漂燙溫度與干燥倉壓力對豆丹真空冷凍干燥品質的影響

李娟玲， 王婷婷， 陳坤杰

（南京農業(yè)大學 工學院/江蘇省智能化農業(yè)裝備重點實驗室，江蘇 南京 210031）

豆丹是豆天蛾的幼蟲，俗稱豆青蟲，屬鱗翅目天蛾科。它以大豆、洋槐、刺槐等的葉子為生，天然無毒、風味鮮美，富含豐富的蛋白質，被人們視為健康美味佳肴[1-3]。隨著人們對豆丹營養(yǎng)價值的發(fā)掘和對綠色環(huán)保食品的追求，豆丹的市場越來越大[4-6]。但鮮豆丹上市時間短，儲存技術落后，嚴重制約了豆丹的銷售方式和利用渠道，阻礙了豆丹的規(guī)模化發(fā)展。通過研究豆丹的干燥儲存技術，解決豆丹的時間限制問題，提高市場競爭力。作者采用真空冷凍干燥技術，確定豆丹干燥儲存的重要技術參數(shù)。為確定預處理時的漂燙溫度和干燥倉壓力，從干燥成功率、干燥時間、蛋白質保留率、色澤變化、物料復水率5個指標綜合評估[7-9]。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮豆丹：購自連云港市農貿市場。

1.2 試劑

硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸，濃鹽酸、氫氧化鈉、蒸餾水、硼酸、溴甲酚綠-甲基紅溶液等，均為分析純。

1.3 設備與儀器

HP-200精密色差儀：上海嘉標測試儀器有限公司產品；DSC差示掃描量熱儀：德國耐馳公司產品。

1.4 共晶點和共熔點的測定

豆丹作為一種動物活體，體內有流動體液和空腔，共晶點和共熔點的測定極其重要。目前測量共晶點和共熔點的方法主要有兩種，電阻法和差示掃描量熱法。電阻法雖然操作簡便，但是誤差相對較大，差示掃描量熱法測量更加精確[12-14]。作者采用差示掃描量熱法進行精確測量。

為了實驗更具有科學性，作者對豆丹的表皮和體內物質分別進行了共晶點和共熔點的測量。

由圖1、圖2可以看出表皮與內臟的共晶點和共熔點基本是一致的，因此可以得出豆丹的共晶點為-19.9℃，共熔點稍有差別，分別為15℃和10℃。一般豆丹的預凍溫度低于共晶點5～10℃[15]，因此確定豆丹的預凍溫度為-28℃。

圖1 豆丹表皮共晶點和共熔點測量曲線Fig.1 Eutectie point and consolute point curveof epidermis of bean worm

圖2 豆丹內臟共晶點和共熔點測量曲線Fig.2 Eutectie point and consolute point curve of gut of bean worm

1.5 實驗預處理

沖洗：將鮮豆丹用流動的清水中沖洗并擦拭干凈。

漂燙：實驗選擇的漂燙溫度為 50、60、70、80℃，漂燙時間為150 s。

預凍：將漂燙過后冷卻到室溫的豆丹，放入-28℃冰箱中預凍4 h。

1.6 豆丹干燥成功率

跟普通的干燥樣品玉米、胡蘿卜等不同，豆丹是一種活體生物，體內有流動體液，有一定空腔，豆丹本身的表皮狀態(tài)，并不利于水分的蒸發(fā)和熱量交換，在開始完全凍結的狀態(tài)下，水分會蒸發(fā)小部分，隨著真空冷凍干燥試驗的繼續(xù)進行，表皮不利于水蒸氣交換現(xiàn)象更加明顯，體內與干燥倉的壓力差逐漸增大，如果處理的條件不恰當，豆丹在抽真空時會出現(xiàn)漲裂噴涌現(xiàn)象，干燥實驗因此失敗。經過多次預實驗，發(fā)現(xiàn)熱水漂燙后，可以極大提高豆丹干燥的成功率。干燥成功，即在真空冷凍干燥過程中，豆丹不出現(xiàn)漲裂噴涌現(xiàn)象，干燥完成時還基本保留干燥前的完整性。干燥成功率是在除漂燙溫度不同，其他干燥條件均相同條件下統(tǒng)計后計算。干燥成功率η的計算公式見式 （1），nf為干燥是失敗的豆丹數(shù)量，N為全部豆丹數(shù)量。

1.7 水分質量分數(shù)的測定

將質量、形狀大小基本相同的整條豆丹做好標記，分別稱質量后分別放到凍干瓶中，冷阱溫度為-52℃。干燥開始4 h后第一次取出稱質量，放回凍干箱繼續(xù)干燥，每隔2 h取出稱質量一次，直至前后2次稱質量不超過0.002 g，干燥完成。

