微波和热风干燥预处理漂白Orange-Fleshed红薯片(番薯甘薯)

文摘

微波预处理和蒸汽热烫的热风干燥orange-fleshed甘薯(OFSP)进行了研究。用电吹风的实验进行恒定温度下的70°C和气流的1.0 m / s。有效水分扩散系数不同 来 米²/秒, 到7.9米²/ s,微波辅助热风干燥,脸色煞白,分别。获得的活化能为各种微波热风干燥为29.1 W /毫米4分钟,3分钟68.1 W /毫米,79.7 W /毫米为2分钟。抗坏血酸降解和棕色色素的形成OFSP片比蒸汽blanch-assisted低微波干燥。微波干燥OFSP最好由页面的模型, ,虽然blanch-assisted遵循对数模型, 。生产更好的质量OFSP面粉,建议把块茎切成3毫米片,微波的功率630 W 1分钟2分钟或漂白,热风干燥前43秒。

1。介绍

加纳是第三世界上最贫穷的国家严重的维生素A缺乏(VAD)问题。的患病率和监督在加纳估计76%1][2),这是接近非洲41.9%的平均水平的两倍。VAD发病率是最高的5岁以下儿童和育龄妇女中,它从2004年估计的20%已经恶化到目前35.6%的速度(3]。食用甘薯传统上是最消耗甘薯品种在加纳人,作为碳水化合物来源。通过一个集成的农业和生物强化营养干预计划,介绍了orange-fleshed红薯(OFSP)的唯一目标打击在加纳和许多非洲国家的监督问题。Orange-fleshed红薯,OFSP(番薯山芋),是最著名的维生素原A类胡萝卜素的来源之一,约有85%的类胡萝卜素,能够被人体吸收和转化为维生素A (4][5]。然而,有未售出orange-fleshed甘薯根通过农民生产特别是在丰收,因为消费者抱怨的不受欢迎的柔软质地沸腾后,呈现煮OFSP没有吸引力,使全年生产浪费,不可用。农民的生计是严重影响由于未售出的商品。此外,还有不满足需求,农民和处理器拥有足够的知识和技能来处理OFSP到二、三级产品或开发成OSFP-containing产品。干燥是最著名的技术用于生产优质的产品,可以用作准备面包,配料banku, kenkey,酸奶,减少采后损失与OFSP [6]。此外,类胡萝卜素在OFSP热敏感,因此,需要一个适当的方法保护橙色生产高质量的产品。微波干燥前和蒸汽热烫已经广泛用于食品工业(6,7]。漂白是最常用的预处理方法在食品行业由于其易用性和有效性在病原微生物的失活酶,保留食物的颜色和香味。许多研究证据支持微波干燥的水果和蔬菜提供了和根和块茎(6,8- - - - - -10]。微波干燥的目的是加快干燥过程,增加传质,和生产质量好的产品,而漂白前处理水果和蔬菜加快干燥速度,防止颜色变化,软化质地、氧化、酶变性破坏污染微生物。微波热烫是由水分子的旋转和碰撞引起的电磁场产生的热量的变化(11]。在传统的漂白,材料内部温度分布取决于几何形状和它的热导率。微波热烫导致所有的单个元素的瞬时加热材料。微波热烫时间可以显著减少相比传统的漂白方法(12]。微波热烫它优于传统的漂白方法:加热的均匀性,低能耗,高生物活性化合物的保留(13]。在干燥过程中,根需要切成适当厚度促进干燥过程。因此,本研究的目的是探讨微波的影响和蒸汽漂白预处理前空气干燥动力学和质量属性,如β-胡萝卜素、抗坏血酸和非酶的褐变不同的片OFSP干。

2。材料和方法

2.1。样品制备

orange-fleshed甘薯(OFSP)根从认证获得农民的粮食和农业(外交部),加纳,在其商业成熟度和实验室。根被清理;切成3、6和9毫米厚度;5%柠檬酸和1%苯甲酸钠溶液中浸泡十分钟;和藏在冰箱内的温度-18 c。这样做是为了避免过度的变色和酶促褐变干燥前的样品。初始含水率由干燥10 g的样品一式三份热风烤箱的温度105°C(24小时14]。

2.2。实验设计

响应面方法涉及2因素和三级阶乘设计使用一款统计软件版本17 3复制被用来设计干燥实验。两个因素的影响:微波功率表示(385 W - 697 W)和微波时间表示(2 min-4 min)。因变量(抗坏血酸、β-胡萝卜素、褐变指数和干燥时间)。

