何江涛，杨炳南*，杨延辰，宋健宇，尹学清，梁晓军，卢黎明，李永辉（中国农业机械化科学研究院，北京100083）

摘　要：预干燥工序是速冻薯条生产线中的重要一环。本试验研究了不同的预干燥条件（不同的干燥温度、干燥风速、干燥时间及单位面积铺料量）对薯条成品品质的影响，进而得出了最佳的预干燥工艺参数。试验结果表明，干燥温度为75℃、干燥风速为1.6 m/s、单位面积铺料量为15 kg/m2、干燥时间为60 min，在此预干燥工艺条件下生产出来的速冻薯条，其成品的综合品质最好。

关键词：速冻薯条；干燥温度；干燥风速；单位面积铺料量；成品品质

quality

在速冻薯条的工业化生产过程中，预干燥工序是整条生产线中的一个重要环节。脱水干燥的主要目的是去除薯条中的一部分水分，从而缩短预油炸时间，降低薯条在油炸过程中的吸油量［1］；同时还可以让淀粉部分糊化，增加后期产品的酥脆度；还可以使干燥后的产品水分均匀分布，内外湿度一致［2］。薯条的预干燥环节处理不好会直接影响整条生产线的生产，同时还会对速冻薯条的成品品质产生严重影响。因此，对预干燥工艺的研究有着极其重要的意义。赵凤敏、尹尔方等研究了烘干温度和烘干时间对薯条产品质量的影响，他们认为烘干这一环节是速冻薯条加工工艺流程中关键之关键，它直接影响到薯条产品的最终品质。烘干程度严重，薯条水分散失过多，再经油炸后薯条表面易形成硬壳，影响口感，若烘干程度不够，给下一步的油炸工艺造成不必要的负担，选择最佳烘干温度和时间，控制好薯条的降水量成为生产良好品质薯条的关键［3］；Agblor等描述了薯条加工的预干燥工艺：采用70℃预干燥后，升温至120℃干燥11 min［4］；吴洪成、胡卓炎等研究了不同干燥温度、干燥时间对薯条的颜色、含水率和含油率的影响。试验结果显示干燥温度在108℃～110℃；干燥时间在11 min～12 min；预油炸时间38 s时，薯条的各响应变量同时达到商品薯条的指标值［5］。王金刚、杜宁娟认为工业生产中，干燥热源为蒸汽，压力0.8 MPa/m2，用大流量风送。一般采用1.5 m～2 m宽的皮带式干燥机，干燥机内分区，空气流动方向不同，机内要极易清洁，抑制细菌生长。干燥机的干燥腔温度60℃，并保持内外水分平衡，干燥时间15 min～20 min，料层厚100 mm［2］。江敏、谭兴和等研究认为油炸速冻马铃薯条最佳的干燥温度为85℃，时间为40 min［6］。虽然薯条的预干燥效果与干燥的温度、干燥时间有着密切的关系，但干燥的风速以及单位面积铺料量同样对预干燥的效果有着重要的影响。本试验结合速冻薯条工厂化生产过程的实际情况，针对性的选择了干燥温度、干燥时间、干燥风速和单位面积铺料量（均匀铺料）4个主要影响因素，并选择油炸速冻薯条的成品品质（包括：外观、回软时间和口感）作为试验综合指标，通过正交优化组合试验，得到最优的干燥温度、干燥时间、干燥风速以及单位面积铺料量的工艺参数组合，从而为速冻薯条的工业化生产提供技术参考。

1.1　原材料

夏波蒂（含水率：80.3%）：市售。

1.2　设备

ZNG20智能控温热风干燥试验台：自制，见图1，其性能参数见表1；JH-S8数显恒温水浴锅：上海佳航仪器仪表有限公司；ZW-903手动薯条机：北京志伟兴业机械有限公司；YC-X600-7毛刷式摩擦去皮机：燕诚神州食品机械（北京）有限公司；101-2A电热鼓风干燥箱：天津市泰斯特仪器有限公司；BSA3202S标准型电子天平：赛多利斯（上海）贸易有限公司；玻璃干燥器：上海达丰玻璃仪器厂；美菱DW-FL90超低温冷冻储藏箱：合肥美菱股份有限公司；汇利HY-82R电炸锅：广州汇利厨具有限公司；BCD-290WDPK海尔冰箱：青岛海尔股份有限公司。

图1　智能控制热风干燥试验台原理图Fig.1　Intelligent control principle diagram of the hot air drying equipment

1.PLC集成控制系统；2.变频调速离心风机；3.空气过滤器；4.温度传感器；5.热交换系统；6.电子流量计；7.干燥室；8.观察窗；9.可调式风门；10.带托盘的在线称重系统

