原创英文文献翻译,英文原文名称见介绍

1、这篇文章是用来测量马铃薯在微波和对流干燥过程中的质量和结构变化。微波炉经过改良 后，选择微波或者对流干燥模式干燥样品。脱水马铃薯样品的质量品质以抗坏血酸残留量 (VC )、复水能力以及具有收缩性的结构为准。抗坏血酸马铃薯品质的重要指标，且与热变性有关。抗坏血酸的恶化标志着一级反应情况，进一步的研究表明，取决于空气温度、 微波 力、湿度含量。在微波干燥样品中， VC 含量破坏减少。样品的体积皱缩度显示其与湿度的 线性关系。 在对流加工过程中， 样品自始至终都会出现收缩性，然而， 我们却发现微波干燥 有两个收缩周期。微波干燥样品有更高的复水能力。关键词：对流干燥 ; 微波干燥 ; 马铃薯 ; 复水

2、; 缩水 ; 维生素 C 目录1. 简介2. 材料与方法3. 结果与讨论3.1. 维生素 C3.2. 收缩性3.3. 复水4. 结论 参考文献 1.简介 在微波加工过程中， 食物品质是消费者关注的重要指标之一。 微波干燥食品可以提高复杂的 化学转换、化学反应。 ,这些反应可以导致维生素的分解，脂肪氧化和美拉德反应。而这些 反应机制可以受浓度、温度、水分活度(aw)影响(Bruin & Luyben, 1980)。经调查研究发现， 在微波烹调中维生素会有所减少。 Rosen (1972) 曾研究讨论了微波食品及其相关食料的作用 影响，微波量子能在各能级范围内比其他形式的电磁能(X-和y射线)能量

3、都低，也就使得分子和化学集团相互作用从而引起化学变化。 Gerster (1989)把热敏感和水溶性的维生素 C 、 B1 和 B2 作为指示器来定性分析化学变化。食品在微波炉中的烫熟、加热以及再加热 过程中其维生素残留量可与常规加热方法相比较。研究发现抗坏血酸的破坏速率随着aw值增加而增加，在解吸附系统中由于粘度的降低破坏速度会大大增加 (Labuza, McNally, Gallagher, & Hawkes, 1972) 。 Kirk, Dennison, Kokoczka, and Heldman (1977) 研究发现， 在复水食品体系中， 抗坏血酸的稳定性受水分活度、 湿度、 氧气

4、、 贮藏温度的影响。在本文贮藏条件下，抗坏血酸的损失量与一级反应作用相一致。Lin,Durance 和 Scaman (1998)研究发现， 真空微波干燥胡萝卜的 VC 残留量比空气微波干燥的残 留量大。 El-Din and Shouk (1999) 也发现了，秋菊微波干燥的抗坏血酸破坏量小。原料内部电子能的消耗会产生热不平衡状态， 从而引发不同反应， 但是传统加热方式则不然。 应用微波可以改良干燥速度， 这可以解释为微波可诱导产生压力梯度， 加速热移动进程从而 改善产品的物理性质。 可渗透食料在干燥过程中其收缩程度受内部蒸汽压力的影响。而此类产品的品质又收收缩程度的影响。 干燥过程中收缩的

5、同时湿度扩撒，因此收缩会影响湿度移动速度。缩水也会影响食料的其他物理性质， 比如表面密度。 因此，研究缩水现象可以更好 的理解干燥过程并且控制产品特性。通常干燥过程中的收缩现象对热方程及质量传输方程无明显影响，但是对于各湿度范围下的所有物质，此假设并不能完全成立 (Madamba, Driscoll, & Buckle, 1994) 。有研究显示体积收 缩( Lozano, Rotstein, & Urbicain, 1983) 和长度收缩 ( Rahman & Potluri, 1990) 都取决于湿度含 量。预实验显示马铃薯的缩水情况在实验条件是可以忽略不计的。然而涉及湿度含量的数学上的收

6、缩现象却不能忽略。 此收缩现象的理论依据应涉及复水过程中的原料压力及原料变形 机制 ( Ratti, 1994) 。但是在多相的、细胞体系中对食品进行分析却是极其复杂的。基于这种观点，为了模拟食品的缩水情况，就需要了解这种体系各相的结构、机制、性质以及与水分含量、温度间的变化关系。因此，对食品缩水情况的实际研究方法应运而生。今年来的研究表明，复水程度取决于加工条件、样品处理、样品组成、结构以及在干燥过程中产生的化学裂解(Okos, Narsimhan. Singh, & Weitnauer, 1992)。这些研究评价了干燥过程中 的持续性、剧烈程度之间的关系，以及复水的程度及速度，并且指出，复

