□ 黄枝梅 漳州市食品药品审评与不良反应监测中心

摘　要：为提高干制香蕉片的质量，本文研究了香蕉片的中短波红外干燥工艺——考察了不同干燥温度(50~90℃)、辐射距离(6~14cm)和切片厚度(2~10mm)对干制香蕉片色差ΔE、复水比和感官评分的影响，并在此基础上采用Box-Behnken试验对香蕉片中短波红外干燥工艺进行优化。结果表明，香蕉片中短波红外干燥的最佳工艺参数为：干燥温度71.3℃、辐射距离10cm、切片厚度2mm，此时总色差ΔE为6.39，复水比为2.17，感官评分为95.64。

关键词：香蕉片 中短波红外干燥 工艺优化

引言

香蕉属于芭蕉科芭蕉属，是世界著名的热带水果之一，在我国南方各省被广泛种植。据联合国粮食及农业组织(FAO)统计[1]，2018年全球香蕉总产量为11573.7861万吨，在水果产量中位居第一;我国香蕉产量为1157.7938万吨[2]，居世界第二位。香蕉具有肉质软滑细腻、浓甜爽口、香气浓郁等特点，因此备受消费者的喜爱。此外，香蕉营养丰富，富含抗性淀粉、膳食纤维、维生素C和钾等微量元素，具有润肠通便、降血压、降血糖、抗氧化、减肥和提高机体免疫力等多种保健功能[3]，被誉为“天然保健食品”和新的“水果之王”。然而，香蕉不耐贮藏，在运销过程中很容易因成熟软化致使品质劣变及腐烂。

干燥是有效延长香蕉货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，抑制微生物的生长、酶活性和化学反应，并节省运输和储存成本。国内外关于香蕉干燥工艺的研究包括热风干燥[4]、真空干燥[5]、微波真空干燥[6-7]、过热蒸汽干燥[8]、冷冻干燥[9]等。目前，传统的热风干燥已被广泛用于香蕉的干燥，但其主要缺点也不容忽视，即能源利用率低和干燥时间长导致产品营养成分损失和体积收缩严重。冷冻干燥可生产高质量、高附加值的脱水食品，但因干燥时间长和成本高，限制了其在食品工业中的广泛应用。红外干燥是以辐射能的形式传递到待干燥物料的表面，通过物料的分子振动而穿透内部产生热量，从而使辐射的能量转化为热能来达到干燥的目的。与传统加热方式相比，红外辐射加热具有能量利用率高、干燥速率快、加热均匀、热惯性小等优点[10]。中短波红外是指波长范围为0.75~4μm的红外线，与长波相比，其穿透性更强，加热效率更快[11]。当前，已有关于香菇[11]、草莓[12]、枣[13]、苹果[14]等果蔬中短波红外干燥的研究，但关于香蕉中短波红外干燥的研究鲜有报道。

为提高香蕉片的产品品质和商品价值，本文研究了香蕉片的中短波红外干燥工艺，探讨了干燥温度、辐射距离和切片厚度对香蕉片干燥品质的影响，并对香蕉片中短波红外干燥工艺进行优化，以期为香蕉片干燥技术的开发提供新的技术参考。

1材料与方法

1.1 材料与试剂

材料：漳州天宝香蕉，购自漳州新华都超市。选择七至八分成熟度，外皮呈亮黄色且略带少许青色、果实大小均匀、色泽一致、无病虫害、无机械损伤的香蕉进行试验。香蕉剥皮后，用切片机将其切成符合试验要求的厚薄均匀的片状，迅速放入质量浓度为0.1%的半胱氨酸溶液中护色，浸泡10min后取出沥干，备用[3]。

试剂：L-半胱氨酸，河北华阳生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

SAK-ZG-W0700型中短波红外箱式干燥机，泰州圣泰科红外科技有限公司;FS-989型切片机，樱达生活电器(中山)有限公司;AR 224CN型电子分析天平，奥豪斯仪器(上海)有限公司;CP2102型电子天平，奥豪斯仪器(常州)有限公司;HH-2型数显电子恒温水浴锅，常州国华电器有限公司;WSC-S型色差计，上海仪电物理光学仪器有限公司;DZQ400-2S型真空包装机，上海嘉歆包装机械有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1干燥工艺

将护色的香蕉片称重后，均匀平摊在物料盘上。按试验要求设置好中短波红外干燥机参数，等干燥温度达到设定温度后将物料盘放入干燥箱内进行干燥试验。干燥过程中每隔30min取出称重，并根据初始含水率和样品重量计算出不同干燥时间的含水率，直到香蕉片的含水率低于5%方可停止试验[15]。将干燥完成的香蕉片取出，装入密封袋，置于干燥器中备用。

