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1、预处理方式对胡萝卜变温压差膨化干燥的影响研究1 引言变温压差膨化干燥是一种结合热风干燥、压力膨化干燥等的联合干燥技术，结合了热风干燥和真空冷冻干燥的优点、克服了真空低温油炸干燥等缺点，可以生产出类似于经过冷冻干燥加工的产品。变温压差膨化干燥的产品复水性能更好，并且加工费用较低。这种新型的果蔬加工技术可以生产出低脂肪、水分含量低于7%的果蔬脆片。我国是胡萝卜生产大国，但胡萝卜加工主要停留在简单的冷冻和保鲜处理层面上，附加值较高、增值空间较大的胡萝卜饮料、脱水蔬菜、胡萝卜泥、添加剂等精、深加工技术相对落后1。变温压差膨化干燥技术是近几年刚刚兴起的一种新型非油炸果蔬干燥技术在果蔬加工中具有十分广阔的
2、应用前景。1.1 胡萝卜及其营养价值胡萝卜又称黄萝卜，是一种营养丰富、老幼皆宜的好菜蔬，誉称“小人参”。胡萝卜具有很高的营养价值和较好的医疗效果。胡萝卜不仅含有丰富的维生素、糖、淀粉、钾、钙、磷、铁等营养成分和无机盐类，还含有5种人体必需氨基酸，且赖氨酸居多。胡萝卜含有大量的类胡萝卜素、双歧因子和核酸物质，这些物质对于增强免疫力、减轻氧负自由损伤、抗基因突变、保护肠道黏膜和增殖肠道益生菌有独特疗效；由于含有丰富的甘蔗和淀粉、槲皮素、山奈酸等，能增加冠状动脉血流量、降低血脂、促进肾上腺素的合成，进而具有降压、强心之功效2。1.2 胡萝卜的开发现状我国是优质胡萝卜原料的生产大国，但是对胡萝卜的加工
3、利用率不高。胡萝卜产品多以速冻和保鲜形式出口，深加工品种也很单一，主要是胡萝卜汁、从胡萝卜中提取 -胡萝卜素等。1.2.1 加工胡萝卜汁 以新鲜胡萝卜为主要原料，生产天然胡萝卜汁。据报道，中科院石家庄农业现代化所生产的胡萝卜浓缩汁(40%-42%浓度)，其类胡萝卜素含量可达50-55mg/（100g），是国外同类产品胡萝卜素含量的2倍3。但是直接加工生产胡萝卜保健食品、饮料，目前仍有局限性。一方面是在口味上，胡萝卜自身不具备水果的甜酸味，不具备果香，还存在一定的异味，用其加工而成的汁液，口味远远比不上各种果汁，这无疑影响了胡萝卜汁的市场占有率。另一方面，在胡萝卜汁加工中会产生大量残渣，不仅浪费
4、资源，而且造成环境污染。 1.2.2 提取-胡萝卜素 国内外对酶法提取-胡萝卜素进行了许多研究。用石油醚等有机溶剂提取天然-胡萝卜素，由于胡萝卜素是细胞的内含物，通过加入纤维酶、果胶酶等破坏胡萝卜的细胞壁，随着细胞壁的分裂，胡萝卜素得到了更大的释放4,5。无论利用何种方法从胡萝卜中提取胡萝卜素，经检测提取后的胡萝卜渣中除含有纤维素外，还含有矿物质、氨基酸和胡萝卜素等。胡萝卜渣通常作为动物饲料，但其利用率较低。1.3 变温压差膨化干燥技术1.3.1 变温压差膨化干燥技术原理 变温压差膨化干燥又称爆炸膨化干燥或气流膨化。气流膨化的主要设备为一个压力罐和一个真空罐，真空罐的体积是压力罐的若干倍。将原
5、料放入压力罐后，加热至一定的温度。当观察孔的玻璃板上有大量的水滴形成时，打开压力罐与真空罐之间的泄压阀瞬间抽真空，使压力罐中的压力迅速降低，从而引起物料的膨化。当观察孔玻璃上凝聚的水滴大部分消失后，将阀门关闭，压力罐中的压力将逐渐升高至压差最大。如此反复几次后，观察孔上的凝聚的水滴将大量减少,当从观察孔上看到原料膨化较好、色泽合适时停止加热,随后在压力罐的夹层壁中通入冷却水使物料温度降至室温6。 1真空罐 2压力罐 3真空泵 4 4泄压阀 5蒸汽发生器12345 图 1 气流膨化果蔬膨化机 1.3.2 变温压差膨化干燥技术研究现状 国外对变温压差膨化干燥技术研究主要始于上世纪八十年代，国内在近
