Control System and Quality Optimization of Pulsed Continuous Microwave Drying of Raspberry Pulp
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摘要: 为改善微波加热均匀性，提高连续式微波干燥树莓果浆干后品质，在自行研制脉冲式微波输出可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制系统上，采用中心组合试验设计方法，分析微波占空比、脉冲周期、风速和干燥时间四个实验因素对树莓果浆的平均温度、温度离散值、含水率、水分含量离散值、花青素保留率和花青素保留率离散值指标的影响规律，获得脉冲式微波干燥树莓果浆的最佳工艺。对比脉冲式微波干燥与常用的反馈控温微波干燥、间歇微波干燥和连续式微波干燥工艺的果浆干后品质及均匀性指标，进而研制连续式微波干燥树莓果浆品质优化控制系统。结果表明，脉冲式微波干燥通过PLC控制系统，使磁控管以脉冲形式输出矩形波形式功率，间歇性地开启磁控管比连续微波加热更有效，并且采用脉冲式微波干燥树莓果浆具有更优产品品质和加热效率，对比反馈控温系统成本更低可靠性更好。脉冲式微波干燥树莓果浆的最佳工艺为：微波占空比0.6、脉冲周期17 s、风速1.9 m/s、干燥时间12.5 min。相比于连续式微波干燥，脉冲式微波干燥果浆品质最优，脉冲式干后果浆花青素保留率提高35.31%±0.55%，反馈控温下提高33.59%±0.23%，间歇微波下提高16.42%±0.18%。脉冲式微波干燥通过控制功率降低果浆干后温度，改善干后品质均匀性，为树莓干制品工业化生产提供依据。Abstract: To improve the uniformity of microwave heating and enhance the quality of continuous microwave drying for raspberry pulp, a self-developed programmable logic controller (PLC) control system with pulsed microwave output was implemented. The central composite experimental design method was employed to analyze the effects of four experimental factors, namely microwave duty cycle, pulse period, air velocity and drying time on the average temperature, temperature dispersion value, moisture content, moisture content dispersion value, anthocyanin retention rate, and anthocyanin retention rate dispersion value of raspberry pulp. The optimal process for pulsed microwave drying of raspberry pulp was obtained. Compared with dried pulp quality and uniformity indexes from pulsed microwave drying, commonly used feedback temperature control microwave drying, intermittent microwave drying, and continuous microwave drying processes to develop a continuous microwave drying quality optimization control system for raspberry pulp. The results showed that the magnetron from pulsed microwave drying in the form of pulse output rectangular wave form power through the PLC control system. Turning on the magnetron intermittently was more effective than continuous microwave heating. Pulsed microwave drying of raspberry pulp has better product quality and heating efficiency, lower cost and better reliability than feedback temperature control systems. The optimal process parameters for pulsed microwave drying were microwave duty cycle of 0.6, pulse period of 17 seconds, air velocity of 1.9 m/s, and drying time of 12.5 minutes. Compared with continuous microwave drying, pulsed microwave drying resulted in the highest quality of dried pulp as a 35.31%±0.55% increase in anthocyanin retention, a 33.59%±0.23% increase under feedback temperature control, a 16.42%±0.18% increase under intermittent microwave drying. Pulsed microwave drying can control the power to reduce the dried fruit pulp temperature, improve the uniformity of post-drying quality and provide a basis for the industrial production of dried raspberry products.
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Keywords:
- pulse /
- microwave drying /
- raspberry pulp /
- programmable logic controller /
- anthocyanin
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红树莓（Rubus idaeus L.）富含多种维生素、氨基酸、花青素等活性营养成分，具有提高免疫力、抗癌等保健价值[1−2]。新鲜树莓因其含水率高达90%而不易贮藏。干燥是延长新鲜浆果贮藏期和提高农产品附加值的有效方式[3]。微波干燥具有加热速率快、可控性强等优点[4]，但在干燥过程中物料内部温度分布差异迅速加剧，导致的加热不均匀性和热失控现象，是引起干燥品质劣变的重要因素[5−6]。加热过程中高温使树莓果浆营养成分大量损失，如天然花青素热降解，严重降低干后品质[7]。提高微波加热均匀性可减少活性成分高温降解，并改善产品品质稳定性，促进微波干燥、膨化、浓缩等技术的发展[8−9]。
