1、湖 南 农 业 大 学全 日 制 普 通 本 科 生 毕 业 论 文淮山片真空渗透预脱水工艺研究STUDY ON VACUUM OSMOTIC DEHYDRATION OF YAM1目 录摘要1关键词11 前言21.1 淮山的营养价值及其发展前景21.2 国内外真空渗透预脱水工艺研究现状21.3 研究内容和目的22 材料和方法32.1 材料和仪器3 2.2 试验方法 32.2.1 淮山预处理32.2.2 淮山初始含水量的测定32.2.3 渗透浓度不同的渗透脱水试验32.2.4 渗透溶液组成中不同 NaCl 含量的渗透脱水实验 32.2.5 固液比不同的渗透脱水试验42.2.6 淮山渗透脱水正交
2、试验安排42.3 试验指标的计算43 结果和分析53.1 渗透溶液浓度不同对渗透脱水效果的影响 53.2 渗透溶液组成中不同 NaCl 含量对渗透脱水效果的影响63.3 固液比不同对渗透脱水效果的影响 73.4 淮山渗透脱水正交试验结果与分析 84 结论9参考文献 10致谢121淮山真空渗透预脱水工艺研究摘 要：为得到真空条件下淮山渗透预脱水的最佳工艺条件，通过试验探讨了渗透溶液浓度、渗透溶液组成中 NaCl 的含量、固液比等因素对淮山片渗透脱水特性的影响。结果表明：浓度和渗透溶液组成中 NaCl 含量的的增加，使得渗透溶液的渗透压升高，从而提高失水率和固形物增加率；固液比越大，则失水率和固形
3、物增加率也就越大，其中固液比为 1：8 时，失水率最高，脱水效果最好。通过正交试验分析，得出淮山的最佳工艺条件是蔗糖质量分数为 35%，渗透溶液组成中含NaCl 15%，固液比为 1：8,此时淮山的失水率 48.6%，固形物增加率为 9.3%，其比值为 5.22.关键词：淮山；渗透脱水；固形物增加率；失水率Study on Vacuum Osmotic Dehydration of YamAbstract：In order to find the best technology of Vacuum Osmotic Dehydration of yam,the influence of osmo
4、tic concentration,NaCl content in the composition of osmotic solution,solid-to-liquid ratio on osmotic dehydration of yam were examined.The experiment results show that the increase of NaCl content in concentration and osmotic solution composition increases the osmotic pressure of osmotic solution,
5、thus increasing the water loss rate and the increase rate of solids.The higher the solid-liquid ratio, the higher the water loss rate and the higher the solid loss rate, of which the ratio of 1:8 is the highest and the dehydration effect is the best.Through orthogonal test analysis, it is concluded
6、that the optimal technological condition of yam is that the content of sucrose is 35%, NaCl is 15% and solid-liquid ratio is 1:8.Key words: yam；osmotic dehydration；solid gain （SG ） ；water loss（WL）1 前言1.1 淮山的营养价值及其发展前景淮山为薯蓣科植物，又名土薯，怀山药，白山药，水山药，毛山药,光山药，其肉质细嫩，为药食兼用的蔬菜；其含有蛋白质、 维生素、 糖、脂肪、 胆碱、 淀粉酶等成分，还含有
