不同干燥方式對胡蘿卜片吸濕性及品質的影響

李瑞杰, 張慜

(食品科學與技術國家重點實驗室,江南大學,江蘇無錫 214122)

不同干燥方式對胡蘿卜片吸濕性及品質的影響

李瑞杰, 張慜＊

(食品科學與技術國家重點實驗室,江南大學,江蘇無錫 214122)

分別對熱風干燥、冷凍干燥、真空微波干燥、冷凍與真空微波聯合干燥這4種干燥方式對胡蘿卜片的品質變化和吸濕性方面的影響進行了討論,以VC和胡蘿卜素的保持、色澤的差異、膨化率,干燥時間等為質量參數,以及以吸濕率為吸濕性參數分別進行比較。聯合干燥產品在VC和胡蘿卜素的保持、色澤方面略差于凍干產品,但它的膨化率得到了提高,口感上也有改善,干燥時間大大縮短,并且抗吸濕性要比冷凍干燥好,這樣就能很好地保持果蔬脆片特有硬脆性。采用冷凍與真空微波聯合干燥方式能較好地改善胡蘿卜片的品質,縮短干燥時間,降低吸濕性。

熱風干燥;真空微波干燥;冷凍干燥;冷凍與真空微波聯合干燥;胡蘿卜片;吸濕性;品質

胡蘿卜(Daucus carrot),又稱紅蘿卜或甘荀,是傘形科胡蘿卜屬二年生草本植物。以肉質根作蔬菜食用。富含糖類、脂肪、揮發油、胡蘿卜素、維生素C、維生素A、維生素B1、維生素B2、花青素、鈣、鐵等營養成分。美國科學家研究證實:每天吃兩根胡蘿卜,可使血中膽固醇降低10%～20%;每天吃三根胡蘿卜,有助于預防心臟疾病和腫瘤。中醫認為胡蘿卜味甘,性平,有健脾和胃、補肝明目、清熱解毒、壯陽補腎、透疹、降氣止咳等功效,可用于腸胃不適、便秘、夜盲癥、性功能低下、麻疹、百日咳、小兒營養不良等癥狀。

胡蘿卜富含維生素,并有輕微而持續發汗的作用,可刺激皮膚的新陳代謝,增進血液循環,從而使皮膚細嫩光滑,膚色紅潤,對美容健膚有獨到的作用。將胡蘿卜加工成一種脫水的胡蘿卜片,作為休閑食品直接食用,在休閑娛樂的情況下補充人體所需的營養,增強人體健康,因此具有廣闊的市場前景。

合理的干燥方法和干燥條件是胡蘿卜片生產的關鍵[1-10],因此,本試驗采用目前常用的熱風干燥、真空微波干燥、冷凍干燥及冷凍與真空微波聯合干燥4種方法制備胡蘿卜片,通過對不同干燥方法制備的胡蘿卜片特性指標進行分析及對比,對4種加工工藝生產的胡蘿卜片的品質特性進行了評價,旨在對胡蘿卜片的加工工藝提供一定的參考。另外將干燥產品作為終端產品直接食用,除了感觀品質外,吸濕性也是衡量此類產品的一個重要指標。但關于脫水果蔬脆片吸濕性方面的研究國內外報道的都比較少,本試驗對此做了初步探討。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮胡蘿卜:購于無錫石塘街菜市場。

1.2 試劑

2,6-二氯靛酚、氯化鋰、氯化鎂、硝酸鎂、溴化鈉、氯化鈉、鉻酸鉀、硝酸鉀等均為分析純;β-胡蘿卜素標樣。

1.3 設備與儀器

YHW2S-OS型微波真空凍干機:南京亞泰微波能技術研究所生產;WSC-S色差儀:上海精密科學儀器有限公司生產品;干燥箱:上海進醫療器械生產;721分光光度計:上海第三分析儀器廠生產;康維皿;電子天平;SP型智能生化培養箱:南京試驗儀器廠制造。

