果蔬干制技术的应用及研究进展
2019-01-05冀晓龙
沈 静,王 敏,冀晓龙
(1.杨凌职业技术学院 生物工程学院,陕西 杨凌 712100;2.西北农林科技大学 食品科学与工程学院,陕西 杨凌 712100)
果蔬在加工、贮藏和运输过程中会发生各种物理、化学和生物变化,这些变化会对果蔬的食用品质、营养品质和功能品质造成影响。果蔬干制技术是在自然条件或者运用干制技术将新鲜果蔬内部的水分去掉,降低原料含水量,起到利于保存作用,是集干燥和脱水于一体的加工方式。
传统的干制的方式包括自然晒干、热风干燥等,自然晒干方式原料处于外界环境中,条件不易控制,产品卫生质量堪忧;热风干燥生产成本低,易操控,但缺点是效率低、温度高,易造成产品失色失味,口感和营养品质均受影响。通过干制技术的创新驱动,一批现代化果蔬干制技术逐渐被应用到食品工业中,主要包括真空冷冻、远红外干燥、真空油炸干燥、低温真空膨化干燥、真空微波干燥、压差膨化干燥、联合干燥等。
1 国内外果蔬干制技术的研究进展
真空冷冻干燥因其低温性可广泛应用于热敏性食品的加工,是目前最受青睐的干制方法。真空油炸技术始于20世纪70年代初,其产品膨化度和复水性好,有较优的酥脆感,但产品中含有油脂,油腻感偏离了消费者的需求。压差膨化技术始于20世纪80年代,该法操作简便、产品品质优良,广泛应用于膨化果蔬休闲食品的加工。远红外干燥高效、低耗、低能,但依旧处于实验室研究阶段,现代化工业的推广还有待进一步深入。低温真空膨化技术兴起于20世纪90年代初,广泛应用在苹果、菠萝、梨等水果和黄瓜、马铃薯、橄榄等蔬菜中,在国内该技术起步较晚,多集中于工艺研究,与国外相比缺乏深入的机理探索。联合干制是根据不同干燥技术特点,以优势互补原则分段进行的干燥方法,如热风-微波联合干制、热风-红外联合干制等,具有省时特点,但联合技术能耗高、操作复杂,其推广性还存在技术难点。
2 果蔬干制设备及原理
2.1 真空冷冻干燥机
真空冷冻干燥是目前最为流行的果蔬干制技术。其工作原理是物料在真空冷冻干燥机内通过冷阱冷冻,待湿物料温度降到共晶点以下,物料中的水分冻结成冰,在真空条件下加热,物料中的冰升华,最终变成疏松多孔的干燥产品。冻干过程包括预冻、升华干燥和解析干燥。在升华干燥过程中,预冻后的物料在密闭的干燥室内,随着温度的升高,物料中的冰晶吸收热量逐渐升华,干燥由外向内推移,此时物料中90%的水分被除去,大量的自由水在此阶段消失。物料组织中毛细管壁和极性基团上仍附着0.5%~4%的水分,这部分结合水会在解析干燥过程中,随着温度的升高逐渐被去除。
2.2 红外干燥机
红外干燥机在食品、药品的干燥及高温灭菌等方面均有应用。
红外干燥实质上是电磁波以光速沿直线传播到物料表面,物料表面的分子以8.8×107~1.78×108Hz的频率发生振动,其固有频率与红外线的发射频率相互匹配,使物料内部的分子发生强烈振动,物料分子中的健团、晶格在高速的振动中相互摩擦而发热升温,进而达到干燥的目的。另外,在红外干燥过程中,物料表面温度随水分蒸发而降低,物料内部在红外辐射的穿透下温度急剧升高,温度梯度的降低,引发物料由内向外热扩散。这种热扩散与物料内部水分由内向外的湿扩散共同提高了干燥速度,达到快速干燥的目的。
2.3 微波真空膨化设备
