一种超声渗透脱水护色联合真空干燥的方法.pdf

本发明涉及一种超声渗透脱水护色联合真空干燥的方法，该方法将护色工艺与渗透脱水预处理相结合，通过渗透脱水除去物料中部分水分，利用超声波强化渗透脱水过程，且超声渗透脱水过程中同步护色，将护色与渗透脱水有机结合，配制合理的渗透液，实现护色与渗透脱水的同步进行，不但通过护色保护产品品质，还通过渗透脱水实现物料水分的部分脱水，同时采用超声波进行渗透脱水过程的强化，有利于提高干燥产品品质、缩短干燥处理时间。

1.   一种超声渗透脱水护色联合真空干燥的方法，其特征在于：该方法将护色工艺与渗透脱水预处理相结合，通过渗透脱水除去物料中部分水分，利用超声波强化渗透脱水过程，且超声渗透脱水过程中同步护色，具体步骤如下：
1）将蔗糖、柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、半胱氨酸和氯化钙配制成具有护色效果和渗透脱水效果的渗透液，其中蔗糖浓度为50~60^oBrix，柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、半胱氨酸及氯化钙的质量浓度分别为0.3~0.5%、0.08~0.12%、0.05~0.1%及0.2~0.4%；
2）将待干燥水果进行清洗、去皮后，切成5mm厚的果片，将果片置入步骤1）所述渗透液中，进行超声波渗透脱水及同步护色30~60min，其中料液比为1:8，渗透温度为30~50℃，超声功率为60~120W，超声频率为22kHz；
3）将步骤2）处理后的果片取出、沥干、拭干表面残余溶液，于真空系统中远红外辐射加热，调节干燥压力为5000~10000Pa，远红外辐射强度为500~1500W/m²，辐射距离为10cm，进行真空干燥2h后，将干燥压力调低至1000Pa继续干燥，待物料降至安全含水率0.08 g/g 干基，干燥结束。

2.   如权利要求1所述的超声渗透脱水护色联合真空干燥的方法，其特征在于：所述步骤1）中柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、半胱氨酸及氯化钙的质量浓度分别为0.5%、0.1%、0.1%及0.4%。

一种超声渗透脱水护色联合真空干燥的方法
技术领域
    本发明涉及农产品干燥加工技术领域，具体的说是一种超声渗透脱水护色联合真空干燥的方法。
背景技术
干燥是农产品加工及贮藏的重要手段，直接关系到产品的营养价值及流通销售。传统的热风干燥加工技术虽然操作简单、设备投入低，但因其干燥效率低、产品品质不高等缺点，已不能满足现代社会的需求，必须采取新的干燥方法以缩短干燥时间、提高干燥品质。
对于梨、苹果、桃等水果的干燥来说，常规的干燥方式均为热风干燥。然而，这些水果需在干燥前进行切片，而切片会破坏物料的组织完整性，提高细胞膜渗透，导致其含有的酚类物质和多酚氧化酶接触，并与干燥环境中的氧气产生反应，酶促氧化褐变随之发生，从而造成产品色泽的较大变化及营养成分的大量损失。因此，常在干燥加工前对上述水果切片进行护色。常规的溶剂护色虽然可以实现物料色泽的有效保护，但对后续干燥的脱水速率及所需时间没有显著性影响。
上述水果切片的常规干燥的另外一个问题，是即使在干燥前进行护色，但后续的热风干燥过程中，其干燥介质中的氧气依然可能与物料中的营养成分发生氧化反应，而无论是酶促氧化褐变还是非酶氧化褐变，均可能对产品品质产生一定的负面作用。
发明内容
本发明针对鲜切水果片容易酶促褐变及干燥速率慢等问题，提供一种超声渗透脱水护色联合真空干燥的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种超声渗透脱水护色联合真空干燥的方法，该方法将护色工艺与渗透脱水预处理相结合，通过渗透脱水除去物料中部分水分，利用超声波强化渗透脱水过程，且超声渗透脱水过程中同步护色，具体步骤如下：
