水芹蔬菜凍干工藝中預(yù)凍條件分析

萬國福，張嫚，張?zhí)m

（江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安223003）

水芹蔬菜凍干工藝中預(yù)凍條件分析

萬國福，張嫚，張?zhí)m

（江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安223003）

以新鮮水芹為凍干原料，對水芹的真空冷凍干燥工藝的預(yù)凍條件進(jìn)行研究。通過對預(yù)凍溫度、預(yù)凍時(shí)間、切分長度等影響因素進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)分析，確定出最佳預(yù)凍條件為：預(yù)凍溫度-20℃、預(yù)凍時(shí)間9 h、切分長度7.5 cm。在該條件下水芹凍干速率較高，凍干效果較好。

水芹；冷凍干燥；工藝條件；預(yù)凍

Abstract：This paper was studied on technology of Oenanthe javanica pre-freezeing in vacuum drying.Through response surface analysis of pre-freezing temperature，pre-freezing time and cutting length，the results showed that the optimum conditions of pre-freezing conditions were-20 ℃，9 h and 7.5 cm length of Oenanthe javanica.Under these conditions，the drying rate was high and the effect of freeze-drying was good.

Key words：Oenanthe javanica；freeze-drying；technological conditions；pre-freezing

水芹（Oenanthe javanica），傘形科水芹菜屬，又名水英、牛草、楚葵、刀芹、蜀芹、野芹菜，為水生宿根草本植物，富含蛋白質(zhì)、膳食纖維、黃酮、檞皮素及多種維生素和礦物質(zhì)；味甘辛、性涼、入肺、胃經(jīng)，有清熱解毒、養(yǎng)精益氣、清潔血液、降低血壓、宣肺利濕等功效[1-3]。水芹采摘后保藏期一般常溫下1 d～2 d，5℃冷藏3 d左右，極易腐爛，為加工和食用帶來不便。真空冷凍干燥技術(shù)能夠保持果蔬的色、香、味，復(fù)水性好，且產(chǎn)品易于儲(chǔ)存、運(yùn)輸、銷售，已被消費(fèi)者接受[4-6]。目前水芹凍干的相關(guān)報(bào)道極少，本文以新鮮水芹為原料，進(jìn)行真空凍干預(yù)凍條件分析，為水芹的進(jìn)一步脫水加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器設(shè)備

水芹：淮安市售；異VC鈉、食鹽、碳酸氫鈉：均為食品級。

LGJ-10D冷凍干燥機(jī)：北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司；ME203E/02電子天平：梅特勒—托利多儀器（上海）有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

原料處理→清洗→切段→護(hù)色、保脆→預(yù)凍→真空凍干→真空包裝、回潮→成品

1.2.2 操作要點(diǎn)

原料處理：選擇鮮嫩，無腐爛的水芹做原料，去除雜葉留莖部。

切段：將水芹切分成長段，選用復(fù)合護(hù)色劑護(hù)色[異 VC鈉∶碳酸氫鈉比例為 5∶2.62（質(zhì)量比）]、護(hù)色劑濃度0.36%、熱燙時(shí)間90 s進(jìn)行護(hù)色處理[7]，然后清水沖洗干凈待用。

預(yù)凍：運(yùn)用凍干機(jī)冷阱對處理后的水芹進(jìn)行-15℃至-55℃預(yù)凍處理。

真空凍干：按已定程序進(jìn)行。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

依據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果，本試驗(yàn)初步確定真空冷凍干燥程序?yàn)椋?20℃ 6 h，-15℃ 6 h，-5℃ 4 h，20℃ 3 h，40 ℃ 4 h[8-9]。

1.3.1 預(yù)凍溫度對水芹凍干效果影響

依據(jù)當(dāng)物料完全凍結(jié)后，其電阻率會(huì)瞬時(shí)增大至無窮的原理，本文采用電阻法測定共晶點(diǎn)。通過萬用表測凍結(jié)水芹的電阻率確定水芹共晶點(diǎn)，進(jìn)而確定預(yù)凍溫度。

1.3.2 預(yù)凍時(shí)間對水芹凍干速率影響

在預(yù)凍溫度下，分別選擇 3、5、7、9、11、13 h 進(jìn)行預(yù)凍，計(jì)算凍干速率，選取預(yù)凍時(shí)間。

1.3.3 切分對預(yù)凍影響

受凍干機(jī)尺寸限制切段最長不可超過15 cm，故分別切段 3、5、7、9、11、13 cm 進(jìn)行試驗(yàn)，選取切分長度。

1.3.4 預(yù)凍條件響應(yīng)面試驗(yàn)

將預(yù)凍溫度、預(yù)凍時(shí)間及切分長度進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)分析[10]，比較凍干效果，確定最佳預(yù)凍條件。Box-Behnken試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 Box-Behnken試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)Table 1 Levels of variables used in the Box-Behnken design