7、水随干燥时间增加而变得剧烈。这也反映了缩水现象会有所减少，暗示了位置明确的内部分子空穴的存在(这些内部分子空穴能够提高复水速度)(Haas, Prescott, & Cante, 1974)。Maskan (2001)发现微波干燥猕猴桃块和热风干燥、热风微波干燥相比，其复水力较小、水吸附速率加快。测定了对流干燥、真空微波干燥以及混合干燥过程的脱水番茄复水能力。经真空微波干燥后的样品显示出疏松的结构及较快的复水速度。El-Din和Shouk (1999)也发现了，秋菊样品经微波脱水干燥，其复水率增加。本文的研究目的即是测定微波干燥、对流干燥过程中VC的分解度、缩水性，以及柱形马铃薯条的复水特性。

8、2.材料及方法本文中微波对流干燥体系由一个改良后的微波炉(兄弟，高速厨具，型号No. MF 3200 d13)提供，此微波炉可设置可变能量输出，额定功率为650 W，2.45 GHz。装置共分为两个部分：热风干燥单元及实验微波炉(其作用可视为干燥室)。通过离心风扇将内部空气经输送管集中抽出，这些空气途径电加热单元，并且在进入干燥室之前在减缩单元内进行混合。马铃薯样品切成圆柱形(半径13.5 mm,长度及半径比为4:1)，湿度含量约为 4.5 kg /kg (干 基)，并且在实验室干燥器内干燥。将体系设置为对流干燥模式，空气流速为1.5 m s-1，空气温度为30, 40及60 T。在微波模式中

9、输出功率在90到650W之间(与输入功率范围10.5 8 W相协调)微波炉输出功率根据热量度量测定Khraisheh, Cooper, & Magee, 1997)。水的质量已知，时间已知，温度变化值已知。基本方程为：418 加 (1)Mwabs为样品吸附功率； m为样品的质量(g); Cp为原谅的特定热量(kJ kg-1 C-1 or kJ kg-1 K-1) ; AT为水环境下的温度增加值(C); At为微波时间(s) 等式(1)假定吸收功率仅与微波能量有关，环境无热量增加或减少，水的Cp值不随温度而变化。去离子水重1000g,使温度平衡在室温以下的5 C左右，并且在微波炉的全功率下加热。

10、继续加热一段时间直到最终水温达到5C室温以上。水温在加热前后通过K型热电偶探针测定，测定前需与压舌板彻底混合。样品在已知的时间间隔内转移，之后用来测定缩水性及 VC含量。复水测试的样品需干燥到最终湿度含量 0.5kg/kg (干基)。5g干燥马铃薯样添加到150ml的蒸馏水中。之后烧杯放到热盘中并用表面皿覆盖。当水加热至沸点继续加热约3min，然后加热至特定的时间。在复水阶段末期，将样品转移至布氏漏斗中，并用4号沃特曼滤纸覆盖，剩余水分可稍作真空处理进行转移。The sample was then removed and weighed.之后样品转移并称重。在煮沸时间为10、20、30及45m

11、in时上述处理过程重复进行，后面两个需要额外的25ml水。此复水实验参考 Prabhanjan, Ramaswamay 及 Raghavan (1995)。此样品的湿度含量由温度为105-110 C的对流炉内干燥8-10h后测定。体积变化的测定参考Loza no, Urbica in, and Rotstei n (1980)的方法。此方法基于浮力原理。新鲜的完全干燥及部 分干燥的马铃薯样使用高效液相色谱技术(HPLC)进行测定，详细过程见 McMinn和Magee(1997)。进一步的装置及实验过程信息见Khraisheh (1996)。3结果与讨论3.1.维生素C干燥过程中营养品质的分解由

12、VC（抗坏血酸，AA）含量测定，因为 VC对高温及湿度敏感。湿度含量及干燥条件的作用，即空气温度和微波功率的作用可通过高效液相色谱由VC的稳定性测定。抗坏血酸的破坏可能会导致一系列的反应， 但是不管实际作用机制如何， 这种破 坏都可描述为（Kirk等人1977）AA?DHAA产品整个抗坏血酸含量可由抗坏血酸和脱氢抗坏血酸的总量计算。马铃薯样在对流干燥及微波干燥过程中的VC预计分解量和实验分解量分别见图1及图2。如图所示，抗坏血酸总量随加工时间的增加而逐渐减小，直到温度和微波功率达到额定范围。在特定加工时间内，VC的损失量随空气温度的增加而增加，正如所预期的，这是由于抗坏 血酸本身的热力学性质。

