心部位接受的微波能较多，水分蒸发速度快，形成香蕉片内部的浓度差、温度差和压力差都较大，干燥速率上升快，干燥速率也较高。在恒速干燥前期，切片厚度为14mm的失水速率比厚度为10mm与12mm还要低，这是由于切片厚度越大，初始微波能达到中心的距离加大，中心部分吸收微波能相对较少。随着恒速干燥的进行，香蕉片的体积有所缩小，在微波能吸收的范围内，使得香蕉片的失水速率上升。
2.4初始含水量对香蕉微波真空特性的影响由于每批香蕉鲜样的初始含水量不同，故在本试验中考虑其对香蕉片微波真空干燥过程的影响。在单位质量发射功率为14W/g，真空度为-85kPa的工艺参数条件下，进行微波真空干燥香蕉片的初始含水量的单因素试验，预将香蕉片经热风干燥使其初始含水量w（H2）分别为70、60、50、40、30，绘制香蕉片的干燥曲线。是香蕉片随干燥时间的变化曲线，是香蕉片干燥速率随含水量w（H2）的变化曲线。
如所示，预干燥后香蕉片的初始含水量w（H2O）越低，干燥所需时间越短。当初始含水量w（H2O）为70时，干燥时间需要12min，干燥时间长。初始含水量w（H2）为30时，干燥时间只需6min.由此可知，水分含量越高，需要干燥蒸发的水分越多，相应所需的干燥时间也越长。
如可知，初始含水量对香蕉片的微波真空干燥过程有显著的影响，初始含水量越大，恒速及降速阶段的干燥时间明显增加。原因是：微波对物质存在选择性加热，水是分子极性非常强的物质，较易吸收微波作用而发热。而初始含水量越高，香蕉片吸收的微波能越多，水分蒸发越多，维持恒速干燥阶段的时间越长，进入降速阶段的含水量仍较高，干燥速率缓慢降低，恒速及降速干燥阶段时间的增加便延长了整个干燥时间；反之，初始含水量越低，损耗介电常数降低，吸收的微波能少，大干燥速率较低，随着水分不断蒸发，香蕉片吸收的微波能更少，进行恒速及降速干燥的时间均很短。
3结论3.1香蕉片微波真空干燥过程经历了加速、恒速及降速干燥3个阶段。干燥前期的干燥速率受表面汽化速率控制，逐渐增大；干燥中期，物料的干燥速率和表面温度保持稳定，即为恒速干燥阶段；干燥后期，当物料水分含量降低到某一程度，内部水分向表面的扩散速率降低，并小于表面汽化速率，干燥速率即主要由内部扩散速率决定，并随水分含量的降低而不断降低。
3.2在微波真空干燥过程中，微波强度越大，香蕉片的失水速率越快，达到安全含水量所需的时间也越短。
3.3随着真空度的提高，干燥所需的汽化及蒸发的温度越低，达到蒸发温度所需的时间缩短，故缩短了整个干燥过程的时间。对于香蕉片这种热敏性高的物料，在微波真空干燥时，提高真空度有利于干燥出较好的品质。
3.4在微波真空干燥过程中，切片厚度4mm12mm在微波的穿透深度以内，香蕉片切片厚度越大，干燥速率越大，达到安全所需的时间也越短。
3.5水是分子极性非常强的物质，初始含水量越大，香蕉片吸收的微波能越多，升速、恒速及降速干燥3个阶段的干燥时间明显增加，从而延长了整个干燥时间，而经过预干燥后的香蕉片的初始含水量越低，干燥所需时间越短。