1.4 方法

1.4.1 工藝流程

原料預處理冷凍-冷凍干燥冷凍-冷凍干燥-真空微波干燥包裝-貯藏

1)原料預處理:去皮:去皮可除去胡蘿卜莖皮含有的苦味物質。用3 g/dL的小蘇打堿液,溫度約為100℃,浸泡3 min。經堿液去皮后,立即用流動的清水漂洗。

切片:對去皮后的胡蘿卜進行修整,再進行切片,分別切至2、4、6 mm。

漂燙與冷卻:漂燙即對酶進行鈍化和失活處理,同時通過漂燙可以殺滅原料表面的微生物,除去原料組織內的空氣,有利于減少成品中VC和胡蘿卜素因氧化造成的損失,在較長時間內保持凍干胡蘿卜片色澤鮮艷[2]。因此,將切片后的胡蘿卜置于沸水中浸燙3 min后,立即放入0～5℃的冷水中進行降溫冷卻,冷卻的時間越短越好。

凍結:將預處理好的胡蘿卜片放入單體速凍機中進行快速凍結。待物料完全凍結后,放入超低溫冰箱中儲存待用。

2)熱風干燥:將預處理后未凍結的胡蘿卜片均勻鋪在蔬菜烘干脫水機上,物料量為500 g,調節加熱溫度為70℃,讓熱風垂直穿過物料薄層,風速為2 m/s。當干燥時間為9 h時,物料的含水質量分數為6%。

3)真空微波干燥:將預處理后未凍結的胡蘿卜片放入真空微波設備的物料盤中均勻鋪開,物料量200 g,啟動真空泵至絕對壓強為10 kPa,調節微波功率為450 W,然后打開微波開關即可。當加熱時間為120 min時,物料的含水質量分數為5.8%。

4)冷凍干燥:打開制冷開關,當冷阱溫度為-42℃時,將凍結好的胡蘿卜片薄層鋪在物料盤中,物料量為500 g。之后開啟真空泵至絕對壓強為100 Pa,調節加熱板最高溫度70℃,最低30℃,打開電熱開關,即可加熱。當加熱時間為12 h時,物料的含水質量分數為5.9%。

5)冷凍與真空微波聯合干燥:在冷凍干燥條件下將胡蘿卜片干燥至含水質量分數為30%,之后轉入真空微波干燥。真空微波干燥條件為:絕對壓強10 kPa,微波功率為300 W,加熱時間為15 min,物料的含水質量分數為5.8%[3-11]。

6)包裝:為防止物料吸潮,出料后要及時密封包裝。

1.4.2 不同干燥條件對脫水胡蘿卜片吸濕性影響

1)冷凍干燥:選擇加熱板的溫度分別為40、50、60、70℃;物料厚度為2、4、6 mm。

2)冷凍與真空微波聯合干燥:轉換點含水質量分數20%、30%、40%;微波功率300、450、600 W。

3)不同相對濕度對冷凍與聯合干燥產品吸濕性的影響:選擇氯化鋰、氯化鎂、硝酸鎂、溴化鈉、氯化鈉、鉻酸鉀、硝酸鉀在25℃條件下形成的不同相對濕度。

4)涂膜防潮試驗:巧克力涂膜。

1.4.3 試驗指標及測定方法

1)水分:按照GB5009.3-85進行測定。2)能耗:由電能表直接讀數。

3)β-胡蘿卜素:按照GB12389-90進行測定。4)維生素C:按照2,6-二氯靛酚法進行測定[4]。

5)膨化率:取20片干燥前的胡蘿卜片,外涂蠟質,投入裝有100 mL水的1L量筒中,可得干燥前胡蘿卜片體積V1,同法求得干燥后胡蘿卜片體積V2,按下式計算膨化率A[5]:

6)顏色:手持測色色差計進行測定:L＊值(lightness,亮度),其值從0到100變化;0表示黑色,100表示白色。a＊值(Redness,紅色度),表示從紅到綠的值;100為紅色,-80為綠色。b＊值(Yellowness,黃色度),表示從黃色到藍色的值;100為黃色,-80為藍色。每種樣品取3次樣,每樣旋轉三次不同角度分別讀數,取九次讀數的平均值[6]。