在微波加热过程中，电磁波经微波腔内壁反射形成驻波，与入射波产生电场叠加，形成多模式电场分布，这些模式与物料热特性、介电特性等指标耦合是微波加热不均匀性产生的本质原因[6,10]。目前，通过提高电磁场分布均匀性改善微波干燥均匀性主要有两种实现方式：微波设备结构优化设计和改变微波腔内电磁场模式。微波设备结构优化设计包括谐振腔设计、安装转盘、增加馈口数量及改变馈口位置[11]。Jeni等[12]通过设计不对称分布馈口，提高加热均匀性；改变微波腔内电磁场模式主要方式是改变功率[13]、控制功率输入[14]、调控加热时间[15]和改变反馈系统[16]。Zielinska等[17]研究发现通过微波输出功率开关交替的磁控管控制模式加热越橘，提升加热均匀性、提高产品复水性。Li等[18]研制的自动连续调节微波功率系统，建立微波功率与干燥速率的关系，提出三步功率控制法，在保证产品质量前提下，降低能耗和干燥时间。Gunasekaran等[19]对2%琼脂凝胶瓶的温度分布进行研究，证明应用脉冲产生的温度分布相对于连续微波更为均匀。Tulasidas等[20]使用脉冲微波能量在不同功率水平下干燥无籽葡萄，得出在多种脉冲微波占空比下干葡萄品质均有改善。
在浆果微波干燥方面，营养物质保留及干燥均匀性仍是影响产品品质及加工效率的主要问题，关于使用脉冲式微波干燥改善树莓果浆干燥均匀性和提升干后品质的研究鲜见报道，为解决连续式微波干燥树莓果浆过程中高温导致活性物质降解、干燥均匀性差等问题，本研究以树莓为研究对象，采用中心组合试验设计对脉冲式微波干燥树莓果浆工艺条件进行优化，研究微波占空比、脉冲周期、风速和干燥时间对干后树莓果浆平均温度、温度离散值、含水率、水分含量离散值、花青素保留率和花青素保留率离散值的影响规律。通过对比脉冲式微波干燥、反馈控温微波干燥、间歇式微波干燥、连续式微波干燥树莓果浆的干后品质及均匀性指标，探索连续式微波干燥树莓品质优化控制系统。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
新鲜树莓 购于哈尔滨高泰食品有限责任公司，初始湿基含水率为87.92%±0.07%，选出颗粒饱满、大小且成熟度一致的树莓，清洗后装袋并置于−15 ℃冰柜中贮藏备用；浓盐酸 分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；冰乙酸 分析纯，天津市津东天正精细化学试剂厂；无水乙醇 分析纯，天津市富宇精细化工有限公司；氯化钾 分析纯，天津市致远化学试剂有限公司；无水乙酸钠 分析纯，国药集团化学试剂有限公司。
WXD21S型连续式微波干燥机 南京三乐微波技术有限公司；JYL-Y5型高速破壁料理机 九阳股份有限公司；DK-98-ⅡA型数显恒温水浴锅 天津市泰斯特仪器有限公司；LG10-2.4A型离心机 北京京立离心机有限公司；I9型双光束紫外可见分光光度计 济南海能仪器股份有限公司；AB204-S型电子分析天平（精度0.0001 g） 梅特勒托利多仪器有限公司；FLIR E95型红外热像仪 美国FLIR公司；DHG-9053A型电热鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 脉冲式微波干燥控制系统
1.2.1.1 系统构成及工作原理
脉冲式微波干燥控制系统由连续式微波干燥机[21]和控制系统组成，整机如图1所示。控制系统主要由可编程控制器（西门子S7-200 PLC CPU224），搭配2个数字量扩展模块（西门子EM222CN）、2个模拟量扩展模块（西门子EM235）、触摸屏（昆仑通态TPC7062Ti）、2个中间继电器（中盛HK-DO-R-16A-1NOC）、2个交流变频器（Anxinee XdidlnN2）、5个红外温度传感器（CI3A）组成。
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图 1 连续式微波干燥机整体结构图注：1. 传送带；2. 微波抑制器；3. 1#微波干燥腔；4. 2#微波干燥腔；5. 3#微波干燥腔；6. 4#微波干燥腔；7. 5#微波干燥腔；8. 出料口；9. 控制面板；10. 排湿管道。Figure 1. Overall structure diagram of continuous microwave dryer如图2所示，控制系统分为五个模块：主控模块。完成信号采集、逻辑运算、数据处理和系统监控等任务；A/D转换模块。实现干燥过程中温度模拟量信号输入以及信号的A/D转换；数字量输出控制模块。通过PLC输出端口输出数字量对中间继电器施加控制信号，实现开启关闭传送带、排湿风机、磁控管、散热风机和照明灯泡等功能；模拟量输出控制模块。通过PLC的模拟量扩展模块输出0~10 V的电压信号，交流变频器根据电压信号改变输出电压频率调整传送带电机和风机电机的转数，从而改变风速和带速；上位机模块（触摸屏）。用于设置干燥时间、风速、微波功率、设定温度等参数，可显示温度和设备运行状态等实时信息并导出历史数据便于后期数据分析。
1.2.1.2 控制系统程序设计
自主设计的脉冲微波输出模式，应用PLC系统以脉冲形式输出开关量作用到微波干燥机的磁控管，使其有规律地进行开启和关闭。在一个脉冲周期内，磁控管固定地开启设定时间，再保持关闭状态，直到下一个脉冲周期。一个脉冲周期内，磁控管的开启时间与脉冲周期之比为占空比。通过PLC梯形图程序输出不同占空比矩形波信号，改变输出微波时间占用周期的比例，从而改变平均功率，使每个磁控管由1 kW固定微波输出功率调整为可实现0~1 kW的任意脉冲微波功率调节。开启脉冲微波模式前，在触摸屏界面上设定各干燥腔微波功率和脉冲微波周期，内置程序会自动计算脉冲的占空比并显示于触摸屏上，如图3所示。不同微波干燥腔可以设定不同的微波功率和周期，为微波干燥过程中更加精准的实际能量需求提供技术支撑。
1.2.2 工艺流程
冷冻树莓置于室温（25±0.2 ℃）避光解冻6 h，使用破壁机（离心力1.25×105×g）搅打成均匀细腻的果浆。使用电子天平准确称取100 g树莓果浆均匀铺放于玻璃盘（280 mm×280 mm×18 mm）中，由送料口经传送带输送至连续式微波干燥机中，通过触摸屏输入各个微波干燥腔干燥参数（占空比、脉冲周期、风速和传送带速），开启散热模式后进行干燥。待干燥结束后，将样品从出料口取出，使用红外温度热像仪获取干后样品平均温度，在垂直于传送带运动方向对干后树莓果浆进行三次取样，将样品保存装袋用于指标测定，试验流程如图4所示。
1.2.3 脉冲微波干燥的单因素实验
1.2.3.1 微波占空比对干后树莓果浆花青素保留率的影响
取100 g树莓果浆均匀铺放于玻璃盘中，通过触摸屏设置脉冲周期为20 s，风速为1 m/s，分别设置微波占空比为0.2、0.4、0.6、0.8、1，微波干燥至目标含水率15%（w.b.）时结束，取样测定花青素保留率，并以花青素保留率为指标，判定最佳微波占空比。
1.2.3.2 周期对干后树莓果浆花青素保留率的影响
取100 g树莓果浆均匀铺放于玻璃盘中，通过触摸屏设置脉冲占空比为0.8，风速为1 m/s，分别设置微波周期为10、20、30、40、50 s，微波干燥至目标含水率15%（w.b.）时结束，取样测定花青素保留率，并以花青素保留率为指标，判定最佳微波周期。
1.2.4 脉冲微波干燥的中心组合试验
根据单因素实验结果确定微波占空比和周期的最佳取值范围，结合团队前期研究[22−24]确定风速范围为0~2 m/s时，可以加速干燥进程带走多余热量，而过大的风速会扰动料层。微波干燥时间以本文单因素实验中干燥到目标含水率时树莓果浆花青素保留率最高的试验点所需时间为准。运用Central Composite实验设计原理，选取微波占空比、脉冲周期、风速和干燥时间为实验因素，以平均温度、温度离散值、含水率、水分含量离散值、花青素保留率和花青素保留率离散值为评价指标设计四因素五水平中心组合试验。实验因素水平编码表如表1所示。
