军用脱水食品干燥技术研究

张晓娟，钱 平，刘凤娜

(总后勤部军需装备研究所，北京 100010)

军用脱水食品具有重量轻、体积小、贮存时间长等特点，是军用食品的骨干品种。我军从20 世纪50年代初就已开始脱水食品的研制工作，1995年，开始了脱水米、脱水面条的研究工作，主要采用传统的热风干燥，产品品质最终仍不能完全满足部队需求。另外，目前的脱水蔬菜主要采用的是冷冻干燥技术，产品品质虽好，但是体积大，不易运输和贮存，而且成本高，不宜推广使用。因此，急需对军用脱水食品的关键技术——干燥技术进行系统研究，为研发新一代军用脱水食品奠定理论基础。

1 材料和方法

1.1 材料和仪器

1.1.1 材料和试剂 甘蓝，市售新鲜，成熟度适中，无腐烂变质，无病虫害;大米，福临门东北优质大米，中粮集团提供;石油醚、乙醚、乙醇、酚酞指示剂、氢氧化钾、三氯甲烷、冰乙酸、饱和碘化钾、硫代硫酸钠、淀粉指示剂、生理盐水，试剂均为分析纯。

1.1.2 仪器设备 GENESIS 25 型真空冷冻干燥机，美国VirTis 公司;GZX-9140MBE 型数显鼓风干燥箱，上海跃进医疗器械厂;HygroLab 2/3 四通道台式水分活度仪，瑞士Rotronic 公司;TA-XT2型物性测试仪，英国Stable Micro System 公司;CR-400 色彩色差计，日本KOnica Minolta 公司;MQC23 型核磁仪，牛津仪器公司;IKA A11 型分析研磨机，德国IKA (上海)有限公司;DK-S12 型电热恒温水浴锅，上海森信实验仪器有限公司;C-MAG HS7 型磁力搅拌器，德国IKA (上海)有限公司;PL 203 型电子天平，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;KJ23B-DA 微波炉，广东美的微波炉有限公司;MB-YJ50EG 电饭煲，广东美的生活电器制造有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 脱水甘蓝的制备方法 甘蓝清洗，切分，在沸水中烫漂2min。按以下3 种方式进行干燥:(1)热风干燥法 甘蓝在80℃热风干燥4h，水分控制在8%左右。(2)冷冻干燥法 采用冷冻干燥时，温度控制在－45℃，真空度控制在0.1kPa，干燥时间48h，水分在5%左右。(3)组合干燥法 采用组合干燥时，甘蓝先在70℃热风干燥，含水率达到60%时，继续在2.5W/g微波强度下干燥至含水率为40%，然后向半干甘蓝中加入混合渗透液(含15%氯化钠和28%葡萄糖)进行渗透脱水，最后进行二次热风干燥，成品水分控制在15%左右。

1.2.2 脱水米饭的制备方法 将大米清洗，浸泡30min，沥干水分，蒸煮，采用常温水对米饭进行离散30s。按以下3 种方式进行干燥:

(1)热风干燥法:米饭在90℃热风干燥2h，水分控制在8%左右;(2)冷冻干燥法:采用冷冻干燥时，温度控制在-45℃，真空度控制在0.1kPa，干燥时间48h，水分在5%左右;(3)组合干燥法:采用组合干燥时，米饭先在90℃热风干燥，含水率达到40%时，继续在2.5W/g 微波强度下干燥至含水率为20%，然后向半干米饭中加入混合渗透液(含15%氯化钠和28%葡萄糖)进行渗透脱水，最后进行二次热风干燥，成品水分控制在16%左右。

1.2.3 复水比测定 复水比即是复水后干制品的重量与复水前干制品的重量之比。脱水甘蓝、脱水米饭的复水比计算如(1)式:均值，并采用SPSS 进行数据分析与统计。

(1)式中，RR-复水比;Wh-复水后干制品的重量(g);Wq-复水前干制品的重量(g)。

1.2.4 韧性测定 采用物性测试仪测定脱水甘蓝复水后的韧性。

试验参数为:探头为P5;模式为TPA;测试速度为1mm/s;测试前速度为2mm/s;测试后速度为2mm/s;测试距离为mm;数据采集速率为500 次/s;阈值为5g。

1.2.5 色泽测定 将脱水甘蓝、脱水米饭分别磨成粉末状，然后使用色差计测定其色差值［1］。其中:L*值表示亮暗、a*值表示红绿、b*值表示黄蓝。

1.2.6 维生素C 含量测定 参照2，6—二氯靛酚滴定法测定脱水甘蓝的维生素C 含量［2］。

1.2.7 水分含量测定 参照GB/T 5009.3—2003 直接干燥法。

1.2.8 水分活度测定 将脱水甘蓝、脱水米饭分别磨成粉末状，然后使用水分活度仪进行测定［3］。

1.2.9 水分子流动性测定 将脱水甘蓝磨成粉状，取一定量置于10mm 测试管内，放在干燥器中平衡24h。然后将试样置于核磁仪的永久磁场射频圈中心，进而测定其自旋-自旋弛豫时间T2。试验参数:采样点数:2048，重复扫描次数:128，回波个数:380，弛豫衰减时间:1 000～2 000 ms。通过一个90°的脉冲试验来测定自旋—自旋弛豫时间(T2)，其表示方程如(2)式:

(2)式中，I-质子信号强度;A-平衡时的幅度。

1.2.10 复水时间测定 取定量的脱水米饭，将其置于盛有100℃开水的烧杯中，加盖，待米粒中心完全软化后，记录所用时间［4］。

1.2.11 加速试验 将采用3 种不同干燥方式得到的脱水米饭，分别装入聚乙烯密实袋中，置于37℃恒温箱中进行加速贮存试验。每隔2d 检测过氧化值，每隔1d 检测酸价。过氧化值和酸价的检测需提取脱水米饭中的油脂，试验步骤为:取脱水米饭约50g，用粉碎机打成粉末状，置于1L 锥形瓶中，加入定量石油醚，摇匀，使其充分混合。浸泡过夜(14～18h)，将脱水米和石油醚混合液全部倒入抽滤瓶中进行抽滤10～15min 后，取上层清液在50℃旋转蒸发15min，减压回收溶剂，得到油脂，备用。

1.2.12 过氧化值测定 采用GB/T5009.37-2003 中方法测定。

1.2.13 酸价测定 采用GB/T5009.37-2003 中方法测定。

1.2.14 数据处理方法 数据为3 次平行测定值的平

2 结果与分析

2.1 不同干燥方式对脱水甘蓝复水比的影响

复水比是衡量脱水蔬菜品质的重要指标。脱水蔬菜复水比越高，复水时间越短，其品质也相应越好。由图1可见，组合干燥脱水甘蓝复水比最好。复水5 min 时，冷冻干燥、组合干燥、热风干燥甘蓝的复水比分别为7.80、7.32、6.24。冷冻干燥甘蓝复水明显快，但随着复水时间的延长，其复水比无明显增加;而组合干燥的甘蓝，随着复水时间的延长，其复水比明显增加。这是由于组合干燥中微波阶段的膨化作用形成了一定的多孔性结构，同时复水时存留的渗透介质也进一步提高其复水性。

图1 不同干燥方式对脱水甘蓝复水比的影响

2.2 不同干燥方式对脱水甘蓝复水后韧性的影响

以新鲜甘蓝作为对照，将采用3 种不同的干燥方式制备的脱水甘蓝置于70°C 水中复水，分别测定复水后甘蓝的韧性。甘蓝复水后韧性越大，其脆度就越差，食用时口感也就越差。由表1 可知，随着复水时间的延长，脱水甘蓝复水后的韧性下降。热风干燥甘蓝复水后韧性较大，食用口感较差;而冷冻干燥和组合干燥甘蓝复水后韧性较小，食用口感较好。这是由于热风干燥对甘蓝的热损害较大，导致细胞组织结构不能复原;冷冻干燥是将甘蓝中的水分以冰晶状态直接升华为气体，从而形成蜂窝状的孔隙结构，有利于复水;组合干燥是等速干燥，干燥时间短，对细胞组织结构破坏小。可见，选用组合干燥工艺试制的脱水甘蓝，其食用品质与冻干甘蓝相当。

2.3 不同干燥方式制备的脱水甘蓝贮存过程中水分子流动性的变化

将3 种不同干燥方式制备的脱水甘蓝，采用核磁共振测定其水分子自旋-自旋驰豫时间，观察贮藏稳定性。自旋—自旋弛豫时间T2能反映水分子流动性，而水的物理状态对食品稳定性有很大影响。利用核磁技术可以测定T2，T2越长说明水分子流动性越高，食品稳定性越差。由图2 可见，水分活度在0.4～0.5 时，冻干甘蓝的驰豫时间最长，增长速率也最快;热风干燥甘蓝的驰豫时间虽较短，但增长速率较快;组合干燥甘蓝的驰豫时间较短，而且增长速率也较慢。这是由于组合干燥甘蓝是经糖和盐的混合溶液渗透处理过的，所以与冻干和热风干燥甘蓝相比，分子流动性较低。可以预见，甘蓝经热风、微波组合干燥后，再渗透处理，得到的终产品可以很好的控制水分子的流动性，从而提高产品的贮藏性能。据Sosa.［5］研究报道，苹果片在经过渗透预处理后，再进行热风干燥和冷冻干燥，结果发现，经渗透预处理过的苹果片呈现出较低的弛豫时间，同时稳定性也得到很大的提高。

