黃花菜真空冷凍干燥工藝優(yōu)化研究

許國寧，吳素玲，孫曉明，張衛(wèi)明，*

（1.南京野生植物綜合利用研究院，江蘇南京 210042；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，江蘇南京 210095）

黃花菜開花季節(jié)正處于6～8月的高溫多雨季節(jié)，在常溫下黃花菜的耐貯藏性能極差，一般2d后全部開花，第3d就腐爛變質(zhì)。即使在冷藏條件（溫度在0～5℃間）下，黃花菜在7d后也易發(fā)生腐敗變質(zhì)。所以，為了延長黃花菜的保藏時(shí)間，脫水干制是黃花菜貯藏、市場流通的常用加工方式。真空冷凍干燥技術(shù)是在低溫和真空狀態(tài)下進(jìn)行的，其加工過程處于基本無氧和完全避光的環(huán)境中，使食品中的成分不會發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，原理是建立于把已經(jīng)冷凍的黃花菜放在壓力低于水的三相點(diǎn)壓力條件下時(shí)，黃花菜中的固態(tài)冰可以直接轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的水蒸氣散出，在保持原物料的外觀形狀的前提下達(dá)到干燥目的。因此，真空冷凍干燥得到的產(chǎn)品保持了新鮮食品所具有的色澤、香氣、味道、形狀和有效地保存了食品中的各種維生素、碳水化合物和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分[1-4]。通過對真空冷凍干燥原理的理論分析及設(shè)備的要求，選取物料厚度和加熱板溫度作為本實(shí)驗(yàn)的考察因素。利用中心旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法確定真空冷凍干燥黃花菜的最佳工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黃花菜 取于江蘇省宿遷市泗陽縣丁莊大菜黃花菜生產(chǎn)基地，品種為大烏嘴。大烏嘴的采摘標(biāo)準(zhǔn)為：黃花菜的長度豐滿，花蕾飽滿，顏色黃綠，花瓣上縱溝明顯，顏色呈現(xiàn)黃綠色。采收時(shí)間為晚上采收，采收之后馬上冷藏處理。

H6-LED電子天平 中國凱豐集團(tuán)有限公司；EL-410S電子天平 上海民儀電子有限公司；專用冷凍機(jī)；ZDG-0.25型真空凍干機(jī) 工作條件：加熱板溫度：常溫～150℃，冷阱工作溫度：-30～-45℃，工作真空度：13～133Pa，煙臺冰輪股份有限公司；DT9208A數(shù)字萬能表；SHZ-Ⅲ型循環(huán)水真空泵 上海亞榮生化儀器廠；電熱恒溫水浴鍋 上海滬南科學(xué)儀器聯(lián)營廠；TU-1800紫外可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱 南京電器三廠；微型高速萬能試樣粉碎機(jī) 天津市泰斯特儀器有限公司；冰箱 西門子。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程 原料選擇→預(yù)處理→預(yù)凍處理→真空冷凍干燥→包裝→貯藏

選擇個(gè)大飽滿，花嘴未裂，色澤稍微發(fā)黃，三條接縫十分明顯的黃花菜作為原料。經(jīng)去花蒂、清洗后，在1%鹽水中以（95±1）℃條件漂燙50s[5－6]，迅速冷卻、瀝干，再進(jìn)行冷凍處理，然后就可以在設(shè)定的條件下進(jìn)行真空冷凍干燥。

1.2.2 真空冷凍干燥工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 在單體冷凍機(jī)－45℃條件下進(jìn)行預(yù)冷凍處理，以干燥室的壓強(qiáng)為26.1～33.2Pa，冷阱溫度是－35～－45℃條件下進(jìn)行真空冷凍干燥。以復(fù)水性對不同載樣量、加熱板溫度下的干制黃花菜進(jìn)行評價(jià)，確定在單因素條件下的復(fù)水性的變化特征。

為建立干燥條件優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，分析實(shí)驗(yàn)指標(biāo)與實(shí)驗(yàn)的各個(gè)影響因子的內(nèi)在聯(lián)系，以裝載量、加熱板溫度為實(shí)驗(yàn)因素，應(yīng)用Design－Expert V8.06統(tǒng)計(jì)分析軟件的Central Composite Design對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、求出回歸方程和繪制響應(yīng)曲面圖。干制品的含水率和復(fù)水性是脫水蔬菜品質(zhì)的重要指標(biāo)，對干制品的感官鑒定是評價(jià)脫水蔬菜總體可接受度的重要方法。在黃花菜含水率不大于15%條件下，通過各個(gè)影響因素變化時(shí)，探討黃花菜干制品的感官品質(zhì)、還原糖含量、抗壞血酸含量、復(fù)水比等指標(biāo)變化的內(nèi)在規(guī)律性，確定真空冷凍干燥黃花菜的最佳工藝參數(shù)。

