檸檬片的低溫凍結與真空冷凍干燥工藝研究

章斌，丁心，侯小楨，秦軼，鄧其海，高雪，楊小敏（.韓山師范學院生命科學與食品科技學院，廣東潮州504；.廣東中興綠豐發展有限公司，廣東河源57000）

檸檬片的低溫凍結與真空冷凍干燥工藝研究

章斌1，丁心2，侯小楨1，秦軼2，鄧其海2，高雪1，楊小敏1
（1.韓山師范學院生命科學與食品科技學院，廣東潮州521041；2.廣東中興綠豐發展有限公司，廣東河源517000）

摘要：考察預處理方式、凍結溫度（-40、-60、-100℃和液氮滴淋）等因素對檸檬片真空冷凍干燥的影響，并以產品復水率、色差L值、菌落總數、大腸菌群數為指標，探討凍結方式對檸檬片貯藏過程中的品質變化影響。試驗結果表明，檸檬的共晶點在-23℃～-25℃范圍內，共熔點在-20℃～-22℃范圍內；實驗條件下的最佳凍結溫度為-100℃，此時的真空干燥時間為11.2 h，貯藏3個月后的色差L值為78.65，且菌落總數低于180 cfu/g，大腸菌群低于3MPN/g，均達到有關標準要求。

關鍵詞：檸檬片；預脫水；真空冷凍干燥；液氮；凍結速率

檸檬富含VC、礦物質、揮發性精油、黃酮類、橙皮甙等組分，營養價值和藥用價值很高；隨著我國檸檬種植面積的不斷擴大和產量的逐漸增加，檸檬以商品鮮果銷售為主的同時，針對其滿足鮮銷或出口需要后的殘次果率高的現狀，檸檬果酒、檸檬果醋、檸檬濃縮汁、檸檬干片等產品的開發，以及檸檬精油、檸檬苦素等功能成分的提取與應用已成為延長檸檬產業鏈的重要途徑之一[1-3]。

真空冷凍干燥（Vacuum Freeze Drying，以下簡稱“凍干”）是在較高真空度條件下，使預先凍結的物料中的水分以冰晶體形式直接升華為水蒸氣而除去，從而獲得干燥制品的技術；該技術能最大限度地保持原料的色、香、味和營養成分，在農產品干燥加工中有廣闊的應用前景。另一方面，受凍干技術操作費用較高、能耗大、干燥時間較長的特點所限，目前在食品工業中的大規模工業化應用仍受到一定限制。因此，對原料進行適當的預脫水以去除部分游離水，并選用適宜的凍結溫度，使物料獲得良好的凍結品質以及合適的冰晶體分布形式與大小，對降低凍結能耗和縮短升華干燥時間均有重要的現實意義。

廣東河源地區的尤力克檸檬種植面積現已超過3 600 hm2，當地企業對檸檬鮮銷后的深加工以凍干片生產和精油開發為主。從節能降耗的綠色加工角度出發，本實驗采用熱風干燥進行鮮檸檬的預脫水處理后，探討凍結方式對檸檬片升華干燥和產品品質的影響，旨在為檸檬干片的節能干燥加工提供一定實驗參考。

1　材料與方法

1.1材料與設備

檸檬：新鮮無機械損傷，廣東中興綠豐發展有限公司；檸檬酸、抗壞血酸：食用級，市售。

FD-1D-50型真空冷凍干燥機：北京博醫康實驗儀器有限公司；JZ-350型色彩色差計：深圳金準儀器設備有限公司；KQ-5200DB型超聲波清洗器：昆山超聲儀器有限公司；CS101-1A型電熱恒溫鼓風干燥箱：重慶銀河試驗儀器廠；BCD-257SL型冰箱：海爾集團；VC890C+型數字萬用表：深圳勝利高電子科技有限公司；AUW120型電子分析天平：日本島津公司。

1.2試驗方法

1.2.1工藝流程

檸檬鮮果→清洗→切片（4mm～6mm）→護色→瀝干→預脫水→凍結→真空冷凍干燥→成品→檢測

1.2.2凍結方式

分別將預脫水后的檸檬片進行常規凍結、低溫凍結和液氮超速凍結，并使其中心溫度降至共晶點5℃～10℃以下。

1.3真空干燥過程參數的確定

1.3.1冷阱溫度的確定

升華干燥過程，冷阱溫度越低，冷阱的捕水能力越強，一定程度上可縮短升華干燥時間；但過低的冷阱溫度對設備制冷要求高，導致機器成本及運轉費用高。因此，依據所測的檸檬共晶點和共融點溫度，從生產能耗和成本角度考慮，本實驗選擇冷阱溫度在-35℃左右，且待冷阱溫度降至設定值并保持3min～5min后再開啟真空泵抽真空。