6、几年才刚刚开始。国外的主要研究机构是美国农业部东部研究中心；国内主要是中国农业科学院农产品加工所和山东农业大学等做这方面的研究。变温压差膨化干燥技术现已成功应用于苹果脆片的生产中，但将这种技术应用于生产胡萝卜膨化产品还处于起步阶段。1.3.2.1 工艺研究现状国内山东农业大学先后对苹果、空心脆枣、红薯、马铃薯、胡萝卜、枸杞等原料做过气流膨化干燥研究7-15。王荣梅，张培正等以胡萝卜为原料，利用低温气流膨化干燥技术开发研制了膨化胡萝卜脆片12。以气流膨化的胡萝卜产品的膨化度、外观、口感为指标，分别研究了前处理阶段和膨化阶段的各因素对最终产品质量的影响。前处理阶段，考虑了胡萝卜品种、去皮与否、切分
7、形状、糖煮工序（糖煮与否、糖煮时间、糖煮浓度、糖液成分）等因素对产品质量的影响，得出结论：表皮为红色的胡萝卜膨化效果较好；胡萝卜去掉外层表皮之后，产品膨化质量较高；胡萝卜以切成丁状和条状为佳；丁的大小为 1.5cm3，条的长度为2-3cm；胡萝卜需在含有2-3柠檬酸、10%的糖液中煮20min。膨化阶段，综合考虑了膨化前的水分含量、膨化温度、操作压力差、停滞时间诸因素对胡萝卜膨化效果的影响，得出较优工艺参数：膨化前水分含量维持在23%左右；膨化温度控制在110；膨化压差在105KPa；停滞时间在60min 较合适。 1.3.2.2 产品品质研究现状经过变温压差膨化干燥的产品由于原料内部产生了多
8、孔、海绵状的结构，虽无油脂，但本身具有一定的含糖量，易吸湿回软，影响口感，所以要尽量降低产品水分，研究膨化干燥产品的贮藏特性，寻找合适包装，使产品具有尽可能长的货架期。 Sullivan JF等16,17对气流膨化的马铃薯脆片在贮藏期间的风味、营养成分、产品品质变化进行了研究，证明经过变温压差膨化干燥的产品在贮藏期间也能保持良好的质构和品质。范柳萍等研究了真空油炸胡萝卜脆片在水分活度为 0.06-0.95，温度分别为10、25、40条件下的吸湿平衡含水率变化规律。根据目前在农产品吸湿规律研究中常用的六种模型对三个温度条件下胡萝卜脆片的吸湿试验点进行了模拟比较，以模型的确定系数、标准误差以及平均
9、相对预测误差作为评价指标，得出了Peleg、Halsey以及GAB模型，可以较好地预测胡萝卜脆片在不同温度条件下的吸湿规律，并确定了它们的模型系数18。他们还研究了油炸温度和真空度对胡萝卜脆片水分质量分数、脂肪质量分数、色泽及质构的影响。试验表明：随着油炸温度和真空度的升高，其干燥和脂肪吸收速度相应提高，且两者呈一定的相关性19,20。 1.4 研究目的与内容研究胡萝卜变温压差膨化产品的最佳预处理方式。对胡萝卜变温压差膨化工艺中糖煮时糖液的浓度、冷冻处理方式以及膨化前胡萝卜的水分含量三个因素进行逐一的单因子试验，考察它们对膨化产品的膨化度、色泽、硬度、酥脆度的影响。2 实验材料与方法2.1 实
10、验材料、试剂新鲜胡萝卜天津红旗农贸市场麦芽糖浆(浓度75%)山东鲁洲集团2.2 实验仪器YP2001N型电子秤上海精密科学仪器有限公司Sh10A型水份快速测定仪上海精密科学仪器有限公司DGH-9240A型电热鼓风干燥箱 上海精密科学仪器有限公司冷库天津农学院食品加工厂电热蒸发器句容市锅炉容器厂QDPH-20膨化果蔬膨化机组购自天津勤德新材料科技有限公司SMY-2000型色彩色差仪北京盛名扬科技开发有限责任公司TA.XT plus物性分析仪英国Stable Micro System公司2.3 实验方法2.3.1 变温压差膨化胡萝卜操作流程选购材料清洗去皮切分糖煮冷冻预干燥均湿膨化冷却分级包装贮藏