1）将蔗糖、柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、半胱氨酸和氯化钙配制成具有护色效果和渗透脱水效果的渗透液，其中蔗糖浓度为50~60^oBrix，柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、半胱氨酸及氯化钙的质量浓度分别为0.3~0.5%、0.08~0.12%、0.05~0.1%及0.2~0.4%；
2）将待干燥水果进行清洗、去皮后，切成5mm厚的果片，将果片置入步骤1）所述渗透液中，进行超声波渗透脱水及同步护色30~60min，其中料液比为1:8，渗透温度为30~50℃，超声功率为60~120W，超声频率为22kHz；
3）将步骤2）处理后的果片取出、沥干、拭干表面残余溶液，于真空系统中远红外辐射加热，调节干燥压力为5000~10000Pa，远红外辐射强度为500~1500W/m²，辐射距离为10cm，进行真空干燥2h后，将干燥压力调低至1000Pa继续干燥，待物料降至安全含水率0.08 g/g 干基，干燥结束；
所述步骤1）中柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、半胱氨酸及氯化钙的质量浓度分别为0.5%、0.1%、0.1%及0.4%。
本发明的有益效果：
本发明提供的超声渗透脱水护色联合真空干燥的方法，将护色与渗透脱水有机结合，配制合理的渗透液，实现护色与渗透脱水的同步进行，不但通过护色保护产品品质，还通过渗透脱水实现物料水分的部分脱水，同时采用超声波进行渗透脱水护色过程的强化，有利于提高干燥产品品质、缩短干燥处理时间；
采用真空干燥作为超声渗透脱水护色的后续干燥，通过抽真空来减少氧气浓度及干燥温度，并采用两段式真空干燥，即采用干燥初期5000~10000Pa压力、中后期1000Pa压力的两段式真空干燥，既防止开始压力过低而产生物料水分剧烈蒸发而使物料表面产生裂纹与鼓泡，又在干燥中后期降低压力以提高物料内部结合力较大的水分的扩散与蒸发速率，同时，采用远红外辐射热源以实现均匀、高效的加热，和常规热风干燥相比，可有效抑制干燥过程中的氧化反应，提高干燥品质，缩短干燥时间。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。
一种超声渗透脱水护色联合真空干燥的方法，该方法将护色工艺与渗透脱水预处理相结合，通过渗透脱水除去物料中部分水分，利用超声波强化渗透脱水过程，且超声渗透脱水过程中同步护色，具体步骤如下：
1）将蔗糖、柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、半胱氨酸和氯化钙配制成具有护色效果和渗透脱水效果的渗透液，其中蔗糖浓度为50~60^oBrix，柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、半胱氨酸及氯化钙的质量浓度分别为0.3~0.5%、0.08~0.12%、0.05~0.1%及0.2~0.4%；
2）将待干燥水果进行清洗、去皮后，切成5mm厚的果片，将果片置入步骤1）所述渗透液中，进行超声波渗透脱水及同步护色30~60min，其中料液比为1:8，渗透温度为30~50℃，超声功率为60~120W，超声频率为22kHz；
3）将步骤2）处理后的果片取出、沥干、拭干表面残余溶液，于真空系统中远红外辐射加热，调节干燥压力为5000~10000Pa，远红外辐射强度为500~1500W/m²，辐射距离为10cm，进行真空干燥2h后，将干燥压力调低至1000Pa继续干燥，待物料降至安全含水率0.08 g/g 干基，干燥结束。
步骤1）中，所配制的渗透液包括蔗糖、柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、半胱氨酸及氯化钙，其中蔗糖用于渗透脱水，由于在渗透脱水过程中需要产生足够的渗透压，因此采用较高的蔗糖浓度，而柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、半胱氨酸及氯化钙具有良好的护色效果，对渗透脱水的影响甚微，采用较低的浓度；通过高浓度的蔗糖以及低浓度的柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、半胱氨酸及氯化钙，可实现渗透脱水过程的同步护色，不但通过护色保护产品品质，还通过渗透脱水除去物料的部分水分，有利于缩短后续干燥的干燥时间、提高干燥速率。