1.3.2擱板溫度的確定

為防止升華干燥過程因加熱板溫度控制不當而引起的產品冒泡、崩解等現象發生，須確保檸檬片升華界面溫度低于其共熔點。同時，為盡可能縮短解析干燥時間，在防止檸檬片干縮的前提下，應盡量提高加熱板溫度。因此，本實驗確定升華干燥過程的擱板溫度為45℃，解析干燥過程的擱板溫度為55℃。

1.3.3干燥室壓力的確定

升華過程的干燥室壓力大小直接影響著傳熱和傳質：壓力大，氣體的導熱系數增大，對流傳熱效果好，但不利于水蒸氣的逸出；反之，則有利于水蒸氣逸出，但傳熱受阻。因而通常把干燥室壓力控制在略低于最高升華溫度所對應的飽和蒸氣壓力值的1/2[4]。本實驗確定升華干燥階段的干燥室壓力65Pa，解析干燥階段的干燥室壓力40 Pa。

1.4試驗指標與測定方法

1.4.1共晶點與共熔點測定

共晶點與共熔點測定采用電阻法測定。

1.4.2含水量測定

含水量測定采用常壓干燥法。

1.4.3復水率測定

將檸檬凍干片充分吸水20min～30min，瀝干后稱重，按下式計算：1.4.4凍干終點確定

以“NY/T435-2000《綠色食品水果、蔬菜脆片》”標準中規定的成品含水量≤5.0%為凍干終點。

1.4.5色差L值測定

采用JZ-350型色彩色差計測定。

1.4.6微生物指標測定

菌落總數與大腸菌群測定分別按GB 4789.2-2010《食品安全國家標準食品微生物學檢驗菌落總數測定》、GB 4789.3-2010《食品安全國家標準食品微生物學檢驗大腸菌群計數》進行。

2　結果與分析

2.1檸檬的共晶點與共熔點

共晶點溫度是物料在凍結過程中，其內部水分全部變為冰時的溫度；共熔點溫度是完全凍結的物料在升溫過程中，開始出現液態時的溫度。為防止物料在真空干燥的升華階段和解析階段出現冒泡、崩解等情況，在設定好適宜的加熱板溫度的同時，依據共晶點溫度和共熔點溫度進行物料凍結是實現低冷凍能耗、高干燥品質的有效途徑。

由圖1知：檸檬的共晶點在-23℃～-25℃范圍內，共熔點在-20℃～-22℃范圍內。

2.2凍結方式對檸檬片干燥及產品品質的影響

2.2.1不同凍結方式下的凍干曲線

凍干曲線是表示凍干過程中產品的溫度、壓力隨時間變化的關系曲線，建立合適的凍干曲線對產品品

圖1　檸檬共晶點和共溶點測定結果Fig.1Determ ination results ofeutectic point andm elting point of lemon

質和生產過程的節能減排均有重要的指導意義。經不同凍結方式處理的檸檬片凍干曲線分別如圖2、圖3、圖4和圖5所示。

圖2　-40℃凍結處理的凍干曲線Fig.2　Freeze drying curveof lemon sliceby freezing treated at-40℃

圖3　-60℃凍結處理的凍干曲線Fig.3　Freezedrying curveof lemon sliceby freezing treated at-60℃

圖5　液氮滴淋凍結處理的凍干曲線Fig.5　Freezedrying curveof lemon sliceby liquid nitrogen treatm ent

凍結速率的快慢對物料內部所產生的冰晶體數量和體積有直接影響，由此可對后續真空干燥的傳質與傳熱產生一定影響，進而影響總干燥時間：慢速凍結產生的冰晶數量少，但體積大，由此形成的升華通道相應也較大；反之，快速凍結產生的冰晶數量多且體積較小，即形成的升華通道孔徑較小。Chokri[5]真空冷凍干燥草莓片的研究結果表明：凍結速率對凍干品的品質和凍干總時間都沒太大影響。姚智華[6]對比了經速凍和緩凍處理后的紅富士真空冷凍干燥總時長，其實驗結果表明兩種凍結方式下的凍干總時間均為11 h左右，也說明凍結方式對凍干總時間影響不大。周國燕[7]發現經-20℃/h降溫速率處理的獼猴桃在真空干燥過程的干燥速率略大于經-83℃/h降溫速率處理的樣品，但也沒有顯著差異。

圖2、圖3、圖4和圖5顯示分別經-40、-60、-100℃和液氮滴淋凍結處理后的檸檬片真空干燥總時間分別為12.4、11.8、11.2、13.9 h，表明不同凍結速率對真空干燥總時長有一定影響但不太顯著；這與上述幾位研究人員的研究結果相一致。同時，本實驗條件下的最短干燥時間處理方式為-100℃凍結，說明此溫度下凍結的檸檬片內部產生的冰晶體數量、大小與分布形式相對均勻，能形成較好的冰晶升華通道，利于真空干燥的傳熱順利進行。