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 共晶點(diǎn)測定 采用電阻法[7]來測量黃花菜的共晶點(diǎn)。

1.3.2 還原糖含量的測定 3，5－二硝基水楊酸比色法[8－11]。

1.3.3 維生素C含量的測定 2，4－二硝基苯肼比色法[14－15]。

1.3.4 復(fù)水比的測定[16－18]取5g干制黃花菜浸入98℃蒸餾水中，每隔1min取出后，放入布氏漏斗的濾紙上，布氏漏斗置于抽濾長頸瓶上，長頸瓶與真空泵相連，用真空泵抽干真空30s，除去表面水分，取出稱重。直至質(zhì)量恒重，樣品完全復(fù)水。每樣重復(fù)3次，取其平均值。復(fù)水比（RR）計(jì)算公式為：

式中：Wx：復(fù)水后黃花菜總重量，g；Wd：復(fù)水前的干品總重量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 共晶點(diǎn)的確定

黃花菜在冷凍降溫時(shí)電阻隨溫度變化的曲線圖如圖1所示。由降溫電阻變化曲線圖可知：在實(shí)驗(yàn)前期，隨著溫度的下降電阻變化很小，當(dāng)溫度降至－18～－32℃時(shí)，電阻值變化趨勢增大比較明顯。原因是在冷凍前期，黃花菜內(nèi)部有大量的水分存在，有較多的帶電離子可自由移動，而隨著溫度的下降，黃花菜內(nèi)部的水分大多轉(zhuǎn)變?yōu)楸В?dāng)溫度降至－32℃后，黃花菜整體凍結(jié)，電阻值就會突然增大。所以，黃花菜的共晶點(diǎn)溫度范圍為－18～－32℃。在實(shí)際運(yùn)用過程中，一般預(yù)凍溫度應(yīng)比共晶點(diǎn)溫度低5～10℃，所以，結(jié)合預(yù)凍設(shè)備要求，確定本實(shí)驗(yàn)的預(yù)凍溫度為－45℃。

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 裝載量對黃花菜復(fù)水性的影響 由圖2可以看出：黃花菜的裝載量越大，黃花菜干制品的復(fù)水比越小。原因是：由于裝載量大導(dǎo)致了物料層的厚度變大，干燥速度率降低，干燥時(shí)間變長，水蒸汽逸出的速度慢，內(nèi)外受熱差異大，因此黃花菜外層的細(xì)胞組織損傷大，恢復(fù)到原來特水性的能力減弱，復(fù)水性降低[18]。

2.2.2 加熱板溫度對黃花菜復(fù)水性的影響 由圖3可知，在一定的范圍內(nèi)，溫度增高，黃花菜的復(fù)水能力會增強(qiáng)，加熱板溫度為50、60℃時(shí)的復(fù)水性都比40℃強(qiáng)，而隨著時(shí)間的增長，60℃又弱于50℃的復(fù)水能力。溫度高時(shí)，對黃花菜的結(jié)構(gòu)的破壞會增強(qiáng)；溫度低時(shí)，干燥速度率降低，干燥時(shí)間變長，黃花菜外層的細(xì)胞組織損傷大，復(fù)水性也會降低[10]。

2.3 響應(yīng)面法優(yōu)化真空冷凍干燥黃花菜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過對真空冷凍干燥機(jī)理分析[1，6]和預(yù)實(shí)驗(yàn)的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加熱板溫度和物料裝載量對黃花菜的真空冷凍干燥有顯著的影響，因此選取物料裝載量（X1，g）、加熱板溫度（X2，℃）為實(shí)驗(yàn)的影響因素，以感官品質(zhì)（作為參考指標(biāo)）、維生素C含量（Y1）、復(fù)水比（Y2）和還原糖含量（Y3）作為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，利用Design－Expert 8.06統(tǒng)計(jì)分析軟件的Central Composite Design對黃花菜真空冷凍干燥工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。中心旋轉(zhuǎn)組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

2.4 模型建立

采用回歸方程Y＝a0+a1X1+a2X2+a11X12+a22X22+a12X1X2，以及用Design－Expert 8.06統(tǒng)計(jì)分析軟件中的Central Composite Design對表2中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得回歸方程系數(shù)值見表3。

