铁皮石斛真空冷冻干燥研究

林玉婷，白音，石海英*

（韶关学院英东生命科学学院，广东韶关512005）

铁皮石斛真空冷冻干燥研究

林玉婷，白音，石海英*

（韶关学院英东生命科学学院，广东韶关512005）

以铁皮石斛为原材料，探讨和制备冷冻干燥产品.研究表明：在物料的预冻速度为1.5℃/m in、预冻时间8 h、装盘量为5.35 kg/m2、加热板温度为50℃、干燥室压力为20 pa、干燥时间为5.7 h的条件下进行加工，获得良好的冻干制品，并得出其冻干曲线.

铁皮石斛；真空冷冻干燥；冻干曲线

真空冷冻干燥技术是把原材料先进行一轮预冻,使原材料中的水分全部冻结转化至冰晶状态,然后调整机器压力低于三相点压力,再辅助以新的热量为动力去除原材料中的水分.上个世纪八十年代开始食品冷冻干燥技术在我国多个领域有了较大发展,其产品由于价格较高且多用于出口,冷冻干燥加工的蔬菜产品也主要以葱、姜、大蒜、香菇等为主［1-2］.Frost等介绍了叶类蔬菜比根茎类蔬菜［3］，更加适合用冷冻干燥技术来加工.Ratti等在不同的温度下用冷冻干燥的方法对草莓进行研究［4］；此外Timothy D等用不同干燥方法对胡萝卜进行加工对比，结果表明，真空冷冻干燥效果和品质较优［5］.铁皮石斛（Dendrobium）是兰科植物中石斛的一种，性寒味甘,具清热解毒、增智安神之功效，是富含石斛碱和多糖的非常名贵的药食两用的中药材.因此，加工过程中要尽量保留其原有的营养成分［2］.本试验以新鲜铁皮石斛茎段为原材料,清洗护色预处理后进行预冷冻保存，调整设定参数再进行真空冷冻干燥,这样既提高了加工效率,又能最大程度地保留铁皮石斛的营养成分及活性因子.

1　材料与方法

1.1材料与设备

试验用原材料采自韶关学院生态园铁皮石斛种植基地.采收后去叶留茎于低温冷藏环境下保存.长度为10~20 cm,直径为3~4 mm.辅料为:NaHCO3、Na2CO3、ZnCl2等.试验所用干燥机为DTS-50型真空冷冻干燥机,装料搁板面积为0.5 m2,其脱水能力为5 kg/次,加热温度区间为20~120℃,冷冻温度区间为-50~-60℃,真空度区间为20~80 Pa.其它辅助加工设备:切削机、清洗机、预煮锅、自动真空薄膜封口机等均为国产常用设备.

1.2试验方法

1.2.1铁皮石斛真空冷冻干燥加工的工艺流程

采摘无病虫害的铁皮石斛茎，用流动水清洗干净,按长度切段1.5~2 cm进行分级整形.采用热水进行灭酶处理,根据预试验,选定处理温度为85℃,处理时间为4~6 min.在烫漂的同时进行保绿处理,调节pH7. 5并加保脆制剂.然后用冷水冷却,沥除表面附着水.然后将铁皮石斛茎段平铺在物料盘中,要求厚度均匀.由于装料量与升华干燥时间有关,所以设定的装料量分别为2.70、3.89、5.35、7.90、9.6 kg/m2.先进行预冻结处理，先测定出铁皮石斛的共晶点和共熔点,设定冻结温度和时间.再进行升华干燥处理，先将冷阱调节至温度为-60℃,再启动真空泵至真空度20 Pa,然后开始给予升华热.根据预试验设定温度为55℃.在下面的解析干燥处理中，真空度保持不变,将加热温度适当降低,目的是保持铁皮石斛的营养活性成分不被高温所破坏,在解析干燥阶段允许最高温度为45℃.当测得的料温与搁板温度趋于一致时,即为干燥终点.破除机器真空,取出铁皮石斛,在干燥清洁的环境中采用聚酯盒外套聚乙烯膜真空包装.

1.2.2测定方法

采用目视法对铁皮石斛的护绿效果进行测定.应用电阻法测定铁皮石斛的共晶点［6］.

2　结果与分析

2.1铁皮石斛护绿效果

利用Na2SO3对叶绿素酶具有一定的抑制作用,在适量Na2SO3存在的条件下Zn2+的护绿效果较好,根据目测以200 mg/L的Zn2+处理铁皮石斛茎段为宜.