2.3。微波和漂白预处理

国内微波(大宇KOR-6 L77)的频率(2450 MHz)被用来预处理OFSP片(10毫米)2、3、4分钟。漂白是使用蒸汽从沸水将切片OFSP样本穿孔不锈钢碗10厘米从源的开水。五十(50)克样品均匀几何被放进微波炉2、3和4分钟或变白1,2,3分钟。漂白后,多余的水分在样品的表面涂抹吸水纸和热风干燥。

2.4。热空气干燥

使用OFSP片干在70°C的温度与内阁网状样品持有人干燥机(模型:pt - 40220 - 240 V, 50/60 Hz,中国)。烤箱是空转1 h干燥实验前达到稳态条件。50克样本用于每个干燥预处理实验。在干燥过程中,含水率片监测每30分钟的初始阶段,后来改为1小时直到含水率达到8%(干基)。所花费的时间样品水分含量达到8%是用于指示干燥时间(DT)。

2.5。测定抗坏血酸

抗坏血酸测定根据与轻微的修改(Haskovic的卡,Klepo &) [15]。一(1)克5毫升的样本均质metaphosphoric-acetic酸溶液的总体积10毫升。解决方案是过滤和离心20分钟,每分钟3000转后上层清液用于分光光度测定。1.54毫升的上层清液,90μl溴水,50μl 10%的硫脲,390μl 2, 4-dinitrophenylhydrazine的解决方案是添加和孵化为3小时37°C。孵化后,样本在冰浴冷却30分钟。1.92毫升的冷冻85% H₂所以₄添加与不断的搅拌。一个空白也准备和使用分光光度计吸光度测量在521海里。抗坏血酸浓度与吸光度的图521海里是绘制计算样品中的抗坏血酸含量。

2.6。非酶的布朗宁的决心

非酶的褐变指数(BI)确定报道在以前研究[6]。

2.7。干燥动力学

干燥动力学OFSP表达方面的实证模型,在获得的实验数据绘制无因次水分比例的形式(MR)对干燥时间分钟。使用Eq OFSP先生的决心。(1)。

在哪里是水分的比例,水是初始含水率(g / g干物质),是水分含量在任何时候(g / g水干物质),然后呢是平衡含水率(g / g水干物质)([16])。

三种实证干燥模型广泛应用于科学文献:页面,亨德森和Pabis,对数拟合实验数据集( , )表所示1描述OFSP的干燥动力学。

模型的估计拟合的算法是使用修改后的执行Levenberg-Marquardt算法(17]。给定一个初始值为常数模型中,目标函数是解决。为 , ,这个函数 , , ,和 是计算。一个积极的标量选择这样 在哪里 。这个函数 和 , , ,和 是计算。如果任何 ; ; ; ;在哪里 j列之间的关系吗 和 很满意然后算法停止吗 预计停止原因是其他规定,继续迭代。

减少卡方( ),均方根误差(RMSE),确定系数( )(方程式。(2),(3)和(4)),分别作为主要标准来选择最好的模型(18]。

在哪里是实验水分比例,预测的水分比,是观察,的数量在干燥常数的数量模型。标准的基础上减少卡方和RMSE最低和最高的 ,描述薄层干燥特性的最佳模式选择。干燥速率常数和系数的模型与非线性回归方程确定SPSS 23.0和曲线的拟合优度和相关分析确定。

2.8。水分扩散系数的确定

菲克第二定律的扩散,这是薄层干燥过程中水分迁移的食物材料,是用来计算的有效水分扩散系数,考虑水分扩散系数不变,无限板几何,和统一的初始水分分布(曲柄,1975)。干燥期间,假设扩散系数与菲克扩散方程的解释是唯一的物理机制,将水的表面材料干(DadalıKılıc Apar, &古代,2007)。

在哪里有效扩散系数(m²/ s)和片样品厚度的一半( )。方程(5)可以简化为以下为长时间干燥。

OFSP片得到的斜率( )的图干燥时间。与干燥时间与负斜率直线,结果有关【情商。(7)]

可以与温度有关阿伦尼乌斯方程(8))

在哪里是常数阿仑尼乌斯方程(m²/秒),是活化能(焦每摩尔),是热空气的温度(°C),然后呢理想气体常数(8.31451 kJ摩尔¹K¹)。方程(8)可以重新排列成表单:

水分扩散得到的活化能的曲线的斜率对1 / R (T + 273.15) (& Raji Kabiru,约书亚,2013)。

2.9。活化能的计算

根据皮拉伊和绿色(2010),标准微波炉干燥过程中,样本的内部温度不是一个评定值。因此,Arrhenius-type方程的使用被认为是为说明扩散系数之间的关系和微波功率输出样本厚度的比值代替温度计算的活化能。活化能是发现修改的修改后的阿伦尼乌斯。建议的方程(Dadalıet al ., 2007)表示

在哪里阿仑尼乌斯方程的常数(m²/秒),是活化能(W /毫米),是微波功率(W),样品厚度(毫米)。情商。10可以重新安排

水分扩散的活化能是获得的图像对 。

2.10。干燥过程的优化

干燥过程的优化使用响应优化技术进行了Minitab这里称为愿望综合指数,CDI(迈尔斯和蒙哥马利,2001年)使用情商。12)。

的代表每个响应变量的合意性指数( ),和响应变量的数量。CDI范围是0 0和1之间所需的最少而1是最可取的。最大化的值是目标优化研究。优化过程包含目标和目标因素和反应。关于这项研究,最小化的干燥时间(DT)和褐变指数(BI)以及最大化的抗坏血酸(AA)内容所需的同时保持各级因素在设计值。

2.11。统计分析

方差分析进行95%置信区间的概率的统计显著性模型。模型的准确性来描述变量的反应是对残差的正态概率图诊断,预测与实际的情节,和确定的系数( )值。的3 d表面情节因素生成的各种反应。

3所示。结果与讨论

3.1。微波和漂白辅助干燥动力学

新鲜OFSP初始含水率(86%湿基)干,直到他们的平衡含水率达到内阁在热空气干燥器。OFSP的干燥曲线在不同的微波预处理权力(385、541和697 W)和时间(1、2和3分钟)热风干燥之前在70°C图所示1。产品水分含量减少干燥时间。产品中水分含量的变化会导致水分梯度去除样品中的水分。一般来说,随着微波功率的增加从385 W到697 W,水分梯度增加导致减少干燥时间。增加多孔结构形成的组织甘薯由于增加曝光的电磁波微波液相扩散速度增加。干燥前预处理都发生在一段下降率(图1),显示,除去水分从OFSP片主要由分子扩散所致。土豆片的结果同意干燥(Akpinar、Midilli &灰蓝色,2003)。与此相反,蒸汽热烫除去水分的速率下降导致干燥时间的增加,如图2。类似的结果也出现([6];愣,Gouado & Ndjouenkeu, 2011;Quansah Saalia,修道院,&抗弹,叠层2010)。OFSP片变白时,细胞会对水分传输的渗透性降低,因为增加淀粉涂胶(6]。

3.2。预处理对水分扩散率的影响及活化能

常数菲克扩散定律的产品质量扩散系数,衡量水分扩散的速度通过食物材料。微波预处理和蒸汽热烫的效果有效水分扩散系数( )OFSP如图2。的值为微波和blanch-assisted热风干燥在70°C展示在表2。的值范围从 来 米²对微波空气干燥和/ s 来 米²/ s blanch-assisted空气干燥。这些值是在总体范围内的10^-12年-10年⁸米²年代¹干燥的食物材料(20.]。很明显从表2微波干燥空气的有效水分扩散系数远高于blanch-assisted同行。一般来说,值增加微波功率的增加和曝光时间。增加随着微波功率和曝光时间的增加归因于增加加热能源,从而增加水分子的活动在测试样本(马赫迪,阿里,&默罕默德,2013)。结果同意microwave-vacuum番茄切片的干燥19]。的blanch-assisted样本的另一方面没有遵循类似的趋势就像微波空气干燥。在6毫米和9毫米样品厚度、热烫时间的增加并不一定导致有效水分扩散系数显著增加(图3)。在样本6毫米的厚度,有效水分扩散系数降低随着时间增加漂白,9毫米厚的样品时,热烫时间增加。表面硬化随着样品厚度增加到某一时刻被指责为这样的有效水分扩散系数的波动。这支持了一个理论,即水分扩散系数是一个复杂和系统特定的功能。内部质量传输特性,特征 ,从食物材料是由分子扩散、液体扩散、蒸汽扩散、水动力流和其他可能的质量传输机制(21]。

