基于干燥特性及品质控制的葱茎段预处理联合真空冷冻干燥研究

作     者：王泽智 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周存山

授予年度：2022年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083203[工学-农产品加工及贮藏工程] 

主      题：葱茎 真空冷冻干燥 冻融循环预处理 干燥特性 品质控制 

摘      要：大葱营养丰富,风味独特,是一种潜在的天然和健康的功能性调味品,同时也是我国出口创汇的重要经济蔬菜,目前出口产品主要以真空冷冻干燥(冻干)加工为主,但该技术面临干燥时间长、能耗高、生产成本大、产品不鲜亮、需要后续杀菌等缺点。针对这些问题,本文拟通过冻融循环预处理和冻干工艺(主干燥、预冻)的挖掘进行探索研究。首先,研究了冻干过程中耗时最长的主干燥阶段,探究合理的真空度、干燥温度和时间。其次,对影响冻干品质较大的预冻环节进行研究,探究预冻温度对冻干动力学及品质的影响。最后,通过冻融预处理进一步对冻干工艺的效率和品质进行综合探究。(1)研究了主干燥温度(常规-20℃、4℃、25℃、变温VT)对真空冷冻干燥葱茎干燥特性和品质的影响。结果表明,主干燥温度为25℃时,冻干时间最短为9.3 h,较常规-20℃缩短了14.7 h,其次是4℃和变温VT,这两种方法之间没有显著差异,干燥时间约12 h,较常规的冻干对照24 h,干燥时间缩短了50%;VT主干燥,起始温度低,冻干过程中葱茎内部冰晶不易融化且升华缓慢,内外压差平衡,对细胞破坏程度小,具有显著最小的体积收缩率(20.00%)。25℃主干燥加速葱茎表面水分蒸发,部分冰晶融化,导致内外压差不平衡,引起细胞结构受损,组织收缩;VT组冻干产品颜色更加亮白,蒜素和抗坏血酸含量较-20℃组提高了15.1%和6.5%,抗氧化能力和复水风味显著最强;而25℃下冻干葱茎制品品质劣变,色泽灰暗,生物活性物质含量和抗氧化能力显著最低。据此,25℃和VT主干燥能显著降低葱茎冻干时间,VT冻干葱茎品质最高,而25℃冻干葱茎品质较差。综合考量,VT主干燥更适用于葱茎真空冷冻干燥技术中。(2)预冻是真空冷冻干燥技术的又一重要环节,首先对不同预冻温度(-20℃、-40℃、-60℃、-80℃和-196℃)下葱茎样品真空冷冻干燥的干燥动力学进行评估,再探究预冻温度对冻干葱茎样品复水性、外观形貌、生物活性物质、抗氧化能力、热稳定性等的影响。结果表明,不同预冻温度缩短了葱茎45.0%-63.3%的冻干时间;-20℃的低温缓冻,生成大且尖锐的冰晶,刺破细胞壁,破坏细胞结构,导致细胞液流出,显著最大的缩短了冻干时间,但降低了产品品质(色泽、复水性、总酚酸、抗氧化能力);-60℃的超低温速冻生成小且密集圆润的冰晶,对细胞破坏程度小,细胞内物质不易流失,保留了大部分的品质特征(外观形貌、复水风味、热稳定性、抗氧化能力);-196℃液氮速冻,使葱茎样品的中心温度快速通过最大冰晶生成带,生成的冰晶对细胞的破坏程度显著最小,冻干时间最长,生物活性物质含量和抗氧化能力高,但剧烈的冻结过程,导致葱茎组织碎裂,使得冻干产品外观形貌和热稳定性差,风味成分物质损失严重。得到结论,-20℃和-60℃的预冻温度能显著缩短冻干时间,其中,-60℃预冻后冻干葱茎产品品质更好。因此-60℃的预冻温度更适用于葱茎的真空冷冻干燥技术中。(3)干燥预处理技术是果蔬冻干领域节能的研究重点,可进一步优化冻干工艺。探讨了冻融循环预处理(1-FT4℃、1-FT25℃、1-FT-HB、2-FT4℃、2-FT25℃和2-FT-HB)对葱茎水分含量的影响,并探究了冻融循环预处理联合工艺优化后的真空冷冻干燥技术对葱茎干燥特性和产品品质的影响。结果表明,冻融循环预处理过程中,葱茎内部水分逐渐结晶、生长、膨胀,从而破坏细胞结构,提高膜通透性。解冻过程中,细胞壁变软,细胞液流失,实现了干燥前预脱水。冻融次数越多、解冻温度越高,葱茎细胞受损程度越大,真空冷冻干燥葱茎样品的复水性和热稳定性越高。其中,95℃组(1-FT-HB、2-FT-HB)因其解冻方式为高温热烫,细胞壁中纤维素、果胶等物质受热发生降解,细胞壁通透性发生不可逆变化,细胞结构破损,组织间隙中的气体受热膨胀,挤压破损细胞,导致更多的细胞内液被挤出,从而显著缩短了葱茎冻干时间(与常规葱茎真空冷冻干燥技术相比,缩短了64.29%-65.13%的干燥时间)。95℃冻融循环预处理联合真空冷冻干燥的葱茎制品颜色更加亮白,热稳定性高,菌落总数降至0-2.7-log,小于国标5-log规定,更符合果蔬脱水干制品的市场消费需求。综上所述,与常规的葱茎真空冷冻干燥技术相比,工艺优化后的真空冷冻干燥技术(-60℃预冻、VT主干燥)可以显著提高葱茎营养成分保留率,改善产品品质;95℃冻融循环一次预处理联合工艺优化后的真空冷冻干燥技术可在显著提高葱茎干燥速率,缩短干燥时间64.29%,降低菌落总数(2.70-log)的同时提高产品品质。