表 1 因素水平编码表Table 1. Code table of factors and levels编码 因素 X1微波占空比 X2周期（s） X3风速（m/s） X4干燥时间（min） −2 0.6 10 0 5 −1 0.7 15 0.5 7 0 0.8 20 1 9 1 0.9 25 1.5 11 2 1 30 2 13 1.2.5 脉冲微波、反馈控温、间歇微波和连续干燥对比实验参数设计
为探究连续式微波干燥树莓品质最优控制系统，对比脉冲式微波干燥、反馈控温微波干燥、间歇式微波干燥和连续式微波干燥下果浆干后品质及均匀性指标。其中，各微波干燥方式的工艺参数设定依据为：根据中心组合试验结果优化得到脉冲式微波干燥最优参数；根据中心组合试验结果优化得到所搭建反馈控温微波干燥最优参数[23]；ANN-GA模型下获得间歇微波干燥优化工艺[24]；根据中心组合试验结果优化得到连续微波干燥最优参数。干燥至目标含水率15%（w.b.）时停止干燥，取样后对果浆干后品质进行对比分析，工艺流程同第1.2.2节，实验重复三次。连续式微波干燥机具有19个磁控管，最大功率为19 kW，各种功率输出形式随时间变化如图5所示，干燥工艺参数见表2。如图5a所示，脉冲式微波干燥即磁控管以一个干燥周期为循环有规律地开启关闭，功率图为矩形波信号，微波周期内磁控管开启时间为微波周期与微波占空比的乘积，微波作用规律为磁控管首先开启10 s，停止7 s，以17 s为一个周期，随后进入下一个干燥循环。反馈控温微波干燥以温度传感器实时传送温度数据，PLC进行逻辑判断后，在高于设定温度时关闭磁控管，在低于设定温度时开启磁控管，使温度趋于设定值达到控温效果。图5b灰色线条为控温状态下基于磁控管历史开关记录绘制的功率曲线，为更好地观察功率变化，对灰色曲线使用平均平滑算法，得到原数据邻域共90个点位数据平均值绘制成黑色曲线。间歇式微波干燥即在两次微波干燥过程中将树莓果浆放入保温箱中进行一次间歇，间歇时间为间歇时间比与单次干燥时间的乘积，树莓果浆首先干燥3.25 min，然后间歇14.4 min，再干燥3.25 min后结束，如图5c所示。连续式微波干燥是微波以连续形式输出，不加以控制手段干预直至干燥结束，如图5d所示。表2中参数均通过实验优化验证得出，同时本研究实验验证其参数可靠，相同实验条件下干燥至目标含水率15%（w.b.），结果基本一致，四种优化得到的微波干燥方式具备比较可行性。
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图 5 不同微波干燥方式功率输出形式注：a~d分别为脉冲式微波干燥、反馈控温式微波干燥、间歇式微波干燥、连续式微波干燥。Figure 5. Power output forms of different microwave drying methods表 2 不同方式微波干燥实验参数Table 2. Experimental parameters of microwave drying in different ways干燥方式 风速（m/s） 干燥时间（min） 其它干燥工艺参数 脉冲微波 1.90 12.50 微波输入功率为19 kW
微波占空比为0.6
周期为17 s反馈控温 2.00 12.50 微波输入功率为19 kW
1#干燥腔温度70 ℃
2#、3#干燥腔温度68 ℃
4#、5#干燥腔温度71 ℃间歇微波 1.51 单次干燥时间3.25 微波输入功率为19 kW
间歇时间比4.44连续微波 1.59 6.30 微波输入功率为19 kW 1.2.6 指标测定
1.2.6.1 平均温度和温度离散值
各取样点温度数据通过红外热像仪测定获取，对其进行平均处理得到树莓果浆平均温度。离散值用以比较各取样点处数据离散程度，通过对数据进行无量纲的归一化处理，避免不同样本的均值差别引起的误差，各项指标（温度、含水率、花青素）离散值越小，表明其分布的均匀程度越好[6]，温度离散值VT通过式（1）计算：
(1) 式中，T代表温度，℃；Tn为各取样点处的温度值，oC；为各取样点处的温度平均值，℃。
1.2.6.2 平均含水率和水分含量离散值
取样点含水率采用国标GB/T 5009.3-2016直接干燥法在电热鼓风干燥箱进行含水率的测定，干后树莓果浆的湿基含水率如式（2）计算：
(2) 式中，Mc为湿基含水率，%；m1为干燥前的样品的质量，g；m2为干燥后的样品的质量，g。
水分含量离散值VM计算同公式（1）。
1.2.6.3 平均花青素保留率和花青素保留率离散值
采用pH示差法[25]测定花青素含量，称取1.0 g树莓果果粉溶解于30 mL 60%乙醇溶液中，在30 ℃下浸提30 min，4000 r/min离心处理15 min，过滤得到花青素粗提液，将滤渣用体积分数60%乙醇溶液洗涤至无色后合并滤液。取上清液，分别与pH1.0和pH4.5的溶液按1:9比例混合，在30 ℃水浴锅中避光平衡30 min，采用紫外分光光度计测量525和700 nm处的吸光度，以去离子水为空白对照，花青素含量的计算如式（3）和式（4）。
(3) (4) 式中，A为吸光度，L·（g·cm）−1；A525 nm和A700 nm分别为花青素在525 nm和700 nm处的吸光度，L·（g·cm）−1；C为花青素含量，mg·g−1；V为提取液总体积，mL；DF为稀释因子；M为花青素-3-葡萄糖苷的摩尔质量，大小为449.2 g·mol−1；ε为花青素-3-葡萄糖苷的摩尔消光系数，为26900 L·（mol·cm）−1；I为比色皿的光程，为1 cm；m为样品质量，g；wt为样品湿基含水率，%。花青素保留率离散值VC计算同式（1）。
1.3 数据处理
每组实验重复3次，使用Origin 8.5绘制相关数据图表，使用Design Expert 8.0.6软件进行实验设计，使用SPSS Statistics软件进行实验数据方差分析（ANOVA）、Levene方差齐性检验和Duncan显著性检验，在95%置信水平下评估统计数据的显著性（P<0.05），实验数据结果表示为平均值±标准差。
2. 结果与分析
2.1 脉冲微波干燥的单因素实验结果分析
2.1.1 微波占空比对干后树莓果浆花青素保留率的影响
如图6所示，当微波占空比在0.2~1.0时，随着微波占空比的提高，干后树莓果浆花青素保留率呈现先增加后下降的趋势，各数值间存在显著性差异（P<0.05），当微波占空比为0.8时，干后树莓果浆花青素保留率达到最大值65.80%±1.25%，随后，花青素保留率下降。这是因为花青素的降解与干燥时微波能量输入和干燥时间有显著相关性（P<0.05），微波强度过高会造成花青素降解剧烈[26]。
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图 6 微波占空比对干后树莓果浆花青素保留率的影响注：不同小写字母表述数据差异显著，P<0.05；图7同。Figure 6. Effect of microwave duty cycle on anthocyanin retention in dried raspberry pulp2.1.2 周期对干后树莓果浆花青素保留率的影响
如图7所示，当微波周期在10~50 s时，随着微波周期的提高，干后树莓果浆花青素保留率呈现先增加后下降的趋势，各数值间存在显著性差异（P<0.05），当微波周期为20 s时，干后树莓果浆花青素保留率达到最大值65.80%±1.25%，随后，花青素保留率开始逐渐下降。这是因为随着周期的延长，树莓果浆内部积累的热能增大[27]，花青素在高温环境下迅速降解，保留较少。
