混合蔬菜浆空气干燥行为动力学及混合蔬菜皮革的研制

《JOURNAL OF FOOD PROCESSING AND PRESERVATION》：Kinetics of Air-Drying Behavior of Mixed Vegetable Pulp and Development of Mixed Vegetable Leather

　　

研究人员研究了混合蔬菜浆（南瓜–胡萝卜–番茄）的脱水动力学及其在开发片状“皮革”中的应用。将新鲜浆料混合成五种配方，并在柜式干燥器中（空气速度0.6 m s^-1）于50°C、55°C和60°C下，以3、5和7 mm的片材厚度进行干燥。干燥皮革的近似组成和品质属性均在实用目标范围内：水分含量15.67%–21.98%（湿基），总固形物78.02%–84.33%，蛋白质4.05%–7.15%，灰分约0.018%–0.025%，可滴定酸度0.23%–0.36%，维生素C 5.29–6.78 mg 100 g^-1。薄层动力学建模证实，干燥速率常数（k）随厚度增加而单调递减（3 > 5 > 7 mm），并随干燥温度升高而增大（60°C > 55°C > 50°C），该行为受内部传质阻力控制。厚度–速率幂定律形式为k = aL^-b，其中b≈0.12–0.28（均<2，与菲克约束及有限外部/内部阻力一致）。有效水分扩散率遵循Arrhenius动力学，表观活化能约为16–62 kJ mol^-1，随配方/厚度而变化。初步试验感官筛选（9点快感标度）表明，样品02（南瓜:胡萝卜:番茄=50:25:25）总体上是最有前景的配方，而颜色得分普遍较高。总体而言，减小片材厚度是加速干燥且不损害接受度的最可靠手段，而精心管理的温度可以生产出消费者可接受的混合蔬菜皮革；正式的保质期验证有待于未来的水分活度（a_w）研究。

混合蔬菜浆干燥动力学研究及其产品开发解读

蔬菜是膳食纤维、抗氧化剂、维生素和必需微量元素的重要来源，对维持免疫和生理功能具有关键作用。然而，其高含水量、脆嫩组织结构和易受微生物侵染的特性使其高度易腐，尤其在季节性过剩时损失严重。在储存和运输设施有限的地区，冷链缺失和运输延误进一步加剧腐败，导致市场供应减少和生产者经济损失。干燥是延长植物性食品保质期的常用手段，通过降低水分活度抑制微生物生长和酶促反应。但干燥效果不仅取决于水分去除量，更受干燥动力学控制，后者决定水分脱除速率、能耗以及营养和感官品质的保留程度。尽管单一农产品的干燥研究已较充分，但混合蔬菜基质的研究仍显不足。异质浆料中复杂的水-固相互作用会影响有效扩散、营养保留、颜色稳定性和质地，使得单一基质的研究结论难以直接迁移。因此，有必要系统研究混合蔬菜浆在受控条件下的干燥动力学，并将其与营养、感官和放大生产因素相关联。

本研究采用番茄、胡萝卜和南瓜三种新鲜蔬菜，经清洗、去皮、漂烫、打浆后按五种配方混合（样品01至05），并添加糖、柠檬酸和焦亚硫酸钾（KMS）。干燥实验在柜式干燥器中进行，空气速度固定为0.6 m s^-1，温度设为50°C、55°C和60°C，片材厚度设为3、5和7 mm。研究人员测定了干燥产品的化学组成和颜色，并由5人非专业小组采用9点快感标度进行初步感官筛选。动力学数据使用Python拟合薄层模型，计算有效水分扩散率和表观活化能。

研究结果显示，所有干燥产品的化学组成均处于实用目标范围：水分含量15.67%–21.98%（湿基），总固形物78.02%–84.33%，蛋白质4.05%–7.15%，灰分约0.018%–0.025%，可滴定酸度0.23%–0.36%，维生素C 5.29–6.78 mg 100 g^-1，表明干燥过程有效浓缩了固形物并保留了适量营养素。在动力学方面，一阶薄层模型MR = A exp(?kt)能够很好地描述所有组合的干燥曲线。厚度对干燥行为影响显著：随着片材厚度从3 mm增加至7 mm，干燥速率常数k单调下降；温度升高则使k增大。厚度–速率幂定律k = aL^-b中的指数b介于0.12–0.28之间，远小于2，符合菲克扩散控制机制，表明内部传质阻力主导了水分迁移。有效水分扩散率D_e遵循Arrhenius定律，表观活化能E_a在16.2–62.1 kJ mol^-1范围内变化，其中样品02在5 mm厚度时活化能最高，显示其对温度最为敏感。感官评价显示，所有样品颜色得分均较高（约7.8–8.0），而样品02在风味、滋味、质地和总体接受度上均为最高（分别达8.20、8.40、8.20和8.00），成为最有前景的配方。

综合讨论认为，减小片材厚度是加速干燥最可靠的工艺杠杆，在保持产品接受度的同时显著缩短干燥时间；温度则主要通过改变动力学尺度因子影响水分脱除，但需在效率和热敏营养物保留之间取得平衡。样品02以南瓜为主体（50%），兼顾了成本和品质。最终结论指出，混合蔬菜皮革的干燥动力学符合薄层行为，厚度效应主导，温度效应次之；通过优化厚度和温度，可高效生产优质产品。通过低目标水分、温和酸化和添加KMS，产品品质得到良好保持，但其确切的保质期仍需在未来通过水分活度（a_w）和微生物指标研究加以验证。