水分質量分數(shù)ωt計算公式見式（2），Gt為干燥t時刻物料質量，Gg為干燥完成后物料的恒質量。

1.8 粗蛋白質質量分數(shù)的測定

參照中華人民共和國國家標準GB 5009—2010進行。

1.8.1 樣品預處理 鮮豆丹：將豆丹放入冰箱中速凍，保證切碎過程中體液不流失。將鮮豆丹絞碎至均勻肉泥。

干燥后豆丹：干燥完成的物料（含水分質量分數(shù)低于5%），用粉碎機粉碎，40目過篩。

1.8.2 樣品消化 將完成預處理的樣品稱取適量，鮮豆丹稱取1.5 g，干燥后的豆丹稱取0.5 g，放入消化管中，并加入催化劑（0.2 g硫酸銅，3 g硫酸鉀），10 mL濃硫酸，搖勻，放置于已經設置好的消解儀中進行消解。消解過程中在最高溫度420℃保持2.5 h，溶液呈藍綠色透明液體時，消解完成。

1.8.3 粗蛋白質質量分數(shù)的測定 將完成消解的消化管取出放入全自動凱氏定氮儀中，完成硼酸、加堿、蒸餾、滴定等過程，最后打印出測量結果。加堿時是保證堿過量，加堿后消化管中呈黑色，一般加堿時間控制在10～12 s。粗蛋白轉換系數(shù)為6.25。其中用到的溶液分別為400 g/L氫氧化鈉溶液，20 g/L的硼酸溶液并配有10 mL/L的溴甲酚綠甲基紅無水乙醇溶液 （溴甲酚綠0.5 g、甲基紅0.1 g溶于100 mL的無水乙醇），0.1 mol/L的稀鹽酸，蒸餾水[16-17]。

蛋白質保留率λ的計算公式見式 （3），pd為干燥后蛋白質質量分數(shù)，P為鮮豆丹干基蛋白質質量分數(shù)。

1.9 色澤的測定

采用HP-200精密色差儀，主要測量L、a、b值。L，表示亮度，0為黑，100為白；a，表示紅綠色之間的色澤，100為紅色，-80為綠色；b，表示黃藍之間的色澤，100為黃色，-80為藍色[18-20]。色澤的總差用△E表示，見式（4）。

式中，下標“o”表示凍干后的豆丹顏色；△E值越大表示與鮮豆丹的色差越大。

1.10 復水率測定

取干燥完成的整條豆丹，放在250 mL的80℃熱水中，隔10 min取出瀝干，稱重，重復幾次，直至豆丹前后兩次質量差小于0.005 g或出現(xiàn)質量減小的趨勢，實驗結束[21-22]。豆丹的復水率Rt計算公式見式（5）。

式中，Mt為時刻t時豆丹復水瀝干后的質量（g）；Mg為豆丹復水前的質量（g）。

2 結果與分析

2.1 豆丹在不同溫度熱水下漂燙后試驗成功率

大量實驗得出，在50℃以下溫度熱水中漂燙時，不能起到漂燙效果，80℃以上熱水漂燙時與80℃幾乎無差別。因此作者主要用到的漂燙溫度為50、60、70、80℃。不同漂燙溫度對成功率的影響如表1所示。

由表1可以清晰看出，豆丹不進行漂燙處理干燥成功率非常低，僅有10%，此條件下不適于真冷凍干燥。50℃熱水漂燙時，干燥成功率有所提高，但效果不是很理想；60、70、80℃熱水漂燙時，干燥成功率大大提高，適于真空冷凍干燥工業(yè)化生產。并且60℃漂燙相比于70、80℃漂燙，成功概率僅相差1%。僅從干燥成功率考慮，60、70、80℃都為理想的漂燙溫度。

表1 不同漂燙溫度對應凍干成功率Table 1 Freeze-drying success rate of different blanching temperature

2.2 不同處理條件下的豆丹的干燥曲線

一般來說，真空度小于10 Pa時，不利于傳熱，水分在較低溫度下氣化比較困難，當真空度大于100 Pa時，氣體傳熱就增加，但不利于傳質，因此10～100 Pa為最有利條件[7，23]。 本次實驗真空壓力分別為 10、31、57、85 Pa。

由圖3分析，漂燙溫度對比，可以看出50℃漂燙干燥曲線走勢頗為緩慢，說明干燥速率較小，并且用時較長，大約22 h左右。在60、70℃漂燙時，完成干燥大約用時為11 h左右，干燥速率較快，用時短。在80℃漂燙時，完成干燥用時為9～10h，干燥速率最快，用時最短。通過對比干燥倉壓力，發(fā)現(xiàn)50、60℃和70℃漂燙下，干燥倉壓力為57 Pa時干燥速率最快，用時最短。80℃漂燙下，57 Pa和85 Pa干燥曲線非常接近，用時幾乎相同。不同漂燙溫度，最優(yōu)干燥倉壓力不盡相同。

