典型浆果预处理、红外冷冻干燥及其干制品吸湿特性研究

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浆果,是一类肉质柔软、多汁液水果的总称,富含多种维生素、抗氧化活性物质、人体必需氨基酸、微量元素和水溶性纤维,但由于高含水率特性,采后新鲜浆果容易发生微生物侵染或机械损伤,导致腐烂变质。采用干燥的加工方式是延长浆果货架期的有效方法,随着人们对高品质浆果类干制品需求的提升,开发节能保质的浆果干燥技术尤为重要。真空冷冻干燥能够较好的保留干燥产品的色、香、味、形以及营养组分,但由于效率低、能耗高限制了其在浆果加工中的广泛使用。本课题将高效红外冻干技术应用于浆果干制过程中,探究了浆果红外冷冻干燥特性及品质特征并提出了提升干燥效率及产品品质的辅助策略。本文主要研究内容如下:为了确定红外冷冻干燥技术在浆果干燥中的适用性,分析了三种典型浆果原料(蓝莓、蔓越莓和树莓)的热特性和红外吸收特性,并以化学组分、品质特性、干燥时间和能耗为指标分析了传统冷冻干燥(Freeze-drying,FD)和红外冷冻干燥(Infrared freeze-drying,IRFD)的差异。结果表明:三种浆果原料的光学性质主要由水决定,而水在整个红外光谱区表现出对红外辐射能的强吸收和弱散射特性。蓝莓、蔓越莓和树莓的共熔点分别为-22.34°C、-18.03°C、-14.88°C。FD与IRFD样品的化学组分完全一致。IRFD样品的花色苷含量(Total anthocyanins content,TAC)与总酚含量(Total phenolics content,TPC)显著小于FD样品,但是FD与IRFD样品的质构特性相似。此外,同一干燥温度下将三种浆果脱水至目标水分含量,IRFD所需时间及能耗均较FD显著降低。为提升浆果红外冻干效率,采用CO2激光穿孔、超声以及冻融对冷冻浆果进行预处理,并评估各预处理对浆果干燥特性及品质的影响。结果表明:三种预处理方法均能有效强化浆果红外冷冻干燥传质过程,缩短干燥时间。预处理对浆果品质特性的影响与浆果种类有关。CO2激光打孔能有效提高三种IRFD浆果的复水比,而且对三种IRFD浆果的TAC和TPC无显著影响。超声和冻融处理有效提高了蓝莓和蔓越莓的复水比,却降低了树莓的复水比和营养价值。为提升红外加热均匀性,引入脉冲喷动系统,研究三种浆果的IRFD干燥特性以及干燥均匀性。结果表明:Weibull模型较为适合于表征三种浆果在IRFD过程中水分比变化,Weibull模型参数表明脱除三种浆果样品中剩余37%的水分需总干燥时间的57%。脉冲喷动红外冷冻干燥(Pulse-spouted Infrared freeze-drying,PSIRFD)的干燥均匀性较IRFD高,干燥时间较IRFD短,PSIRFD干燥均匀性随喷动间隔时间的缩短而提高。综合干燥均匀性、能耗及营养品质指标,选择PSIRFD的喷动间隔时间为20 min。为掌握三种IRFD浆果在贮藏过程的吸湿规律,基于动态水分吸附(Dynamic vapor sorption,DVS)技术研究IRFD蓝莓、蔓越莓和树莓的吸湿特性。结果表明:三种IRFD浆果吸附等温线由多层吸附区和毛细管冷凝区组成,吸附曲线呈J形,根据IUPAC分类,三种IRFD浆果吸附等温线呈Ⅲ型,与高糖含量材料的吸湿特征一致。5种等温吸附模型中GAB和MHE对三种IRFD浆果的吸附-解吸等温线有较好的拟合效果(R~2>0.99)。IRFD蓝莓、蔓越莓和树莓的绝对安全贮藏含水率(相对安全贮藏含水率)分别为20.63%(32.19%)、18.58%(28.22%)和10.92%(17.32%),而IRFD蓝莓、蔓越莓和树莓的单分子层含水率分别为10.73%,8.86%和7.84%(以干基计)。
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