蓝莓真空冷冻干燥工艺优化

罗洁莹，汤梅，柳建良，王琴

（仲恺农业工程学院，广东广州510225）

蓝莓属杜鹃花科，越橘属的落叶性或常绿性的灌木或半乔木果树，有“浆果之王”的称号，是一种具有极高经济价值和营养价值的新兴世界性小浆果[1]。联合国粮食及农业组织将其列为人类五大健康食品之一[2]。

因为蓝莓含有丰富的活性成分，所以具有改善视力[3]，抗氧化、抑制恶性细胞的增殖[4]，软化血管，治疗高血压[5]，以及抗炎和消炎作用[6]，此外，蓝莓可以延缓记忆力的衰退[7]，提高机体抵抗氧化应激的能力，降低淋巴细胞脱氧核糖核酸（Deoxyribo Nucleic Acid，DNA）的氧化损失[8]等功能。

蓝莓在国内外均具有广阔的市场，但目前蓝莓产品比较单一，主要以鲜食为主。通过对蓝莓产品的开发使其趋于多样化，有利于带动产业的发展以及创造经济价值。冻干食品耐贮藏性高，对调节市场淡旺季其关键作用；质量轻，方便运输至世界各地，有利于出口创汇。目前国内外对蓝莓的研究多集中在栽培、保鲜、功能成分的提取和研究以及生产状况和产业发展等，对工艺的研究较少，特别是真空冷冻干燥工艺的研究，希望本试验能提供依据。

有研究[9]指出，在热风干燥、真空冷冻干燥、中短波红外干燥、热风—微波真空联合干燥和变温压差膨化干燥这5种干燥方法中，真空冷冻干燥对蓝莓的各营养成分如维生素C、花青素、酚类物质、超氧化物歧化酶等保持率最高。我国对于真空冷冻干燥技术的研究起步较晚，目前冻干技术仍未普及，主要原因是成本太高，所以进行冻干工艺的优化是很有必要的。

真空冷冻干燥技术，是将物料冻结成冰后，使水分在一定真空度下不经液态直接由固态升华成气态，最终使物料脱水的干燥技术。该技术在低温低压的条件下进行，有效地避免了氧化反应和热敏性成分的损失。相对于传统的干燥技术，真空冷冻干燥技术具有脱水彻底、能形成多孔性结构、有效保留食品原有的风味和营养物质等优点[10-13]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

市售新鲜蓝莓；仲恺农业工程学院落叶果树团队实验室自制超纯水。

1.2 仪器与设备

XY-FD-100F型真空冷冻干燥机：上海欣渝仪器有限公司；DHS-20A型卤素水分测定仪：上海青海仪器有限公司；FA1004型精密电子天平：上海精科有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

原料→挑选→清洗→沥干→预处理→装盘→预冻→真空冷冻干燥→成品→包装

1.3.2 果皮处理的确定

将蓝莓的果皮分别进行无处理、刺孔（20个/单果）、划痕（3道，每道长3 mm，深1 mm左右）处理，通过预冻温度为-50℃，8 h的预冻后，进行真空冷冻干燥，通过测定其含水率、复水比以及外形和干燥时间的判断，确定预处理的方式。

1.3.3 预冻温度对冻干的影响

分别在-35、-40、-50、-60℃下进行预冻，预冻 8 h，其他处理一致。记录下物料完全冻结所需要的时间以及进仓温度，其他处理保持一致。

1.3.4 预冻时间对冻干的影响

在-50℃下进行预冻，其他处理一致。观察并记录物料到达共晶点所需的时间。从物料到达共晶点后，每半小时随机选取3个蓝莓，对半切开，观察其内部冰晶形成的情况。

1.3.5 隔板温度对冻干的影响

分别设置隔板温度为30、40、50、60℃，其他处理保持一致。通过测定其含水率、复水比以及外形和干燥时间的判断，分析隔板温度对冻干的影响，确定隔板温度的大致范围。