盡管凍結速率對真空干燥時間的影響不大，但生產實踐中若能把凍結溫度控制在適宜范圍（如本實驗中的-100℃左右），在保證凍結品質的前提下，讓物料內部的游離水分快速通過最大冰晶生成帶并使冰晶尺寸盡可能大，控制凍結過程中凍結界面的推進速度和溫度梯度，則可提高干燥速率，縮短凍干時間。另一方面，解析干燥過程主要是去除物料中的吸附水，在保證產品不發生崩解的條件下，為縮短干燥時間，應盡可能提高加熱板溫度，并使產品內外形成較大的蒸氣壓差。相關研究表明[8]：采用循環交替改變干燥倉壓力有利于縮短凍干時間。

2.2.2不同凍結方式下的成品品質比較

凍結作為真空干燥的前道工序，對物料內部冰晶體形成的速率、大小與分布形式，直至細胞結構的破壞與否影響很大；對真空干燥過程和產品品質同樣也有顯著的影響：如蛋白質變性、脂肪氧化、維生素損失、色澤變化以及質地（如嫩度）、風味和含水量的變化等[9-10]。不同凍結溫度處理后的檸檬片經真空干燥后的成品品質如表1所示。

表1　凍結方式對成品品質的影響比較Table1　Com parison of productquality on different freezing methods

表1表明：過高或過低凍結溫度處理的檸檬干片的復水情況相對較差，實驗中以-100℃凍結處理的復水率為最佳，說明此溫度條件對檸檬組織細胞造成的機械損傷小，能較好地保持凍結制品的內部完整性。色差測定結果表明隨貯藏時間的延長，產品色澤會逐漸加深，這主要是由于檸檬所含的VC在貯藏期間氧化后形成的酮化合物可與氨化合物結合發生非酶褐變所致。同時，從實驗結果也可看出凍結過程的溫度越低，越利于產品貯藏期間的色澤保持，尤其是經液氮滴淋處理后的檸檬片呈現明顯的蒼白色。

2.3產品微生物檢驗

對鋁箔包裝3個月后的檸檬凍干片進行微生物指標檢測，測定結果如表2所示。

表2　成品微生物檢測Table2　M icroorganism detection of products

從表2可看出：經不同凍結速率處理后的檸檬干片在實驗貯藏期內的菌落總數和大腸菌群數均達到NY/T 435-2012《綠色食品水果、蔬菜脆片》標準的規定，且速凍更能有效抑制微生物的生長繁殖。

3　結論

1）測得檸檬的共晶點在-23℃～-25℃范圍，共熔點在-20℃～-22℃范圍；據此可將檸檬凍結至-35℃左右再進行真空干燥加工。

2）綜合真空干燥總時間、成品品質和貯藏期的微生物變化情況，可考慮選取-100℃為檸檬較佳的凍結溫度。

3）本試驗在升華干燥階段的擱板溫度為45℃、真空度65Pa，解析干燥階段的擱板溫度為55℃、真空度40 Pa條件下，-40、-60、-100℃和液氮滴淋凍結處理后的檸檬片真空干燥總時間分別為12.4、11.8、11.2、13.9 h，差異不太顯著。本研究僅在這一特定條件下開展了凍結溫度對檸檬片真空干燥其及產品品質的影響，為摸索更適于工業化生產的檸檬片凍干曲線需做進一步研究。

參考文獻：

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.22.022

收稿日期：2015-06-04

基金項目：廣東省科技計劃項目（2013B020503068）；廣東省科技計劃項目（2012A020603008）；廣東省教育部產學研結合項目（2012B0 91000074）；廣東普通高校工程技術開發中心項目“粵東食品加工與安全控制工程技術開發中心”（GCZX-A1415）

作者簡介：章斌（1981—），男(漢)，講師，碩士，從事食品加工與質量安全的研究與教學工作。

Research on the Processing Technology of Freezing and Vacuum Drying of Lem on Slices

ZHANGBin1，DINGXin2，HOUXiao-zhen1，QINYi2，DENGQi-hai2，GAOXue1，YANGXiao-min1
（1.Collegeof Biotechnologyand Food&Science Technology，Hanshan NormalCollege，Chaozhou 521041，Guangdong，China；2.Guangdong Zhongxing Lvfeng DevelopmentCo.，Ltd.，Heyuan 517000，Guangdong，China）

Abstract：Influence of pretreatmentmethod，freezing temperature（-40，-60，-100℃and liquid nitrogen dripping）on the vacuum freeze drying of lemon slices，aswell as taking comp lex water rate，color difference L value，total number of bacteria coloniesand Escherichia coligroup as index，effectsof freezingmethod on the quality of lemon slices during storage were explored in this paper.Results showed that co-melting point and eutectic pointof lemonwere-23℃--25℃，-20℃--22℃respectively.The optimal freezing temperaturewas -100℃underexperimentalconditions，and vacuum drying time 11.2 h，color difference Lvalue78.65，aswell as total number bacteria coloniesand Escherichia coligroup of productwas lower than 180 cfu/g and 3MPN/g respectivelyafter3monthsstorage time，which reached relevantstandards.

Keywords：lemon slices；predewatering；vacuum freeze drying；liquid nitrogen；freezing rate