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图 7 周期对干后树莓果浆花青素保留率的影响Figure 7. Effect of cycle time on anthocyanin retention in dried raspberry fruit pulp2.2 脉冲微波干燥树莓果浆的响应面结果分析
应用四因素五水平中心组合试验设计方法，以微波占空比、脉冲周期、风速和干燥时间为影响因素，以平均温度、温度离散值、平均含水率、水分含量离散值、花青素保留率和花青素保留率离散值为评价指标，结果如表3所示。
表 3 中心组合试验方案及结果Table 3. Centralized combined pilot program and results实验号 因素编码 评价指标 X1微波
占空比X2周期 X3风速 X4干燥
时间Y1平均
温度（℃）Y2温度
离散值Y3平均
含水率（%）Y4水分含量
离散值Y5平均花青素
保留率（%）Y6花青素保留率
离散值1 −1 −1 −1 −1 49.93 2.25 65.37 23.84 88.69 2.35 2 1 −1 −1 −1 65.93 1.11 18.67 3.82 63.57 1.68 3 −1 1 −1 −1 69.97 5.04 28.74 14.79 74.45 1.97 4 1 1 −1 −1 99.60 1.20 5.01 4.63 38.41 1.02 5 −1 −1 1 −1 50.83 6.78 66.28 10.57 93.85 2.49 6 1 −1 1 −1 87.10 1.17 18.06 13.67 58.03 1.54 7 −1 1 1 −1 71.53 8.83 29.13 20.38 80.28 2.13 8 1 1 1 −1 121.10 1.22 4.21 17.24 37.84 1.00 9 −1 −1 −1 1 78.17 1.92 20.29 1.68 74.37 1.97 10 1 −1 −1 1 110.27 4.78 4.64 19.61 15.41 0.41 11 −1 1 −1 1 95.57 1.38 7.93 1.46 45.38 1.20 12 1 1 −1 1 127.90 2.94 5.58 17.27 11.64 0.31 13 −1 −1 1 1 70.43 1.93 20.36 8.61 65.72 1.74 14 1 −1 1 1 113.33 1.56 9.55 35.42 26.44 0.70 15 −1 1 1 1 84.90 1.56 7.43 15.28 59.72 1.58 16 1 1 1 1 134.13 0.06 1.27 45.21 14.99 0.40 17 −2 0 0 0 53.37 3.30 46.37 25.12 86.32 2.29 18 2 0 0 0 140.90 0.18 0.25 48.89 16.03 0.42 19 0 −2 0 0 50.50 3.45 37.12 5.22 62.59 1.66 20 0 2 0 0 108.27 4.07 7.43 7.62 51.04 1.35 21 0 0 −2 0 81.83 0.74 6.36 1.46 45.06 1.19 22 0 0 2 0 97.07 1.14 7.91 21.38 67.43 1.79 23 0 0 0 −2 63.93 6.21 45.67 16.67 79.10 2.10 24 0 0 0 2 122.47 3.82 4.23 9.76 23.33 0.62 25 0 0 0 0 86.13 2.65 6.03 3.71 51.84 1.37 26 0 0 0 0 93.70 0.49 9.87 5.37 60.36 1.60 27 0 0 0 0 96.73 1.45 9.63 5.00 58.90 1.56 28 0 0 0 0 84.93 0.38 8.47 6.04 48.84 1.29 29 0 0 0 0 100.03 2.74 7.08 19.57 55.36 1.47 30 0 0 0 0 99.73 2.05 5.96 7.62 52.18 1.38 2.3 回归方程的建立及变量分析
利用Design Expert 8.0.6软件对实验数据进行方差分析，得到各因素对平均温度、温度离散值、平均含水率、水分含量离散值、花青素保留率和花青素保留率离散值响应值之间的四元二次回归方程如下，方程回归系数及显著性分析如表4所示。
表 4 回归系数及显著性分析Table 4. Significance analysis of regression coefficients方差来源 P值 Y1平均温度 Y2温度离散值 Y3平均含水率 Y4水分含量离散值 Y5花青素保留率 Y6花青素保留率离散值 模型 <0.0001** <0.0001** <0.0001** <0.0001** <0.0001** <0.0001** X1占空比 <0.0001** <0.0001** <0.0001** 0.0003** <0.0001** <0.0001** X2脉冲周期 <0.0001** 0.5505 <0.0001** 0.3151 0.0003* 0.4753 X3风速 0.0238* 0.3292 0.7924 0.0001** 0.0390* 0.9744 X4干燥时间 <0.0001** 0.0002** <0.0001** 0.3581 <0.0001** 0.0651 X1X2 0.1418 0.0163** <0.0001** 0.8085 0.9301 <0.0001** X1X3 0.0067* <0.0001** 0.8637 0.0126* 0.7427 <0.0001** X1X4 0.2634 <0.0001** <0.0001** <0.0001** 0.1589 <0.0001** X2X3 0.9552 0.9204 0.2961 0.0467* 0.4183 0.0006** X2X4 0.0981 0.0032** <0.0001** 0.6474 0.3761 0.9172 X3X4 0.0240* <0.0001** 0.9769 0.0182* 0.5546 <0.0001** X12 0.4306 0.9621 <0.0001** <0.0001** 0.4245 <0.0001** X22 0.0033** 0.0010** <0.0001** 0.5401 0.7287 0.0001** X32 0.3090 0.1454 0.7392 0.4534 0.8184 0.3794 X42 0.8876 <0.0001** <0.0001** 0.2234 0.4290 <0.0001** 失拟项 0.8387 0.9982 0.1711 0.8631 0.1620 0.2747 R2 0.9763 0.9352 0.9899 0.9224 0.9611 0.9825 注：*表示影响显著（P<0.05）；**表示影响极显著（P<0.01）。 Y1=93.19+19.30X1+12.26X2+2.77X3+13.16X4+4.24X1X3−3.39X3X4−3.56X22
Y2=1.44−0.9119X1−0.6771X4−0.4466X1X2−0.9091X1X3+1.30X1X4−0.5777X2X4−0.8940X3X4+0.5354X22+0.8480X42
Y3=0.0766−0.1128X1−0.0805X2−0.1005X4−0.0401X1X2+0.0679X1X4+0.0429X2X4+0.0391X12+0.0365X22+0.0432X42
Y4=9.01+4.49X1+4.96X3+3.32X1X3+7.54X1X4+2.54X2X3+3.11X3X4+6.94X12