微波真空膨化是将两种传统干燥方式结合起来的一种新型干制技术。物料中的极性分子通过微波作用,从杂乱无章的随机分布状态沿电场方向进行有序排列,在此过程中,分子之间剧烈运动,产生碰撞摩擦,进而产生热量。在微波真空条件下,物料中的水分在低温下汽化、迁移,物料中间结构膨胀,变得疏松多孔。微波加热耗时短、均匀度好、热效率高,真空条件可以降低湿物料中水分的饱和温度,可以更大程度的保留产品品质,两种优势相互促进既降低能耗,又提高生产效率。
2.4 微波真空冷冻设备
微波真空冷冻将微波技术和冻干技术相结合,具有迅速降温、持续恒温的特点。其工作原理是首先由真空泵对干燥室内进行抽真空,当真空度达到一定值后,微波发生器对真空室中的预冻物料进行整体加热,除微波在干燥过程中提供热源外,没有其他传热媒介的辐射传能,微波产生的电磁波使产品中极性分子跟随电磁场的变化而发生剧烈震动,通过分子摩擦产热实现能量转化。水分在一定温度下升华,物料由内而外进行干燥。这种新型干制方式极大提高了干燥效率,另外物料表面和内部同时受热且均匀,有效避免传导过程的传热阻力和热能损失。
3 果蔬干制技术的应用研究进展
3.1 真空冷冻干制技术
真空冷冻干制对热敏性物料特别适用,不仅可以保存蛋白质、糖类等营养成分和易挥发成分,还能维持产品较好的形状,不易发生皱缩。产品组织疏松多孔,复水性好,可以长期保存。冻干食品拥有较大的国际市场,美国冻干品年消费量最大,约为500万t,其次是日本、法国。真空冷冻干制技术可以应用在蔬菜类如蘑菇、胡萝卜、芹菜、葱、姜等,也广泛应用于龙眼、香蕉、草莓、苹果、樱桃等水果类。我国的冻干加工起步较晚,技术引进始于二十世纪50年代,但后期发展迅速,近几年来国内学者针对真空冷冻干制在产品营养参数和感官方面的影响做了大量研究。真空冷冻干制对菠萝蜜的氧化损失小,维生素C和芳香成分保留率高,产品色泽均匀,收缩率低,复水率好。真空冷冻干制的金丝小枣粉颜色鲜黄、香味浓郁,总糖含量达76%~88%,有机酸含量达0.46%~1.6%,维生素C含量为540 mg·100 g-1。真空冷冻干制的芒果干维生素C保留率高达98.48%,总糖含量保持率为80.88%,蛋白质保留率为82.69%,复水性达89.97%。
3.2 红外干燥技术
红外干燥以其效率高、设备小、效益好、费用低等优点被用于中小型加工企业。在红外干燥过程中,果蔬品含水量的变化会影响其辐射特性,长波容易辐射到物料表层,短波辐射能穿透果蔬制品进入内部,因此物料的厚薄会影响干燥效率,一般情况下,厚物料最好选用短波加热。由于短波热辐射易造成局部温度过高,使果蔬产品的外观品质和营养价值受损,所以通常要把加热波长控制在9.6~0.72μm范围内。不同中短波红外温度、物料厚度和辐射距离会依次影响苹果片的干燥特性以及色泽,研究表明距离80 mm、70℃的干燥条件下,5 mm厚的苹果片的色泽最优,但苹果片在中短波的红外干燥过程中易皱缩。红外干制果蔬具有较高的品质。有研究证明70℃条件下,中短波红外辐射番木瓜片的色泽品质和复水性最好,产品品质优于热风干燥。Shi等研究认为红外干燥蓝莓的品质突出;尹旭敏等对比发现红外干燥茶树菇的复水性和色泽均优于真空和热风干燥,Azam等利用红外干制生菜片,发现在180 min时产品颜色、质地和微观结构最佳。此外,红外干燥还能更好保护果蔬中的黄酮类、多酚类以及挥发性物质。
3.3 变温压差膨化技术
变温压差膨化是一种非油炸干燥技术,物料通过变温压差膨化后,体积发生膨胀,产生疏松多孔结构,复水性好。变温压差膨化结合传统干燥的优势,产品既节能环保、安全卫生,又营养丰富、色香俱全。
