藍莓真空冷凍干燥工藝優化

羅潔瑩，湯梅，柳建良，王琴

（仲愷農業工程學院，廣東廣州510225）

藍莓屬杜鵑花科，越橘屬的落葉性或常綠性的灌木或半喬木果樹，有“漿果之王”的稱號，是一種具有極高經濟價值和營養價值的新興世界性小漿果[1]。聯合國糧食及農業組織將其列為人類五大健康食品之一[2]。

因為藍莓含有豐富的活性成分，所以具有改善視力[3]，抗氧化、抑制惡性細胞的增殖[4]，軟化血管，治療高血壓[5]，以及抗炎和消炎作用[6]，此外，藍莓可以延緩記憶力的衰退[7]，提高機體抵抗氧化應激的能力，降低淋巴細胞脫氧核糖核酸（Deoxyribo Nucleic Acid，DNA）的氧化損失[8]等功能。

藍莓在國內外均具有廣闊的市場，但目前藍莓產品比較單一，主要以鮮食為主。通過對藍莓產品的開發使其趨于多樣化，有利于帶動產業的發展以及創造經濟價值。凍干食品耐貯藏性高，對調節市場淡旺季其關鍵作用；質量輕，方便運輸至世界各地，有利于出口創匯。目前國內外對藍莓的研究多集中在栽培、保鮮、功能成分的提取和研究以及生產狀況和產業發展等，對工藝的研究較少，特別是真空冷凍干燥工藝的研究，希望本試驗能提供依據。

有研究[9]指出，在熱風干燥、真空冷凍干燥、中短波紅外干燥、熱風—微波真空聯合干燥和變溫壓差膨化干燥這5種干燥方法中，真空冷凍干燥對藍莓的各營養成分如維生素C、花青素、酚類物質、超氧化物歧化酶等保持率最高。我國對于真空冷凍干燥技術的研究起步較晚，目前凍干技術仍未普及，主要原因是成本太高，所以進行凍干工藝的優化是很有必要的。

真空冷凍干燥技術，是將物料凍結成冰后，使水分在一定真空度下不經液態直接由固態升華成氣態，最終使物料脫水的干燥技術。該技術在低溫低壓的條件下進行，有效地避免了氧化反應和熱敏性成分的損失。相對于傳統的干燥技術，真空冷凍干燥技術具有脫水徹底、能形成多孔性結構、有效保留食品原有的風味和營養物質等優點[10-13]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

市售新鮮藍莓；仲愷農業工程學院落葉果樹團隊實驗室自制超純水。

1.2 儀器與設備

XY-FD-100F型真空冷凍干燥機：上海欣渝儀器有限公司；DHS-20A型鹵素水分測定儀：上海青海儀器有限公司；FA1004型精密電子天平：上海精科有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

原料→挑選→清洗→瀝干→預處理→裝盤→預凍→真空冷凍干燥→成品→包裝

1.3.2 果皮處理的確定

將藍莓的果皮分別進行無處理、刺孔（20個/單果）、劃痕（3道，每道長3 mm，深1 mm左右）處理，通過預凍溫度為-50℃，8 h的預凍后，進行真空冷凍干燥，通過測定其含水率、復水比以及外形和干燥時間的判斷，確定預處理的方式。

1.3.3 預凍溫度對凍干的影響

分別在-35、-40、-50、-60℃下進行預凍，預凍 8 h，其他處理一致。記錄下物料完全凍結所需要的時間以及進倉溫度，其他處理保持一致。

1.3.4 預凍時間對凍干的影響

在-50℃下進行預凍，其他處理一致。觀察并記錄物料到達共晶點所需的時間。從物料到達共晶點后，每半小時隨機選取3個藍莓，對半切開，觀察其內部冰晶形成的情況。

1.3.5 隔板溫度對凍干的影響

分別設置隔板溫度為30、40、50、60℃，其他處理保持一致。通過測定其含水率、復水比以及外形和干燥時間的判斷，分析隔板溫度對凍干的影響，確定隔板溫度的大致范圍。

