速溶茶冷冻干燥最佳冻干曲线的研究

2013-08-07张欣

食品工业科技 2013年23期

张欣

(天津医科大学，天津300070)

茶是我国的传统饮料，深受人们喜爱。随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，速溶茶以及以速溶茶为原料的饮品越来越受到人们的追捧和青睐。针对茶的色香味等敏感特性，生产速溶茶的工艺要求更高，尤其在干燥过程中，干燥方式及干燥参数均会对速溶茶的速溶性、感官性状和营养风味具有较大的影响。目前，速溶茶多采用喷雾干燥技术进行生产，但是其干燥温度较高，对风味品质影响较大，亟待开发新型速溶茶干燥技术。冷冻干燥又称真空冷冻干燥、冷冻升华干燥，它是将含水物质先冻结到冰点以下，使水分变成固态冰，然后在较高的真空度下，将冰直接转化为蒸汽而除去，物料即被干燥［1-2］。冷冻干燥技术可以较好地保留速溶茶的原汁原味，提高其溶解性和营养风味。基于此，本论文拟研究冷冻干燥过程中绿茶提取液浓度、溶液厚度、冻干温度、干燥时间、压强对速溶茶水分含量的影响，确定速溶茶冷冻干燥的最佳工艺条件，为速溶茶工业化生产提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

西湖龙井北京吴裕泰茶业股份有限公司;蒸馏水自制。

真空冷冻干燥装置美国VirTis 公司生产的UniTop SL600 小型真空冷冻干燥装置，干燥面积为0.6m2，冷阱最低温度为-54℃，其干燥室即作为预冷的冷冻室，又作为干燥的加热室，不另置冷冻室，整机示意图如图1 所示。

图1 UniTop SL600 冻干机示意图Fig.1 UniTop SL600 freezer sketch

1.2 实验方法

1.2.1 速溶茶的冻干实验将绿茶和水按质量比1∶10的比例混合，在80℃条件下微波提取30min，将提取液和茶叶分离，茶叶用同样的方法再提取一次，两次的提取液合并，用离心机澄清，利用膜分离技术进行反渗透浓缩，然后将浓缩液置于冻干室中进行冷冻干燥，最后将干燥成品包装。作为关键工序的冷冻干燥，其干燥操作过程为:先将浓缩液置于冻干室内，开制冷机将物料冻结，然后开冷阱捕冷，再抽真空，最后加热干燥，解除干燥室真空，取出产品包装。

1.2.2 共晶点和共熔点的测定:采用电阻法［3］。

2 结果与分析

2.1 预冻速率对产品质量的影响

预冻速率影响物料冻结时形成冰晶体的大小，但是，由于大部分机器不能进行预冻速率的控制，因此只能以预冻温度和装箱时间来决定预冻的速率。实验证明:预冻速率大，则绿茶提取液形成的冰晶体晶粒越小，干燥后越能反映产品原来的结构，产品质地、速溶性、均匀性越好。本实验为了提高预冻速率，将冻干箱预先降至较低温度，然后再让物料进箱，预冻温度为-40℃。

2.2 绿茶提取液浓度对产品质量的影响

绿茶提取液的浓度在冷冻干燥过程中对产品品质、成本控制有直接影响，浓度越大，水分含量越小，除去这些水分所需的能耗和冻干时间越少，茶粉产率越高，因此，通过浓缩使绿茶提取物溶液达到最适浓度至关重要。目前普遍采用真空浓缩等技术进行绿茶提取物的浓缩，但是该技术会直接影响茶液的色泽和香味。本实验采用膜浓缩方法，绿茶提取液浓度可以达到20%，由于膜浓缩是在常温下操作，茶液的香味没有损失，产品的品质好。

2.3 装料厚度对冻干时间的影响

冷冻干燥过程是一个非常复杂的传热传质过程，冻干时间是随着物料的厚度增加而延长的，物料增厚，冻干时间将大大增加，但是单位厚度所用的冻干时间却不相同，见表1。

表1 不同厚度的绿茶浓缩液所需的冻干时间Table 1 Freezing time basing on different thickness of tea extraction

可见在冷冻干燥时，应尽量增大物料表面积，减少厚度，以提高干燥速率，当然，亦应综合考虑冻干阶段的能耗和人力物力的消耗。以单位时间的出品率和单位产品的成本为指标，选取绿茶浓缩液的最佳厚度为10mm，冻干时间为8.5h，此时的单位厚度所需时间最低为0.85h/mm，以达到最佳经济效益。

2.4 加热温度对产品质量的影响

当温度升高时，完全冻结的绿茶提取液，开始出现冰晶熔化，这时的温度被称为食品的共熔点［4］。本实验采用电阻法测定绿茶提取液的共熔点，其原理是当冻结的绿茶提取液出现液化时，水中离子开始移动，导电性恢复，电阻会突然由大变小，此时温度就是其共熔点。由表2 可见，当绿茶提取液的温度达到-17.0℃时，其电阻突然变小，即为其共熔点。

在绿茶提取液冻干过程中，需要严格控制加热搁板的温度，以防止出现熔化、冒泡、崩解等现象［5］。其控制原则是:尽量使升华界面温度接近且必须低于其共熔点，因此，在升华干燥过程中，其加热温度应低于-17.0℃。但是，当升华阶段结束后，应提高搁板温度，使水分迅速降低至规定含水量，本实验将温度控制在40℃以下以防止成品焦糊。

表2 绿茶浓缩液共熔点的测定结果Table 2 Measurement of the eutectic point

2.5 操作压力对冻干时间的影响

冻干室的操作压力是影响冷冻干燥过程中传热传质的重要因素［6］，压力越高传热效率越好，但不利于水蒸汽逸出;压力越低传质效果越好，但传热性能较差，因此，为了寻求二者平衡，本实验找出最佳操作压力，实验表明:冻干箱的合适压强为0.1 ～0.3mmHg 之间。在这个压强范围内，既利于热量的传递，又利于升华的进行。