7)色澤、質構、風味、口感:感官評定法

由10名評價員組成感官評價小組,評價干燥后蘋果片的色澤、口感、氣味。按10分制計,詳見表1。每個樣取10個人所打分值的平均值[7]。

表1 對胡蘿卜片感官評定的分值表Tab.1 Value of evaluation for carrot chips

8)吸濕率的測定:

本試驗采用康維皿靜態稱重測試法。將不同干燥方法和干燥條件下得到的胡蘿卜脆片,分別置于預先恒重的樣品瓶重,稱重后,放入一定溫度和相對濕度范圍的康維皿內室中?？稻S皿外室預先放入不同種類的飽和鹽溶液,以產生不同的平衡相對濕度(ERH),見表1。密封后放入調定溫度的恒溫箱中進行吸濕性試驗。每隔0.5 h測一次試樣的質量[8]。

吸濕率(%)=[(吸濕后胡蘿卜片質量-吸濕前胡蘿卜片質量)/吸濕前胡蘿卜片量]×100[13]。

表2 不同飽和鹽溶液在不同溫度條件下相對應的濕度Tab.2 Relative humidity of saturated salt solution at different temperature

2 結果與分析

2.1 干燥條件對脫水胡蘿卜片吸濕性的影響

2.1.1 冷凍干燥對脫水胡蘿卜片吸濕性的影響將在加熱板溫度分別為40、50、60、70℃條件下干燥得到的含水質量分數為6%,厚度為4mm的脫水胡蘿卜片分別放在盛有氯化鈉飽和溶液的康維皿中,溫度為25℃,相對濕度為75%的條件下,進行吸濕性試驗,結果見圖1。

圖1 加熱板溫度對吸濕性影響Fig.1 Effect of the heat plate temperature on hygroscopic capacity

從圖中可以看出,加熱板的溫度越高,吸濕率就越低,吸濕性就越差;反之加熱板溫度越低,吸濕率就越高,吸濕性就越好。這里凍干中的加熱是熱傳導。當加熱板溫度較低時,由于熱通量較小,物料的界面溫度和表面溫度都較低,使內部水分緩慢逸出,所以能夠較大地保持物料固有的結構,使干制品的結構均勻,易于外界水分的進入,這就增加了吸濕性。隨著加熱板溫度的升高,增加了傳導熱,物料界面溫度有所上升,傳質推動力提高,加快了水蒸汽的逸出速度。此時吸濕性之所以降低是因為過高的加熱溫度在升華階段會使部分物料斷裂崩陷,導致內部結構變化,吸濕率降低,吸濕性就越差。70℃干燥的樣品與加熱板接觸的地方已發生褐變[12]。

將厚度為2、4、6 mm胡蘿卜片分別在加熱板溫度為50℃的條件下干燥所得到的脫水胡蘿卜片分別放在盛有氯化鈉飽和溶液的康維皿中,放入溫度為25℃的培養箱中,相對濕度為75%的條件下,進行吸濕性試驗,結果見圖2。從圖中可以看出,胡蘿卜片越薄吸濕性就越強。經FD脫水后,一般胡蘿卜片的含水質量分數為6%以下,在此含水量下表現出脆片特有的硬脆特征。當含水率超過10%,就會有一種軟軟粘粘的感覺,此時已經失去脆片應有的硬脆特征,也就失去商品價值。在相對濕度為70%,溫度為12℃的大氣中放置30、2 mm厚的胡蘿卜片含水量已經接近質量分數10%,而其他的統統到90 min,含水率才達到10%。分的進入,吸濕率小,吸濕性差。

2.1.2 冷凍與真空微波聯合干燥對脫水胡蘿卜片吸濕性的影響 在盛有氯化鈉飽和溶液的康維皿中,放入溫度為25℃的培養箱中,相對濕度為75%的條件下進行吸濕性試驗。將聯合干燥胡蘿卜片轉換點的含水質量分數為20%、30%、40%,加熱板溫度為50℃條件下所得到的干制品分別進行吸濕性試驗,結果見圖3。從圖中可以看出,真空微波干燥前,物料的含水量越高,干燥后所得制品的吸濕性就越差;反之就越好。原因可能為前期干燥后物料含水量越高,所需的真空微波干燥時間就越長,導致制品內部組織遭到破壞,一定程度上阻止了水

