真空冷凍干燥椰纖果工藝研究

龍映均 雷學(xué)昌 楊世凱 蒙煥松 李從發(fā)

椰纖果（Nata de coco）是一種以椰子水為主要原料，經(jīng)微生物發(fā)酵產(chǎn)生的由葡萄糖以β- 1，4-糖苷鍵連接而成的高分子凝膠狀纖維膜。椰纖果具有低熱量、高纖維、口感滑爽、咀嚼性好等特性，因此具有減肥、防便秘、清腸胃、排毒、降低膽固醇的功效，是一種理想的保健食品。

椰纖果有良好的持水能力，水分含量高達(dá)99%。目前市面上均以含水的椰纖果形式應(yīng)用于食品、化妝品及其他產(chǎn)品中，給貯存運(yùn)輸帶來(lái)不便，很大程度上限制了椰纖果的應(yīng)用范圍。然而，干燥后結(jié)晶化程度的增加會(huì)導(dǎo)致復(fù)水能力的降低。干燥的椰纖果不溶于100 ℃熱水，復(fù)水性差，并且復(fù)水性不會(huì)隨復(fù)水時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。為了進(jìn)一步拓展椰纖果的應(yīng)用空間，提高附加值，增強(qiáng)干椰纖果的復(fù)水性具有重大意義。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，采用羧甲基纖維素鈉（CMC）作為椰纖果內(nèi)部結(jié)構(gòu)填充劑，對(duì)椰纖果進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，可以改善干椰纖果產(chǎn)品的復(fù)水性質(zhì)。真空冷凍干燥過(guò)程中影響干椰纖果復(fù)水性質(zhì)的因素主要有CMC濃度、固液比、凍干室真空度、真空滲透時(shí)間。本試驗(yàn)以椰纖果的復(fù)水比及復(fù)水后的硬度和彈性作為指標(biāo)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化真空冷凍干燥椰纖果的工藝條件，旨為工業(yè)化生產(chǎn)提供依據(jù)。

材料與方法

材料與儀器。（1）原料。5×5mm的壓縮椰纖果粒（海南億德食品有限公司）。

（2）試劑。氫氧化鈉（廣州化學(xué)試劑廠，分析純）。羧甲基纖維素鈉（CMC）（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，300- 800mPa.s，化學(xué)純）

（3）主要儀器與設(shè)備。德國(guó)CHRIST ALPHA1- 4LSC型冷凍干燥機(jī)（北京博勱儀器有限公司）；HR2864型飛利浦三合一攪拌機(jī)（飛利浦家庭電器有限公司）；DZF- 6053型真空干燥箱（上海一恒科技有限公司）；美國(guó)博勒飛CT3型質(zhì)構(gòu)儀（美國(guó)Brookfield公司）；DK- 98- 1型電熱恒溫水浴鍋（天津泰斯特儀器有限公司）。

方法。（1）椰纖果預(yù)處理。將壓縮椰纖果粒開包用自來(lái)水水洗3- 5次脫酸至中性，瀝干后用0.5M的NaOH浸泡3h去雜質(zhì)至透明，水洗脫堿至中性，瀝干待用。

（2）加工工藝。原料→預(yù)處理→真空滲透處理→預(yù)凍→真空冷凍干燥→真空包裝→成品。

①CMC滲透液制備。將CMC與水混合用HR2864型飛利浦三合一攪拌機(jī)攪拌1～2min，使CMC充分均勻分散，制成不同濃度的CMC溶液。

②真空滲透處理。將預(yù)處理后的椰纖果粒按照一定的固液比（g/mL）放入盛有一定濃度的CMC溶液的燒杯中，100℃水浴30min，待溫度降至40℃左右時(shí)將燒杯移至真空干燥箱中，調(diào)節(jié)真空度滲透處理一定時(shí)間。

③預(yù)凍。稱取真空滲透處理后瀝干的樣品200g裝入自制的塑料淺盤中，并將樣品放入- 70℃低溫冰箱中預(yù)凍。

④真空冷凍干燥。將預(yù)凍好的樣品放入凍干機(jī)內(nèi)，在不同真空度下干燥至水分含量低于7%即達(dá)到終點(diǎn)。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)。（1）單因素試驗(yàn)。影響椰纖果粒干燥復(fù)水的因素主要有凍干真空度、CMC濃度、浸漬固液比、真空滲透時(shí)間等，因此選擇這些因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

①凍干真空度對(duì)干椰纖果復(fù)水比的影響。在CMC濃度0.8%、固液比1：2和真空滲透時(shí)間5h條件下，凍干室真空度分別選擇0.37mbar、0.52mbar、0.67mbar、0.85mbar，研究其對(duì)復(fù)水比的影響。

② CMC濃度對(duì)干椰纖果復(fù)水比的影響。在真空度0.52mbar、固液比1：2和真空滲透時(shí)間5h條件下，CMC濃度選擇0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%，研究其對(duì)復(fù)水比的影響。

③浸漬固液比對(duì)干椰纖果復(fù)水比的影響。在真空度0.52mbar、CMC濃度0.8%和真空滲透時(shí)間5h條件下，浸漬固液比選擇1：1、1：2、1：3、1：4不同固液比（m：V），研究其對(duì)復(fù)水比的影響。

④真空滲透時(shí)間對(duì)干椰纖果復(fù)水比的影響。在CMC濃度0.8%、固液比1：2和真空度0.52mbar條件下，真空滲透時(shí)間選擇1 h、2 h、3 h、4 h、5 h，研究其對(duì)復(fù)水比的影響。