1.3.6 干燥時間的影響

分別在 12、18、24、30、36 h 結束干燥，其他處理保持一致。記錄其出倉溫度通過測定其含水率、復水比和外形的判斷，分析干燥時間對凍干的影響，確定干燥時間的大致范圍。

1.3.7 正交試驗法優化干燥工藝

分別預冷溫度、預冷時間、隔板溫度、干燥時間4個因素的4個水平進行正交試驗，選出藍莓真空冷凍干燥最優工藝。

1.4 指標測定

1.4.1 含水率的測定

參照許晴晴等[14]的方法，采用DHS-20A鹵素水分測定儀測定，校正好儀器后，稱量約2 g～3 g左右樣品，設定溫度為105℃，結束模式選擇為自動結束，啟動鹵素水分測定儀進行水分測定，記錄該樣品的含水率。

1.4.2 復水比的測定

參考徐明亮等[15]方法，稱取1 g～2 g左右樣品，浸泡100 mL的水中，并置于25℃的恒溫水浴鍋中，浸泡時間為30 min，取出后用濾紙吸干至樣品表面基本無水，稱其質量，重復進行3次，復水比計算公式如下：

式中：m1為干樣質量，g；m2為復水后質量，g。

1.4.3 感官評價方法

分別從外形、氣味、口感、質地、咀嚼性5個方面對凍干藍莓進行感官評定，感官指標權重分別為：20%外形、10%香味、30%口感、20%質地、20%咀嚼性。具體評價標準如表1所示。

表1 藍莓果干感官評價表Table 1 Sensory evaluation of dried blueberry

2 結果與分析

2.1 預處理的確定

預處理的確定見表2。

表2 預處理的確定Table 2 Determination of pre treatment

研究表明[16]，干燥之前在藍莓表皮上進行劃痕，增加表皮上的孔隙數量，水蒸氣的逸出通道增多，提高干燥的速率。干制品的復水性可通過刺孔來提高，因其增加水分進入物料的通道，使干制品復原性更高、復水更快[17]。

刺孔和劃痕均能提高干燥的速率和復水比，縮短干燥時間，降低含水率，提高復原性。但劃痕處理的經過凍干后開口擴大，影響外觀，并且在復水過程中出現“溶出”現象，使復水比較低。綜合各方面因素的考慮，對藍莓品質影響最小的為刺孔處理。所以果皮的處理方式定為刺孔處理。

2.2 預凍溫度的影響

預凍溫度的確定見表3。

預凍溫度越低，凍結所需的時間越短，形成的冰晶越小，但不利于凍干過程中的熱量傳遞，能耗也越大。物料的共晶點和共熔點是凍干過程中的重要參數。共晶點也稱完全固化溫度，是指液體轉化固態的最高溫度，因此共晶點常用于凍結最終溫度的判斷，共熔點指在升溫過程中，固態開始轉化為液態的最低溫度[18]。許晴晴[14]等確定了藍莓的共晶點在-33℃左右，共熔點在-30℃左右。理論上預凍溫度應不高于共晶點溫度。

表3 預凍溫度的確定Table 3 Determination of pre freezing temperature

在外形上，預凍溫度為-35℃和-40℃時，物料出現塌陷的現象，其中-35℃的較顯著，這是因為物料的進倉溫度相對較高，容易超過共熔點，使原本支撐物料形態的冰融化成液態的水，從而出現塌陷的情況，物料的組織結構被破壞而阻礙水分的逸出，造成其含水率增大、復水比降低。綜合各方面的考慮，預凍溫度應控制在-45.0℃～-55.0℃之間，預凍時間在7 h～8 h之間。