得到的活化能值的变化 对 微波空气干燥(图34分钟)29.1 W /毫米,68.1 W /毫米3分钟和79.7 W /毫米2分钟。很明显,除去水分的微波power-dependent活化能OFSP片预处理时间增加。然而,因blanch-assisted所得与温度有关的活化能,热空气无法估计,由于温度没有变化在这个研究。活化能值的一般范围内12.7 -110焦每摩尔(Aghbashlo & Samimi-Akhijahani, 2008)对于大多数农业和食品材料提出的其他报告。本研究中观察到相当价值46.9 W /毫米番茄样品(19]。

3.3。造型的干燥曲线

非线性回归分析用于确定适当的干燥OFSP数学模型。无因次水分比例对干燥时间的实验数据绘制在不同预处理条件。数据拟合三种干燥模型常用的干燥文学:页面,亨德森和Pabis和对数模型。最好的模型描述的薄层干燥特性OFSP微波干燥中被选为最低的一个x平方分布( ),均方根误差(RMSE)和相关系数最高( )。样品的实验数据的结果使用微波和干blanch-assisted不同微波热风干燥的385年,541年和697年W如表所示3和4,分别。

获得的结果从微波和blanch-assisted在70°C表示,空气干燥值三种模式都在0.92以上。统计参数估计表明,RMSE和值范围从1 e-05 0.0408和2 e-07 0.0017,分别显示了充分测试所有的模型可以用来预测微波和blanch-assisted橙完善甘薯片的干燥。相关系数的相对高值、低降低了卡方,和较低的均方根误差预处理两个显示良好的预测能力对整个干燥过程的持续时间。模型测试中,页面模型是最适合OFSP microwave-aided空气干燥,因为它的最高价值确定系数( )和最低减少卡方( )和均方根误差(RMSE)。对数模型另一方面提供最好的协议之间的水分比实验值与预测值blanched-assisted风干的OFSP 70°C。这是观察到表3和4干燥速率常数的值( )主要是随着微波功率的增加,增加预处理时间,漂白时间。这意味着干燥速率的潜力OFSP通常增加微波功率的增加和预处理时间两种方法。然而,541 W和697 W,干燥速率常数降低预处理时间。这表明最关键的微波功率的最佳去除水分OFSP微波干燥的躺在这个范围。随着OFSP厚度从3毫米增加到6毫米,干燥速率时潜在的减少,随后增加样品厚度增加到9毫米。这种现象是一致的微波和漂白辅助干燥薯蓣属rodundata或白色山药(6]。

3.4。微波和Blanch-Assisted干燥在干燥时间

微波和漂白的效果辅助干燥的干燥时间OFSP切片显示在表中5。微波功率和曝光时间是重要的( )主要的交互模型的曲率区域(表6)。微波功率的增加和曝光时间显著减少干燥时间( )。干燥时间从420分钟到120分钟下降随着功率的增加从385 W到697 W。与此同时,微波功率的相对贡献和曝光时间是不同的。电磁波的强度的增加,从385年到697年W有着深远的积极的影响比其曝光时间干燥时间。这是因为价值更高的微波功率系数相比,其曝光时间(表6)。微波强度的综合效应及其对干燥时间的曝光时间是积极的(图4)。这是相反的观察blanch-assisted OFSP风干。热烫时间和样品厚度没有显著影响样品的干燥时间;虽然,增加热烫时间从1到3分钟的负面影响。类似于微波功率、样品厚度比漂白时间对干燥时间产生了深远的影响。微波干燥的干燥时间快于漂白表明微波干燥减少整个干燥过程因此导致干燥时间的巨额储蓄。许多研究人员报告了类似的发现与微波干燥对山药,秋葵,樱桃番茄([6];Doymaz, 2005;里佐,Muratore Licciardello & Maccarone, 2008)。

