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 王揮，宋菲，桂青，陳華，趙松林

 中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所（文昌571339）

摘要以椰肉為原料，研究不同溫度(50℃，60℃，70 ℃和80℃)條件下椰肉的薄層干燥特性，并采用8種常用的數(shù)學(xué)模型對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合分析，篩選最適預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明，干燥溫度越高，椰肉的干燥速率越快，其最終產(chǎn)品椰干的含水率也越低。Two term和Verma et al兩個(gè)模型具有較高的擬合度，驗(yàn)證結(jié)果發(fā)現(xiàn)，二者能夠較好描述和預(yù)測(cè)椰肉干燥過(guò)程中的水分變化規(guī)律。椰肉的有效擴(kuò)散系數(shù)在7.84×10-11~2.38×10-10之間。

關(guān)鍵詞椰肉；薄層干燥；動(dòng)力學(xué)

 椰子是熱帶地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物和食品能源作物，主要分布于赤道兩側(cè)200以?xún)?nèi)的廣大熱帶濱海地區(qū)，其次在南北緯200～23.50之間也有較大面積分布。在我國(guó)國(guó)內(nèi)，90%以上的椰子種植于海南，云南、廣東、廣西、福建及臺(tái)灣的南部地區(qū)也有部分種植。近十年來(lái)，我國(guó)椰子加工業(yè)發(fā)展迅速，具有綜合利用程度高的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)發(fā)展成為聞名全國(guó)的特色產(chǎn)業(yè)，是我國(guó)熱帶地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一。

 椰肉是椰子的固體胚乳，是椰子果經(jīng)剝椰衣、去椰殼、削種皮等初加工工序后得到了一種白色果肉。椰肉富含蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等多種營(yíng)養(yǎng)成分，具有降低心血管發(fā)病率、促進(jìn)人體新陳代謝、減肥以及美容護(hù)膚等多種食療效果。椰肉是椰子加工業(yè)中最重要的原料，主要加工產(chǎn)品包括椰干、椰子油、椰子汁、椰蓉、椰子粉等。

 椰干是椰肉最主要的加工產(chǎn)品之一。拒不完全統(tǒng)計(jì)，目前世界范圍內(nèi)，約50%的椰子要首先通過(guò)熱風(fēng)干燥或曬干加工成椰干，然后再進(jìn)一步加工成椰子油、椰蓉等產(chǎn)品。熱風(fēng)干燥是現(xiàn)階段工業(yè)化生產(chǎn)椰干的主要技術(shù)手段，然而目前關(guān)于椰肉熱風(fēng)干燥的研究還未見(jiàn)報(bào)道。因此，試驗(yàn)以椰肉為對(duì)象，研究不同溫度對(duì)椰肉干燥特性的影響，并建立熱風(fēng)薄層干燥數(shù)學(xué)分析模型，分析椰肉熱風(fēng)干燥過(guò)程中的水分散失規(guī)律，以期通過(guò)數(shù)學(xué)模型的建立，實(shí)現(xiàn)對(duì)椰干生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)效率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而為椰肉干燥品質(zhì)的提升以及生產(chǎn)工藝的優(yōu)化提供理論依據(jù)。

1  材料與方法

1.1原料及預(yù)處理

 椰子果，品種為海南本地高種，中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所試驗(yàn)基地提供，果齡12個(gè)月。

 椰肉取出后，清洗干凈，瀝水風(fēng)干后分切為1 cm×3 cm塊狀，供試驗(yàn)用。

1.2方法

1.2.1熱風(fēng)干燥

 椰肉分切后，單層平鋪于50 cm×40 cm不銹鋼漏盤(pán)中，將漏盤(pán)置于干燥箱中進(jìn)行熱風(fēng)干燥，干燥溫度設(shè)置為50℃，60℃，70℃和80℃共4個(gè)梯度。每隔30 min快速測(cè)定一次椰肉的重量，根據(jù)不同干燥時(shí)間椰肉的質(zhì)量變化，繪制干燥曲線和干燥速率曲線。

1.2.2含水率計(jì)算

 含水率( Moisture rate，MR)用于表示一定干燥條件下物料中水分的含量，MR的計(jì)算公式為：

  一般情況下，由于物料的平衡含水量Me不容易測(cè)得，可以用最終含水量代替，而最終含水量與M0和Me相比可以忽略不計(jì)，則式(1)變?yōu)椋?/p>

1.2.3  薄層干燥模型建立

 根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者近些年在薄層干燥方面的研究結(jié)論，共篩選出8個(gè)常用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行椰肉薄層干燥模型的擬合，所選干燥模型如表1所示。

 相關(guān)系數(shù)R2和X2代表試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)學(xué)模型之間的擬合度，R2越高，X2越小，數(shù)學(xué)模型的匹配程度越好，其計(jì)算公式如下：