1.3.6 干燥时间的影响

分别在 12、18、24、30、36 h 结束干燥，其他处理保持一致。记录其出仓温度通过测定其含水率、复水比和外形的判断，分析干燥时间对冻干的影响，确定干燥时间的大致范围。

1.3.7 正交试验法优化干燥工艺

分别预冷温度、预冷时间、隔板温度、干燥时间4个因素的4个水平进行正交试验，选出蓝莓真空冷冻干燥最优工艺。

1.4 指标测定

1.4.1 含水率的测定

参照许晴晴等[14]的方法，采用DHS-20A卤素水分测定仪测定，校正好仪器后，称量约2 g～3 g左右样品，设定温度为105℃，结束模式选择为自动结束，启动卤素水分测定仪进行水分测定，记录该样品的含水率。

1.4.2 复水比的测定

参考徐明亮等[15]方法，称取1 g～2 g左右样品，浸泡100 mL的水中，并置于25℃的恒温水浴锅中，浸泡时间为30 min，取出后用滤纸吸干至样品表面基本无水，称其质量，重复进行3次，复水比计算公式如下：

式中：m1为干样质量，g；m2为复水后质量，g。

1.4.3 感官评价方法

分别从外形、气味、口感、质地、咀嚼性5个方面对冻干蓝莓进行感官评定，感官指标权重分别为：20%外形、10%香味、30%口感、20%质地、20%咀嚼性。具体评价标准如表1所示。

表1 蓝莓果干感官评价表Table 1 Sensory evaluation of dried blueberry

2 结果与分析

2.1 预处理的确定

预处理的确定见表2。

表2 预处理的确定Table 2 Determination of pre treatment

研究表明[16]，干燥之前在蓝莓表皮上进行划痕，增加表皮上的孔隙数量，水蒸气的逸出通道增多，提高干燥的速率。干制品的复水性可通过刺孔来提高，因其增加水分进入物料的通道，使干制品复原性更高、复水更快[17]。

刺孔和划痕均能提高干燥的速率和复水比，缩短干燥时间，降低含水率，提高复原性。但划痕处理的经过冻干后开口扩大，影响外观，并且在复水过程中出现“溶出”现象，使复水比较低。综合各方面因素的考虑，对蓝莓品质影响最小的为刺孔处理。所以果皮的处理方式定为刺孔处理。

2.2 预冻温度的影响

预冻温度的确定见表3。

预冻温度越低，冻结所需的时间越短，形成的冰晶越小，但不利于冻干过程中的热量传递，能耗也越大。物料的共晶点和共熔点是冻干过程中的重要参数。共晶点也称完全固化温度，是指液体转化固态的最高温度，因此共晶点常用于冻结最终温度的判断，共熔点指在升温过程中，固态开始转化为液态的最低温度[18]。许晴晴[14]等确定了蓝莓的共晶点在-33℃左右，共熔点在-30℃左右。理论上预冻温度应不高于共晶点温度。

表3 预冻温度的确定Table 3 Determination of pre freezing temperature

在外形上，预冻温度为-35℃和-40℃时，物料出现塌陷的现象，其中-35℃的较显著，这是因为物料的进仓温度相对较高，容易超过共熔点，使原本支撑物料形态的冰融化成液态的水，从而出现塌陷的情况，物料的组织结构被破坏而阻碍水分的逸出，造成其含水率增大、复水比降低。综合各方面的考虑，预冻温度应控制在-45.0℃～-55.0℃之间，预冻时间在7 h～8 h之间。