1.4 檢測方法

本試驗(yàn)選用干燥速率作為凍干效果的評價(jià)指標(biāo)。凍干速率計(jì)算公式如下：

式中：m1為原料凍干前重量，g；m2為原料凍干后重量，g；t為總的干燥時(shí)間，h。

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)凍溫度確定

水芹共晶點(diǎn)受預(yù)處理時(shí)添加電解質(zhì)、水芹新鮮度、水芹自身水分含量等因素影響。水芹共晶點(diǎn)曲線見圖1。

圖1 水芹共晶點(diǎn)曲線Fig.1 Lowing temperature’s curve of Oenanthe javanica

由圖1可知，水芹在0℃至-35℃預(yù)凍處理時(shí)，電阻突變點(diǎn)的溫度為-10℃～-15℃，即預(yù)處理后水芹的共晶點(diǎn)溫度為-10℃～-15℃，但考慮到水芹自身因素不變，預(yù)處理過程中加入了護(hù)色劑、保脆劑等電解質(zhì)的影響，預(yù)凍溫度應(yīng)下探5℃左右，所以確定本試驗(yàn)的預(yù)凍溫度為-20℃。

2.2 預(yù)凍時(shí)間確定

預(yù)凍溫度對水芹凍干速率影響如圖2。

圖2 預(yù)凍時(shí)間對水芹凍干速率影響Fig.2 The effect of pre-freezing time on freeze-drying rate of Oenanthe javanica

由圖2可知，在-20℃下進(jìn)行預(yù)凍，預(yù)凍時(shí)間對凍干速率有顯著影響，凍干速率隨預(yù)凍時(shí)間的延長而不斷增加。當(dāng)預(yù)凍時(shí)間增加到9 h后，凍干速率達(dá)到最大，故選擇9 h為水芹凍干試驗(yàn)的預(yù)凍處理時(shí)間。

2.3 切分長度的確定

凍干物料的切分長度對凍干速率影響見圖3。

圖3 切分長度對水芹凍干速率影響Fig.3 The effect of cutting length on freeze-drying rate of Oenanthe javanica

從圖3可知，切分后水芹段越長，凍干速率越小，越不利于凍干；但如果切分過短，又不利于后期加工利用，故本試驗(yàn)選用7 cm切段進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.4 預(yù)凍條件響應(yīng)面試驗(yàn)分析

將表2試驗(yàn)結(jié)果代入Design-Expert 8.0軟件進(jìn)行方差分析得到多元回歸方程：Y=9.33+0.071×A-0.044×B+0.100×C+0.29×A×B-0.080×A×C+0.080×B×C-0.65×A2-0.54×B2-0.31×C2，其中Y為凍干速率，A為預(yù)凍溫度、B為預(yù)凍時(shí)間、C為切分長度。多元回歸方程方差分析，結(jié)果見表3。

表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)表及其結(jié)果Table 2 Box-Behnken experiments design and response values

表3 二次多項(xiàng)回歸模型方程方差分析Table 3 Analysis of quadratic regression equation

由表3可知，多元回歸方程的P＜0.000 1，即差異極顯著，失擬項(xiàng)P=0.236 9＞0.05，即差異不顯著，復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=0.992 4，說明回歸方程擬合度較好。對方程進(jìn)行分析，得到最佳預(yù)凍條件見圖4、圖5、圖6。

圖4 預(yù)凍溫度與預(yù)凍時(shí)間的交互作用對水芹凍干速率影響Fig.4 Effect of pre-freezing temperature and time on freezedrying rate of Oenanthe javanica

圖5 預(yù)凍溫度與切分長度的交互作用對水芹凍干速率影響Fig.5 Effect of pre-freezing temperature and cutting length on freeze-drying rate of Oenanthe javanica

圖6 預(yù)凍時(shí)間與切分長度的交互作用對水芹凍干速率影響Fig.6 Effect of pre-freezing time and cutting length on freezedrying rate of Oenanthe javanica

對水芹預(yù)凍條件響應(yīng)面試驗(yàn)分析，得到模型預(yù)測值為9.341 49%/h，最佳預(yù)凍條件為預(yù)凍溫度-19.80℃、預(yù)凍時(shí)間8.96 h、切分長度7.31 cm。結(jié)合實(shí)際可操作性，對上述條件進(jìn)行修正，即：預(yù)凍溫度-20℃、預(yù)凍時(shí)間9 h、切分長度7.5 cm。經(jīng)驗(yàn)證預(yù)凍效果較好，凍干速率為9.33%/h。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)采用電阻法測定了水芹共晶點(diǎn)溫度，即預(yù)處理后水芹的共晶點(diǎn)溫度為-10℃～-15℃，考慮到水芹預(yù)處理過程中加入了護(hù)色劑、保脆劑等電解質(zhì)的影響，確定預(yù)凍溫度為-20℃。進(jìn)一步做預(yù)凍時(shí)間和切分長度對凍干效果影響的單因素試驗(yàn)確定最佳參數(shù)，結(jié)合凍干溫度進(jìn)行預(yù)凍處理響應(yīng)面分析，最終確定了水芹預(yù)凍條件為預(yù)凍溫度-20℃、預(yù)凍時(shí)間9 h、切分長度7.5 cm，該條件下凍干速率較高，后期凍干效果較好。

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Study on Technology of Oenanthe javanica Pre-Freezing in Vacuum Freeze-drying

WAN Guo-fu，ZHANG Man，ZHANG Lan
（Jiangsu Food and Pharmaceutial Science College，Huai'an 223003，Jiangsu，China）

2017-03-17

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.20.012

2015年江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院課題“淮安水芹加工技術(shù)研究”（3011500085）；2015年度國家星火計(jì)劃項(xiàng)目“淮安水芹加工技術(shù)研究及產(chǎn)品開發(fā)”（2015GA690064）

萬國福（1977—），男（漢），副教授，碩士，主要從事食品分析及質(zhì)量控制研究工作。