1.2.4有效擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算

 參考Togrul I T等在杏仁熱風(fēng)干燥研究中的方法計(jì)算。

2結(jié)果與討論

2.1椰肉的干燥特性

2.1.1椰肉熱風(fēng)干燥曲線

 椰肉在熱風(fēng)干燥過(guò)程中的水分散失規(guī)律如圖1所示。由圖可見(jiàn)，椰肉中的水分含量在干燥過(guò)程中呈現(xiàn)先加速下降后逐漸趨于平緩的趨勢(shì)，并且不同干燥溫度對(duì)椰肉的干燥效率也具有顯著影響。首先，隨著干燥溫度的遞增，干燥效率也隨著依次提升，4h后，50℃干燥條件下椰肉的含水率為56.74%，而80℃干燥條件下椰肉的含水率僅為19.63%，干燥效率是50℃干燥效率的1.86倍；其次，熱風(fēng)干燥溫度對(duì)椰干的最終含水率也具有顯著的影響，干燥10 h后，不同溫度條件下椰肉的水分含量變化均趨于平緩，但是對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，80℃干燥后椰肉的最終含水率最低，為3.94%，而50℃干燥后的椰肉含水率高達(dá)28.73%，含量與干燥溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，可能是隨著溫度的升高，空氣的飽和差隨之增加，達(dá)到飽和時(shí)所需的水蒸氣

也隨之增多，進(jìn)而直接導(dǎo)致了水分蒸發(fā)速率和蒸發(fā)量的增大，造成了不同溫度下椰干水分含量不同的現(xiàn)象。

2.1.2椰肉熱風(fēng)干燥速率曲線

 圖2為不同時(shí)間段內(nèi)椰肉中水分的散失速率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在干燥初期階段，椰肉中水分的散失速率急速增加，0.5 h后達(dá)到峰值，隨后除50℃干燥條件下椰肉的水分散失保持了一段時(shí)間的恒速，其他條件的干燥速率均急速下降，最后均逐漸降低并趨于平緩。劉成梅在方便米粉的微波干燥特性研究中提出，一般干燥過(guò)程分為3個(gè)階段，即加速期、恒速期和減速期，但是當(dāng)微博功率高于480 W時(shí)，恒速期消失，直接由加速期過(guò)渡為減速期，其結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)論相符。

2.2椰肉熱風(fēng)薄層干燥模型

2.2.1  椰肉熱風(fēng)薄層干燥模型的擬合與建立

 將不同溫度下椰肉的熱風(fēng)干燥速率曲線與表1中的8個(gè)經(jīng)典的薄層干燥數(shù)學(xué)模型進(jìn)行擬合，進(jìn)行最適模型的篩選。由表2擬合結(jié)果可見(jiàn)，Page、Logarithmic、Modified Page、Two term和Verma et al 5個(gè)模型均具有良好的擬合效果，在50℃—80℃不同溫度條件下的R2均達(dá)到了0.99以上，其中擬合效果最佳的為T(mén)wo term和Verma et al兩個(gè)模型，二者具有最佳的擬合度，且擬合效果幾乎沒(méi)有差異。

2.2.2模型的驗(yàn)證

 將椰肉在50℃，60℃，70℃和80℃4個(gè)溫度下水分散失規(guī)律的實(shí)測(cè)值與Two term和Verma et al兩個(gè)模型的預(yù)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，由圖3結(jié)果發(fā)現(xiàn)，整個(gè)干燥過(guò)程中，實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值基本完全重合，說(shuō)明Two term和Verma et al兩個(gè)模型的預(yù)測(cè)效果良好，二者均可用于模擬椰肉的熱風(fēng)干燥過(guò)程，預(yù)測(cè)不同含水率椰肉的干燥時(shí)間。

2.3有效擴(kuò)散系數(shù)

 不同溫度下椰肉熱風(fēng)干燥的水分有效擴(kuò)散系數(shù)如表3所示。結(jié)果顯示，在椰肉干燥過(guò)程中，水分的有效擴(kuò)散系數(shù)隨著干燥溫度的升高而遞增，且溫度越高，其有效擴(kuò)散系數(shù)的增值越大，結(jié)論與表1結(jié)果相對(duì)應(yīng)，證明熱風(fēng)溫度是英語(yǔ)椰肉干燥效率的重要因素。

3結(jié)論

 試驗(yàn)系統(tǒng)地研究了不同溫度( 50℃，60℃，70℃和80℃)條件下椰肉的水分散失規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，溫度對(duì)椰肉的熱風(fēng)干燥效率具有顯著性的影響，干燥溫度越高，椰肉的干燥速率越快，其最終產(chǎn)品椰干的含水率也越低，其中50℃干燥條件下，椰肉達(dá)到恒重后的含水率高達(dá)28.73%，而80℃干燥后椰肉的含水率僅為3.94%；通過(guò)對(duì)8個(gè)經(jīng)典的薄層干燥數(shù)學(xué)模型進(jìn)行擬合、篩選和驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)Two term和Verma et al兩個(gè)模型具有良好的預(yù)測(cè)效果，二者均可用于描述和預(yù)測(cè)椰肉干燥過(guò)程中的水分散失規(guī)律。椰肉的有效擴(kuò)散系數(shù)在7.84×10-11~2.38×10-10之間。