（2）響應(yīng)面設(shè)計(jì)。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)，響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平見表1。

分析檢測(cè)。（1）復(fù)水性。將干燥后的椰纖果浸泡在200倍質(zhì)量的沸水中，100℃恒溫水浴10min，瀝干表面的水分后稱重，計(jì)算復(fù)水比Rf。復(fù)水比按式（1）計(jì)算：

式中：Rf——復(fù)水比；mf——復(fù)水后的物料質(zhì)量，g；mg——復(fù)水前的物料質(zhì)量，g。

（2）TPA測(cè)定

質(zhì)構(gòu)剖面分析法（te x ture prof ile analysis，TPA）是模擬人類牙齒咀嚼食物，對(duì)椰纖果進(jìn)行二次壓縮的機(jī)械過(guò)程，該過(guò)程能夠測(cè)定探頭對(duì)試樣的壓力以及其他相關(guān)質(zhì)地參數(shù)。

硬度：第一次壓縮時(shí)的峰值。

彈性：第二次壓縮的樣品的高度與第一次壓縮的樣品的高度的比值。

TPA試驗(yàn)質(zhì)地特征曲線見圖1

結(jié)果與分析

單因素試驗(yàn)

（1）凍干室真空度對(duì)復(fù)水比的影響。凍干室真空度對(duì)干椰纖果復(fù)水比的影響見圖2。由圖2可知，在相同CMC濃度、浸漬固液比和真空滲透時(shí)間條件下，干椰纖果的復(fù)水比隨著干燥室真空度的增加逐漸降低，然后趨于平緩，在干燥室真空度為0.37mbar時(shí)得到最大復(fù)水比。這可能是因?yàn)橐w果具有較高有效導(dǎo)熱系數(shù)，干燥開始不久，椰纖果界面的溫度就接近其限定值，此時(shí)干燥過(guò)程為傳質(zhì)過(guò)程所控制，應(yīng)設(shè)法移走升華的水蒸氣，而不是強(qiáng)化傳熱，如果加大真空度，將導(dǎo)致物料的局部融化，降低產(chǎn)品質(zhì)量，但如果真空度過(guò)低將導(dǎo)致真空泵長(zhǎng)時(shí)不停的工作，這將導(dǎo)致真空泵的壽命大大縮減。

（2）CMC濃度對(duì)復(fù)水比的影響。CMC濃度對(duì)復(fù)水比的影響見圖3。由圖3可知，在相同的浸漬料液比、浸漬時(shí)間和凍干室真空度下，椰纖果的復(fù)水比隨著CMC的濃度先上升后下降，并且在CMC濃度為0.8 %時(shí)達(dá)到最大值。這可能是因?yàn)殡S著CMC濃度的增加，單位體積CMC所含CMC越多，吸附在椰纖果內(nèi)部的CMC也就越多，從而致使復(fù)水比的增加，但是隨著CMC濃度的不斷增加，CMC稠度不斷增加，從而阻止了CMC的進(jìn)一步吸附，所以復(fù)水比降低。

（3）浸漬固液比對(duì)復(fù)水比的影響。浸漬固液比對(duì)復(fù)水比的影響見圖4。由圖4可知，在相同的CMC濃度、浸漬時(shí)間和凍干室真空度下，椰纖果的復(fù)水比隨著固液比的增加先上升后下降，并且在固液比為1：2時(shí)達(dá)到最大值。這可能是因?yàn)殡S著固液比的增加，椰纖果吸附CMC的量也不斷增加，當(dāng)達(dá)到吸附飽和時(shí)，由于內(nèi)外濃度差異，椰纖果開始解析，外界濃度越小，解析速度越快。

（4）真空滲透時(shí)間對(duì)復(fù)水比的影響。真空滲透時(shí)間對(duì)復(fù)水比的影響見圖5。由圖5可知，在相同的浸漬固液比、CMC濃度和凍干室真空度下，椰纖果的復(fù)水比隨著真空滲透時(shí)間的增加而增加，并且增加速度由快變慢。這可能是因?yàn)殡S著真空滲透時(shí)間的增加，椰纖果吸附CMC的量就越多，但是當(dāng)真空滲透時(shí)間達(dá)到5h左右時(shí)，椰纖果吸附量幾乎達(dá)到飽和，所以隨著時(shí)間的增加，復(fù)水比增加很少。

結(jié)論

（1）各因素對(duì)椰纖果干燥復(fù)水比的影響順序依次為：真空滲透時(shí)間、CMC濃度、凍干室真空度、固液比；各因素對(duì)椰纖果干燥后復(fù)水硬度的影響順序依次為：真空滲透時(shí)間、CMC濃度、凍干室真空度、固液比；各因素對(duì)椰纖果干燥后復(fù)水彈性的影響順序依次為：真空滲透時(shí)間、CMC濃度、凍干室真空度、固液比。

（2）利用響應(yīng)面分析優(yōu)化熱風(fēng)干燥椰纖果的最優(yōu)工藝條件為：固液比1：2、CMC濃度 0.90%、凍干室真空度0.52mbar、真空滲透時(shí)間4.5h。

作者簡(jiǎn)介：

龍映均（1985-12），男（苗），碩士，高級(jí)農(nóng)藝師，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，農(nóng)產(chǎn)品加工。通訊作者：李從發(fā)（1967-9），男，教授，研究方向：食品發(fā)酵、功能食品。