1.3.2 试验设计

首先进行单因素实验——每次称取200g香蕉片，分别研究不同干燥温度(50、60、70、80、90℃)、辐射距离(6、8、10、12、14cm)和切片厚度(2、4、6、8、10mm)对干制香蕉片色泽、复水比和感官评分的影响。然后，在单因素试验基础上选取各因素的较优水平，采用Design-Expert软件设计Box-Behnken试验，并对香蕉片中短波红外干燥工艺进行优化。

1.4试验指标及测定方法

1.4.1含水率测定

采用直接干燥法[16]测定香蕉片的含水率，即将5g香蕉片放在105℃烘箱中干燥至恒重，每个处理重复测定3次，结果取平均值。

1.4.2色泽测定

以白板为对照，测定香蕉片的L*、a*、b*值，色差ΔE计算公式为：

式中：L*为干燥后香蕉片的明/亮度;a*为干燥后香蕉片的红/绿度;b*为干燥后香蕉片的黄/蓝度;L*、a*、b*为干燥前香蕉片的色泽参数。

1.4.3复水比测定

称取干制香蕉片5g，放入盛有150mL 90℃水的烧杯中，5min后捞出沥干，用吸水纸吸干香蕉片表面的水分后称重。复水后与复水前样品的重量之比即为复水比，计算公式为：

式中：RR为复水比;M0为复水前香蕉片的质量(g);Mr为复水沥干后香蕉片的质量(g)。

1.4.4 感官评分

挑选12名经过培训的人员对干制香蕉片进行感官评价，去掉其中一个最高分和一个最低分，计算10名专业人员的评分均值作为干制香蕉片感官评价得分(总分100分)，感官评价标准见表1。

1.5 数据分析

采用Design-Expret 8.0.6软件设计Box-Behnken试验，并对试验数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 香蕉片中短波红外干燥单因素试验结果

2.1.1 干燥温度对干制香蕉片品质的影响

当辐射距离为10cm、切片厚度为6mm时，干燥温度对香蕉片品质的影响见表2。由表2可知，随着干燥温度的升高，ΔE值呈先减小后增加的趋势，60℃时ΔE值最小，说明其色泽保持最好。温度较低时，干燥时间较长，褐变反应会随着干燥时间的延长而加剧。当温度过高时，香蕉片中心会出现褐变，导致色泽偏黑，ΔE值较大。复水比随着温度的升高先上升后下降，但总体变化不大。70℃干燥的香蕉片的感官评分最高，口感酥脆爽口，不黏牙，外形完整，厚薄均匀，香蕉风味浓郁，无异味，色泽也很均匀——呈金黄色，无焦糊现象。经过综合考虑，选择60~80℃作为干燥温度的较优范围。

2.1.2 辐射距离对干制香蕉片品质的影响

当干燥温度为70℃、切片厚度为6mm时，辐射距离对香蕉片品质的影响见表3。由表3可知，当辐射距离为10cm时，ΔE值最小，感官评分最高。但复水比最大时的辐射距离为6cm，且随着辐射距离的增大，复水比逐渐降低。由此可见，辐射距离较近时，干燥速率较快，组织结构保持较完整，故复水性好。但与红外灯管距离过近，又会使物料表面加热温度升高，造成产品褐变和焦糊，故ΔE值和感官评分不高。综合上述情况，选择6~10cm作为辐射距离的较优范围。

2.1.3 切片厚度对干制香蕉片品质的影响

当干燥温度为70℃、辐射距离为10cm时，切片厚度对香蕉片品质的影响见表4。由表4可知，当切片厚度为2mm时，香蕉片的ΔE值最小，复水比和感官评分最大，三者随切片厚度的增加而下降。这主要是因为切片厚度增大使热量和水分传递的距离增加，干燥时间延长，组织结构破坏严重，故复水比下降。厚度较小时，干燥速率快，干燥时间短，褐变反应轻，故能保持较小的ΔE值和较高的感官评分。但厚度为2mm的香蕉片容易卷曲和破碎，不利于后续的包装和贮藏。综合考虑，选择2~6mm作为切片厚度的较优范围。

2.2香蕉片中短波红外干燥Box-Behnken试验结果

以干燥温度(x1)、辐射距离(x2)和切片厚度(x3)作为试验因素，以ΔE(Y1)、复水比(Y2)和感官评分(Y3)作为试验指标，根据单因素试验确定的较优水平，设计Box-Behnken试验，并对香蕉片中短波红外干燥工艺进行优化。Box-Behnken试验因素与水平见表5，试验设计及试验结果见表6。