7、I 、 Ca 、 Fe 、 P 等人体所必须的无机盐和微量元素；其丰富的维生素 A 、3,4-二羟基苯乙胺 、甘露聚糖 、植酸 、尿囊酸 、胆碱 、多巴胺 、山药碱以及十几种氨基酸 、糖蛋白 、多酚氧化酶均赋予了山药极高的营养价值 1。2山药是我国群众最为普遍食用的传统保健食品之一，其可用于治疗咳嗽，糖尿病，止泻消化不良的慢性肠炎等各种疾病。又因为其富含的多糖成分，现如今被加工用于制造各类保健品，其功效主要有抗氧化、抗衰老、降血脂血糖、抗癌，免疫调节。除作为保健食品之外，许多工厂还会将淮山脱水微波干燥做成清脆可口，口感不一的山药薄片，极受广大群众喜爱。其发展和应用前景较好。1.2 国内外真空渗
8、透预脱水工艺研究现状渗透脱水是指在一定温度下，将果蔬浸入高渗透压溶液中，使果蔬细胞与溶液间存在一定的渗透压差，利用细胞膜的半渗透性，使果蔬中的水分转移到渗透溶液中的一种办法 2。渗透脱水具有节能，改善产品结构组织，抑制褐变发生及提高干制品复水性的优点。但是，渗透脱水是一个十分缓慢的过程，因此在不影响产品质量的前提下会采用一些辅助方法，如真空渗透脱水 3、超声渗透脱水 4、离心力渗透脱水、高流体静压渗透脱水、电渗透脱水 5等。影响渗透脱水的因素有很多，如原料组织特性，渗透溶质，温度，浓度，渗透时间，固液比等。Ertekin 等 7研究还表明两种溶质结合使用时脱水效果更好。目前，渗透脱水技术主要应
9、用在果蔬干燥的前处理、果脯及浓缩果汁的加工等方面。且现在关于真空渗透预脱水加工果蔬如莲藕 6，芒果 7，胡萝卜 8等的研究报道居多，而关于淮山在真空条件下渗透脱水的工艺研究的报道却寥寥无几。1.3 研究内容和目的本文选择以渗透溶液浓度，渗透溶液组成中 NaCl 的质量分数以及固液比作为单因素变量，以失水率和固形物增加率作为指标，绘制出淮山各时间段的失水率和固形物增加率的曲线图，研究这三个因素的变化规律，并分析出各因素对淮山渗透脱水的影响，再通过正交试验，以失水率和固形物增加率的比值为试验指标，通过极差分析得出因素主次顺序，并确定淮山真空渗透预脱水的最佳工艺条件，为以后的淮山渗透加工工艺的研究以
10、及生产实践提供参考。2 材料和方法2.1 材料和仪器主要材料：淮山 当地农贸市场够得；蔗糖 当地市场够得 食品级；NaCl 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 。主要仪器：电热鼓风干燥箱 BGZ-240 上海博宏；电子天平 JA1103 上海豪晟；3真空干燥箱 YZF-6032 上海姚式。2.2 试验方法2.2.1 淮山预处理试验所使用的淮山于当地农贸市场够得，购买时，应挑选新鲜粗细均匀无病虫害、无机械损伤的淮山，以保证淮山的初始含水量。试验时，取当日购得的新鲜淮山洗净沥干，切片，置于清水中以防氧化，备用。2.2.2 淮山初始含水率的测定采用直接干燥法 Error! Reference sour
11、ce not found.。称取预处理后未经渗透处理的淮山片，将其放置在电热鼓风干燥箱中，以 80的温度进行烘干，最初干燥时，每两个小时小时称重一次，等到淮山片俩次重量相差不大时每隔半小时称重一次，直至样品每小时的质量变化不大于 0.02g 时停止干燥，称取并记录干燥后的质量，重复以上的试验三次，计算淮山初始含水率。取其平均值作为最终数据。2.2.3 渗透液浓度不同的渗透脱水实验取 24 个烧杯，分为四组，分别倒入质量质量分数为 15%、25%、35%、45%的蔗糖溶液，将预处理后的淮山片沥干，以 1：5 的固液比分别放入四组烧杯中，在真空度为 10kPa，温度为 40的真空干燥箱内进行渗透脱
12、水，每隔 30min 从每组取出一个烧杯，将烧杯里的淮山片沥干，用滤纸擦干表面的水分。称重记录数据后，放入电热鼓风干燥箱中烘干，直至样品的重量不再变化（或两次质量变化不大于 0.02g） ，称重并记录数据，分别计算出样品的失水率和固形物增加率。该实验重复两次，取三次实验数据的平均数作为最终数据，绘制出失水率和固形物增加率随时间变化的曲线图。2.2.4 渗透溶液组成中不同 NaCl 含量的渗透脱水实验取 24 个烧杯，分为四组,分别倒入蔗糖质量分数为 35%，NaCl 质量分数为0%、10%、15%、20%的渗透溶液，将预处理后的淮山片沥干，以 1：5 的固液比分别放入四组烧杯中，在真空度为 1
