远红外辐照-热风干燥八角的动力学及品质变化研究

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由于采摘后的新鲜八角水分含量较高不利于储存,需要及时进行干燥的同时保持较好的品质,因此研究新型干燥方法在八角中的应用尤为重要。本文首先对远红外发射源的辐照特性进行了研究,再研究不同干燥方式,特别是远红外辐照对新鲜八角干燥特性和品质变化的影响。主要结论如下:(1)对远红外发射源的辐照特性进行了研究,发现半阻挡(3号)发射源的功率密度最高,单个3号发射源70℃0 cm时功率密度达到了28.358 W·m-2,同时比辐射率和干燥速率最高。远红外发射源与物料的辐照距离减少,可提高功率密度。远红外发射源个数增加,可提高功率密度、干燥速率和物料干燥的均匀性。相同波长下,远红外发射源的功率密度随着温度的增加而增加。3μm和9μm附近有最大辐射峰。当温度低于60℃,9μm附近的功率密度高于3μm附近的功率密度,说明远红外辐照的效果较近红外的辐照效果强。不同温度最大辐照波长会出现略微漂移的现象。延长远红外发射源的预热时间可使物料的干燥速率略微增加。远红外发射源的分布方式为上层分散型的功率密度、干燥速率较高,而且辐照分布更为均匀。(2)研究了远红外辐照对热风干燥特性和动力学的影响。八角的吸收光谱与远红外发射源的辐射光谱匹配,且样品的初始含水率会影响远红外辐照的干燥效果。远红外辐照可以提高八角内部的温度。在50℃、60℃、70℃和80℃条件下,比较普通热风干燥(HA)和远红外辐照-热风干燥(FIR-HA)的干燥特性,同时对比自然日晒(ND)和大棚日晒(GD),探究不同干燥方式对干燥效果的影响。结果表明,干燥前期呈现短暂的加速或匀速阶段,后期均呈现降速干燥阶段。FIR-HA可加快干燥速率(DR)。采用干燥所得数据对4种普通薄层干燥模型进行非线性拟合,得出Page模型是描述八角干燥的最适模型。FIR-HA能增加水分有效扩散系数(Deff)并有效降低八角干燥所需的活化能(Ea),从HA的30.83 kJ·mol-1降低到了FIR-HA的27.63 kJ·mol-1。远红外辐照使八角终产品结合水的比例增大,有利于后期贮藏;温度升高,水分活度的降低越明显。低场核磁共振分析结果表明,1 ms和10 ms的峰分别为结合水和细胞间质水,100 ms和1000 ms的峰主要为挥发油的主要成分,且100 ms的峰主要出现在籽粒中,1000 ms的峰主要出现在果壳中。远红外辐照有助于水分的脱除和提高挥发油的保留率。低场核磁共振成像结果表明,FIR-HA的作用效果较为均匀,可以加快内部水分的扩散。八角籽结构致密,内部的挥发油和结合水扩散较难,因此干燥过程变化小于果皮。(3)进一步探究远红外辐照对八角的品质变化的影响。通过定量描述性分析(QDA)发现FIR-HA的八角的香气浓郁程度高于HA;同时,FIR-HA的八角色泽略微改善但形态较劣。远红外辐照可以改变八角的微观结构,使得八角表面的微细孔道数量增多、宽度变大加粗,使其硬度增大,脆度增加,而温度高(80℃)时,微观结构的改变更为明显。不同干燥方式对八角挥发油的含量的影响研究表明,70℃FIR-HA的挥发油含量最高(8.86%)。FIR-HA可提高八角挥发油的含量,与同温度下HA相比,60℃下FIR-HA使挥发油保留率最高,提升了15.93%。利用顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用(HS-SPME-GC-MS)检测发现,反式茴香脑为八角挥发油中最主要成分,FIR-HA有促进其保留的效果,且70℃FIR-HA下其含量最高。在香气浓郁程度、挥发油保留率和挥发油特征组分之间发现了显著的相关性,且辛香、木香、甜味、酸味和焦味分别与反式茴香脑、α-香柠檬烯、芳樟醇、柠檬烯和△3-蒈烯显著相关。
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