图2 在一定的水分活度下通过1H NMR 得到的弛豫时间T2

2.4 不同干燥方式制备脱水甘蓝综合指标比较

由表2 可知，从感官指标来看，热风干燥甘蓝呈深黄绿色，且有焦糊现象，颜色损伤较大;冻干甘蓝色泽接近新鲜甘蓝，气味清香;组合干燥甘蓝色泽、气味保存较好，与冻干甘蓝相当。从理化指标来看，热敏性营养素维生素C 保留率有明显差异，冻干甘蓝维生素C 保留率最高;组合干燥甘蓝维生素C 保留率次之;热风干燥甘蓝维生素C 保留率最低。从经济指标来看，冷冻干燥时间很长，能耗高;组合干燥时间短，能耗低，成本偏低。综合来看，组合干燥甘蓝的品质接近冻干甘蓝，但其成本却降低很多，因此具有更好的适用性。

表2 脱水甘蓝不同干燥方式综合指标比较

2.5 不同干燥方式制备的脱水米饭贮存过程中过氧化值的变化

过氧化值是预测脱水米饭贮存过程中氧化变质的关键指标。过氧化值越大，说明脱水米饭中油脂氧化变质程度越严重。由图3 可见，在贮存初期，冻干米饭过氧化值最低，但随着贮存时间的延长迅速增加;热风干燥米饭过氧化值最高，且随着贮存时间的延长缓慢增加;组合干燥米饭的过氧化值介于二者之间，但随着贮存时间的延长明显低于其它两种产品。这主要是由于干燥工艺存在的差别，对干制品的内部结构影响所致。冻干米饭内部结构疏松，呈现较大且多的孔道，装入包装袋封口后，脱水米饭与袋内氧气的接触面积最大;热风干燥米饭内部只有少量的孔道，而且还出现一定程度的皱缩，装入包装袋封口后，脱水米饭与袋内氧气的接触面积次之;组合干燥米饭经渗透处理后，其内部孔道被糖、盐等渗透溶质填充，装入包装袋封口后，脱水米饭与袋内氧气的接触面积最小，因此被氧化程度也最低。可以预见，组合干燥米饭具有较好的贮存性。

图3 不同干燥方式脱水米饭贮藏期间过氧化值变化

2.6 不同干燥方式制备的脱水米饭贮存过程中酸价的变化

酸价是预测脱水米饭贮存过程中氧化变质的另一关键指标。酸价越大，说明脱水米饭中油脂氧化变质程度越严重。由图4 可见，组合干燥米饭的酸价最低，明显低于热风和冻干米饭，而且随着贮存时间的延长无明显增加，其变化规律与过氧化值一致。可以预见，组合干燥方式能够提高脱水米饭的稳定性，延长贮存期。

图4 不同干燥方式脱水米饭贮藏期间酸价值变化

2.7 不同干燥方式制备脱水米饭综合指标比较

由表3 可知，从感官指标来看，热风干燥米饭复水后有一定粘性，但弹性不足;冻干米饭复水后粘性和弹性均较差，口感与新鲜米饭相差很大;而组合干燥米饭复水后粘弹性较好，尤其是弹性，基本接近新鲜米饭，口感较好。从理化指标来看，组合干燥米饭水分含量高达17.8%，而其水分活度并不高，保持在0.6 以下，这为脱水米饭的长时间贮存提供了可能性。从经济指标来看，冷冻干燥时间很长，能耗高;组合干燥和热风干燥干燥时间接近，能耗低，成本偏低。综合来看，冷冻干燥虽然是优秀的干燥工艺，但却并不适合加工脱水米饭，而组合干燥工艺在不增加生产成本的前提下，还能够提高现有热风干燥米饭的品质，因此具有更好的适用性。

3 结论

本文考察了采用热风干燥、冷冻干燥、组合干燥3种不同干燥方式制备的脱水甘蓝和脱水米饭的感官、理化、经济指标以及贮存稳定性。综合评价，组合干燥工艺有效地克服了单一干燥工艺的质量缺陷，干燥速率快，能耗低;产品具有高水分含量、低水分活度;产品品质与冻干产品相当，是一种工业化生产高品质、低成本脱水食品的新途径。

表3 脱水米饭不同干燥方式综合指标比较

［1］Soysal Y.Microwave Drying Characteristics of Parsley ［J］.Biosystems Engineering，2004，89(2):167-173.

［2］黄伟坤.食品检验与分析［M］.上海:上海科学技术出版社，1989.

［3］Hawaree N，et al.Effects of Drying Temperature and Surface Characteristics of Vegetable on the Survival of Salmonella［J］.Journal of Food Science，2009，74(1):E16-E22.

［4］康东方，何锦风，王锡昌.探讨干燥方法对方便米饭品质的影响［J］.现代食品科技，2006，23 (1):50-53.

［5］Sosa N，Salvatori D，Schebor C.Physico-Chemical and Mechanical Properties of Apple Disks Subjected to Osmotic Dehydration and Different Drying Methods ［J］.Food and Bioprocess Technology，2010:1-13.