13、0kPa，温度为 40的真空干燥箱内进行渗透脱水，每隔 30min 从每组取出一个烧杯，将烧杯里的淮山片沥干，用滤纸擦干表面的水分。称重记录数据后，放入电热鼓风干燥箱中烘干直至样品的重量不再变化（或两次质量变化不大于 0.02g） ，称重并记录数据，并分别计算出样品的失水率和固形物增加率。该试验重复两次，取三次实验数据的平均数作为最终数据，绘制出失水率和固形物增加率随时间变化的曲线图。2.2.5 固液比不同的渗透脱水试验取 24 个烧杯，分为四组，都倒入质量分数为 35%的蔗糖溶液，将预处理的淮山4片沥干，分别以 1：5、1：8、1：10、1：12 的固液比放入四组烧杯中，在真空度为10kPa
14、，温度为 40的真空干燥箱内进行渗透脱水，每隔 30min 从每组取出一个烧杯，将烧杯里的淮山片沥干，用滤纸擦干表面的水分。称重并记录数据后，放入电热鼓风干燥箱中烘干直至样品的重量不再变化（或两次质量变化不大于 0.02g） ，称量并记录数据，分别计算出样品的失水率和固形物增加率。该试验重复两次，取三次实验数据的平均数作为最终数据，绘制出失水率和固形物增加率随时间变化的曲线图。2.2.6 淮山渗透脱水正交试验安排在单因素试验的基础上，以渗透液浓度 、渗透液组成中 NaCl 的含量 、固液比为因素，以其失水率和固形物增加率的比值为考察指标，选择用 L16(45)正交表安排试验。试验的因素水平表
15、1 所示。表 1 因素水平表Tab 1 Factors and levels2.3 试验指标的计算渗透效率评价指标主要有失水率（WL） 、固形物增加率（SG）式中： 为物料的初始含水量/gmoW为物料 t 时刻含水量/gt为物料初始质量/go式中： 为物料初始固形物含量/gsoW为物料 t 时刻固形物含量/gt3 结果和分析3.1 渗透溶液浓度不同对渗透脱水效果的影响因 素水 平A 渗透浓度/%B NaCl 组分含量/%C 固液比/kgkg-11 15 0 1：52 25 10 1：83 35 15 1：104 45 20 1：12%10omtL%10ostSG5在真空度 10kPa，温度 4
16、0的条件下，不同渗透液浓度对淮山的失水率和固形物增加率的变化情况如图 1 所示。随着渗透液浓度和渗透时间的增加，淮山的失水率和固形物增加率呈增加趋势。这是因为浓度越高,淮山和渗透溶液的渗透压差越大，分子扩散速度越快，使水分子的渗出和溶质分子的渗入的速率加快。由图（a）和图（ b）还可以看出，在渗透脱水的前期阶段，失水率和固形物增加率的变化极为明显，到了中后期其变化速度也逐渐缓慢，这是因为在前期的时候，淮山和渗透溶液之间的渗透压较大，但随着渗透脱水的时间延长，淮山和渗透溶液之间的渗透压逐渐接近，分子的扩散速度也随之减慢。图 1 不同渗透液浓度对淮山失水率和固形物增加率的影响Fig 1 Effec
17、t of osmotic concentration on WL and SG of yam during vacuum osmotic dehydration3.2 渗透溶液组成中不同 NaCl 含量对渗透脱水效果的影响在真空度 10kPa，温度 40的条件下，渗透溶液组成中 NaCl 含量的不同对淮山失水率和固形物增加率的变化情况如图 2 所示，由图（a）可知，不加 NaCl 的渗透脱水组比其他三个加了 NaCl 的渗透脱水组的失水率低，且随着 NaCl 含量的增加，淮山的失水率也逐渐增加。这是因为随着 NaCl 的含量增加，溶液的总浓度也就越高，且NaCl 的分子质量比蔗糖小，单位体积内
18、溶质分子数量更多，渗透压差也越高，所以分子运动速率加快，脱水速度也就更快。淮山的固形物增加率如图（b）所示，由图可知，淮山固形物增加率的变化也跟失水率一样，随着渗透液中 NaCl 的含量的增加而增加，这也说明，渗透压越大，固形增加率也就增加。Lenart 和 FlinkError! Reference source not found.在渗透脱水研究中发现，采用蔗糖与 NaCl 的混合溶液渗透脱水时，样品内的盐含量低于使用纯盐溶液进行渗透脱水的样品。这也说明糖溶液在一定程度上能减少 NaCl 的渗入。00.51.52.5010203040506015% 25% 35%(a)时 间/h失水率/%
19、0246810121415% 25% 35%()时 间/h固形物增加率/%6图 2 渗透液组成中 NaCl 含量不同对淮山失水率和固形物增加率的影响Fig 2 Effect of NaCl content in composition of osmotic solution on WL and SG of yam during vacuum osmotic dehydration3.3 固液比不同对渗透脱水效果的影响在真空度 100kPa，温度 40的条件下，固液比不同淮山的失水率和固形物增加率如图 3 所示，由图（a ）可知，淮山的失水率在固液比为 1：8 时最高，其他的则随着固液比 1：5