分別對冷凍真空干燥黃花菜的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)VC含量、復(fù)水比和還原糖模型進(jìn)行總體及各因素的方差分析檢驗(yàn)，結(jié)果如表4～表9所示。

由表4可知，Y1（VC含量）模型具有最小的p值（p＝0.0007）和最高的F值（F＝18.20），說明還原糖含量與自變量之間的關(guān)系比較顯著，誤差項(xiàng)也相對較小；失擬項(xiàng)的均方和為1.21，相對較小，具有良好的擬和度。

由表6可以看出，Y2（復(fù)水比）模型具有相對較低的p值（p＝0.0089）和較高的F值（F＝7.79），說明復(fù)水比與自變量之間的關(guān)系相對比較顯著，誤差項(xiàng)是最小的；失擬項(xiàng)的均方和為0.039，相對最小，具有較好的擬和度。

由表8可以看出，Y3（還原糖含量）模型具有較高的p值（p=0.0466）和較低的F值（F=4.09），說明還原糖含量與自變量之間的關(guān)系基本顯著，誤差相對比較大；失擬項(xiàng)的均方和為23.39，相對較大，方程模型失擬顯著。

另外，由表5、表7、表9可以看出：在Y1模型中，除a22外，各個(gè)系數(shù)的p值（p＜0.05，擬和顯著）相對較小，模型擬和顯著；在Y2模型中，各個(gè)系數(shù)的p值都小于0.05，模型擬和最好；在Y3模型中，有3個(gè)系數(shù)的p值大于0.05，相對擬和度較差[19-21]。

2.5 回歸方程的優(yōu)化和工藝條件的確定

為了直觀地反映自變量值與響應(yīng)值之間的對應(yīng)關(guān)系，對回歸方程通過響應(yīng)面分析來繪制自變量與響應(yīng)值之間的響應(yīng)面圖。

由圖4可以看出，黃花菜VC含量隨著加熱板溫度的增加而增加，隨著裝載量的增加也有增加的趨勢，而在裝載量和加熱板溫度同時(shí)作用下，VC含量呈現(xiàn)出先增大后下降的趨勢，這表明此兩因素的交互作用顯著（p=0.0003<0.05）。以Y1為考查指標(biāo)時(shí)，維生素C的含量在X1（1，0）附近取得最大值，當(dāng)X1為0時(shí)，在X2（0，1）附近取得最大值，維生素C的含量最大。

由圖5可以看出，黃花菜的復(fù)水比隨著加熱板溫度、裝載量的增加呈現(xiàn)出先增后減的趨勢，而在兩者共同作用下，復(fù)水比卻呈現(xiàn)出遞減的趨勢，這表明兩因素的交互作用顯著（p=0.0270<0.05）。以Y2為考查指標(biāo)時(shí)，復(fù)水比在X1（-1，0）附近取得最大值，當(dāng)X1為0時(shí)，在X2（0，-1）附近取最大值，復(fù)水比最大。

由6可以看出，黃花菜還原糖的含量隨著加熱板溫度的增加而增加，隨著裝載量的增加也有增加的趨勢，而在裝載量和加熱板溫度共同作用下，還原糖含量呈現(xiàn)出先增大后下降的趨勢，這表明此兩因素的交互作用顯著（p=0.0152<0.05）。以Y3為考查指標(biāo)時(shí)，還原糖含量在X1（-0.75，0）附近取得最大值，當(dāng)X1為0時(shí)，在X2（0，-1）附近取得最大值，還原糖含量最大。

綜合模型Y1、Y2、Y3的響應(yīng)面圖，可知在（－0.75，-1）處三個(gè)指標(biāo)的結(jié)果最佳。即：物料裝載量為225g，加熱板溫度為50℃。

3 結(jié)論

共晶點(diǎn)的測定是研究金針菜真空冷凍干燥的重要環(huán)節(jié)。通過電阻法測定黃花菜的冰晶點(diǎn)，得知電阻在溫度降至-18～-32℃時(shí)，電阻值就會突然增大。所以，結(jié)合預(yù)凍設(shè)備設(shè)置條件，本實(shí)驗(yàn)確定預(yù)凍的溫度為-45℃。

通過中心組合實(shí)驗(yàn)，利用Design-Expert軟件的CCD，以加熱板溫度、物料裝載量為因素，以真空冷凍干燥黃花菜的維生素C含量、復(fù)水比和還原糖含量為指標(biāo)，建立了各指標(biāo)與影響因素之間的回歸數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用響應(yīng)面分析，確定了真空冷凍干燥黃花菜的最佳工藝條件為：物料裝載量為225g，加熱板溫度為50℃。

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