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摘要: 采用電阻測定法, 測定草莓的共晶點(diǎn)溫度, 并采用兩種凍結(jié)方式對草莓進(jìn)行真空冷凍干燥。試驗(yàn)研究了凍干過程中草莓的溫度、質(zhì)量動(dòng)態(tài)變化及凍干制品的微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明, 快速凍結(jié)能更好地保持草莓的細(xì)胞組織特性。
關(guān)鍵詞: 草莓; 共晶點(diǎn); 凍結(jié)速度; 真空冷凍干燥; 多孔性
草莓屬于漿果類水果, 色澤鮮艷, 香氣濃郁, 酸甜可口。但草莓收獲期短, 上市集中, 保藏困難, 除了產(chǎn)地可及時(shí)加工成果汁、果醬等產(chǎn)品外, 干制品加工開發(fā)
尚有廣闊的發(fā)展空間
冷凍干燥就是將含有大量水分的物質(zhì)預(yù)先進(jìn)行降溫凍結(jié)成固體。然后在真空條件下使水從固態(tài)直接蒸發(fā)成水蒸氣, 而物質(zhì)本身留在凍結(jié)的冰架子中,從而使干燥制品不失原有的固體骨架結(jié)構(gòu), 保持物料原有的形態(tài), 且制品復(fù)水性*
凍干過程中的凍結(jié)就是將物體中所含有水分的部分或全部轉(zhuǎn)變成冰的過程, 在漿果類凍結(jié)過程中產(chǎn)生的大冰晶容易機(jī)械性損傷草莓組織, 引起細(xì)胞壁破壞, 同時(shí)因脫水產(chǎn)生質(zhì)壁分離, zui終造成液質(zhì)流失, 影響營養(yǎng)成分的保持。筆者比較中速、快速凍結(jié)對凍干后草
莓多孔性微觀結(jié)構(gòu)的影響,旨在保持經(jīng)凍干后草莓細(xì)胞組織特性。
本試驗(yàn)以FD- 520 型真空冷凍升華干燥機(jī)( 日本產(chǎn)) 、SALD6- 0.3 低溫試驗(yàn)箱(上海澳瑩制冷設(shè)備有限公司)、DR220 型溫度巡檢測儀( 上海大華儀表廠)、MP200B 電子天平( 上海良平儀器儀表公司) 等輔助試驗(yàn)儀器構(gòu)成了整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。其中, 電子天平經(jīng)改裝后, 將壓力應(yīng)變片放置在真空干燥室內(nèi), 數(shù)據(jù)采集及顯示部分放置在干燥室外,滿足了在真空狀態(tài)下, 在線監(jiān)測物料質(zhì)量變化的要求。
供試草莓均為試驗(yàn)當(dāng)天購買, 色澤接近、果肉飽滿、成熟度一致、無機(jī)械損傷。1.2 共晶點(diǎn)溫度測定采用電阻測定方法測定草莓的共晶點(diǎn)溫度。筆者選取電阻變化率約1 MΩ/min 時(shí), 作為選取共晶點(diǎn)溫度的依據(jù)[3]。方法如下: 將鋁制托盤用95%酒精洗凈, 待自然風(fēng)干后, 放入草莓漿液重約40 g,厚度為6 mm, 然后放入- 60 ℃低溫試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行凍結(jié), 將銅- 康銅熱電偶導(dǎo)線一端插入草莓漿液的幾何中心, 另一端與DR210 溫度巡檢測儀相連接, 測出草莓中心與表面溫度變化; 同時(shí), 采用兩根銅- 康銅熱電偶導(dǎo)線電極一端插入草莓漿液中,另一端與直流數(shù)字電阻測定儀相連, 監(jiān)測草莓在凍結(jié)過程中電阻的變化。
采用中速、快速凍結(jié)方式進(jìn)行對比試驗(yàn)[4]。中速凍結(jié): 直接將草莓切片放置在冷凍干燥室內(nèi)的擱板上, 采用金屬擱板熱傳導(dǎo)的凍結(jié)方式, 凍結(jié)過程中利用溫度巡迥檢測儀監(jiān)測草莓中心與表面溫度隨時(shí)間的變化。快速凍結(jié): 將草莓切片放在低溫試
驗(yàn)箱內(nèi), 采用草莓與冷空氣熱交換的凍結(jié)方式,并用溫度巡迥檢測儀監(jiān)測草莓中心與表面溫度隨時(shí)間的變化。1.4 多孔性微觀結(jié)構(gòu)觀察方法。利用掃描電鏡二次電子成像, 觀察樣品表面的形貌, 反映樣品表面特征。取真空冷凍干燥草莓樣品, 進(jìn)行樣品切割、粘貼、金屬鍍膜( 離子濺射法) 、放入電鏡觀察室觀察, 比較中速、快速凍結(jié)對草莓多孔性微觀結(jié)構(gòu)的影響。
