□ 黃枝梅 漳州市食品藥品審評與不良反應監測中心

摘　要：為提高干制香蕉片的質量，本文研究了香蕉片的中短波紅外干燥工藝——考察了不同干燥溫度(50~90℃)、輻射距離(6~14cm)和切片厚度(2~10mm)對干制香蕉片色差ΔE、復水比和感官評分的影響，并在此基礎上采用Box-Behnken試驗對香蕉片中短波紅外干燥工藝進行優化。結果表明，香蕉片中短波紅外干燥的最佳工藝參數為：干燥溫度71.3℃、輻射距離10cm、切片厚度2mm，此時總色差ΔE為6.39，復水比為2.17，感官評分為95.64。

關鍵詞：香蕉片 中短波紅外干燥 工藝優化

引言

香蕉屬于芭蕉科芭蕉屬，是世界著名的熱帶水果之一，在我國南方各省被廣泛種植。據聯合國糧食及農業組織(FAO)統計[1]，2018年全球香蕉總產量為11573.7861萬噸，在水果產量中位居第一;我國香蕉產量為1157.7938萬噸[2]，居世界第二位。香蕉具有肉質軟滑細膩、濃甜爽口、香氣濃郁等特點，因此備受消費者的喜愛。此外，香蕉營養豐富，富含抗性淀粉、膳食纖維、維生素C和鉀等微量元素，具有潤腸通便、降血壓、降血糖、抗氧化、減肥和提高機體免疫力等多種保健功能[3]，被譽為“天然保健食品”和新的“水果之王”。然而，香蕉不耐貯藏，在運銷過程中很容易因成熟軟化致使品質劣變及腐爛。

干燥是有效延長香蕉貨架期的保藏方式之一，其可以降低香蕉的水分含量及水分活度，抑制微生物的生長、酶活性和化學反應，并節省運輸和儲存成本。國內外關于香蕉干燥工藝的研究包括熱風干燥[4]、真空干燥[5]、微波真空干燥[6-7]、過熱蒸汽干燥[8]、冷凍干燥[9]等。目前，傳統的熱風干燥已被廣泛用于香蕉的干燥，但其主要缺點也不容忽視，即能源利用率低和干燥時間長導致產品營養成分損失和體積收縮嚴重。冷凍干燥可生產高質量、高附加值的脫水食品，但因干燥時間長和成本高，限制了其在食品工業中的廣泛應用。紅外干燥是以輻射能的形式傳遞到待干燥物料的表面，通過物料的分子振動而穿透內部產生熱量，從而使輻射的能量轉化為熱能來達到干燥的目的。與傳統加熱方式相比，紅外輻射加熱具有能量利用率高、干燥速率快、加熱均勻、熱慣性小等優點[10]。中短波紅外是指波長范圍為0.75~4μm的紅外線，與長波相比，其穿透性更強，加熱效率更快[11]。當前，已有關于香菇[11]、草莓[12]、棗[13]、蘋果[14]等果蔬中短波紅外干燥的研究，但關于香蕉中短波紅外干燥的研究鮮有報道。

為提高香蕉片的產品品質和商品價值，本文研究了香蕉片的中短波紅外干燥工藝，探討了干燥溫度、輻射距離和切片厚度對香蕉片干燥品質的影響，并對香蕉片中短波紅外干燥工藝進行優化，以期為香蕉片干燥技術的開發提供新的技術參考。

1材料與方法

1.1 材料與試劑

材料：漳州天寶香蕉，購自漳州新華都超市。選擇七至八分成熟度，外皮呈亮黃色且略帶少許青色、果實大小均勻、色澤一致、無病蟲害、無機械損傷的香蕉進行試驗。香蕉剝皮后，用切片機將其切成符合試驗要求的厚薄均勻的片狀，迅速放入質量濃度為0.1%的半胱氨酸溶液中護色，浸泡10min后取出瀝干，備用[3]。

