真空冷凍干燥草莓的實驗研究

曲世明 艾麗昆

摘要： 本課題研究了真空冷凍干燥草莓的工藝過程，得出草莓在定壓和變壓兩種過程中的最佳凍干曲線并確立了在兩種條件下的最佳工藝流程，同時也研究了凍干對草莓色澤的影響、草莓的復水比、用電阻法確定草莓的共晶點等，希望能夠為草莓的凍干提供有價值的實驗數據。

關鍵詞： 草莓真空冷凍干燥凍干曲線

引言

草莓凍干技術的研究是在近期發展起來的，它可以最大限度地保持草莓原有的色、香、味、營養成分和形狀。本文試圖通過在定壓和變壓兩種情況下對草莓進行真空冷凍干燥，并對兩者進行比較，求出草莓的最佳凍干工藝，為草莓真空冷凍干燥的研究提供一些實驗依據和基礎的數據。

1.材料與方法

1.1材料

a.草莓：新鮮草莓，單果質量為6—11g

b.糖水：質量分數為12%

1.2設備

主要實驗設備為寧夏永康干燥設備有限公司生產的板層面積為1.08m2，凝結量為15.00kg的真空冷凍干燥機。

1.3測定方法

a.草莓凍干失水率的測定。“草莓凍干失水率=（草莓始重-草莓終重）/草莓始重×100%”。

b.凍干草莓復水比的測定。將一定量干草莓G浸入水中1min后瀝干，稱重G復。“復水比=G復/G”［１］。

2.工藝流程和操作要點

2.1工藝流程

選擇新鮮草莓→清洗、去柄→瀝干→切片→糖浸→裝盤、稱量→裝倉→預凍→冷阱制冷→真空排氣→真空升華干燥→出倉→稱量→真空包裝。

2.2操作要點

2.2.1選料

購買成熟的、無斑點的、無腐爛的新鮮草莓，除去柄及葉子，用清水清洗3—4次，然后瀝干，把每個草莓切成3—4片，使每片厚度為6—8mm。

2.2.2糖浸

把剛切好的草莓片放入質量分數為12%的蔗糖溶液中浸泡6—10min，然后取出瀝干平放于物料盤中。

2.2.3預凍

將裝好盤的草莓放入凍干倉內進行凍結，溫度為-35℃，凍結時間為1—2h，使草莓的中心溫度達到共晶點溫度以下。

2.2.4真空升華干燥（在定壓條件下）

首先將冷阱溫度預冷至-45℃，當冷阱溫度降至-45℃時開啟真空泵使真空度達到20pa，并保持這一壓力，這時開始給擱板加熱，被凍結的草莓開始升華干燥。在升華干燥階段嚴格地保持恒定的冷阱溫度，而在加熱過程中草莓的中心溫度不高于其共晶點溫度，草莓的表面的溫度不高于其所允許的最高溫度。當草莓的表面溫度和中心溫度相接近時，升華干燥結束。草莓的升華干燥一般持續4—5小時。

2.2.5真空升華干燥（在變壓條件下）

首先同樣將冷阱溫度預冷至-45℃，當冷阱溫度降至-45℃時開啟真空泵，使真空度達到80pa，同時給擱板加熱。當加熱擱板的溫度上升為30℃時，這時開始調整壓力，使壓力降至40pa并保持一段時間；當擱板溫度上升至45℃時，這時調整壓力使壓力降至20pa并保持到升華干燥結束，時間大約3—4h。

2.2.6解析干燥

解析干燥階段壓力保持在20pa，擱板溫度在48℃，時間一般為1—2h。

2.2.7出倉包裝

當解析干燥結束，這時停止給擱板加熱，同時關閉真空泵、制冷機和冷卻水系統并打開放空氣閥使凍干箱內的壓力恢復到常壓，這時開始出倉。出倉后要立即對已凍干完畢的草莓進行無菌包裝［２］。

3.結果與討論

3.1草莓共晶點的確定

草莓的共晶點為-15—-14℃，這就意味著要求我們在升華干燥階段控制草莓的溫度，使其中心溫度低于它的共晶點，這樣才不會使凍干出來的草莓出現質量上的問題［３］。

3.2草莓凍干厚度的確定

當草莓的厚度減小時所用的凍干時間也隨著縮短。但是，當草莓的厚度減小時，凍干機在一個生產周期內生產出的凍干草莓量也將減少，需要耗費的人工量較大，而且汁液流失較多。由于考慮到成本問題，在實際生產過程中，并不是草莓的厚度越小越好，通過以上的分析，發現草莓的最佳凍干厚度為6—8mm。

3.3草莓分段冷凍干燥節能實驗

在草莓的冷凍干燥過程中，干燥的前3/5階段草莓的含水量高，干燥的速率很大；而干燥后的2/5階段草莓的含水量低，干燥速率很小。所以，我們設想能否把前3/5階段冷凍干燥后的半成品草莓集中起來，用少量干燥面積進行凍干而把剩余面積繼續用于下一批草莓的冷凍干燥，這樣可以大大提高草莓的凍干量和凍干機的利用率。但是，考慮到實際性問題：如果在凍干的前3/5階段集中草莓，這時的草莓并沒有結束升華干燥，會導致凍干的失敗，將帶來很大的損失。然而，如果在凍干的前4/5階段進行集中，這時升華干燥階段已經結束開啟倉門放入下一批需凍干的草莓并不會對凍干造成很大的影響，還會大幅度提高能源的利用率，具有很高的經濟性，值得我們進一步研究和利用。

3.4草莓凍干曲線的制定

在升華干燥階段，當草莓中心溫度接近共晶點溫度時，其表面溫度低于其所允許的最高溫度，而且草莓在升華干燥過程中其表面溫度與中心溫度始終保持一個恒定的溫差。在整個凍干過程中都保持穩定的冷阱溫度。但是兩者的壓力存在著很大的差異；在定壓條件下壓力始終保持在20pa，各個參數都很穩定，而在變壓條件下壓力隨時間的變化而存在著波動，更好地實現了傳熱與傳質過程，所以大大地降低了其所需的凍干時間。雖然兩者是在不同的生產工藝條件下生產出來的產品，但是凍干出來的效果無論是在顏色、形狀上都令人非常滿意［４］。

4.結語

4.1通過實驗得出草莓的最佳凍干厚度為6—8mm。

4.2通過實驗驗證草莓在變壓條件下能夠縮短凍干時間，節省了凍干成本，值得我們進一步研究和推廣。

4.3通過電阻法測量出草莓的共晶點在-15—-14℃。

4.4在變壓條件下壓力隨時間的變化而存在著波動，更好地實現了傳熱與傳質過程，所以大大地減少了其所需的凍干時間。

參考文獻：

［1］趙鶴皋等.冷凍干燥技術與設備［M］.武漢:華中科技大學出版社，2005.

［2］李共國，馬子駿.草莓真空冷凍干燥研究［J］.食品與機械，2003，（3）.

［3］張余誠，孫晉快，房士寶.真空冷凍干燥制取脫水草莓片［J］.冷飲與速凍食品工業，1999，（3）.

［4］李光武等.低溫生物學［M］.長沙：湖南科學技術出版社，1998.