圖3 轉換點含水量對吸濕性的影響Fig.3 Effect of moisture on hygroscopic capacity

將含水質量分數在30%的凍干后制品,微波加熱功率為300、450、600 W條件下干燥所得的干制品分別進行吸濕性試驗,吸濕條件是將干制品放入盛有飽和氯化鈉溶液的康維皿中,然后置于25℃的培養箱中,相對濕度為75%,結果見圖4。從圖中可見,微波功率越高,其干制品的吸濕率就越小,吸濕性也就越差。這是因為物品在低功率微波下干燥時,其制品內部組織保持原狀的程度較好,且干制品體積膨脹,內部會產生較大空隙,因而干制品會迅速吸水;而物品在高功率微波下持續干燥時,物料本身升溫過高,導致制品內部組織遭到嚴重破壞,因而影響物料的吸濕能力。

圖4 微波功率對吸濕性的影響Fig.4 E ffect of microw ave power on hygroscopic capacity

2.2 不同干燥方法對脫水胡蘿卜片吸濕性比較

干燥方式不同對脫水胡蘿卜片吸濕性影響不同(見圖5)。比較從圖5可見,在盛有氯化鈉飽和溶液的康維皿中,放入溫度為25℃的培養箱中,相對濕度為75%。用冷凍與真空微波聯合干燥(加熱板溫度為50℃、凍干后的物料含水質量分數為30%、微波功率為300W)出的干制品吸濕性明顯低于冷凍干燥。凍干制品的含水質量分數在6%以下,當吸濕率超過10%時,就有軟的感覺了,此時所用時間為90 min;而聯合干燥后干制品的含水質量分數在6%以下,也就是說吸濕率達到10%以上時,才會變軟,而這要在300 min甚至更久才會出現。其原因是聯合干燥的制品內部空隙較大,但較松脆,吃水能力降低,吸水能力較差,導致它的吸濕性差。

總之,用不同干燥方法和干燥條件下獲得的干制品其吸濕性具有明顯的差異;加熱板溫度、微波功率以及干燥時間是其主要影響因素;另外吸濕性還與干制品的感官質量有關,制品質量(內部組織性能和外部的感官質量)越好,其吸濕性也就越好。

圖5 不同干燥方式下的吸濕性曲線Fig.5 Hygroscopic capacity curves of different drying methods

2.3 不同相對濕度對冷凍干燥和聯合干燥胡蘿卜片吸濕性的影響

在冷凍干燥(加熱板溫度50℃,將物料的水分降至質量分數6%以下)和聯合干燥(凍干后物料含水質量分數在30%左右,微波功率為300 W)條件下,得到的干制品進行吸濕性試驗,將干制品分別放在不同飽和鹽溶液中,然后置于25℃的培養箱中,相對濕度見表2。吸濕性結果見圖6、7。由圖6、7可以看出,相對濕度越大干制品的吸濕性就越好。這個現象對干制品的貯藏研究具有一定的指導意義。

圖6 不同相對濕度對FD后胡蘿卜片吸濕性的影響Fig.6 Effect of different relative humidity on hygroscopic capacity of freeze drying carrot chips

圖7 不同相對濕度對聯合干燥后胡蘿卜片吸濕性的影響Fig.7 Effect of relative humidity on the combined drying carrot chips hygroscopic capacity

2.4 脫水胡蘿卜片表層處理對脫水胡蘿卜片吸濕性的影響

將凍干品和聯合干燥的產品外涂一層巧克力,然后放在盛有氯化鈉飽和溶液的康維皿中,溫度為25℃,相對濕度為75%,進行吸濕性試驗。果蔬脆片放在空氣中很容易吸潮,這就在一定程度上影響了產品的價值。要想改變這種現象的發生,一方面可以從工藝上進行改進,如上所屬;另一方面可以進行表層處理見圖8。從圖8可以看出,外涂巧克力的干制品,放在這種高濕的環境中長達5 h都沒有變軟,可見涂層處理效果很好。