13、在微波干燥条件下，吸附功率的增加会导致产品的温度增加，结果便是，VC会大量减少。1- Full-size image （5K）图一：对流干燥过程中马铃薯样的VC残留特性。文章内查看Full-size image （5K）图2:微波干燥过程中马铃薯样的VC残留特性文章内查看一级反应方程可能会解释VC分解的原因：（2）1：其中CTAA为抗坏血酸浓度 （mg/l ）;t为时间（min ）; kTAA为比例常数（min-1）实验数据与一级反应方程一致，且根据IndCTAA/dt与CTAA可划出一条直线，斜率即表示 比例常数kTAA此外，分解特性也可写作：4；嘟二丄f逾：-：訂花：,匸二其中C0为最初的

14、抗坏血酸浓度（mg/l ）。等式（3）与实验数据相一致。预期特性见图1和图2,相关常数见表一。表一：抗坏血酸的分解特性Dlying condiiiens Co（h 产30 CSt4 0J07 0i9M40 Cmy56301000.9935100099690783.80.2400 82673.40.2520.85160.30.4140.869Micrmvave 10b5 W15b0W 38 W全尺寸表（1K） 文章内查看VC的残留量及稳定性不仅取决于干燥条件而且取决于样品的湿度含量。图3显示在对流和微波加工过程中，抗坏血酸浓度可用以指示干燥样品的湿度含量。抗坏血酸浓度可以反应不同干燥模式中湿度含

15、量区别。如图所示，与空气干燥下特定湿度含量相比，微波干燥条件下的样品干燥后仍有较高抗坏血酸浓度，例如为了达到湿度水平约为0.3 (干基)(选择湿度为5.5% (湿基)商用白点马铃薯)。(Wang, Kozempel, Hicks, & Sieb, 1992) 用 10.5 W 的微波干 燥，样品VC的初始含量接近 75%。对照组，马铃薯在空气条件下(30 )干燥，残留量小于30%。即使在更苛刻的微波加工条件下(吸附功率为38 W)VC残留量也会超过45%。这就说明了使用微波干燥的优势。- Full-size image (4K)图3:用以测定湿度含量的VC残留量文章内查看在传统空气干燥过程中，

16、VC的显著分解现象并不罕见。Wang等人(1992)发现，在试点模型中，未经加工的马铃薯加工过程中，VC损失为30-100%，而商业处理中损失却约为50%。如图3所示，当湿度含量下降时VC会出现一段时间的显著分解，之后湿度达到相对较高含量，而VC会达到最初的最低损失量。 这种低损失量可能会促成原料物理结构的形成， 而马铃薯质膜保持不变，也就使得细胞内部的毒素得以保护起来，另外，内部抗氧化成分也与这种低反应速度有关 (Mishkin, Saguy, & Karel, 1983)。水分含量的确定对于 VC残留量是极为重要的，然而，由水控制的反应机制却是极为复杂的(Lee & Labuza, 197

17、5)。水分含量可以反应抗坏血酸的稀释度；随着湿度含量的减少抗坏血酸的浓度也会减少，进而导致分解速度减小。然而如果水相粘度降低， 水分含量的减少可能使反应变得更加容易， 水压也会因原料影响氧气吸收水平，因此，降低反应速度就会稀释水相的反应物。当水分含量降低，稀释度就会减小，因此反应速度增加从而使VC残留量降低。在干燥的最后阶段，相比于早期阶段，样品内部的温度增加，固形物膨胀从而可能会暴露催化剂位点，而这两方面都会使得抗坏血酸含量降低。在微波加工过程中这种现象会更加明显，因为它能达到较为广阔的湿度范围。这种分解特性可由 Mishkin Saguy和Karel (1984)以及Villota 和Ka

18、rel (1980)的研究中看出。 然而，由于样品结构复杂，使得前处理方式多样以及体系所依赖的反应性质较为多变。3.2.收缩现象食品样会经历体积变化，例如，收缩，水分损失。这种收缩现象会影响物理特性以及固体的传输特性。干燥过程中的体积变化不能够轻易的预测。样品干燥过程中的可视测定表明，收缩现象并不是完全均匀的。在干燥的初始阶段，样品保持原始的几何形状，例如，细胞结构完整。然而在干燥过程中，收缩现象就会伴随部分变形现象。收缩现象的定量估计可由协同体积收缩量（Sb）测定，例如，某时间的样品体积比例：t/初始体积（V/V0 ）。图4显示柱形马铃薯在个空气温度下 Sb值，Sb为湿度含量（干基，X/X0