11、 2.3.2 操作方法2.3.2.1 原料前处理将市售的胡萝卜用流水清洗掉粘附在表面的杂质。用削皮刀将胡萝卜外层的薄薄的表皮去掉。把胡萝卜切成长约1.5cm的条状。2.3.2.2 糖煮 将75%的麦芽糖浆配成20%、30%、40%、50%的糖溶液，分别将胡萝卜放入沸水中煮20min。2.3.2.3 冷冻 把糖煮过的胡萝卜置于-18的冰箱中冷冻24h。2.3.2.4 预干燥 取出冷冻24h后的胡萝卜平铺在筛网上风干至水分含量为10%。2.3.2.5 均湿 胡萝卜经预干燥后，有的较干，有的较湿，水分分布不均匀。将原料装入塑料袋中并把口扎紧，置低温下均湿48h，使水分含量分别控制在20%、30%、4
12、0%、50%。2.3.2.6 膨化、冷却将经过以上处理的原料，沿纵向放于膨化罐的同一个钢丝托盘上，尽量使各个处理在膨化时处于同一条件下，然后装入膨化罐密封；开启电磁阀，连接蒸汽发生器与膨化罐，蒸汽发生器传输的过热蒸汽加热膨化罐，使罐内温度缓慢升至膨化温度110，关闭电磁阀；开启进气阀，连接空气压缩机与膨化罐，使罐内压力增加到设定压力，关闭进气阀；开启真空泵，对真空罐进行抽真空，使罐内真空度达到-0.1MPa；开启泄压阀，连接膨化罐和真空罐，原料瞬间膨胀，并带走膨化罐中大量水分；迅速向冷却管道中通入冷却水，将膨化罐内温度降至抽真空干燥时要求的温度；抽真空干燥一定时间；通入冷却水将温度降低至30；
13、关闭泄气阀，维持5min后，打开通气阀门，连接大气和膨化罐，使罐内恢复常压；开罐取出样品，进行产品指标测试。 2.3.2.7 分级、包装将膨化产品根据色泽、膨化度、完整度进行分级，剔除破碎、未干燥、焦糊产品，分级后，迅速称重包装。分级最好在低温、干燥环境中进行。2.3.2.8 贮藏 将产品置放于避光、低温干燥的条件下贮藏。2.4 实验设计2.4.1 糖液的浓度对产品质量的影响将75%的麦芽糖浆分别配成20%、30%、40%、50%的糖溶液，然后将经前处理的胡萝卜分别在20%、30%、40%和50%的糖溶液中进行渗透处理，将经过上述处理的样品在后续工艺条件一致的情况下进行膨化处理。最后对膨化后的
14、产品进行取样分析。2.4.2 冷冻处理方式对产品质量的影响在冷冻处理阶段，分别考察了在冷冻与未冷冻之间的区别。将经过40%糖液糖煮后的胡萝卜置于-18的冰箱中冷冻24h和未做冷冻处理两方面进行比较，在后续工艺条件一致的情况下进行膨化处理。最后对膨化后的产品进行取样分析。2.4.3 膨化前胡萝卜水分含量对产品质量的影响将经过40%糖液糖煮20min且冷冻24h的胡萝卜取出，至于筛网上风干至水分含量为10%，将原料分批装入塑料袋中并把口扎紧，置低温下均湿48h，使水分含量控制在20%、30%、40%和50%。在后续工艺条件一致的情况下进行膨化处理。最后对膨化后的产品进行取样分析。 2.5 检测方法2.5.1 水分含量的测定直接干燥法。用电子天平精确称取胡萝卜样品5g左右置于已干燥、冷却并称至恒重的有盖称量瓶中，移入103常压烘箱中，开盖烘40min后取出，加盖置于干燥器内冷却30min后称重。再烘40min左右又冷却30min后称重，重复此操作直至前后两次质量差不超过2mg即算恒重。测定结果按下式计算：水分含量（%）=(m1 -m2)/(m1 -m3)100%式中，m1干燥前样品与称量瓶质量，单位：g m2干燥后样品与称量瓶质量，单位：g m3称量瓶质量，单位：g2.5.2 膨化度的测定 比容法。用超细石英砂填埋的方法测定膨化产品的体积。测量仪器为250ml量筒。测定