Y5=1.45−0.5043X1−0.1617X2+0.0769X3−0.3677X4
Y6=9.16+5.01X1+2.92X1X2+9.50X1X3+6.57X1X4+2.09X2X3+3.94X3X4+5.47X12+1.80X22+2.97X42
如表4所示，实验各指标的模型极显著（P<0.01），说明各响应值与四因素的二次回归方程存在极显著的相关性；失拟项不显著（P>0.05），说明各模型与实际情况的拟合程度较好，实验误差小。方程的多重决定系数R2分别为0.9763、0.9352、0.9899、0.9224、0.9611、0.9825，说明实验建立的模型能分别解释97.63%、93.52%、98.99%、92.24%、96.11%、98.25%响应值的变化。所建立的模型可以解释脉冲式微波干燥树莓果浆干后品质随工艺参数的变化规律，可使用该模型来分析和预测脉冲式微波干燥树莓果浆的干燥条件。
2.4 因素交互作用分析
2.4.1 因素交互作用对干燥树莓果浆平均温度的影响
如图8示，当周期（X2）为20 s和干燥时间（X4）为9 min时，微波占空比（X1）和风速（X3）对干后树莓果浆平均温度（Y1）有交互作用。当微波占空比处于低水平时，干后树莓果浆的平均温度会随着风速的增加而缓慢下降。通风可以带走树莓果浆表面部分热量、降低物料表面温度。在微波占空比处于较高水平时，风速增加会加速热对流过程，干燥后期树莓果浆平均温度升高。风速一定时，树莓果浆的平均温度随着微波占空比的增加而快速增加。微波占空比提高，单位时间内微波输出能量越多，树莓果浆吸收、转化的能量增加，树莓果浆温度升高越多[26−27]。
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图 8 微波占空比和风速交互作用对干燥树莓果浆平均温度的影响Figure 8. Effects of microwave duty cycle and wind speed interaction on the average temperature of dried raspberry pulp2.4.2 因素交互作用对干燥树莓果浆温度离散值的影响
如图9a所示，当风速（X3）为1 m/s和干燥时间（X4）为9 min时，微波占空比（X1）和周期（X2）对干后树莓果浆温度离散值（Y2）有交互作用。当微波占空比处于低水平时，温度离散值随周期增长呈现先趋于稳定后逐渐上升的趋势。周期时间处于15~18 s时，温度离散值基本无变化，水平为18~25 s时，温度离散值逐渐上升，这是因为周期增长，果浆内部累积热量越多、整体温度均匀性变差。当微波占空比处于较高水平时，温度离散值随着周期增长先减小后上升，在周期一定时，温度离散值随微波占空比的增大而减小，周期处于高水平的变化相较于低水平更加明显，这是因为微波占空比和周期越大，树莓果浆吸收微波能越多，“边角效应”更加显著，边缘区域温度明显高于相邻区域，随着物料继续吸收微波能，中心点与边缘区域温度差异会逐渐减小，整体平均温度升高但整体温度更加均匀[28]。
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图 9 微波占空比、周期、风速和干燥时间两因素交互作用对干燥树莓果浆温度离散值的影响Figure 9. Effects of the interaction between microwave duty cycle, cycle, wind speed, and drying time on the temperature dispersion of dried raspberry pulp如图9b所示，当微波占空比（X1）为0.8和周期（X2）为20 s时，风速（X3）和干燥时间（X4）对干后树莓果浆温度离散值（Y2）有交互作用。温度离散值随周期和风速增加先增大后减小，这是因为物料处于温度稳定阶段时，果浆料层吸收微波能产生体积热与水分蒸发带走热量保持平衡，但由于微波入射物料产生明显衰减现象，料层边缘温度先升高、温度均匀性变差，但在干燥最后阶段，边缘水分先达到低值，随后中心点水分降至与边缘基本一致，温度升高，中心点与边缘温度差异减小，整体温度均匀性变好[29]。
2.4.3 因素交互作用对干燥树莓果浆平均含水率的影响
如图10a所示，当风速（X3）为1 m/s和干燥时间（X4）为9 min时，微波占空比（X1）和周期（X2）对干后树莓果浆平均含水率（Y3）有交互作用。随着微波占空比与周期的增加，平均含水率逐渐减小。这是因为微波占空比与周期增加，导致单位干燥循环内连续微波干燥的时间增长，而连续微波加热使料层内不断产生体积热，且热量逐渐累积，使温度迅速升高，去水速率加快。而当自由水基本蒸发殆尽，结合水受果浆中糖分和果胶等组分较强束缚作用，水分去除需要更多的活化能，干燥速率减慢[6]。
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图 10 微波占空比、周期和干燥时间两因素交互作用对干燥树莓果浆平均含水率的影响Figure 10. Effects of the interaction between microwave duty cycle, cycle, and drying time on the average moisture content of dried raspberry pulp如图10b所示，当周期（X2）为20 s和风速（X3）为1 m/s时，微波占空比（X1）和干燥时间（X4）对干后树莓果浆平均含水率（Y3）有交互作用。随着微波占空比与干燥时间的增加，平均含水率逐渐减小。由于微波占空比与干燥时间增加，导致微波能吸收增加，使温度快速升高，水分快速去除，其平均含水率逐渐减小，并且微波占空比越高输出微波能越多，去水速率越快。而当平均含水率降至一定值时，大部分水被去除，导致平均含水率缓慢减小[30−31]。
2.4.4 因素交互作用对干燥树莓果浆水分含量离散值的影响
如图11所示，当周期（X2）为20 s和干燥时间（X4）为9 min时，微波占空比（X1）和风速（X3）对干后树莓果浆水分含量离散值（Y4）有交互作用。当风速一定时，微波占空比增大，水分含量离散值先减小后增大。不同短周期间歇加热的功率输入模式，对改善水分均匀性有不同效果，当微波占空比处于0.75~0.8水平区间时，水分含量离散值处于极小值，整体水分均匀性较好。当微波占空比处于不同水平时，水分含量离散值受风速影响不同，微波占空比在高水平时，风速对于水分含量离散值影响相较于低水平更明显。这是因为在气流速度增高情况下，气流对料层的扰动作用加强、减弱树莓果浆内部水分传递速率，导致整体水分均匀性变差，而微波占空比处于较高水平时，微波能量密度增大又会加剧这种阻碍作用，均匀性进一步变差[32−33]。
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图 11 微波占空比和风速交互作用对干燥树莓果浆水分含量离散值的影响Figure 11. Effects of microwave duty cycle and wind speed interaction on the discrete value of moisture content in dried raspberry pulp2.4.5 因素交互作用对干燥树莓果浆花青素保留率离散值的影响
如图12所示，当风速（X3）为1 m/s和干燥时间（X4）为9 min时，微波占空比（X1）和周期（X2）对干后树莓果浆花青素保留率离散值（Y5）有交互作用。花青素保留率离散值随微波占空比和周期的增加呈现先减小后增大的趋势。这是因为花青素的降解与干燥时微波能量密度和干燥时间有显著相关性，具体取决于料层温度和含水率的变化[26,34]。适当微波占空比与周期组合，使浆果果浆在较低温度下进行干燥、降低花青素降解，由于该状态下温度离散值和水分离散值均处于较优水平，料层花青素含量分布均匀性较好。
