鐵皮石斛真空冷凍干燥研究

林玉婷，白音，石海英*

（韶關(guān)學(xué)院英東生命科學(xué)學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

鐵皮石斛真空冷凍干燥研究

林玉婷，白音，石海英*

（韶關(guān)學(xué)院英東生命科學(xué)學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

以鐵皮石斛為原材料，探討和制備冷凍干燥產(chǎn)品.研究表明：在物料的預(yù)凍速度為1.5℃/m in、預(yù)凍時(shí)間8 h、裝盤量為5.35 kg/m2、加熱板溫度為50℃、干燥室壓力為20 pa、干燥時(shí)間為5.7 h的條件下進(jìn)行加工，獲得良好的凍干制品，并得出其凍干曲線.

鐵皮石斛；真空冷凍干燥；凍干曲線

真空冷凍干燥技術(shù)是把原材料先進(jìn)行一輪預(yù)凍,使原材料中的水分全部?jī)鼋Y(jié)轉(zhuǎn)化至冰晶狀態(tài),然后調(diào)整機(jī)器壓力低于三相點(diǎn)壓力,再輔助以新的熱量為動(dòng)力去除原材料中的水分.上個(gè)世紀(jì)八十年代開(kāi)始食品冷凍干燥技術(shù)在我國(guó)多個(gè)領(lǐng)域有了較大發(fā)展,其產(chǎn)品由于價(jià)格較高且多用于出口,冷凍干燥加工的蔬菜產(chǎn)品也主要以蔥、姜、大蒜、香菇等為主［1-2］.Frost等介紹了葉類蔬菜比根莖類蔬菜［3］，更加適合用冷凍干燥技術(shù)來(lái)加工.Ratti等在不同的溫度下用冷凍干燥的方法對(duì)草莓進(jìn)行研究［4］；此外Timothy D等用不同干燥方法對(duì)胡蘿卜進(jìn)行加工對(duì)比，結(jié)果表明，真空冷凍干燥效果和品質(zhì)較優(yōu)［5］.鐵皮石斛（Dendrobium）是蘭科植物中石斛的一種，性寒味甘,具清熱解毒、增智安神之功效，是富含石斛堿和多糖的非常名貴的藥食兩用的中藥材.因此，加工過(guò)程中要盡量保留其原有的營(yíng)養(yǎng)成分［2］.本試驗(yàn)以新鮮鐵皮石斛莖段為原材料,清洗護(hù)色預(yù)處理后進(jìn)行預(yù)冷凍保存，調(diào)整設(shè)定參數(shù)再進(jìn)行真空冷凍干燥,這樣既提高了加工效率,又能最大程度地保留鐵皮石斛的營(yíng)養(yǎng)成分及活性因子.

1　材料與方法

1.1材料與設(shè)備

試驗(yàn)用原材料采自韶關(guān)學(xué)院生態(tài)園鐵皮石斛種植基地.采收后去葉留莖于低溫冷藏環(huán)境下保存.長(zhǎng)度為10~20 cm,直徑為3~4 mm.輔料為:NaHCO3、Na2CO3、ZnCl2等.試驗(yàn)所用干燥機(jī)為DTS-50型真空冷凍干燥機(jī),裝料擱板面積為0.5 m2,其脫水能力為5 kg/次,加熱溫度區(qū)間為20~120℃,冷凍溫度區(qū)間為-50~-60℃,真空度區(qū)間為20~80 Pa.其它輔助加工設(shè)備:切削機(jī)、清洗機(jī)、預(yù)煮鍋、自動(dòng)真空薄膜封口機(jī)等均為國(guó)產(chǎn)常用設(shè)備.