步骤2）中，采用步骤1）的渗透液，进行果片的超声波强化渗透脱水，利用超声波的空化效应及机械效应，加快渗透脱水的传质速率，提高物料脱水率；此外超声振荡还会在物料内部产生微毛细管及增大水分迁徙通道，不但有利于渗透脱水过程的水分迁徙及加强护色剂对物料的护色效果，还有利于降低后续干燥的干燥阻力，进一步缩短后续干燥的干燥时间。
步骤3）中，在超声渗透脱水护色后，采用真空干燥代替常规的热风干燥，通过抽真空，不但降低了干燥环境的压力、降低干燥温度，还减少了干燥环境中的氧气浓度、减少了氧分子与物料中有效成分发生反应的几率，可实现干燥过程中氧化反应的有效抑制，避免常规热风干燥的有效成分大量损失；在干燥中后期，由于大部分自由水分已经脱除，物料内部剩余的孔隙水分以及结合水分的迁移及脱除难度较大，进一步降低干燥室压力至1000Pa，有利于提高蒸汽压差以及降低剩余水分活化能，从而有利于物料内部水分的扩散与蒸发。此外，采用远红外辐射板作为热源进行干燥加热，将远红外辐射能量通过辐射传播到物料，并穿入物料内部1~2mm，可实现非接触辐射加热及内部加热，提高了加热的均匀性及能量利用率，从而有利于干燥速率的提高。
本发明采用超声渗透脱水护色联合真空干燥的方法，不但可实现护色与渗透脱水的同步进行，还减缓了后续干燥的氧化反应及提高了干燥速率，结合了超声渗透脱水、护色预处理与真空干燥的优点，缩短干燥时间，提高干燥品质，降低变质风险，可实现快速、高质的干燥加工。
实施例1
一种超声渗透脱水护色联合真空干燥的方法，该方法将护色工艺与渗透脱水预处理相结合，通过渗透脱水除去物料中部分水分，利用超声波强化渗透脱水过程，且超声渗透脱水过程中同步护色，具体步骤如下：
1）利用蔗糖、柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、半胱氨酸和氯化钙，配制具有护色效果和渗透脱水效果的渗透液，其中蔗糖用于渗透脱水，其浓度为60 ^oBrix，柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、半胱氨酸及氯化钙用于护色，质量浓度分别为0.5%、0.1%、0.1%及0.4%；
2）将梨进行清洗、去皮、去核后，切成5mm厚的果片，将梨片迅速置入步骤1）所述的渗透液中，进行超声波渗透脱水及同步护色，其中料液比为1:8，渗透温度为30℃，超声功率为60W，超声频率为22kHz，超声波渗透脱水及同步护色的处理时间为60min；
3）超声波渗透脱水与同步护色的处理结束后，将梨片取出、沥干、拭干表面残余溶液，将物料摆放至网状物料盘中，于真空系统与远红外辐射加热，调节干燥压力为5000Pa，远红外辐射强度为1500 W/m²，辐射距离为10cm，进行真空干燥2h后，将干燥压力调低至1000Pa继续干燥，待物料降至安全含水率（0.08 g/g 干基），干燥结束，计算干燥时间，并检测产品的酚类物质含量、Vc含量及色差，干燥产品可直接封装及贮藏。
实施例2
一种超声渗透脱水护色联合真空干燥的方法，该方法将护色工艺与渗透脱水预处理相结合，通过渗透脱水除去物料中部分水分，利用超声波强化渗透脱水过程，且超声渗透脱水过程中同步护色，具体步骤如下：
1）利用蔗糖、柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、半胱氨酸和氯化钙，配制具有护色效果和渗透脱水效果的渗透液，其中蔗糖用于渗透脱水，其浓度为60 ^oBrix，柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、半胱氨酸及氯化钙用于护色，质量浓度分别为0.4%、0.12%、0.05%及0.3%；