3.5。微波和Blanch-Assisted用电吹风影响抗坏血酸

实验结果表明,微波功率和曝光时间有显著影响抗坏血酸(AA)干OFSP片(表的内容6)。随着微波功率的增加,从385年到697年W,有减少AA OFSP片由于破坏维生素C的电磁波。Abano和Amoah6报告损失的抗坏血酸在微波干燥的白色山药立方体。另外,郑和陆(2011)报道减少抗坏血酸绿芦笋的微波干燥。同样,漂白时间及其结合热烫时间样本厚度增加同样减少了AA干OFSP片(图的内容4和表6)。重大损失的抗坏血酸红辣椒和土豆由于焯水和随后的征服脱水已报告(22,23]。然而,蒸汽和微波热烫指出保持更高的抗坏血酸(6,23]。抗坏血酸是热敏感和非常被动,降解主要是由热或氧化方法。抗坏血酸的氧化降解主要发生由于长时间干燥引起的增加样品厚度和浸出从过度漂白时间可能造成这样的抗坏血酸的减少。愣et al。(2011)报道超过50%抗坏血酸漂白过程中损失薯蓣属schimperiana。目前的研究显示,保留抗坏血酸通过微波预处理高于蒸汽热烫。

3.6。微波和Blanch-Assisted用电吹风对褐变指数的影响

褐变是干农产品的质量指标,主要是由酶引起的,通常被称为酶促褐变,和/或热应用程序通常称为非酶的褐变。布朗宁不是一个理想的指标在干OFSP和一些食品加工单位。它与最小加工甘薯的主要问题,所以在这项研究中,OFSP片浸泡在5%的柠檬酸和1%苯甲酸钠溶液漂白前通过微波和蒸汽。因此,这些方法之前,空气干燥的原因是灭活脂氧合酶和多酚氧化酶酶负责酶促褐变和颜色变化在水果和蔬菜24]。微波干燥空气的褐变指数没有明显影响OFSP但漂白时间。微波脱水OFSP褐变指数从0.236到0.657不等Abs单元,而blanch-assisted风干样品范围从0.415到0.774 Abs装置。这意味着棕色色素形成,速度慢的微波干燥的样品比变白(图样本4),使微波应用热风干燥前更好的技术生产更高质量的干燥产品。增加微波功率和蒸汽热烫时间减少的棕色色素的形成虽然不是重要因素范围使用。在这项研究中,褐变引起的酶被认为是可以忽略不计的程度预处理OSFP样本。因此,褐变指数确定更多的是或非酶的热影响。可信,非酶的褐变主要是由含氮的化合物之间的反应和还原糖,含氮化合物和有机酸、糖类和有机酸由于热应用程序(Cernişev, 2010)。OFSP富含糖类,包括减少糖类如葡萄糖和果糖和nonreducing二糖蔗糖和减少双糖麦芽糖,当受到加热引起的褐变。降低热强度和更短的干燥时间产生的微波预处理可能造成低反应速率形成更少的棕色色素比steam-blanched OFSP片。Namtip et al。(2006)变白和干甜薯片在70°C - 90°C和观察到的褐变率随温度增加从0.039到0.755吸光度单位。Abano和Amoah6]研究了微波和blanch-assisted干燥的白色山药和报告了类似的趋势;虽然,微波的棕色的形成是低得多(0.035 - 0.112 Abs单位)。

3.7。干燥的优化参数

肯定的位置最佳的微波,blanch-assisted用电吹风条件进行了使用综合吸引力指数的概念在一款统计软件版本17。预测的DT, AA和BI是215分钟,1.971毫克/克,和0.262 Abs单元,分别对微波风干在70 c。blanched-aided干燥,预测DT, AA, BI, 307分钟,1.95毫克/克和0.433 Abs装置。预测结果有95%信心的因素给最佳微波功率630 W和预处理时间2分钟的微波干燥和最佳漂白时间1分钟43秒和一个示例3毫米的厚度。

4所示。结论

微波和blanch-assisted进行风干orange-fleshed甘薯(OFSP)。有效水分扩散系数比blanch-assisted高微波空气干燥。电磁波的强度有着深远的积极的影响比其曝光时间干燥时间。在微波干燥速度潜力明显高于blanch-assisted干燥的干燥模型测试。页面模型OFSF最好的描述了微波干燥,而对数模型最适合blanch-assisted干燥。产品的质量属性的抗坏血酸保留和棕色色素形成的干orange-fleshed土豆比blanched-assisted与微波干燥。研究表明,微波热烫可以用来生产更好的质量OFSP面粉和增强水分扩散系数,并最小化的褐变和抗坏血酸比传统蒸汽热烫。

数据可用性

数据支持这个研究的发现中可用的手稿。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者表达真诚的感谢Binsalah扎卡里亚KEEA市政议会,ELMINA为他们的技术支持(数据收集)和金融支持研究。

引用

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