鐵皮石斛真空冷凍干燥研究

林玉婷，白音，石海英*

（韶關學院英東生命科學學院，廣東韶關512005）

鐵皮石斛真空冷凍干燥研究

林玉婷，白音，石海英*

（韶關學院英東生命科學學院，廣東韶關512005）

以鐵皮石斛為原材料，探討和制備冷凍干燥產品.研究表明：在物料的預凍速度為1.5℃/m in、預凍時間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、干燥時間為5.7 h的條件下進行加工，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

真空冷凍干燥技術是把原材料先進行一輪預凍,使原材料中的水分全部凍結轉化至冰晶狀態,然后調整機器壓力低于三相點壓力,再輔助以新的熱量為動力去除原材料中的水分.上個世紀八十年代開始食品冷凍干燥技術在我國多個領域有了較大發展,其產品由于價格較高且多用于出口,冷凍干燥加工的蔬菜產品也主要以蔥、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來加工.Ratti等在不同的溫度下用冷凍干燥的方法對草莓進行研究［4］；此外Timothy D等用不同干燥方法對胡蘿卜進行加工對比，結果表明，真空冷凍干燥效果和品質較優［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，加工過程中要盡量保留其原有的營養成分［2］.本試驗以新鮮鐵皮石斛莖段為原材料,清洗護色預處理后進行預冷凍保存，調整設定參數再進行真空冷凍干燥,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養成分及活性因子.

1　材料與方法

1.1材料與設備

試驗用原材料采自韶關學院生態園鐵皮石斛種植基地.采收后去葉留莖于低溫冷藏環境下保存.長度為10~20 cm,直徑為3~4 mm.輔料為:NaHCO3、Na2CO3、ZnCl2等.試驗所用干燥機為DTS-50型真空冷凍干燥機,裝料擱板面積為0.5 m2,其脫水能力為5 kg/次,加熱溫度區間為20~120℃,冷凍溫度區間為-50~-60℃,真空度區間為20~80 Pa.其它輔助加工設備:切削機、清洗機、預煮鍋、自動真空薄膜封口機等均為國產常用設備.

1.2試驗方法

1.2.1鐵皮石斛真空冷凍干燥加工的工藝流程

采摘無病蟲害的鐵皮石斛莖，用流動水清洗干凈,按長度切段1.5~2 cm進行分級整形.采用熱水進行滅酶處理,根據預試驗,選定處理溫度為85℃,處理時間為4~6 min.在燙漂的同時進行保綠處理,調節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間有關,所以設定的裝料量分別為2.70、3.89、5.35、7.90、9.6 kg/m2.先進行預凍結處理，先測定出鐵皮石斛的共晶點和共熔點,設定凍結溫度和時間.再進行升華干燥處理，先將冷阱調節至溫度為-60℃,再啟動真空泵至真空度20 Pa,然后開始給予升華熱.根據預試驗設定溫度為55℃.在下面的解析干燥處理中，真空度保持不變,將加熱溫度適當降低,目的是保持鐵皮石斛的營養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℃.當測得的料溫與擱板溫度趨于一致時,即為干燥終點.破除機器真空,取出鐵皮石斛,在干燥清潔的環境中采用聚酯盒外套聚乙烯膜真空包裝.

1.2.2測定方法

采用目視法對鐵皮石斛的護綠效果進行測定.應用電阻法測定鐵皮石斛的共晶點［6］.

2　結果與分析

2.1鐵皮石斛護綠效果

利用Na2SO3對葉綠素酶具有一定的抑制作用,在適量Na2SO3存在的條件下Zn2+的護綠效果較好,根據目測以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

冷凍干燥機的濕重裝料量,是決定干燥時間的重要因素,在進行冷凍干燥時,物料的干燥實際上是由外向內層層推進的,當被干燥物料鋪的較厚時,隨著已干層的增厚進而導致傳質阻力增加,那么干燥過程將要花費較長的時間.所以裝料過多會延長生產周期，裝料過少又會降低機器的生產能力,實際在進行冷凍干燥時,單位面積干燥板所裝載的物料量應根據具體的加熱方式及干燥物料的種類而定,結合DTS-50型真空冷凍干燥機的設備性能,經實驗確定裝料量適宜控制在9 mm（5.35 kg/m2)為宜(見表1).

表1　不同裝料厚度時的干燥時間

2.3凍結溫度、速度和時間

經試驗鐵皮石斛在冷凍溫度達到-30.6℃時電阻值顯著增大，在緩慢加熱至-29℃時電阻值突然變小,進而確定其共晶點為-30.6℃,所以,在進行鐵皮石斛冷凍干燥時的凍結溫度控制在-30.6~-29℃之間.凍結速度控制在1.5℃/min.

2.4升華及解析加熱溫度的控制

實驗使用的DTS-50型真空冷凍干燥機是以傳導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行.隨著加熱板的溫度逐漸升高，石斛莖段開始從接觸面較小的部位脫離物料層,但是加熱板的溫度過高(60℃)時,物料會產生較大的變形進而脫離盤面,導致物料與托盤之間的加熱方式發生了變化,這樣反而會延長冷凍干燥的時間.到了升華階段的后期界面溫度越發接近物料的共熔點,所以,在升華干燥過程中,采用單純提高加熱板溫度來供給熱量的方式對于縮短冷凍干燥時間的效果并不明顯,經試驗升華加熱溫度適宜控制在55℃以內.解析階段加熱溫度控制在45℃以內,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行而發生著相應的變化,根據試驗測定的實驗數據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　結論

應用電阻法測定的真空冷凍干燥鐵皮石斛共晶點為-30.6℃,鐵皮石斛預冷凍的初始溫度為-29℃.升華干燥時的料板溫度不超過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品深加工提供技術參數.

本試驗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，干燥時間5.7 h；試驗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：化學工業出版社,2002:137,158.

［2］張軍合.真空冷凍干燥技術在食品工業中的開發應用[J].食品研究與開發,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,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

廣東省級大學生創新創業訓練計劃建設項目(201410576026).

林玉婷（1993-），女，廣東韶關人，韶關學院英東生命科學學院學生；研究方向：藥用植物加工.*通訊作者.

（責任編輯：邵曉軍）