2）将苹果进行清洗、去皮、去核后，切成5mm厚的果片，将梨片迅速置入步骤1）所述的渗透液中，进行超声波渗透脱水及同步护色，其中料液比为1:8，渗透温度为50℃，超声功率为120W，超声频率为22kHz，超声波渗透脱水及同步护色的处理时间为30min；
3）超声波渗透脱水与同步护色的处理结束后，将梨片取出、沥干、拭干表面残余溶液，将物料摆放至网状物料盘中，于真空系统与远红外辐射加热，调节干燥压力为10000Pa，远红外辐射强度为500 W/m²，辐射距离为10cm，进行真空干燥2h后，将干燥压力调低至1000Pa继续干燥，待物料降至安全含水率（0.08 g/g 干基），干燥结束，计算干燥时间，并检测产品的酚类物质含量、Vc含量及色差，干燥产品可直接封装及贮藏。
实施例3
一种超声渗透脱水护色联合真空干燥的方法，该方法将护色工艺与渗透脱水预处理相结合，通过渗透脱水除去物料中部分水分，利用超声波强化渗透脱水过程，且超声渗透脱水过程中同步护色，具体步骤如下：
1）利用蔗糖、柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、半胱氨酸和氯化钙，配制具有护色效果和渗透脱水效果的渗透液，其中蔗糖用于渗透脱水，其浓度为50 ^oBrix，柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、半胱氨酸及氯化钙用于护色，质量浓度分别为0.3%、0.08%、0.05%及0.2%；
2）将桃进行清洗、去皮、去核后，切成5mm厚的果片，将梨片迅速置入步骤1）所述的渗透液中，进行超声波渗透脱水及同步护色，其中料液比为1:8，渗透温度为40℃，超声功率为90W，超声频率为22kHz，超声波渗透脱水及同步护色的处理时间为45min；
3）超声波渗透脱水与同步护色的处理结束后，将梨片取出、沥干、拭干表面残余溶液，将物料摆放至网状物料盘中，于真空系统与远红外辐射加热，调节干燥压力为7000Pa，远红外辐射强度为1000 W/m²，辐射距离为10cm，进行真空干燥2h后，将干燥压力调低至1000Pa继续干燥，待物料降至安全含水率（0.08 g/g 干基），干燥结束，计算干燥时间，并检测产品的酚类物质含量、Vc含量及色差，干燥产品可直接封装及贮藏。
对比例1
本对比例采用常规热风干燥对梨片进行干燥处理。将梨进行清洗、去皮、去核后，利用切片机切成5mm厚的果片，将梨片平铺至网状物料盘上，并放入热风干燥机中进行热风干燥，干燥温度及风速分别为40℃及1m/s，待物料降至安全含水率（0.08 g/g 干基），干燥结束，计算干燥时间，并检测产品的酚类物质含量、Vc含量及色差，干燥产品可直接封装及贮藏。
对比例2
本对比例采用常规热风干燥对苹果片进行干燥处理。将苹果进行清洗、去皮、去核后，利用切片机切成5mm厚的果片，将苹果片平铺至网状物料盘上，并放入热风干燥机中进行热风干燥，干燥温度及风速分别为60℃及1m/s，待物料降至安全含水率（0.08 g/g 干基），干燥结束，计算干燥时间，并检测产品的酚类物质含量、Vc含量及色差，干燥产品可直接封装及贮藏。
对比例3
本对比例采用常规热风干燥对桃片进行干燥处理。将桃子洗后热水浸泡30秒后去皮、去核，利用切片机切成5mm厚的果片，将桃片平铺至网状物料盘上，并放入热风干燥机中进行热风干燥，干燥温度及风速分别为50℃及1m/s。待物料降至安全含水率（0.08 g/g 干基），干燥结束。计算干燥时间，并检测产品的酚类物质含量、Vc含量及色差。干燥产品可直接封装及贮藏。
对比例4
本对比例采用真空干燥对梨片进行干燥处理。将梨进行清洗、去皮、去核后，利用切片机切成5mm厚的果片。将梨片平铺至网状物料盘上，并放入真空干燥箱进行真空干燥，干燥温度及压力分别为40℃及3000 Pa。待物料降至安全含水率（0.08 g/g 干基），干燥结束。计算干燥时间，并检测产品的酚类物质含量、Vc含量及色差。干燥产品可直接封装及贮藏。
对比例5
本对比例采用真空干燥对苹果片进行干燥处理。将苹果进行清洗、去皮、去核后，利用切片机切成5mm厚的果片。将苹果片平铺至网状物料盘上，并放入真空干燥箱进行真空干燥，干燥温度及压力分别为60℃及10000 Pa。待物料降至安全含水率（0.08 g/g 干基），干燥结束。计算干燥时间，并检测产品的酚类物质含量、Vc含量及色差。干燥产品可直接封装及贮藏。