2.3 預凍時間的影響

預凍時間的確定見表4。

表4 預凍時間的確定Table 4 Determination of pre freezing Time

物料的凍結是凍干的前提。為了保證物料完全凍結，中心溫度到達共晶點后仍需繼續延長1 h～2 h左右。

預凍6 h，物料出現塌陷現象，含水率較高，復水比較低，可能是物料沒有完全凍結，因此預凍時間應不少于7 h。

2.4 隔板溫度的影響

隔板溫度的影響見表5。

在凍干的后階段，仍殘存少量以結合水的形式存在的水分，這部分水分束縛力強，必須通過增加熱量的供給，才能將這部分水分排除。此時可通過調節隔板的溫度，以熱傳導的方式來給物料提供熱量。隔板溫度太低，給物料的熱量不夠，會延長干燥的時間，甚至造成產品含水率過高；隔板溫度太高，干燥的速率加快，食品外部迅速干燥硬化，使細胞的彈性消失，產生干縮的現象。

表5 隔板溫度的確定Table 5 Determination of clapboard temperature

隔板溫度為 30.0、40.0、50.0、60.0 ℃時，干燥時間需 37、34、30、27 h；含水率分別為 7.62%、5.38%、5.42%、5.37%；復水比依次為 3.08、3.53、3.54、3.57；除30.0℃和60.0℃分別出現塌陷和干縮的現象外，其余的果型飽滿。綜合各因素的考慮，隔板溫度應控制在40.0℃～55.0℃范圍內。

2.5 干燥時間的影響

根據趙海山[19]等試驗指出，在干燥過程中，干燥時間對果干品質有較大的影響，干燥時間的確定見表6。

表6 干燥時間的確定Table 6 Determination of drying time

在實際生產實踐中，凍干產品從出倉到包裝需要經過一段時間，在這段時間里，產品易回潮。回潮指物料在環境溫度下吸濕的現象，當物料的出倉溫度高于環境溫度時，有效抑制環境中的水分中進入產品而引起回潮。

干燥24 h，物料含水率高，是由于干燥時間相對過短，造成水分排除不夠充分所致；干燥27 h，含水率較高，這是由于物料出倉溫度接近室溫，而物料與環境中的空氣濕度形成較大的差異，造成一定程度的回潮；干燥30 h以上，不但有效地排除了物料中的水分，還能提高物料的出倉溫度，防止物料在包裝前回潮，保障了產品品質。綜合各方面的因素考慮，干燥時間應在30 h左右。

2.6 正交試驗法優化藍莓真空冷凍干燥工藝

根據單因素試驗結果，選擇預冷溫度、預凍時間、干燥時間及果皮處理這4個因素進行L9（34）的正交試驗。其因素水平表見下頁中的表7。

表7 正交試驗因素水平表Table 7 The orthogonal factor level

如表8所示進行正交試驗，通過直觀分析，得出影響藍莓真空冷凍干燥的最優工藝以其影響主次因素的排列順序。

表8 L9（34）正交試驗結果分析表Table 8 Analysis of orthogonal test results

正交試驗結果如表8所示，正交試驗結果以感官評價為主，含水率和復水比作為參考。干燥時間對藍莓的真空冷凍干燥的影響最大，預凍時間次之，再次之為隔板溫度，預凍溫度影響最弱，即：D＞B＞C＞A。藍莓真空冷凍干燥的最優工藝為A3B2C3D3，即預凍溫度為-55℃，預凍時間為7.5 h，隔板溫度為50℃，干燥時間為32 h。

