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熟化甘薯干燥特性及其优化技术研究

一、引言

（一）研究背景与意义

甘薯，作为世界重要的粮食作物之一，在我国种植历史悠久，分布广泛。其富含淀粉、膳食纤维、维生素以及多种矿物质，具有极高的营养价值和经济价值。在食品加工领域，熟化甘薯制品如甘薯干、甘薯脯等深受消费者喜爱，不仅因为它们保留了甘薯的香甜口感，还具备便于储存和运输的特点。

然而，熟化甘薯在干燥过程中存在诸多难题。由于其富含还原糖和淀粉，在干燥时，还原糖会大量析出形成强大的渗透压，同时淀粉的存在使得物料表面易硬化。这一现象严重阻碍了水分的逸出，导致干燥效率低下，且产品品质受损，如出现干裂、褐变等问题。

深入探究熟化甘薯的干燥特性，对于优化干燥加工工艺具有重要的现实意义。通过掌握其干燥规律，可以针对性地调整干燥参数，如温度、风速、时间等，从而提高干燥效率，降低生产成本。这不仅有助于提升甘薯干制品的质量和市场竞争力，还能推动甘薯产业的健康发展，提高农民收入，促进农业经济的繁荣。

（二）国内外研究现状

目前，国内外针对熟化甘薯的干燥研究已取得了一定进展，研究主要集中在热风干燥、微波干燥及联合干燥技术。

热风干燥是最为常用的干燥方式之一。有研究利用热风干燥试验台对熟化甘薯进行干燥实验，探讨了不同干燥温度、风速和铺料密度对干燥过程和感官质量的影响。结果表明，干燥温度对干燥特性影响最为显著，温度越高，干燥曲线越陡，干燥速率越快，但过高的温度也会导致产品品质下降。同时，铺料密度增大时，干燥时间延长，对干燥速率的影响在降速段逐渐显著；风速对干燥速率的影响则相对较小。在此基础上，通过对实验数据的拟合，得到了相应的热风干燥数学模型，为实际生产提供了理论依据。

微波干燥以其加热速度快、效率高、加热均匀等特点，在熟化甘薯干燥研究中也备受关注。相关实验研究了不同微波功率、装载量与切片厚度对熟化甘薯片微波干燥特性及能耗的影响，发现微波功率越大、装载量越小，熟化甘薯片的干燥速率越快，干燥时间越短。采用多种常见的薄层干燥模型对微波干燥过程进行拟合，确定了Page模型是最适合描述熟化甘薯片微波干燥过程中水分变化规律的模型。此外，研究还指出在一定的微波功率、装载量和切片厚度范围内，熟化甘薯片的微波干燥能耗处于特定区间。

联合干燥技术结合了多种干燥方式的优势，成为提高干燥效率和产品品质的新途径。如微波-热风联合干燥，通过控制微波发射功率、缓苏时间、转换水分含量和热风温度等参数，实现了对熟化甘薯干燥过程的优化。研究得到了相应的联合干燥数学模型，涵盖了干燥过程中的热量传递、水分迁移等关键参数，为联合干燥工艺的精准控制提供了理论支持。

尽管现有研究已取得了一定成果，但在品质保持与能耗优化方面仍需深入研究。在品质保持方面，如何在干燥过程中更好地保留熟化甘薯的营养成分、色泽、口感和风味，仍是亟待解决的问题。在能耗优化方面，随着能源成本的不断上升，开发更加节能高效的干燥技术和工艺，降低干燥过程中的能耗，对于提高企业的经济效益和可持续发展能力具有重要意义。

二、材料与方法

（一）实验材料与预处理

样品制备：选取新鲜、无病虫害且大小均匀的甘薯作为实验材料。将其用流动的清水冲洗干净，去除表面的泥土和杂质。随后，使用去皮工具小心地削去甘薯的外皮，确保去皮厚度均匀。接着，利用刀具将去皮后的甘薯切成0.5cm×0.5cm×0.5cm的小方块。这些薯块切好后，迅速放入装有热水的容器中，进行4-5分钟的漂烫处理，以使甘薯熟化。漂烫完成后，立即捞出薯块，放入烤箱中进行预干燥，直至其初始水分含量达到25%左右。这样处理后的薯块，既能保证熟化程度一致，又为后续的干燥实验提供了合适的初始状态。

规格控制：为了确保实验结果的准确性和可重复性，对薯块的大小进行了严格统一，均加工成8mm×8mm×8mm的规格。在熟化过程中，精确控制料水比为3:5，使每一块甘薯都能在相同的条件下充分熟化，避免因熟化不均匀而对后续干燥特性产生影响。这种严格的规格控制和熟化条件设定，为实验的顺利进行和数据的可靠性奠定了坚实基础。

（二）实验装置与干燥方法

设备参数：本实验使用的可控温干燥室，其温度调节范围为30-90℃，可根据实验需求精确设定温度，为干燥实验提供了稳定的环境温度条件。热风干燥试验台的风速可在0.3-0.7m/s之间调节，通过调整风速，可以研究不同风速对熟化甘薯干燥特性的影响。微波干燥设备的功率范围为0.82-1.23W/g，能够实现对甘薯的快速加热干燥，且可根据实验要求灵活调整功率大小。

干燥方法

单因素试验：在单因素试验中，分别设定了多个变量进行研究。温度设定为50-80℃，不同的温度条件能够直观地展现温度对干燥过程的影响，温度升高，水分蒸发速度加快，干燥时间缩短，但过高的温度可能导致甘薯品质