試劑：L-半胱氨酸，河北華陽生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

SAK-ZG-W0700型中短波紅外箱式干燥機，泰州圣泰科紅外科技有限公司;FS-989型切片機，櫻達生活電器(中山)有限公司;AR 224CN型電子分析天平，奧豪斯儀器(上海)有限公司;CP2102型電子天平，奧豪斯儀器(常州)有限公司;HH-2型數顯電子恒溫水浴鍋，常州國華電器有限公司;WSC-S型色差計，上海儀電物理光學儀器有限公司;DZQ400-2S型真空包裝機，上海嘉歆包裝機械有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1干燥工藝

將護色的香蕉片稱重后，均勻平攤在物料盤上。按試驗要求設置好中短波紅外干燥機參數，等干燥溫度達到設定溫度后將物料盤放入干燥箱內進行干燥試驗。干燥過程中每隔30min取出稱重，并根據初始含水率和樣品重量計算出不同干燥時間的含水率，直到香蕉片的含水率低于5%方可停止試驗[15]。將干燥完成的香蕉片取出，裝入密封袋，置于干燥器中備用。

1.3.2 試驗設計

首先進行單因素實驗——每次稱取200g香蕉片，分別研究不同干燥溫度(50、60、70、80、90℃)、輻射距離(6、8、10、12、14cm)和切片厚度(2、4、6、8、10mm)對干制香蕉片色澤、復水比和感官評分的影響。然后，在單因素試驗基礎上選取各因素的較優水平，采用Design-Expert軟件設計Box-Behnken試驗，并對香蕉片中短波紅外干燥工藝進行優化。

1.4試驗指標及測定方法

1.4.1含水率測定

采用直接干燥法[16]測定香蕉片的含水率，即將5g香蕉片放在105℃烘箱中干燥至恒重，每個處理重復測定3次，結果取平均值。

1.4.2色澤測定

以白板為對照，測定香蕉片的L*、a*、b*值，色差ΔE計算公式為：

式中：L*為干燥后香蕉片的明/亮度;a*為干燥后香蕉片的紅/綠度;b*為干燥后香蕉片的黃/藍度;L*、a*、b*為干燥前香蕉片的色澤參數。

1.4.3復水比測定

稱取干制香蕉片5g，放入盛有150mL 90℃水的燒杯中，5min后撈出瀝干，用吸水紙吸干香蕉片表面的水分后稱重。復水后與復水前樣品的重量之比即為復水比，計算公式為：

式中：RR為復水比;M0為復水前香蕉片的質量(g);Mr為復水瀝干后香蕉片的質量(g)。

1.4.4 感官評分

挑選12名經過培訓的人員對干制香蕉片進行感官評價，去掉其中一個最高分和一個最低分，計算10名專業人員的評分均值作為干制香蕉片感官評價得分(總分100分)，感官評價標準見表1。

1.5 數據分析

采用Design-Expret 8.0.6軟件設計Box-Behnken試驗，并對試驗數據進行處理。

2 結果與分析

2.1 香蕉片中短波紅外干燥單因素試驗結果

2.1.1 干燥溫度對干制香蕉片品質的影響

當輻射距離為10cm、切片厚度為6mm時，干燥溫度對香蕉片品質的影響見表2。由表2可知，隨著干燥溫度的升高，ΔE值呈先減小后增加的趨勢，60℃時ΔE值最小，說明其色澤保持最好。溫度較低時，干燥時間較長，褐變反應會隨著干燥時間的延長而加劇。當溫度過高時，香蕉片中心會出現褐變，導致色澤偏黑，ΔE值較大。復水比隨著溫度的升高先上升后下降，但總體變化不大。70℃干燥的香蕉片的感官評分最高，口感酥脆爽口，不黏牙，外形完整，厚薄均勻，香蕉風味濃郁，無異味，色澤也很均勻——呈金黃色，無焦糊現象。經過綜合考慮，選擇60~80℃作為干燥溫度的較優范圍。

2.1.2 輻射距離對干制香蕉片品質的影響

當干燥溫度為70℃、切片厚度為6mm時，輻射距離對香蕉片品質的影響見表3。由表3可知，當輻射距離為10cm時，ΔE值最小，感官評分最高。但復水比最大時的輻射距離為6cm，且隨著輻射距離的增大，復水比逐漸降低。由此可見，輻射距離較近時，干燥速率較快，組織結構保持較完整，故復水性好。但與紅外燈管距離過近，又會使物料表面加熱溫度升高，造成產品褐變和焦糊，故ΔE值和感官評分不高。綜合上述情況，選擇6~10cm作為輻射距離的較優范圍。