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1鐵皮石斛真空冷凍干燥加工的工藝流程

采摘無(wú)病蟲害的鐵皮石斛莖，用流動(dòng)水清洗干凈,按長(zhǎng)度切段1.5~2 cm進(jìn)行分級(jí)整形.采用熱水進(jìn)行滅酶處理,根據(jù)預(yù)試驗(yàn),選定處理溫度為85℃,處理時(shí)間為4~6 min.在燙漂的同時(shí)進(jìn)行保綠處理,調(diào)節(jié)pH7. 5并加保脆制劑.然后用冷水冷卻,瀝除表面附著水.然后將鐵皮石斛莖段平鋪在物料盤中,要求厚度均勻.由于裝料量與升華干燥時(shí)間有關(guān),所以設(shè)定的裝料量分別為2.70、3.89、5.35、7.90、9.6 kg/m2.先進(jìn)行預(yù)凍結(jié)處理，先測(cè)定出鐵皮石斛的共晶點(diǎn)和共熔點(diǎn),設(shè)定凍結(jié)溫度和時(shí)間.再進(jìn)行升華干燥處理，先將冷阱調(diào)節(jié)至溫度為-60℃,再啟動(dòng)真空泵至真空度20 Pa,然后開(kāi)始給予升華熱.根據(jù)預(yù)試驗(yàn)設(shè)定溫度為55℃.在下面的解析干燥處理中，真空度保持不變,將加熱溫度適當(dāng)降低,目的是保持鐵皮石斛的營(yíng)養(yǎng)活性成分不被高溫所破壞,在解析干燥階段允許最高溫度為45℃.當(dāng)測(cè)得的料溫與擱板溫度趨于一致時(shí),即為干燥終點(diǎn).破除機(jī)器真空,取出鐵皮石斛,在干燥清潔的環(huán)境中采用聚酯盒外套聚乙烯膜真空包裝.

1.2.2測(cè)定方法

采用目視法對(duì)鐵皮石斛的護(hù)綠效果進(jìn)行測(cè)定.應(yīng)用電阻法測(cè)定鐵皮石斛的共晶點(diǎn)［6］.

2　結(jié)果與分析

2.1鐵皮石斛護(hù)綠效果

利用Na2SO3對(duì)葉綠素酶具有一定的抑制作用,在適量Na2SO3存在的條件下Zn2+的護(hù)綠效果較好,根據(jù)目測(cè)以200 mg/L的Zn2+處理鐵皮石斛莖段為宜.

2.2鐵皮石斛冷凍干燥裝料量的控制

冷凍干燥機(jī)的濕重裝料量,是決定干燥時(shí)間的重要因素,在進(jìn)行冷凍干燥時(shí),物料的干燥實(shí)際上是由外向內(nèi)層層推進(jìn)的,當(dāng)被干燥物料鋪的較厚時(shí),隨著已干層的增厚進(jìn)而導(dǎo)致傳質(zhì)阻力增加,那么干燥過(guò)程將要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間.所以裝料過(guò)多會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)周期，裝料過(guò)少又會(huì)降低機(jī)器的生產(chǎn)能力,實(shí)際在進(jìn)行冷凍干燥時(shí),單位面積干燥板所裝載的物料量應(yīng)根據(jù)具體的加熱方式及干燥物料的種類而定,結(jié)合DTS-50型真空冷凍干燥機(jī)的設(shè)備性能,經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定裝料量適宜控制在9 mm（5.35 kg/m2)為宜(見(jiàn)表1).

表1　不同裝料厚度時(shí)的干燥時(shí)間

2.3凍結(jié)溫度、速度和時(shí)間

經(jīng)試驗(yàn)鐵皮石斛在冷凍溫度達(dá)到-30.6℃時(shí)電阻值顯著增大，在緩慢加熱至-29℃時(shí)電阻值突然變小,進(jìn)而確定其共晶點(diǎn)為-30.6℃,所以,在進(jìn)行鐵皮石斛冷凍干燥時(shí)的凍結(jié)溫度控制在-30.6~-29℃之間.凍結(jié)速度控制在1.5℃/min.