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图 12 微波占空比和周期交互作用对干燥树莓果浆花青素保留率离散值的影响Figure 12. Effects of microwave duty cycle and cycle interaction on the discrete value of anthocyanin retention in dried raspberry pulp2.5 最佳工艺条件的确定及验证实验
温度是影响营养物质保留率的重要指标，在75 ℃下花青素将大量降解，因此期望平均温度低于75 ℃，使营养物质保留更多；温度离散值、水分含量离散值及花青素保留率离散值是衡量树莓果浆加热均匀性的重要指标，其值越小代表加热越均匀，减少热点和冷点的出现，提高树莓果浆干后品质；对于平均含水率，低于树莓果浆的安全含水率15%（w.b.）即可大大延长贮藏期；花青素保留率越高，干后树莓果浆营养价值越高。综上，根据响应面优化分析所得脉冲式微波干燥树莓果浆的最佳工艺条件为：微波占空比0.6、脉冲周期16.94 s、风速1.92 m/s，干燥时间12.73 min。为进一步验证模型的可靠性，在此最佳条件下进行验证实验，考虑到实际可操作性，将最佳工艺条件修整为：微波占空比0.6、脉冲周期17 s、风速1.9 m/s，干燥时间12.5 min，实验进行3次，各指标目标范围、权重及验证实验结果见表5。验证实验结果与模型理论值误差较小，说明采用该工艺条件可靠。
表 5 响应面优化验证实验结果Table 5. Response surface optimization validation test results参数 权重 目标 下限 上限 优化值 验证值 实验因素 X1微波占空比 − 取值范围内 0.6 1 0.6 0.6 X2周期（s） − 取值范围内 10 30 16.94 17 X3风速（m/s） − 取值范围内 0 2 1.92 1.9 X4干燥时间（min） − 取值范围内 5 13 12.73 12.5 评价指标 Y1平均温度（oC） +++ 最小值 50 75 72.87 74.12±0.67 Y2温度离散值 ++++ 最小值 1 3 1.86 1.87±0.11 Y3平均含水率（%） +++ 最小值 10 15 14.9 14.13±0.01 Y4水分含量离散值 ++++ 最小值 1.4 8.5 4.34 3.63±0.56 Y5平均花青素保留率（%） +++++ 最大值 60 82 79.54 81.56±0.07 Y6花青素保留率离散值 ++++ 最小值 2.3 3.4 2.11 2.55±0.39 注：“+”用于响应面优化权重分配，“+”越多代表该指标优化效果越好，优先级越高。 2.6 脉冲微波、反馈控温、间歇微波和连续微波干燥树莓果浆品质对比实验
图13为不同干燥方式下干燥树莓果浆品质指标。如图13a树莓果浆干后实物图所示，在脉冲式微波和反馈控温微波干燥后，果浆颜色呈鲜红色、质地均匀、无焦糊，在间歇式微波干燥后呈现淡红色、边缘存在淡黑色区域，在连续式微波干燥后，果浆呈现暗红色和黑色、表面出现不规则纹理、边缘存在焦糊区域。在连续式微波干燥中，由于电场分布和物料特性变化导致整体分布出现差异，表现为温度、水分、花青素等分布不均匀。连续式微波干燥后物料红外热图像中表面温度分布呈“回”字特征，边缘温度高且垂直方向上温度差值超过31.2 ℃，表面平均温度最高为112.55 ℃。间歇式微波干燥后物料红外图像中心出现较大范围圆形“冷区”，边缘温度与中心温度差异较大，表面平均温度为99.89 ℃，与连续式相比温度分布均匀性略提高，原因是间歇有利于料层内热量交换，热量经过传递后温度分布逐渐均匀。反馈控温微波干燥和脉冲式微波干燥后红外图像温度分布较为均匀，干后平均温度低于75 ℃，通过控制系统对磁控管的作用调节功率输出，干后物料表面平均温度显著降低，分别为73.18 ℃、74.12 ℃，温度差异减小，均匀性明显提升。脉冲式、反馈控温式、间歇式和连续式的温度离散值分别为1.87、1.99、11.19、17.46，以脉冲式和反馈控温式对于改善温度均匀性效果最好，间歇式其次。
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图 13 不同微波干燥方式干燥树莓品质指标注：图b~图d中不同大写/小写字母表示相同指标数据差异显著，P<0.05。Figure 13. Quality indicators of dried raspberries using different microwave drying methods在干燥过程中，温度是影响花青素保留率的主要因素，在70 ℃下花青素大量降解。连续式微波加热热量累积转化为温度升高，高温快速降解热敏性营养成分花青素至保留率为46.25%，品质受损严重。相比于连续式微波干燥，脉冲式微波干燥果浆品质最优，脉冲式干燥树莓果浆花青素保留率提高35.31%，反馈控温下提高33.59%，间歇微波下提高16.42%。在均匀性方面，水分含量离散值用于表征水分均匀性，其值越小，代表树莓果浆水分分布均匀程度越好，脉冲式、反馈控温式、间歇式和连续式的水分含量离散值分别为2.06、5.49、14.62、19.32，表明对于改善树莓果浆整体水分分布的效果由高至低为：脉冲式、反馈控温式、间歇式、连续式。连续式微波干燥后期出现的不均匀性现象同时也体现在水分均匀性变差，电磁波在物料边缘入射而后能量逐渐递减，在边缘区域水分蒸发迅速，中心区域蒸发缓慢，造成料层内水分分布差异。间歇式改善水分分布的方式主要是，水分在间歇阶段得以有效传递，中心水分向边缘扩散，整体水分分布更加均匀；而反馈控温式加热时，磁控管开关状态随树莓果浆温度变化，温度超出设定值的停止状态会切断能量输入，相当于随温度实时变化的间歇模式；而脉冲式微波干燥每个短干燥周期内存在间歇时长。由于花青素保留率离散值主要取决于温度和水分均匀性，结合温度离散值和水分含量离散值指标发现，花青素保留率离散值变化规律，与温度和水分均匀性综合效果基本一致。
各干燥方式对于改善均匀性的原理不同，间歇式主要通过间歇时间来改善均匀性[34]；反馈控温式加热时，磁控管开关状态随树莓果浆温度变化，温度超出设定值的停止状态会切断能量输入，相当于随温度实时变化的间歇模式；脉冲式微波干燥每个短干燥周期内存在间歇时长，树莓果浆内部热量和水分有效传递，分布均匀，整体的水分和营养物质分布相对反馈控温系统更好。
总体来看，微波干燥树莓品质由高至低顺序为：脉冲式、反馈控温式、间歇式、连续式。反馈控温系统可以监测干燥过程中物料的实时温度，通过微波炉通断间歇干燥将物料的温度稳定在预设温度附近。但随着干燥过程水分不断去除，由于功率密度的增加，温度波动会随着时间的增加和温度水平升高而增大，这是因为介电损耗因子降低，需要更长时间来保持表面温度，物料整体温度水平增加，与平均温度相比，温度振荡不对称，导致在干燥后期反馈控温系统干燥树莓品质下降[35−36]。间歇式微波干燥中的间歇阶段主要改善局部热点均匀性，但由于物料内部热传导和中心位置处热点消散，边角效应增加，不均匀性增加，对于改善整体均匀性效果有限。间歇时间增加可以改善干燥均匀性，但同时会导致效率低下[6]。连续式微波干燥过程中物料内部温度分布差异迅速加剧，会导致加热不均匀性和热失控现象，如果不合理控制不均匀现象会导致产品品质下降。“热失控”现象是由于微波与物质的相互作用导致的一种非稳定的热现象，表现为稳态温度发生突变，介质温度瞬时急剧升高，是导致产品焦糊的主要原因[37−38]。