2.1.3 切片厚度對干制香蕉片品質的影響

當干燥溫度為70℃、輻射距離為10cm時，切片厚度對香蕉片品質的影響見表4。由表4可知，當切片厚度為2mm時，香蕉片的ΔE值最小，復水比和感官評分最大，三者隨切片厚度的增加而下降。這主要是因為切片厚度增大使熱量和水分傳遞的距離增加，干燥時間延長，組織結構破壞嚴重，故復水比下降。厚度較小時，干燥速率快，干燥時間短，褐變反應輕，故能保持較小的ΔE值和較高的感官評分。但厚度為2mm的香蕉片容易卷曲和破碎，不利于后續的包裝和貯藏。綜合考慮，選擇2~6mm作為切片厚度的較優范圍。

2.2香蕉片中短波紅外干燥Box-Behnken試驗結果

以干燥溫度(x1)、輻射距離(x2)和切片厚度(x3)作為試驗因素，以ΔE(Y1)、復水比(Y2)和感官評分(Y3)作為試驗指標，根據單因素試驗確定的較優水平，設計Box-Behnken試驗，并對香蕉片中短波紅外干燥工藝進行優化。Box-Behnken試驗因素與水平見表5，試驗設計及試驗結果見表6。

2.2.1 各因素對干制香蕉片ΔE的影響

圖1 干燥溫度和切片厚度對ΔE 影響的響應面圖

由表6可知，干制香蕉片的色差最小值為6.13，最大值為16.46。采用Design-Expert軟件建立色差ΔE與干燥溫度x1、輻射距離x2和切片厚度x3的二階多項式回歸方程：Y1=252.11-5.34x1-4.97x2-11.53x3-2.68×10-4x1x2+0.04x1x3+0.09x2x3+0.04x12+0.14x22+1.09x32(R2=0.9966)。由表7可知，回歸方程F值=227.23>F0.01(9，7)=6.71，說明回歸方程極顯著(P<0.01)，而失擬項F值=4.180.05)，故認為失擬平方和是由隨機誤差所造成?；貧w方程顯著而失擬項不顯著，說明所建立的回歸方程擬合性較好。由表7可知，x1、x2和x3對ΔE的影響極顯著(P<0.01);x1和x3的交互項對ΔE的影響極顯著(P<0.01)，其他交互項影響不顯著(P>0.05);二次項x12、x32對ΔE的影響極顯著(P<0.01)，x22對ΔE的影響顯著(P<0.05)。由圖1可以看出，當溫度為70℃左右、厚度為4mm左右時色差ΔE取得最小值，說明此時色澤變化最小，這與單因素試驗結果較為一致(如表2)。

2.2.2 各因素對干制香蕉片復水比的影響

復水比Y2與干燥溫度x1、輻射距離x2和切片厚度x3的回歸關系方程為：Y2=-4.43+0.15x1+0.11x2+0.44x3-2.00×10-3x1x2-6.03×10-3x1x3-0.02x2x3-8.24×10-4x12+4.90×10-3x22+8.88×10-3x32(R2=0.9403)。由表7可知，回歸模型差異極顯著(P<0.01)，失擬項不顯著(P>0.05)，說明方程擬合性較好。干燥溫度x1和切片厚度x3對復水比的影響極顯著(P<0.01)，而輻射距離x2對復水比的影響不顯著(P>0.05)。復水比是衡量干制品品質的重要指標，這一性能主要取決于細胞和結構的破壞程度。由圖2可知，復水比隨切片厚度的減小而增加，這是因為切片厚度小，干燥時間較短，香蕉片的組織結構保持得較好，另外，厚度較薄也有利于快速復水。復水比隨溫度的升高基本呈下降趨勢，這是因為溫度越高，失水速率越快，干制品的體積收縮程度越高;物料在降速干燥階段的時間較長，與低溫相比，高溫對細胞組織的破壞更大，表面硬化也越嚴重，從而導致復水能力下降。