表1 干燥试验台性能参数表Table 1　The performance of the drying equipment

功率/kW　热风风速/（m/s）　热风温度/℃1.5　风速区间　精度　温度区间　精度0～3.0　±0.2　20～100　±1

1.3　方法

1.3.1　工艺流程

参照现有速冻薯条生产线的工艺流程，确定本试验的工艺流程如图2所示。

图2　速冻薯条加工工艺流程图Fig.2　Frozen Fench fries production process

1.3.2　操作要点

1）原料：选用鲜马铃薯，并剔除腐烂、变质以及有病虫害的马铃薯。

2）清洗去皮：将马铃薯表面的泥沙清洗干净，去除表皮。

3）切条：将马铃薯切成规格均匀的薯条，本试验中马铃薯条规格为10 mm×10 mm，且选用薯条的长度为40 mm～75 mm。

4）漂洗：切条后的马铃薯立即浸入水中，洗去表面游离的淀粉。

5）漂烫：将漂洗后的马铃薯条放入85℃的热水中漂烫5 min。

6）调理：将漂烫后的马铃薯条放入50℃的温水中保持30 min。

7）预干燥：将调理后的薯条捞起，静置2 min沥水，再用吸水纸吸去薯条表面游离的水分，之后均匀地放入智能控制热风干燥试验台进行试验。

8）初油炸：将经过预干燥的薯条放入电热油炸锅中连续油炸90 s，油温165℃。

9）速冻：初油炸后的薯条经手动振动脱油1 min后，放入冷冻储藏箱中-24℃速冻1 h。

10）冻藏：将速冻后的薯条放入-18℃的冷柜中储存。

11）复油炸：将冷藏的薯条放入电热油炸锅中连续油炸150 s，油温190℃。

速冻薯条的预干燥以热空气为干燥介质，通过强制对流循环的方式与薯条进行湿热交换，薯条表面上的水分通过表面的气膜向气流主体扩散；与此同时由于表面汽化的结果，使薯条内部和表面之间产生水分梯度差，内部的水分因此以汽态或液态的形式向表面扩散，从而达到连续干燥的目的。

2.1　干燥温度对薯条水分含量变化的影响

干燥温度对薯条水分含量的变化的影响见图3。

图3　不同的干燥温度对薯条水分含量变化的影响Fig.3　Effect of different drying temperature on the moisture content in the chips

从图3中可以看出：

1）薯条水分含量的下降速率与干燥温度成正相关，干燥温度越高，薯条水分下降的速率就越大，相同的干燥时间，薯条水分损失的就越多。这与薯条表面水分的蒸发速度有关，温度越高，则薯条表面水分的蒸发速度就越快，相同的干燥时间内，水分损失的也就越多，水分下降速率也就越大。

2）相同的干燥温度下，薯条水分含量的下降速率随着干燥时间的增长而逐渐降低，这是因为：①薯条表面水分的蒸发速度与其水分活度有密切关系，干燥前期，薯条的水分活度相对较高，其表面水分的蒸发速度也就相对较快，但随着薯条水分含量的下降，其水分活度也在逐渐降低，故其表面水分蒸发速度也就相应下降。②薯条的干燥过程其实是一个水分迁移的过程，它共包含两个迁移过程，即薯条内部的水分迁移（水分由薯条内部迁移至薯条表面）和薯条表面的水分迁移（薯条表面的水分迁移到大气中）。干燥前期，薯条水分的下降速度主要是其表面的水分迁移速度决定的；干燥中期和后期，薯条水分的下降则明显表现为两个迁移过程共同作用的结果，且干燥时间越长，薯条水分的下降速度受薯条内部水分迁移速度的影响也越显著。而薯条表面的水分迁移速度要明显高于薯条内部的水分迁移速度。因此，薯条水分下降的速率随着干燥时间的增长而逐渐降低。③随着薯条水分含量的降低，其表面性状也会发生一定的变化，如表层硬化等，均会降低其水分蒸发的速度，从而导致后期水分含量下降速率降低。

同时在试验中还发现，当干燥温度超过80℃时，干燥时间超过20 min后，薯条表面淀粉易糊化，形成硬壳，严重影响后期成品薯条的产品品质，且干燥效果的均匀性明显下降。干燥温度过低，虽然薯条表面不易形成硬壳，但干燥时间过长，工业化生产过程中，会导致干燥设备体积庞大，增加设备的制造成本。结合试验结果选择70、75、80℃3个试验水平值。

2.2　干燥风速对薯条水分含量变化的影响

干燥风速对薯条水分含量变化的影响见图4。

图4　不同的干燥风速对薯条水分含量变化的影响Fig.4　Effect of different drying wind speed on the moisture contentin the chips