圖8 涂層處理對吸濕性的影響Fig.8 Effect of coating on hygroscopic capacity

2.5 不同干燥方法對脫水胡蘿卜片品質的影響

2.5.1 干燥能耗和干燥時間的比較 干燥方式對胡蘿卜品質影響見圖9、10。由圖9、10可見,冷凍干燥所用能耗為113 641 kJ/kgH2O,干燥時間為

12 h;聯合干燥為71 669 kJ/kgH2O,干燥時間為

6.05 h;真空微波干燥為25 463.8 kJ/kgH2O,干燥時間為2 h;熱風干燥為16 200 kJ/kgH2O,干燥時間為9 h?？梢娎鋬龈稍锬芎淖罡?這是因為冷凍干燥有較長時間的制冷、抽真空和加熱,所以能耗很高,操作成本最大。但由于在低溫下操作,對營養物質的破壞小,故保證了產品品質。同冷凍干燥相比,冷凍與真空微波聯合干燥的能耗,同冷凍干燥相比節省了37%,這就大大降低了冷凍干燥的成本。并且干燥時間減少了將近一半,而且因真空微波時間僅用了15 min。熱風干燥雖然能耗低,但是加熱時間長,物料長時間在高溫下干燥,使產品品質受到了極大的破壞。綜合能耗、干燥時間和產品品質方面考慮,采用冷凍與真空微波聯合干燥方式是最合理的方式。

圖9 不同干燥方式的能耗Fig.9 Energy consumption of different drying process

圖10 不同干燥方式(FD、VMD、AD及FD+VMD)干燥胡蘿卜片的曲線Fig.10 Drying dried carrot chips curves of the drying process(FD,VMD,AD and FD+VMD)

2.5.2 不同干燥方法對脫水胡蘿卜片Vc、β-胡蘿卜素、色差和膨化率的影響 本試驗中胡蘿卜片分別經熱風干燥、真空微波干燥、冷凍干燥及凍真空微波聯合干燥后所測VC及胡蘿卜素保留率見表3。

表3 不同干燥方式對VC和胡蘿卜素保留率、色差和膨化率的影響Tab.3 Effect of different drying process on the retention rate of ascorbic acidand carotene,color and expansion ratios for the dehydrated carrot

VC和胡蘿卜素是熱敏性極強的不穩定成分,很容易在加工過程中受溫度和氧化的作用而損失。加熱是VC和胡蘿卜素含量減少的主要原因,因為它能加速氧化作用的進程。溫度越高,作用時間越長,VC和胡蘿卜素的損失就越大[11]。從上表中可見,熱風干燥VC和胡蘿卜素的損失最大,VC的保留率為37.3%,胡蘿卜素的保留率為48.2%,這是由于熱風干燥溫度高,時間長,VC和胡蘿卜素與氧氣接觸時間長而易氧化。冷凍干燥的產品VC和胡蘿卜素的保留率分別達82.9%及95.1%,聯合干燥的VC和胡蘿卜素保留率與冷凍干燥的較為接近。這證實了在低溫和真空下操作的冷凍干燥,有效地防止了物質的分解,保護了易氧化成分,故對VC和葉綠素的保留率均很高。真空微波干燥也是在真空及相對較低的溫度下工作,并且干燥時間最短,這對其VC和葉綠素的等成分的破壞也較小。冷凍與真空微波聯合干燥即可大大縮短干燥時間,降低生產及設備成本,其VC和胡蘿卜素的保留率又較接近冷凍干燥,故是一種值得推廣的干燥方式。

果蔬干燥后顏色的變化是影響其質量及市場價值的非常重要的一個指標,以接近新鮮果蔬原色的干品較為理想。果蔬在干燥的過程中受溫度的影響,發生美拉德反應引起褐變,所以干燥溫度和時間是影響果蔬顏色變化的重要原因[9]。由表中可知,無論是完全凍干的產品還是聯合干燥后的產品,胡蘿卜片的亮度都有所降低,紅色度增加,黃色度降低。胡蘿卜的色澤變化可能由大量失水引起,失水后表面看上去不象新鮮胡蘿卜飽滿、有光澤,亮度自然下降;失水后紅色素被濃縮,致使紅色加深,黃色程度被掩蔽[7]。由表格可以看出,聯合干燥的產品,Vc和色差值較接近完全凍干品,而膨化率優于完全凍干品。