圖2 干燥溫度和切片厚度對復水比影響的響應面圖

2.2.3各因素對干制香蕉片感官評分的影響

感官評分Y3與干燥溫度x1、輻射距離x2、切片厚度x3的回歸關系方程為：Y3=26.72+2.49x1-4.50x2-1.18x3+7.50×10-3x1x2+0.01x1x3-0.19x2x3-0.02x12+0.26x22+0.14x32(R2=0.9858)。由表7可知，回歸模型差異極顯著(P<0.01)，失擬項不顯著(P>0.05)。干燥溫度x1、輻射距離x2和切片厚度x3對感官評分的影響都極顯著(P<0.01)。感官評分隨溫度的升高曲線呈先上升后下降的趨勢，隨切片厚度的增加呈下降趨勢，這與單因素試驗結果一致。

2.2.4香蕉片中短波紅外干燥工藝參數的優化

以色差ΔE最小、復水比和感官評分最大為指標，采用Design-Expert軟件對試驗結果進行多目標優化分析，得到最優工藝參數：干燥溫度為71.3℃，輻射距離為10cm，切片厚度為2mm，此時總色差ΔE為6.39，復水比為2.17，感官評分為95.64。

3結論

①干燥溫度和切片厚度對色差ΔE、復水比和感官評分等指標都有較為顯著的影響，輻射距離對復水比的影響不顯著，而對色差ΔE和感官評分的影響較為顯著。

②香蕉片中短波紅外干燥的最優工藝參數：干燥溫度71.3℃，輻射距離10cm，切片厚度2mm，此時總色差ΔE=6.39，復水比=2.17，感官評分=95.64。

參考文獻：

[1] FAO. Food and agriculture organization, FAOSTAT, statistic database. http://www.fao.org/faostat/en/ (2020-3-10).

[2] 國家統計局.中國統計年鑒2019.http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/2019/indexch.htm.

[3] 楊公明，王娟，程燕鋒，等.香蕉粉的功能、加工現狀及新技術[J].食品與生物技術學報，2007，26(5):121-126.

[4] 齊海萍，胡文忠，姜愛麗，等.常壓熱風干燥香蕉片的研制[J].湖北農業科學，2011，50(14):2936-2938.

[5] Junlakan W, Tirawanichakul S, Yamsaengsung R. Effects of vacuum drying on structural changes of bananas, pineapples, and apples[J]. Journal of Food Processing and Preservation, 2017, 41(6): e13264.

[6] Mousa N, Farid M. Microwave vacuum drying of banana slices[J]. Drying Technology, 2002, 20(10): 2055-2066.

[7] 黃美香，林毅雄，林河通，等.香蕉片微波真空干燥的工藝參數優化[J].真空科學與技術學報，2014，34(3):204-209.

[8] 安鳳平，宋洪波，宋江良.過熱蒸汽膨化干燥香蕉脆片品質研究[J].農業機械學報，2010，41(12):138-142.

[9] 崔清亮，郭玉明，許雷.香蕉真空冷凍干燥工藝的試驗研究[J]. 山西農業大學學報:自然科學版，2008，28(2):208-211.

[10] Pan Z, Shih C, McHugh T H, et al. Study of banana dehydration using sequential infrared radiation heating and freeze-drying[J]. LWT-Food Science and Technology, 2008, 41(10): 1944-1951.

[11] 王洪彩，張慜，王兆進.香菇中短波紅外干燥的試驗[J].食品與生物技術學報，2013，32(7):32-39.

[12] 趙悅，陳芹芹，畢金峰，等.草莓中短波紅外干燥動力學擬合及品質變化分析[J].食品與發酵工業，2016，42(4):137-143.

[13] Chen Q , Bi J, Wu X, et al. Drying kinetics and quality attributes of jujube (Zizyphus jujuba Miller) slices dried by hot-air and short-and medium-wave infrared radiation[J]. LWT-Food Science and Technology, 2015, 64(2): 759-766.

[14] 巨浩羽，肖紅偉，白俊文，等.蘋果片的中短波紅外干燥特性與色澤變化研究[J].農業機械學報，2013，44(增刊2)：186-191.

[15] NY/T 948-2006香蕉脆片[S].

[16]GB/T 5009.3-2016食品安全國家標準食品中水分的測定[S].