20、、1：10、1：12 的比例变化，一直增加。即固液比越大，失水率越高。因为固液比越大，淮山与溶液交换分子对渗透液浓度的影响越小，渗透压越稳定，脱水速率也更稳定。由图（b）可知，前期的淮山的固形物增加率随着固液比1：5、1：8、1：10、1；12 的比例变化，也一直增加，这说明固液比越大，溶质渗入的越多。且从图中还可看出，1：8 和 1：10 这两组固形物增加率极为相近，但固液比为 1：8 的渗透脱水组失水率远高于，固液比为 1：10 的渗透脱水组，且固液比为1：10 的溶液消耗大于固液比为 1：8 的渗透脱水组，综合成本和渗透脱水效果考虑，1：8 的工艺条件优于 1：10。00.51.52.5
21、010203040506035%糖+0%NaCl 35%糖+10%NaCl35%糖+15%NaCl 35%糖+20%NaCl(a)时 间/h失水率/%0510152035%糖+0%NaCl 35%糖+10%NaCl35%糖+15%NaCl 35%糖+20%NaCl(b)时 间/h固形物增加率/%700.511.522.530246810121:5 1:8 1:10（b）时 间/h固形物增加率/%图 3 不同固液比对淮山失水率和固形物增加率的影响Fig 3 Effect of solid-to-liquid ratio on WL and SG of yam during vacuum osmo
22、tic dehydration3.4 淮山渗透脱水正交试验结果和分析试验结果以及极差分析如表 2 所示。由表 2 可知，三因素的 R 值均大于空列 R值，即三因素对试验指标的影响是有效应的。通过比较 R 值大小可得出，影响失水率/固形物增加率比值的主次因素为 BAC，即最优组合为 B3A3C2 ，即 NaCl 含量15%，蔗糖含量 35%，固液比 1：8.试验的结果，失水率为 48.6%，固形物增加率为9.3%，其比值为 5.22，为最大比值，即渗透脱水效果最好。表 2 试验方案及试验结果Tab 2 Test scheme and experiment results因素 试验指标试验号 A渗
23、透浓度B渗透组成中NaCl 含量C固液比 空列 固 形 物 增 加 率失 水 率1 1（15% ） 1（0% ） 1（1：5） 1 0.62 1 2（10% ） 2（1：8） 2 2.43 1 3（15% ） 3（1：10） 3 1.24 1 4（20% ） 4（1：12） 4 0.675 2（25% ） 1 2 3 2.16 2 2 1 4 1.97 2 3 4 1 2.98 2 4 3 2 1.49 3（35% ） 1 3 4 1.810 3 2 4 3 2.701020304050601:5 1:8 1:10a时 间/h失水率/%8续表 24 结论通过单因素试验研究渗透浓度、渗透组成中
24、NaCl 的含量、固液比对淮山渗透脱水的影响，再通过正交试验分析并确定最佳淮山渗透脱水的最佳工艺条件，从而得到以下结论：（1）渗透溶液组成中 NaCl 的含量是影响淮山失水率的主要因素，因为蔗糖+NaCl 的溶液组成，相对比纯蔗糖溶液，其溶液总浓度高，且 NaCl 的分子质量比蔗糖小，可以与与淮山之间形成更高的渗透差，使脱水速率提高；而比起只含 NaCl 的渗透溶液，高浓度的糖溶液可以在淮山表层形成糖层，从而减少 NaCl 的渗入，以保证淮山风味。因素 试验指标试验号 A渗透浓度B渗透组成中NaCl 含量C固液比 空列 固 形 物 增 加 率失 水 率11 3 3 1 2 3.112 3 4 2 1 1.313 4（45% ） 1 4 2 0.9814 4 2 3 1 1.415 4 3 2 4 2.216 4 4 1 3 0.58K1 4.87 5.28 6.38 6.2 K2 8.3 8.6 7.8 7.88 K3 9.49 9.4 5.8 6.58 K4 5.16 3.95 7.25 6.57 k1 1.22 1.32 1.6 1.55 k2 2.1 2.15 1.95 1.97 k3 2.37 2.35 1.45 1.65 k4 1.29 0.99 1.81 1.64 R 1.15 1.36 0.5 0.42 因素主次顺序 BAC