圖3 不同干燥倉壓力干燥曲線Fig.3 Drying curves of different drying ehamber pressureduring

2.3 不同干燥條件下蛋白質的保留率

豆丹中含有豐富的蛋白質，通過測量，鮮豆丹中粗蛋白質質量分數(shù)為16.68%，干基粗蛋白質質量分數(shù)為62.62%。

由表2一方面可以看出，隨漂燙溫度的升高，粗蛋白質的保留率越來越低。80℃漂燙時，粗蛋白質保留率最低，并且與其他溫度相差較大。此種現(xiàn)象產生的可能因為是高溫引起了豆丹體內蛋白質的變性，從而蛋白質的保留率降低。另一方面可以看出，隨干燥倉壓力的減小粗蛋白質的保留率有減小的趨勢，但是減小的量不顯著，這也很可能是由于真空度影響了蛋白質的變性。

表2 不同干燥條件下蛋白質的保留率Table 2 Retention rate of protein during different drying conditions

2.4 不同干燥條件對豆丹色澤的影響

作為一種食品，豆丹干燥后的顏色也是判別品質優(yōu)良的一項重要指標。作者以鮮豆丹的色澤作為參考，更準確的衡量豆丹在不同條件下干燥的色澤對比。由表3可以看出，在不同的干燥條件下，L值均不同程度變小，說明干燥后的豆丹鮮亮程度均不如新鮮狀態(tài)下。a值在不同漂燙溫度下變化相對較大，b值變化較小。

表3 不同干燥條件下豆丹色澤變化Table 3 Coloration change of bean worm during different drying conditions

不同的干燥倉的壓力對豆丹色澤的影響比較小，57、85 Pa在 50、60 ℃熱水漂燙時相對較小，10、31 Pa在70、80℃熱水漂燙時相對較小。不同溫度熱水漂燙對豆丹色澤的影響較為明顯，50℃熱水漂燙對色澤的影響最小，其他溫度依次遞增。通過對比，70、80℃發(fā)生褐變較為嚴重，60℃熱水漂燙時變化也較小，用肉眼觀察幾乎很難察覺色澤的變化[24-27]。由此可以得出，為更好的保證豆丹干燥后的色澤品質，應選擇的熱水的漂燙溫度為50℃或60℃。

2.5 不同干燥條件對豆丹復水性的影響

凍干后豆丹的復水特性同樣是衡量其品質和干燥方法好壞的重要指標之一[18]。由圖4可以看出，每個壓強下的4種不同漂燙溫度的復水曲線趨勢大體相同。由圖4可以分析得出，漂燙溫度為50℃時復水率最高，基本在90%左右，漂燙溫度為80℃時，復水率最低，只可以達到60%左右。這種情況可能是由因為高溫漂燙對豆丹體內產生了一定影響，體內某些物質的結構發(fā)生了改變，使干燥后的豆丹親水性降低，從而復水率比較低。干燥倉壓力為31 Pa時，復水速率稍快，用時少，但復水率最高僅有82.09%。壓力為57 Pa時，相比于31 Pa時速率慢，用時稍長，但最高復水率可以達到89.91%。60℃漂燙干燥后的豆丹復水率僅次于50℃，在干燥倉壓力57 Pa為時，最高復水率可以達到86.62%，在干燥倉壓力31 Pa時，復水率僅為76.46%。因此，干燥倉壓力57 Pa，漂燙溫度為50℃和60℃時，復水效果較為理想。溫度對復水率的影響與對蛋白質保留率的影響趨勢類似，原因可能是豆丹干燥后蛋白質占絕大部分，而高溫漂燙可能破壞了蛋白質的穩(wěn)定性，從而蛋白質在復水時受到一定損失[28]。

圖4 不同漂燙溫度下豆丹復水率Fig.4 Rehydration rate of different blanching temperature during

3 結 語

凍干成功率是最基本的要素，因此，漂燙溫度選擇60℃及其以上溫度。如果對豆丹凍干的時間要求較高，而對豆丹凍干后顏色、蛋白質含量及復水情況要求相對較低，則建議選擇80℃漂燙，85 Pa壓力條件下干燥。如果比較看重豆丹干燥后的綜合效率，建議選擇60℃漂燙，57 Pa壓力干燥。在此條件下，干燥時間較以上條件長約1 h，但是豆丹的色澤變化微小，蛋白質保留率相對較高，復水率相對較高，干燥綜合品質較優(yōu)。