根據正交試驗得出的最佳工藝，以此工藝平行進行3次驗證試驗，結果如表9所示。

通過最優工藝得出的藍莓干外形飽滿，與鮮果無異，具有藍莓的特有風味，入口酥脆，疏松多孔，易于咀嚼。

表9 驗證試驗結果Table 9 Verification test results

3 結論與展望

本試驗對藍莓的真空冷凍干燥工藝進行優化，以預凍溫度、預凍時間、隔板溫度、干燥時間對凍干藍莓的影響。在此基礎上進行四因素三水平的正交試驗，分析各因素的顯著性和交互作用，并通過驗證性試驗證明。試驗結果表明：藍莓真空冷凍干燥的最優工藝為在-55℃預凍7.5 h，設定隔板溫度為50℃，再進行真空冷凍干燥32h。得到的凍干藍莓含水率為5.27%，復水比為2.53，感官評分為94.7。

[1]韓鵬祥,張蓓,馮敘橋,等．藍莓的營養保健功能及其開發利用[J]．食品工業科技,2015,36(6):370-376

[2]Rodarte-Castrejon A D,Eichholz I,Rohn S,et al.Phenolic profile and antioxidant activity of highbush blueberry(Vaccinium corymbosum L.)during fruit maturation and ripening[J].Food Chemistry,2008,109(3):564-572

[3]王姍姍,孫愛東,李淑燕．藍莓的保健功能及其開發應用[J]．中國食物與營養,2010(6):17-19

[4]Fernandes I,Marques F,Freitas V D,et al.Antioxidant and antiproliferative properties of methylated metabolites of anthocyanins[J].Food Chemistry,2013,141(3):2923-2933

[5]Shaughnessy K S,Boswall I A,Scanlan A P,et al.Diets containing blueberry extract lower blood pressure in spontaneously hypertensivestroke-pronerats[J].NutritionResearch,2009,29(2):130-138

[6]陳美,梁統,周克元,等．原花青素的抗炎作用及其作用機制探討[J]．國際檢驗醫學雜志,2008,29(12):1080-1087

[7]Malin D H,Lee D R,Goyarzu P,et al.Short-term blueberryenriched diet prevents and reverses object recognition memory loss in aging rats[J].Nutrition,2011,27(3):338

[8]Wilms L C,Boots A W,Boer V C,et al.Impact of multiple genetic polymorphisms on effects of a 4-week blueberry juice intervention on exvivo induced lymphocytic DNA damage in human volunteers[J].Carcinogenesis,2007,28(8):1800-806

[9]邵春霖,孟憲軍,畢金峰,等．不同干燥方式對藍莓品質的影響[J]．2013,39(11):109-113

[10]王益強,孫萍,劉魯建．真空冷凍干燥對食品質量的影響[J]．萊陽農學院學報,2003(2):149-153

[11]Marabi A,Thieme U,Jacobson M,et al．lnfluence of drying method and rehydration time on sensory evaluation of rehydrated carrot particulates[J]．Journal of Food Engineering,2006,72:211-217

[12]李志平．真空冷凍干燥技術分析研究及應用[J].四川食品與發酵,2005,41(3):51-54

[13]Shigeki Take,Mika Fukuoka.An application of magnetic resonance imaging to the real time measurement of the change of moisture profile in a rice grain during drying[J].Journal of Food Engineering,1997,33(1):181－192

[14]許晴晴,陳杭君,郜海燕,等．真空冷凍和熱風干燥對藍莓品質的影響[J]．食品科學,2014,35(5):64-68

[15]徐明亮,周祥,蔡金龍,等．不同干燥方法對海蘆筍干品品質的影響[J]．食品科學,2010,31(11):64-68

[16]Yemmireddy V K,Chinnan M S,Kerr W L,et al.Effect of drying method on drying time and physico-chemical properties of dried rabbiteye blueberries[J].LWT Food Science And Technology,2013,50(2):739-745

[17]周國旺,張冬雪,杜漢軍,等．藍莓預處理方法和干燥加工技術研究進展[J]．保鮮與加工,2016,16(6):130-134

[18]李月華．竹蓀凍干及制粉工藝的研究[D]．福建:福建農林大學,2011

[19]趙海山,曹彥清．樹莓真空冷凍干燥工藝的研究[J]．食品工業,2013,34(6):94-97