对比例6
本对比例采用真空干燥对桃片进行干燥处理。将桃子洗后热水浸泡30秒后去皮、去核，利用切片机切成5mm厚的果片。将桃片平铺至网状物料盘上，并放入真空干燥箱进行真空干燥，干燥温度及压力分别为50℃及6000 Pa。待物料降至安全含水率（0.08 g/g 干基），干燥结束。计算干燥时间，并检测产品的酚类物质含量、Vc含量及色差。干燥产品可直接封装及贮藏。
取实施例1-3的超声渗透脱水护色联合真空干燥的产品、对比例1-3的常规热风干燥的产品、对比例4-6的常规真空干燥的产品进行检测。
（1）总酚含量的检测
吸取浓度为100μg/mL的没食子酸溶液0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.3mL于5mL容量瓶中，分别加入蒸馏水1.95、1.90、1.85、1.80、1.75、1.70mL，再各加入福林试剂1.0mL，充分振荡后静置3-4min，分别加入10% Na₂CO₃溶液1.0mL，摇匀置于25℃恒温水浴中反应2h，在765nm下测定吸光度，以含量对吸光度绘制标准曲线。
将一定量的产品磨成粉，取1g果粉（梨、苹果、桃）置于锥形瓶中，加入80mL 70%的乙醇，在80℃下水浴回流提取3次，每次提取后于4000rpm离心分离20min，收集并合并上清液，在0.09MPa下旋转蒸发浓缩，浓缩液用70%乙醇定容至50mL待测。从待测液中吸取30μL溶液，按上述标准曲线制作法测定吸光度，根据回归方程经计算可得产品中总酚含量。
（2）Vc含量的检测
精密移取1mg/ mL Vc 标准溶液0、1.0、2 .0、3.0、4.0 mL，分置于5个50 mL 容量瓶中，用1 %硫脲溶液稀释到50mL，混匀后分别倒入洁净的烧杯中，加0 .2 g活性炭，充分搅拌并过滤。取5 种滤液各4 mL分置于5 支试管中，各加入1 %硫脲溶液2 mL和2 % 2 ,4-二硝基苯肼溶液1mL，混匀后立即置于37 ℃恒温水浴箱中，恒温反应3h 后，将试管放在冰水中，小心加入85%硫酸5 mL，摇匀后室温放置30 min，利用紫外可见分光光度计，在波长490 nm 处测定吸光度，将吸光度与浓度进行线性回归，得标准曲线。
将一定量的产品磨成粉，取1g果粉（梨、苹果、桃）置于锥形瓶中，每次加入2%溶液20 mL，提取3次，每次提取过滤后于4000 rpm离心分离20 min，收集并合并上清液后转移至200mL容量瓶中，加入1%草酸溶液定容至刻度待测。从待测液中吸取4 mL溶液，按照上述准曲线制作法测定吸光度，根据回归方程经计算可得产品中Vc含量。
（3）色差的测定
产品色差采用色差仪检测，得到亮度值L、红绿值a及黄蓝值b，再与新鲜物料的Lab值进行比对，经计算得到产品的色差值。
检测结果如表1所示，实施例1-3与对比例1-6的工艺流程与技术参数如前所述。
表1 采用实施例1-3与对比例1-6的干燥方法的产品检测结果

干燥时间越短越好，总酚含量和Vc含量越高越好，色差值越小越好。从表中可以看出，采用超声渗透脱水护色联合真空干燥的方法并应用于梨、苹果、桃等水果的干燥加工，和常规热风干燥相比，干燥时间缩短20%~30%，产品总酚含量提高80%~120%，Vc含量提高60%~85%，色差值降低了90%~95%；和真空干燥相比，干燥时间缩短10%~20%，产品总酚含量提高20%~30%，Vc含量提高10%~15%，色差值降低了30%~50%。因此，本发明将超声渗透脱水与同步护色有机结合，并在预处理后进行两段式真空干燥，实现多种果片的联合干燥，利用复合溶液实现脱水和护色的同步进行，通过超声波强化预处理过程的传质过程及护色效果， 并利用其空化效应和机械效应来扩大组织微孔道及减小水分结合力，从而有利于后续真空干燥的传热传质，不但明显提高干燥速率及节约干燥时间，还有效减缓有效成分的氧化降解，提高有效成分含量及保护产品良好色泽，最终达到快速、高质的干燥目的。