2.3 预冻时间的影响

预冻时间的确定见表4。

表4 预冻时间的确定Table 4 Determination of pre freezing Time

物料的冻结是冻干的前提。为了保证物料完全冻结，中心温度到达共晶点后仍需继续延长1 h～2 h左右。

预冻6 h，物料出现塌陷现象，含水率较高，复水比较低，可能是物料没有完全冻结，因此预冻时间应不少于7 h。

2.4 隔板温度的影响

隔板温度的影响见表5。

在冻干的后阶段，仍残存少量以结合水的形式存在的水分，这部分水分束缚力强，必须通过增加热量的供给，才能将这部分水分排除。此时可通过调节隔板的温度，以热传导的方式来给物料提供热量。隔板温度太低，给物料的热量不够，会延长干燥的时间，甚至造成产品含水率过高；隔板温度太高，干燥的速率加快，食品外部迅速干燥硬化，使细胞的弹性消失，产生干缩的现象。

表5 隔板温度的确定Table 5 Determination of clapboard temperature

隔板温度为 30.0、40.0、50.0、60.0 ℃时，干燥时间需 37、34、30、27 h；含水率分别为 7.62%、5.38%、5.42%、5.37%；复水比依次为 3.08、3.53、3.54、3.57；除30.0℃和60.0℃分别出现塌陷和干缩的现象外，其余的果型饱满。综合各因素的考虑，隔板温度应控制在40.0℃～55.0℃范围内。

2.5 干燥时间的影响

根据赵海山[19]等试验指出，在干燥过程中，干燥时间对果干品质有较大的影响，干燥时间的确定见表6。

表6 干燥时间的确定Table 6 Determination of drying time

在实际生产实践中，冻干产品从出仓到包装需要经过一段时间，在这段时间里，产品易回潮。回潮指物料在环境温度下吸湿的现象，当物料的出仓温度高于环境温度时，有效抑制环境中的水分中进入产品而引起回潮。

干燥24 h，物料含水率高，是由于干燥时间相对过短，造成水分排除不够充分所致；干燥27 h，含水率较高，这是由于物料出仓温度接近室温，而物料与环境中的空气湿度形成较大的差异，造成一定程度的回潮；干燥30 h以上，不但有效地排除了物料中的水分，还能提高物料的出仓温度，防止物料在包装前回潮，保障了产品品质。综合各方面的因素考虑，干燥时间应在30 h左右。

2.6 正交试验法优化蓝莓真空冷冻干燥工艺

根据单因素试验结果，选择预冷温度、预冻时间、干燥时间及果皮处理这4个因素进行L9（34）的正交试验。其因素水平表见下页中的表7。

表7 正交试验因素水平表Table 7 The orthogonal factor level

如表8所示进行正交试验，通过直观分析，得出影响蓝莓真空冷冻干燥的最优工艺以其影响主次因素的排列顺序。

表8 L9（34）正交试验结果分析表Table 8 Analysis of orthogonal test results

正交试验结果如表8所示，正交试验结果以感官评价为主，含水率和复水比作为参考。干燥时间对蓝莓的真空冷冻干燥的影响最大，预冻时间次之，再次之为隔板温度，预冻温度影响最弱，即：D＞B＞C＞A。蓝莓真空冷冻干燥的最优工艺为A3B2C3D3，即预冻温度为-55℃，预冻时间为7.5 h，隔板温度为50℃，干燥时间为32 h。

根据正交试验得出的最佳工艺，以此工艺平行进行3次验证试验，结果如表9所示。

通过最优工艺得出的蓝莓干外形饱满，与鲜果无异，具有蓝莓的特有风味，入口酥脆，疏松多孔，易于咀嚼。

表9 验证试验结果Table 9 Verification test results

3 结论与展望

本试验对蓝莓的真空冷冻干燥工艺进行优化，以预冻温度、预冻时间、隔板温度、干燥时间对冻干蓝莓的影响。在此基础上进行四因素三水平的正交试验，分析各因素的显著性和交互作用，并通过验证性试验证明。试验结果表明：蓝莓真空冷冻干燥的最优工艺为在-55℃预冻7.5 h，设定隔板温度为50℃，再进行真空冷冻干燥32h。得到的冻干蓝莓含水率为5.27%，复水比为2.53，感官评分为94.7。

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