王萍等优化确定了菠萝蜜变温压差膨化工艺参数(温度86~95℃,抽空温度59~64℃,抽空时间133~169 min)。何新益等探讨了变温压差干燥对桃子膨化度和感官品质影响的优化工艺,并发现膨化前后桃中还原糖和总酸含量升高,维生素C含量下降。程莉莉研究发现变温压差膨化可以降低苹果脆片中的硫残,并且能够有效保留多酚。高鹤等利用响应面的中心组合设计确定了番木瓜变温压差干燥最优工艺参数,并评价了膨化产品的色泽、复水性、硬度和脆度等指标。此外,变温压差膨化还广泛应用在蒜、脐橙。毕金峰团队在变温压差膨化干燥水果工艺方面研究探讨颇多,如芒果、菠萝、香蕉、柑橘、冬枣等果品中。
3.4 微波真空膨化技术
微波真空膨化在果蔬制品的应用中颇具潜力。微波真空干燥的蕨菜复水性高,色泽、维生素C、外观品质同于冷冻干燥,优于传统热风干燥。郭正南通过对比不同方式干制黄秋葵干,发现微波真空干燥-缓苏干燥法获得干制品品质最优。为推进果蔬干制品的市场化和商业化,优化工艺参数和感官评价成为研究聚点。8 mm的苹果片在12.0 W·g-1、15 kPa条件下进行微波真空膨化,可以变成酥脆可口的优质产品。微波真空技术也适用于加工黑加仑干,其最佳工艺是在30 W·g-1微波强度下膨化6 min。微波真空干燥多应用在浆果脆片中,林甄等优化确定了浆果在80 kPa、96 W·g-1条件下微波真空加工100 s的最佳工艺,郑先哲等发现浆果脆片在55 kPa、18~24 W·g-1条件下加工浆果脆片的膨化率最高,产品酥脆可口。此外,微波真空膨化技术也广泛用于干制香蕉片、山楂片、杏鲍菇干等水果制品中。
3.5 微波真空冷冻技术
微波技术始于二十世纪70年代,广阔应用于食品脱水和烘焙。随着我国科研水平的提升和科研人员的大力探索,微波技术结合真空冷冻干制技术应运而生,由于整个加工过程不涉及油炸,能极大保留产品独特风味和酥脆口感,贴合现代消费人群的饮食标准,逐渐受到青睐。由于微波真空冷冻干制设备的一次性投入高,微波冻干的规模化应用还存在一定阻力,但随着国内外对高档食品需求量的提升,该技术的发展前景十分广阔。微波真空冷冻技术适用于加工黑加仑、胡萝卜、苹果片,研究发现其产品的感官品质和营养成分均接近于冻干制品。另外,姜唯唯等通过对比发现微波真空冷冻干制得芒果干品质最优,复水性和色香味品质良好,最受评价者喜爱,且该方法干燥总时间比热板真空冻干少27 h。赵庆亮也证实了微波真空冷冻干制苹果脆片比冻干的能耗降约59.02%,具有速度快、效率高的优势。此外,微波真空冷冻技术摆脱了传统油炸脱水方式,能最大限度将营养损失降低到最小。卜召辉等利用微波真空冷冻技术加工金针菇,得到的产品色泽稳定、复水性良好、维生素C保存率高于微波真空干制品。在加工蘑菇片过程中,Pei等发现微波真空冷冻制得的产品与真空冷冻干制品的色泽无显著性差异(p>0.05),除了维生素C略有降低外,前者的营养保留率均高于真空冷冻干制品,加工时间也减少了35.63%,具有高效低能耗的优势。
4 展望
目前,新型干制技术如微波真空冷冻干燥、红外干燥、变温压差干燥技术等在果蔬加工中广受青睐,因其与传统干制方式相比,在保证果蔬产品食用、营养品质的基础上,既提高效率,又节约能源。因此,随着对干制加工的不断研究和探索,新技术、新设备将不断更新和扩展,新型干制技术将在未来被开发于造福人类。