2.5.3 不同干燥方法對脫水胡蘿卜片感觀品質的影響 不同干燥方法對脫水胡蘿卜片感觀品質的影響見4。由表4可看出,4種干燥方法制作胡蘿卜片的感官性能比較好的是冷凍干燥和聯合干燥,這是由于熱風干燥時溫度過高,其中的糖類和蛋白質發生美拉德反應,導致產品顏色加深,出現焦香味;而真空微波干燥中,當大部分水分失去時,產品內部溫度不均,發生局部過熱,導致產品焦糊,影響色澤和風味。冷凍干燥在低溫和真空狀態下進行干燥,可以有效地保持良好的色澤、氣味等感官指標。冷凍與真空微波聯合干燥在前期采用冷凍干燥,除去物料中大部分的水分,在解析階段采用真空微波干燥,這樣降低了凍干能耗,又不會導致產品發生局部過熱而焦糊。

表4 不同干燥方式所得胡蘿卜片的感官評定結果表Tab.4 The sensory evaluation assessment of carrot chips after different drying methods

3 結 語

1)不同的干燥條件和干燥方法下獲得的脫水胡蘿卜片的吸濕性和產品品質具有明顯的差異。

2)冷凍干燥加熱板溫度越低,獲得的干制品的感官質量就越好,即得到制品內部結構就越均勻,因此吸濕性就越好;反之,就越差。轉換點的含水量越高,微波功率越高,吸濕性就越差,即不易吸潮,就越容易維持胡蘿卜脆片的硬脆感。運用不同干燥方法得到的胡蘿卜脆片,由于內部結構不同吸濕性方面具有很大差異。但是吸濕性與干制品的感觀質量有一定的關系,感觀質量越好,吸濕性就越好,因此要綜合考慮吸濕性和感觀質量兩方面來決定最后的工藝條件。

3)冷凍干燥果蔬產品的VC和胡蘿卜素的保留率在幾種干燥方式中最高,色澤和形狀保持也較接近鮮樣。但因操作時間過長、能耗過高,使得加工成本提高而限制了其應用的范圍。熱風干燥則高溫、干燥時間長及易氧化等因素,使果蔬的VC和胡蘿卜素降解加劇,不僅含量損失嚴重,色澤變化也最大,并且形狀變形也最為厲害;聯合干燥在以上各質量參數方面,雖比凍干產品有一定差距,但遠優于熱風和真空微波干燥,并且干燥時間可大大縮短。

4)冷凍與真空微波聯合干燥的脫水胡蘿卜片在產品品質上接近完全的凍干品,并且還在一定程度上改善了口感,增加了膨化率;使干燥時間縮短了接近50%,降低了能耗。

但是從試驗來看,出現部分物料焦糊的現象,說明真空微波加熱仍存在著加熱均勻性問題,有待于進一步研究。

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(責任編輯:楊萌)

Drying Methods Affect the Quality and Hygroscopic Capacity of Carrot Chips

LI Rui-jie, ZHANG Min＊
(State Key Laboratory of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

The quality changes and hygroscopic capacity of carrot chips dried by different drying process(hot-air drying,vacuum microwave drying,freeze drying and combined freezevacuum microwave drying)were investigated in this manuscript.The quality parameters such as VC and carotene contents,color,expansion ratio and drying time from different drying process were compared.it was found that freeze drying exhibit advantages on VC and carotene contents, but its expansion ratiomuch better than that of freeze drying,reduced drying time and hygroscopic capacity was less than those treated by freeze drying.Compared with that of freeze drying alone,the combined freeze-vacuum microwave significantly reduced drying time and hygroscopic capacity.

hot-air drying,vacuum microwave,vacuum freeze drying,combination drying, carrot chips,hygroscopic capacity,sensory property

TS 205

:A

1673-1689(2010)03-0342-08

2009-01-22

國家自然科學基金項目(20776062)。

＊通信作者:張慜(1962-),男,浙江平湖人,工學博士,教授,博士生導師。主要從事農產品加工的研究。Email:min@jiangnan.edu.cn