从图4中可以看出：不同的干燥风速对薯条水分含量的变化有着不同的影响，随着干燥风速的增大，薯条水分含量的下降速率也在逐渐变大。这是因为风速越大，薯条表面水分的蒸发速度就越快，相同的干燥时间内水分损失的就越多。

同时在试验中还发现，当热风风速超过2.0m/s时，也同样会导致薯条表面过快形成硬壳，干燥效果的均匀性变差。干燥的不均匀性主要表现为：薯条受风表面的水分损失过快，背风表面则水分损失缓慢；单根薯条的水分分布不均匀，且放置一定时间平衡水分后，结硬壳表面的水分含量无明显改善。但干燥热风风速过低，也同样存在着干燥时间过长的问题。因此选择干燥风速1.2、1.6、2.0 m/s 3个水平值。

2.3　单位面积铺料量（均匀铺料）对薯条水分含量变化的影响

单位面积铺料量对薯条水分含量变化的影响见图5。

图5　不同的单位面积铺料量对薯条水分含量变化的影响Fig.5　Effect of different material density on the moisture content in the chips

从图5中可以看出：薯条干燥时，单位面积铺料量的不同，其失水速率也不同。在相同的干燥时间内，单位面积铺料量越大，薯条失水速率就越低，失水量就越少。这是因为在相同的干燥条件下，单位面积铺料量越大，同等时间内需要被干燥的薯条量就越多，料层就越厚。由于料层厚度的增加，一方面会导致水分蒸发的速度变慢；另一方面由于料层厚度增加，薯条与薯条表面的不规则重叠面积就越大，直接造成薯条的总蒸发表面积下降，故其失水速率也会下降。

在试验中还发现，薯条单位面积铺料量越低，干燥过程中薯条的棱边、尖端越容易过干燥变硬，形成硬壳，使干燥效果变差；而单位面积铺料量过大，则干燥时间长，干燥效果的均匀性差，同时还会导致后续薯条的水分平衡时间增加。从图5中可以看出，当单位面积铺料量达到25 kg/m2时，物料的干燥时间明显延长。因此选择单位面积铺料量10、15、20 kg/m23个水平值。

速冻薯条预干燥效果的好坏，直接关系到后期薯条油炸后成品的品质。为此，我们采用薯条油炸后成品的品质作为评判预干燥效果优劣的检验指标。薯条成品的品质由外观、回软时间和口感（出锅1 min时）3个分指标组成，这3个分指标按照不同的标准共分为5个等级，分值从1～5逐渐增加，详见表2。

薯条成品的品质由3个分指标得分值的总和来评定，总分值越高，品质就越好。试验选取8位有经验的分析人员对不同预干燥条件下得到的油炸薯条成品进行外观、回软时间和口感3方面的评价打分，并将这3方面的分值相加，所得结果作为该条件下油炸薯条成品品质的感官评价，之后对这8组分值求和后再取平均值，所得平均值即认为是该预干燥条件下油炸薯条成品品质的分值。

表2　薯条成品品质分值表Table 2　Fries quality assessment table

指标　分值1分　2分　3分　4分　5分外观　硬壳、局部炸糊、表面起泡3种情况均有硬壳、局部炸糊、表面起泡3种情况出现2种硬壳、局部炸糊、表面起泡3种情况出现1种无明显硬壳、无明显炸糊点、表面起泡不明显无硬壳、无炸糊点、表面不起泡回软时间t/min t≤3　3＜t≤4　4＜t≤5　5＜t≤6　t＞6口感　外皮不焦脆、内部无沙粒感外皮略感焦脆，内部无沙粒感外皮焦脆，内部没有沙粒感外皮焦脆，内部略有沙粒感外皮焦脆，内部有明显沙粒感

3.1　正交试验与因素水平设计

在预干燥过程中，干燥时间的长短也是影响速冻薯条预干燥效果的一个重要因素。因此结合上述单因素试验，最终确定预干燥试验各因素及水平如表3所示，试验采用正交试验设计L9（34），具体试验安排如表4所示。

表3 预干燥试验因素水平表Table 3　Factor and levels of pre-drying test

水平因素A干燥温度/℃B干燥风速/（m/s）C单位面积铺料量/（kg/m2）D干燥时间/min 1　70　1.2　10　40 2　75　1.6　15　50 3　80　2.0　20　60