加热模式不同存在不同程度的间歇时间，这是改善均匀性主要因素，稳定且频繁的间歇时间对改善均匀性指标更为显著。而脉冲式微波干燥和反馈控温系统均能对微波加以有效控制，通过调整功率改善电磁场分布，降低干燥过程中平均温度，使花青素保留更多。对比各种微波干燥方式，发现花青素保留率由温度和均匀性指标共同影响，平均温度越高，各种均匀性指标越差，花青素保留将越少。
3. 结论
为改善微波加热均匀性，搭建脉冲式微波输出PLC控制系统，采用中心组合试验设计方法，研究微波占空比、脉冲周期、风速和干燥时间实验因素对树莓果浆干后平均温度、温度离散值、含水率、水分含量离散值、花青素保留率和花青素保留率离散值指标的影响，优化得到脉冲式微波干燥树莓果浆的最佳工艺参数为：微波占空比0.6、脉冲周期17 s、风速1.9 m/s、干燥时间12.5 min。干燥树莓果浆平均温度74.12±0.67 ℃、温度离散值1.87±0.11、平均含水率14.13%±0.01%、水分含量离散值3.63±0.56、花青素保留率81.56%±0.07%、花青素保留率离散值2.55±0.39。实验证明该模型合理可靠，可用于生产预测和控制。
为探究连续式微波干燥树莓品质优化控制系统，对比脉冲式微波干燥、反馈控温微波干燥、间歇微波干燥和连续式微波干燥下果浆干后品质及均匀性指标，不同干燥方式干后品质由高至低顺序为：脉冲式、反馈控温式、间歇式、连续式。相比于连续式微波干燥，脉冲式微波干燥果浆品质最优，脉冲式干后果浆花青素保留率提高35.31%，反馈控温下提高33.59%，间歇微波下提高16.42%。其他微波干燥方式均可降低树莓果浆干后平均温度。脉冲式微波干燥通过控制功率降低果浆干后温度，改善干后品质均匀性显著，为树莓干制品工业化生产提供依据。
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图 1 连续式微波干燥机整体结构图
注：1. 传送带；2. 微波抑制器；3. 1#微波干燥腔；4. 2#微波干燥腔；5. 3#微波干燥腔；6. 4#微波干燥腔；7. 5#微波干燥腔；8. 出料口；9. 控制面板；10. 排湿管道。
Figure 1. Overall structure diagram of continuous microwave dryer
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图 5 不同微波干燥方式功率输出形式
注：a~d分别为脉冲式微波干燥、反馈控温式微波干燥、间歇式微波干燥、连续式微波干燥。
Figure 5. Power output forms of different microwave drying methods
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图 6 微波占空比对干后树莓果浆花青素保留率的影响
注：不同小写字母表述数据差异显著，P<0.05；图7同。
Figure 6. Effect of microwave duty cycle on anthocyanin retention in dried raspberry pulp
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图 7 周期对干后树莓果浆花青素保留率的影响
Figure 7. Effect of cycle time on anthocyanin retention in dried raspberry fruit pulp
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图 8 微波占空比和风速交互作用对干燥树莓果浆平均温度的影响
Figure 8. Effects of microwave duty cycle and wind speed interaction on the average temperature of dried raspberry pulp
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图 9 微波占空比、周期、风速和干燥时间两因素交互作用对干燥树莓果浆温度离散值的影响
Figure 9. Effects of the interaction between microwave duty cycle, cycle, wind speed, and drying time on the temperature dispersion of dried raspberry pulp
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图 10 微波占空比、周期和干燥时间两因素交互作用对干燥树莓果浆平均含水率的影响
Figure 10. Effects of the interaction between microwave duty cycle, cycle, and drying time on the average moisture content of dried raspberry pulp
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图 11 微波占空比和风速交互作用对干燥树莓果浆水分含量离散值的影响
Figure 11. Effects of microwave duty cycle and wind speed interaction on the discrete value of moisture content in dried raspberry pulp
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图 12 微波占空比和周期交互作用对干燥树莓果浆花青素保留率离散值的影响
Figure 12. Effects of microwave duty cycle and cycle interaction on the discrete value of anthocyanin retention in dried raspberry pulp
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图 13 不同微波干燥方式干燥树莓品质指标
注：图b~图d中不同大写/小写字母表示相同指标数据差异显著，P<0.05。
Figure 13. Quality indicators of dried raspberries using different microwave drying methods
表 1 因素水平编码表
Table 1 Code table of factors and levels
编码 因素 X1微波占空比 X2周期（s） X3风速（m/s） X4干燥时间（min） −2 0.6 10 0 5 −1 0.7 15 0.5 7 0 0.8 20 1 9 1 0.9 25 1.5 11 2 1 30 2 13 
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表 2 不同方式微波干燥实验参数
Table 2 Experimental parameters of microwave drying in different ways
干燥方式 风速（m/s） 干燥时间（min） 其它干燥工艺参数 脉冲微波 1.90 12.50 微波输入功率为19 kW
微波占空比为0.6
周期为17 s反馈控温 2.00 12.50 微波输入功率为19 kW
1#干燥腔温度70 ℃
2#、3#干燥腔温度68 ℃
4#、5#干燥腔温度71 ℃间歇微波 1.51 单次干燥时间3.25 微波输入功率为19 kW
间歇时间比4.44连续微波 1.59 6.30 微波输入功率为19 kW