2 結(jié)果與分析<BR>2.1 草莓共晶點(diǎn)確定。*階段, 隨溫度下降晶核形成, 電阻值變化小; 第二階段, 隨溫度下降冰晶迅速生長且數(shù)量增多, 電阻值變化增大; 第三階段, 隨溫度下降至共晶點(diǎn), 物料內(nèi)
絕大部分水分凍結(jié), 電阻突變, 反映了物料內(nèi)水分因凍結(jié)而離子導(dǎo)電突然終止的實(shí)質(zhì)[3]。由圖1 可知, 為保證草莓絕大部分水分凍結(jié),草莓共晶點(diǎn)溫度為-22.6℃。
2.2兩種凍結(jié)方式中溫度動(dòng)態(tài)變化<BR> 在凍干過程中, 冷凍階段物料中心與表面溫度必須低于共晶點(diǎn)溫度以下5～10 ℃, 以保證物料的水分從固態(tài)冰直接蒸發(fā)成水蒸氣。試驗(yàn)取草莓中心溫度低于- 28 ℃, 作為冷凍過程結(jié)束即真空升華干燥的起始點(diǎn)。圖2、3 分別表示40 g草莓中速凍結(jié)降溫趨勢與快速凍結(jié)降溫趨勢, 得出: 在真空冷凍干燥箱內(nèi)的凍結(jié)速度0.5 cm/h≤在- 60 ℃低溫箱內(nèi)的凍結(jié)速
度7.5 cm/h。
2.3 真空冷凍干燥過程中物料溫度以及質(zhì)量動(dòng)態(tài)變化<BR> 圖4 表示出草莓凍干過程溫度、質(zhì)量變化趨勢,即快速凍結(jié)冷凍時(shí)間40 min, 干燥時(shí)間890 min; 慢速凍結(jié)冷凍時(shí)間130 min, 干燥時(shí)間780 min。隨著物料干燥層的增厚, 快速凍結(jié)的樣品干燥速率明顯降低, 主要原因是隨著升華的進(jìn)行, 多孔干燥層厚度增加, 細(xì)小冰晶形成的空隙小, 水蒸氣逸出的阻力大, 延緩了冰界面上升華水分子的外逸。
2.4 微觀結(jié)構(gòu)分析; 圖5、6 分別為中速與快速凍結(jié)形成凍干產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu), 兩者微觀結(jié)構(gòu)均有多孔性的特點(diǎn), 但兩者細(xì)胞組織形態(tài)差異明顯
中速凍結(jié)時(shí), 草莓中心與表面瞬間溫差小, 冰晶會(huì)首先在細(xì)胞組織外的間隙中產(chǎn)生, 細(xì)胞組織內(nèi)部的水分仍以液相形式存在, 在蒸汽壓差作用下, 細(xì)胞組織內(nèi)部水分透過細(xì)胞膜向細(xì)胞外的冰晶移動(dòng), 使大部分水凍結(jié)于細(xì)胞間隙內(nèi), 形成大冰<BR>晶、數(shù)量少, 分布不均勻。大冰晶對細(xì)胞膜產(chǎn)生脹力, 使細(xì)胞破裂, 產(chǎn)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象, 導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)明顯損傷。
快速凍結(jié)時(shí), 草莓中心與表面瞬間溫差大, 細(xì)胞內(nèi)、外幾乎同時(shí)達(dá)到形成冰晶的條件, 組織內(nèi)冰層推進(jìn)速度大于水分移動(dòng)速度, 冰晶分布接近液態(tài)分布的狀態(tài), 冰晶細(xì)小, 數(shù)量多, 分布均勻, 組織結(jié)構(gòu)無明顯損傷。
結(jié)論
( 1) 采用電阻法, 測出草莓的共晶點(diǎn)溫度為- 22.6 ℃。( 2) 上述試驗(yàn)證明, 凍結(jié)速度為7.5 cm/h, 形成的冰晶細(xì)小且分布均勻, 組織結(jié)構(gòu)無明顯損傷, 空隙持水性強(qiáng), 更能反映物料多孔性的質(zhì)構(gòu)特點(diǎn), 可zui大限度地保持草莓的細(xì)胞組織特性。http://www.ganzaoji。。ｏｒｇ/
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