19、 ）减小的标志。实验数据显示了 协同体积收缩量与湿度含量之间的线性关系，这一湿度含量表明了收缩量主要取决于水分迁移体积量。Full-size image （5K）图4:在对流干燥过程中马铃薯样品的体积变化。 文章内查看 体积收缩量与水分含量的线性关系符合实验数据：.其中X0为内部湿度含量（kg/kg，干基）a,b为常数，各种干燥条件见表2。这种线性关系由 Kilpatrick, Lowe,及Van Arsdel （1955）提出。X + D.SO禺，-（5）扯+ 00此方程同样符合实验数据，并可较好的描述数据（图4）。食料收缩量的线性关系由 Wang 和 Brennan （1995）, Loz

20、a no 等人（1983）以及 Sjoholm 和 Gekas （1995）等学 者提出。表2:等式3的特征常数Ail tempt(C)304打a b0.W10.1270,9980.880 0100 0*997600.819 0152 0 991全尺寸表 （1K） 文章内查看尽管在空气干燥中的体积变化相对较小，但是等式（4）中的常数a说明了在低温加工过程中的体积会有小幅度增加。温度对收缩现象的作用就是温度能影响食品的弹性和力学性。在低温加工过程中，样品内部的湿度分布更为均匀，但是在中心和表面仍有细微差异。而这就会使得内部压力减小，从而使样品继续收缩直到达到干燥的最后阶段，此时原料成型。相对来说

21、，在高温下可能会发生表面固形现象，样品在初期阶段成型，使得收缩情况减少。在微波条件下，经测定样品体积也会发生变化。在干燥过程中，微波能使得产品质量转向表面，之后空气会促使质量转移到周围介质中。然而在干燥过程中，不仅仅是湿度从物质本身转移到周围介质中，而且由微波能引起的内部的复杂反应也会受到影响。因此，和传统的空气干燥相比，应用微波能可以改变产品的物理性质。尽管样品实际上存在着一定的不均匀性，但是基于本文的研究目的， 可以认为样品是均一的。这种不均一性可能会因为产品内部电磁受体的敏感水平不同导致能量吸收不均。这种选择性受热便使得其所处温度梯度升高，导致热量不平衡，但是传统干燥却不是这样，其整体热

22、量 是平衡的。因此，在微波处理下这种不平衡性诱导产生产品的特殊性质。由于应用微波能, 产生温度梯度进而产生压力梯度，使得原料收缩现象减弱。在微波干燥中也会存在和协同体积收缩现象相关的收缩数据。图5显示用以测定湿度含量的体积变化。如图所示，样品收缩性与湿度含量成线性关系。但是在整个湿度含量范围内，收 缩却不均匀，甚至两个阶段的湿度含量都可认为有0.45。Ratti (1994)也发现，在不同线性收缩中存在两个阶段。每个部分的实验数据都适用于等式(3)，结果如表3所示。“a”参数的大小值说明在初期阶段收缩程度剧烈。在较小湿度范围内(X/X00.45)，体积变化减小，而且由于水分缺失发生收缩现象，形

23、成气孔，也就是膨胀不受收缩现象的影响。Smith (1976)发现，当面团在微波环境中干燥膨胀，湿度含量达到接近于20%的最大值。叫Full-size image (5K)图5:马铃薯微波干燥中的体积收缩现象。文章内查看Table 3. Characteristic parameters for Eq. (3)表3:等式(3)的特征参数Absork：i (Kiwcr (W)aXX 0.45105OdX)0.5890,8931.50.4000/1840.893380r2S20.5440.849全尺寸表(4K)文章内查看微波功率对收缩现象的影响测定结果表明：干燥样品在10.5 W干燥比在38W下干

24、燥的收缩程度大(图5及表3)这可以由压力梯度引起的内力及内压解释。这种压力的联合作用使 得体积发生变化，这一变化受内压吸收程度影响。假设在湿度释放过程中结构趋向平衡状态，此状态会达到最大或最小干燥速率。在最低微波功率下，干燥速率最小，所引起的内力不足以破坏其结构，因此收缩受限。在相对较高的功率下 (38 W)，摩擦力急剧增加，物质充分吸 收从而产生小幅度的收缩之后结构变得坚固。相对来说，当干燥速率达到中间值(15W)，其结构被破坏，收缩达到一定程度时样品内压减小。对图4和图5的进一步比较表明，在微波干燥中的马铃薯样品比传统空气干燥收缩程度小， 这也就显示出了微波干燥技术另一优势。3.3. 复水在干燥过程中复水涉及了一些物理变化。总的来说，水吸收速率和干燥产品的恢复程度受干燥程度的影响，也就是受细胞完整性的影响。可以假设