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表 3 中心组合试验方案及结果
Table 3 Centralized combined pilot program and results
实验号 因素编码 评价指标 X1微波
占空比X2周期 X3风速 X4干燥
时间Y1平均
温度（℃）Y2温度
离散值Y3平均
含水率（%）Y4水分含量
离散值Y5平均花青素
保留率（%）Y6花青素保留率
离散值1 −1 −1 −1 −1 49.93 2.25 65.37 23.84 88.69 2.35 2 1 −1 −1 −1 65.93 1.11 18.67 3.82 63.57 1.68 3 −1 1 −1 −1 69.97 5.04 28.74 14.79 74.45 1.97 4 1 1 −1 −1 99.60 1.20 5.01 4.63 38.41 1.02 5 −1 −1 1 −1 50.83 6.78 66.28 10.57 93.85 2.49 6 1 −1 1 −1 87.10 1.17 18.06 13.67 58.03 1.54 7 −1 1 1 −1 71.53 8.83 29.13 20.38 80.28 2.13 8 1 1 1 −1 121.10 1.22 4.21 17.24 37.84 1.00 9 −1 −1 −1 1 78.17 1.92 20.29 1.68 74.37 1.97 10 1 −1 −1 1 110.27 4.78 4.64 19.61 15.41 0.41 11 −1 1 −1 1 95.57 1.38 7.93 1.46 45.38 1.20 12 1 1 −1 1 127.90 2.94 5.58 17.27 11.64 0.31 13 −1 −1 1 1 70.43 1.93 20.36 8.61 65.72 1.74 14 1 −1 1 1 113.33 1.56 9.55 35.42 26.44 0.70 15 −1 1 1 1 84.90 1.56 7.43 15.28 59.72 1.58 16 1 1 1 1 134.13 0.06 1.27 45.21 14.99 0.40 17 −2 0 0 0 53.37 3.30 46.37 25.12 86.32 2.29 18 2 0 0 0 140.90 0.18 0.25 48.89 16.03 0.42 19 0 −2 0 0 50.50 3.45 37.12 5.22 62.59 1.66 20 0 2 0 0 108.27 4.07 7.43 7.62 51.04 1.35 21 0 0 −2 0 81.83 0.74 6.36 1.46 45.06 1.19 22 0 0 2 0 97.07 1.14 7.91 21.38 67.43 1.79 23 0 0 0 −2 63.93 6.21 45.67 16.67 79.10 2.10 24 0 0 0 2 122.47 3.82 4.23 9.76 23.33 0.62 25 0 0 0 0 86.13 2.65 6.03 3.71 51.84 1.37 26 0 0 0 0 93.70 0.49 9.87 5.37 60.36 1.60 27 0 0 0 0 96.73 1.45 9.63 5.00 58.90 1.56 28 0 0 0 0 84.93 0.38 8.47 6.04 48.84 1.29 29 0 0 0 0 100.03 2.74 7.08 19.57 55.36 1.47 30 0 0 0 0 99.73 2.05 5.96 7.62 52.18 1.38
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表 4 回归系数及显著性分析
Table 4 Significance analysis of regression coefficients
方差来源 P值 Y1平均温度 Y2温度离散值 Y3平均含水率 Y4水分含量离散值 Y5花青素保留率 Y6花青素保留率离散值 模型 <0.0001** <0.0001** <0.0001** <0.0001** <0.0001** <0.0001** X1占空比 <0.0001** <0.0001** <0.0001** 0.0003** <0.0001** <0.0001** X2脉冲周期 <0.0001** 0.5505 <0.0001** 0.3151 0.0003* 0.4753 X3风速 0.0238* 0.3292 0.7924 0.0001** 0.0390* 0.9744 X4干燥时间 <0.0001** 0.0002** <0.0001** 0.3581 <0.0001** 0.0651 X1X2 0.1418 0.0163** <0.0001** 0.8085 0.9301 <0.0001** X1X3 0.0067* <0.0001** 0.8637 0.0126* 0.7427 <0.0001** X1X4 0.2634 <0.0001** <0.0001** <0.0001** 0.1589 <0.0001** X2X3 0.9552 0.9204 0.2961 0.0467* 0.4183 0.0006** X2X4 0.0981 0.0032** <0.0001** 0.6474 0.3761 0.9172 X3X4 0.0240* <0.0001** 0.9769 0.0182* 0.5546 <0.0001** X12 0.4306 0.9621 <0.0001** <0.0001** 0.4245 <0.0001** X22 0.0033** 0.0010** <0.0001** 0.5401 0.7287 0.0001** X32 0.3090 0.1454 0.7392 0.4534 0.8184 0.3794 X42 0.8876 <0.0001** <0.0001** 0.2234 0.4290 <0.0001** 失拟项 0.8387 0.9982 0.1711 0.8631 0.1620 0.2747 R2 0.9763 0.9352 0.9899 0.9224 0.9611 0.9825 注：*表示影响显著（P<0.05）；**表示影响极显著（P<0.01）。
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表 5 响应面优化验证实验结果
Table 5 Response surface optimization validation test results
参数 权重 目标 下限 上限 优化值 验证值 实验因素 X1微波占空比 − 取值范围内 0.6 1 0.6 0.6 X2周期（s） − 取值范围内 10 30 16.94 17 X3风速（m/s） − 取值范围内 0 2 1.92 1.9 X4干燥时间（min） − 取值范围内 5 13 12.73 12.5 评价指标 Y1平均温度（oC） +++ 最小值 50 75 72.87 74.12±0.67 Y2温度离散值 ++++ 最小值 1 3 1.86 1.87±0.11 Y3平均含水率（%） +++ 最小值 10 15 14.9 14.13±0.01 Y4水分含量离散值 ++++ 最小值 1.4 8.5 4.34 3.63±0.56 Y5平均花青素保留率（%） +++++ 最大值 60 82 79.54 81.56±0.07 Y6花青素保留率离散值 ++++ 最小值 2.3 3.4 2.11 2.55±0.39 注：“+”用于响应面优化权重分配，“+”越多代表该指标优化效果越好，优先级越高。
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