2.4升華及解析加熱溫度的控制

實(shí)驗(yàn)使用的DTS-50型真空冷凍干燥機(jī)是以傳導(dǎo)為主的混合式加熱方式.物料采用的鐵皮石斛的莖段,此部位最易升華的進(jìn)行.隨著加熱板的溫度逐漸升高，石斛莖段開(kāi)始從接觸面較小的部位脫離物料層,但是加熱板的溫度過(guò)高(60℃)時(shí),物料會(huì)產(chǎn)生較大的變形進(jìn)而脫離盤面,導(dǎo)致物料與托盤之間的加熱方式發(fā)生了變化,這樣反而會(huì)延長(zhǎng)冷凍干燥的時(shí)間.到了升華階段的后期界面溫度越發(fā)接近物料的共熔點(diǎn),所以,在升華干燥過(guò)程中,采用單純提高加熱板溫度來(lái)供給熱量的方式對(duì)于縮短冷凍干燥時(shí)間的效果并不明顯,經(jīng)試驗(yàn)升華加熱溫度適宜控制在55℃以內(nèi).解析階段加熱溫度控制在45℃以內(nèi),最高允許溫度為45℃.

2.5鐵皮石斛冷凍干燥曲線

鐵皮石斛冷凍干燥過(guò)程中,物料溫度、加熱板的溫度、冷阱溫度以及干燥室的壓力都在隨著冷凍干燥的進(jìn)行而發(fā)生著相應(yīng)的變化,根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出鐵皮石斛的冷凍干燥曲線(如圖1所示).

圖1　鐵皮石斛的真空冷凍干燥曲線圖

3　結(jié)論

應(yīng)用電阻法測(cè)定的真空冷凍干燥鐵皮石斛共晶點(diǎn)為-30.6℃,鐵皮石斛預(yù)冷凍的初始溫度為-29℃.升華干燥時(shí)的料板溫度不超過(guò)55℃,解析階段最高允許溫度控制在45℃.獲得了鐵皮石斛冷凍干燥曲線，為鐵皮石斛冷凍干燥產(chǎn)品深加工提供技術(shù)參數(shù).

本試驗(yàn)條件下確定的最佳裝料量為5.35 kg/m2,裝料厚度適宜控制在9 mm，干燥時(shí)間5.7 h；試驗(yàn)獲得的冷凍干燥鐵皮石斛呈淡綠色,略有彎曲.

［1］曾慶孝.食品加工與保藏原理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002:137,158.

［2］張軍合.真空冷凍干燥技術(shù)在食品工業(yè)中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用[J].食品研究與開(kāi)發(fā),1999,20(3):41-44.

［3］Frost C E,Burton K S,At key P T.A fresh look at cooling mushrooms[J].Mushrooms Journal,1989(193):23-29.

［4］Shishehgarha F,Makhloaf J,Ratti C.Freeze-drying characteristics of strawberries[J].Drying technology,2002,20(1):131-145.

［5］Lin T M,Durance T D,Scaman C H.Characterization of vacuum m icrowave air and freeze dried carrot slices[J].Food research international,1998,31(2):111-117.

［6］劉涌鋼,王曉芳.草莓冷凍干燥工藝研究[J].食品工業(yè),2012.

Study on Vacuum Freeze-drying of Dendrobium

LINYu-ting,BAI Yin,SHI Hai-ying*
（Yingdong Collegeof Life Sciences，Shaoguan University,Shaoguan 512005,Guangdong,China）

Using the Dendrobium as the raw material of the study,then vacuum freeze-drying method was adopted through the production exploration of Dendrobium.The result of experiments indicated that the economical and optimum quality freeze drying Dendrobium production could be got under the following conditions:the freezing velocity was 1.5℃/min;the pressure in drying room was 20 pa;the loading of the machine was 5.35 kg/m2;the heating temperaturewas 50℃and drying in 5.7 hours.Through experiments green-protect conditions related to the quality of freeze drying Dendrobium was given.Then the curve of freeze drying Dendrobium was achieved and it assured theoptimum processing technology of freeze drying Dendrobium production.

Dendrobium;vacuum freeze-drying;freeze-drying curve

Q947.8

A

1007-5348（2016）08-0059-03

2016-06-22

廣東省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃建設(shè)項(xiàng)目(201410576026).

林玉婷（1993-），女，廣東韶關(guān)人，韶關(guān)學(xué)院英東生命科學(xué)學(xué)院學(xué)生；研究方向：藥用植物加工.*通訊作者.

（責(zé)任編輯：邵曉軍）