2.2.1 各因素对干制香蕉片ΔE的影响

图1 干燥温度和切片厚度对ΔE 影响的响应面图

由表6可知，干制香蕉片的色差最小值为6.13，最大值为16.46。采用Design-Expert软件建立色差ΔE与干燥温度x1、辐射距离x2和切片厚度x3的二阶多项式回归方程：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，回归方程F值=227.23>F0.01(9，7)=6.71，说明回归方程极显著(P<0.01)，而失拟项F值=4.180.05)，故认为失拟平方和是由随机误差所造成。回归方程显著而失拟项不显著，说明所建立的回归方程拟合性较好。由表7可知，x1、x2和x3对ΔE的影响极显著(P<0.01);x1和x3的交互项对ΔE的影响极显著(P<0.01)，其他交互项影响不显著(P>0.05);二次项x12、x32对ΔE的影响极显著(P<0.01)，x22对ΔE的影响显著(P<0.05)。由图1可以看出，当温度为70℃左右、厚度为4mm左右时色差ΔE取得最小值，说明此时色泽变化最小，这与单因素试验结果较为一致(如表2)。

2.2.2 各因素对干制香蕉片复水比的影响

复水比Y2与干燥温度x1、辐射距离x2和切片厚度x3的回归关系方程为：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，回归模型差异极显著(P<0.01)，失拟项不显著(P>0.05)，说明方程拟合性较好。干燥温度x1和切片厚度x3对复水比的影响极显著(P<0.01)，而辐射距离x2对复水比的影响不显著(P>0.05)。复水比是衡量干制品品质的重要指标，这一性能主要取决于细胞和结构的破坏程度。由图2可知，复水比随切片厚度的减小而增加，这是因为切片厚度小，干燥时间较短，香蕉片的组织结构保持得较好，另外，厚度较薄也有利于快速复水。复水比随温度的升高基本呈下降趋势，这是因为温度越高，失水速率越快，干制品的体积收缩程度越高;物料在降速干燥阶段的时间较长，与低温相比，高温对细胞组织的破坏更大，表面硬化也越严重，从而导致复水能力下降。

图2 干燥温度和切片厚度对复水比影响的响应面图

2.2.3各因素对干制香蕉片感官评分的影响

感官评分Y3与干燥温度x1、辐射距离x2、切片厚度x3的回归关系方程为：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，回归模型差异极显著(P<0.01)，失拟项不显著(P>0.05)。干燥温度x1、辐射距离x2和切片厚度x3对感官评分的影响都极显著(P<0.01)。感官评分随温度的升高曲线呈先上升后下降的趋势，随切片厚度的增加呈下降趋势，这与单因素试验结果一致。

2.2.4香蕉片中短波红外干燥工艺参数的优化

以色差ΔE最小、复水比和感官评分最大为指标，采用Design-Expert软件对试验结果进行多目标优化分析，得到最优工艺参数：干燥温度为71.3℃，辐射距离为10cm，切片厚度为2mm，此时总色差ΔE为6.39，复水比为2.17，感官评分为95.64。

3结论

①干燥温度和切片厚度对色差ΔE、复水比和感官评分等指标都有较为显著的影响，辐射距离对复水比的影响不显著，而对色差ΔE和感官评分的影响较为显著。

②香蕉片中短波红外干燥的最优工艺参数：干燥温度71.3℃，辐射距离10cm，切片厚度2mm，此时总色差ΔE=6.39，复水比=2.17，感官评分=95.64。

参考文献：

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

[2] 国家统计局.中国统计年鉴2019.http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/2019/indexch.htm.

[3] 杨公明，王娟，程燕锋，等.香蕉粉的功能、加工现状及新技术[J].食品与生物技术学报，2007，26(5):121-126.

[4] 齐海萍，胡文忠，姜爱丽，等.常压热风干燥香蕉片的研制[J].湖北农业科学，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] 黄美香，林毅雄，林河通，等.香蕉片微波真空干燥的工艺参数优化[J].真空科学与技术学报，2014，34(3):204-209.

[8] 安凤平，宋洪波，宋江良.过热蒸汽膨化干燥香蕉脆片品质研究[J].农业机械学报，2010，41(12):138-142.

[9] 崔清亮，郭玉明，许雷.香蕉真空冷冻干燥工艺的试验研究[J]. 山西农业大学学报:自然科学版，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，张慜，王兆进.香菇中短波红外干燥的试验[J].食品与生物技术学报，2013，32(7):32-39.

[12] 赵悦，陈芹芹，毕金峰，等.草莓中短波红外干燥动力学拟合及品质变化分析[J].食品与发酵工业，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，肖红伟，白俊文，等.苹果片的中短波红外干燥特性与色泽变化研究[J].农业机械学报，2013，44(增刊2)：186-191.

[15] NY/T 948-2006香蕉脆片[S].

[16]GB/T 5009.3-2016食品安全国家标准食品中水分的测定[S].