3.2　油炸薯条成品品质的正交试验与分析

油炸薯条成品品质正交试验结果分析见表4。

表4 正交试验结果分析Table 4　Orthogonal experiment results analysis

试验号因素　薯条成品品质/分123456789 111222333 123123123 123231312 123312231 9 12 11 14 11 12 9 12 10 K1K2K3 k1k2k3R优水平32 37 31 10.667 12.333 10.333 2.000 A2 32 35 33 10.667 11.667 11.000 1.000 B2 33 36 31 11.000 12.000 10.333 1.667 C2 30 33 37 10.000 11.000 12.333 2.333 D3主次因素最优组合D，A，C，B A2B2C2D3 A干燥温度B干燥风速C单位面积铺料量D干燥时间

由表4可知，通过均值分析认为最佳预干燥工艺条件为A2B2C2D3，即干燥温度为75℃，干燥风速为1.6m/s，单位面积铺料量为15 kg/m2，干燥时间为60 min，在该预干燥工艺条件下生产出来的速冻薯条，其成品的品质最好。

通过对极差R分析认为，以上因素对油炸速冻薯条成品品质的影响各不相同，其影响程度大小的顺序为：干燥时间＞干燥温度＞单位面积铺料量＞干燥风速，四因素中干燥风速对于薯条成品品质的影响相对最小。

3.3　验证试验

为了验证上述最佳工艺参数A2B2C2D3，在确定的最优条件下，进行3次独立的实际生产试验并取样检测，实测试验结果见表5。

表5　验证试验结果Table 5　Results of verification experiment

检测样本　1　2　3　均值薯条成品品质/分　15　14　14　14.3

由表5可知，按照最佳预干燥工艺参数生产出的油炸薯条，其成品的综合品质分值为14.3分，均高于正交试验表中的品质分值。由此可以确定，通过正交优化试验所得到的最优预干燥工艺参数组合能够显著地提升油炸薯条的成品品质。

1）单因素试验表明：干燥温度、干燥风速和单位面积铺料量均对薯条的预干燥效果有明显的影响，干燥温度和干燥风速与薯条水分含量的下降速率成正比例，单位面积铺料量与薯条水分含量的下降速率成反比例，即干燥温度越高、干燥风速越大、单位面积铺料量越小，薯条水分含量的下降速率就越大，预干燥效果的均匀性就差。

2）正交试验结果表明：最佳预干燥工艺条件为A2B2C2D3，即干燥温度为75℃，干燥风速为1.6 m/s，单位面积铺料量为15 kg/m2，干燥时间为60 min，在此预干燥工艺条件下生产出来的速冻薯条，其成品品质最好。此参数组合下的验证试验也与以上结论一致。

3）极差分析结果表明，4个因素对油炸速冻薯条成品品质影响程度大小的顺序为：干燥时间＞干燥温度＞单位面积铺料量＞干燥风速，4个因素中干燥风速对于薯条成品品质的影响相对最小。

参考文献：

［1］李凤云.马铃薯薯片制品的种类及加工工艺简介 ［J］.中国马铃薯，2002，16（5）：311-314

［2］王金刚，杜宁娟.冷冻马铃薯条生产过程中的质量控制［J］.粮油食品科技，2008，16（5）：55-56

［3］赵凤敏，尹尔方，景全荣，等.速冻马铃薯薯条综合加工的研究［C］//中国西部农产品加工及产业化发展战略研讨会论文集，成都：中国机械工程学会包装与食品工程分会，2001：310-314

［4］Agblor A，Scanlon M G.Processing conditions influencing the physical properties of French fried potatoes［J］.Potato Research，2000，43 （2）：163-177

［5］吴洪成，胡卓炎，余凯，等.速冻薯条制备工艺优化［J］.农业工程学报，2007，23（5）：214-219

［6］江敏，谭兴和，熊兴耀，等.油炸速冻马铃薯条主要工艺参数的研究［J］.食品科技，2007，32（5）：164-168

Research on the Pre-drying Technology during Frozen French Fries Processing

HE Jiang-tao，YANG Bing-nan*，YANG Yan-chen，SONG Jian-yu，YIN Xue-qing，LIANG Xiao-jun，LU Li-ming，LI Yong-hui

（China Academy of Agricultural Mechanization Science，Beijing 100083，China）Abstract：Pre-drying process was an important part in frozen French fries production line.The operation conditions different drying temperature，wind speed，drying time and material quantity per unit area were investigated by single and orthogonal array design methods based on quality of French fries，and their optimum levels were Found to be 75℃，1.6 m/s，60 min，15 kg/m2，respectively.Under the optimized conditions to produce frozen French fries，its product quality was best.

Key words：frozen French fries；drying temperature；wind velocity；material quantity per unit area；product

收稿日期：2015-09-06

基金项目：国家马铃薯产业技术体系项目（CARS-10-P23）

作者简介：何江涛（1981—），男（汉），工程师，硕士，研究方向：薯类深加工设备研发及成套工程设计。

*通信作者：杨炳南（1962—），男，研究员，研究方向：农产品加工。