2.2铁皮石斛冷冻干燥装料量的控制

冷冻干燥机的湿重装料量,是决定干燥时间的重要因素,在进行冷冻干燥时,物料的干燥实际上是由外向内层层推进的,当被干燥物料铺的较厚时,随着已干层的增厚进而导致传质阻力增加,那么干燥过程将要花费较长的时间.所以装料过多会延长生产周期，装料过少又会降低机器的生产能力,实际在进行冷冻干燥时,单位面积干燥板所装载的物料量应根据具体的加热方式及干燥物料的种类而定,结合DTS-50型真空冷冻干燥机的设备性能,经实验确定装料量适宜控制在9 mm（5.35 kg/m2)为宜(见表1).

表1　不同装料厚度时的干燥时间

2.3冻结温度、速度和时间

经试验铁皮石斛在冷冻温度达到-30.6℃时电阻值显著增大，在缓慢加热至-29℃时电阻值突然变小,进而确定其共晶点为-30.6℃,所以,在进行铁皮石斛冷冻干燥时的冻结温度控制在-30.6~-29℃之间.冻结速度控制在1.5℃/min.

2.4升华及解析加热温度的控制

实验使用的DTS-50型真空冷冻干燥机是以传导为主的混合式加热方式.物料采用的铁皮石斛的茎段,此部位最易升华的进行.随着加热板的温度逐渐升高，石斛茎段开始从接触面较小的部位脱离物料层,但是加热板的温度过高(60℃)时,物料会产生较大的变形进而脱离盘面,导致物料与托盘之间的加热方式发生了变化,这样反而会延长冷冻干燥的时间.到了升华阶段的后期界面温度越发接近物料的共熔点,所以,在升华干燥过程中,采用单纯提高加热板温度来供给热量的方式对于缩短冷冻干燥时间的效果并不明显,经试验升华加热温度适宜控制在55℃以内.解析阶段加热温度控制在45℃以内,最高允许温度为45℃.

2.5铁皮石斛冷冻干燥曲线

铁皮石斛冷冻干燥过程中,物料温度、加热板的温度、冷阱温度以及干燥室的压力都在随着冷冻干燥的进行而发生着相应的变化,根据试验测定的实验数据绘出铁皮石斛的冷冻干燥曲线(如图1所示).

图1　铁皮石斛的真空冷冻干燥曲线图

3　结论

应用电阻法测定的真空冷冻干燥铁皮石斛共晶点为-30.6℃,铁皮石斛预冷冻的初始温度为-29℃.升华干燥时的料板温度不超过55℃,解析阶段最高允许温度控制在45℃.获得了铁皮石斛冷冻干燥曲线，为铁皮石斛冷冻干燥产品深加工提供技术参数.

本试验条件下确定的最佳装料量为5.35 kg/m2,装料厚度适宜控制在9 mm，干燥时间5.7 h；试验获得的冷冻干燥铁皮石斛呈淡绿色,略有弯曲.

［1］曾庆孝.食品加工与保藏原理[M].北京：化学工业出版社,2002:137,158.

［2］张军合.真空冷冻干燥技术在食品工业中的开发应用[J].食品研究与开发,1999,20(3):41-44.

［3］Frost C E,Burton K S,At key P T.A fresh look at cooling mushrooms[J].Mushrooms Journal,1989(193):23-29.

［4］Shishehgarha F,Makhloaf J,Ratti C.Freeze-drying characteristics of strawberries[J].Drying technology,2002,20(1):131-145.

［5］Lin T M,Durance T D,Scaman C H.Characterization of vacuum m icrowave air and freeze dried carrot slices[J].Food research international,1998,31(2):111-117.

［6］刘涌钢,王晓芳.草莓冷冻干燥工艺研究[J].食品工业,2012.

Study on Vacuum Freeze-drying of Dendrobium

LINYu-ting,BAI Yin,SHI Hai-ying*
（Yingdong Collegeof Life Sciences，Shaoguan University,Shaoguan 512005,Guangdong,China）

Using the Dendrobium as the raw material of the study,then vacuum freeze-drying method was adopted through the production exploration of Dendrobium.The result of experiments indicated that the economical and optimum quality freeze drying Dendrobium production could be got under the following conditions:the freezing velocity was 1.5℃/min;the pressure in drying room was 20 pa;the loading of the machine was 5.35 kg/m2;the heating temperaturewas 50℃and drying in 5.7 hours.Through experiments green-protect conditions related to the quality of freeze drying Dendrobium was given.Then the curve of freeze drying Dendrobium was achieved and it assured theoptimum processing technology of freeze drying Dendrobium production.

Dendrobium;vacuum freeze-drying;freeze-drying curve

Q947.8

A

1007-5348（2016）08-0059-03

2016-06-22

广东省级大学生创新创业训练计划建设项目(201410576026).

林玉婷（1993-），女，广东韶关人，韶关学院英东生命科学学院学生；研究方向：药用植物加工.*通讯作者.

（责任编辑：邵晓军）