【論文精選】胡蘿蔔快速凍幹技術——超聲波平板冷凍

2021-02-12 農業工程學報


《農業工程學報》2017年第33卷第1期刊載了上海理工大學周新麗、滕芸、戴澄的論文——「超聲波平板冷凍提高胡蘿蔔凍幹速率」。該研究由國家自然科學基金（51376132）資助。

凍乾果蔬能最大程度地保存果蔬原有的營養價值和感官品質，但冷凍乾燥工藝的乾燥時間長、能源成本高，限制了其在食品消費領域的普及。超聲波是一種低溫非接觸式的加工技術，能通過提升樣品成核溫度產生較大的冰晶，從而提升升華乾燥速率。

該文通過接觸式超聲波輔助胡蘿蔔片凍幹過程，研究不同作用參數（超聲功率、作用時間）對胡蘿蔔冰晶尺寸及凍幹速率的影響，為超聲波輔助平板冷凍用於果蔬樣品的凍幹過程提供了有益參考。

該文通過在低溫顯微鏡下觀察超聲波輔助胡蘿蔔成核的試驗得出，冰晶的形態與成核溫度有關，即成核溫度越高，冰晶尺寸越大。

 

在此基礎上，研究了超聲波功率以及超聲波作用時間對胡蘿蔔樣品凍結過程凍幹速率的影響。首先研究了超聲波功率對樣品凍幹速率的影響，當胡蘿蔔樣品為5mm，冷凍溫度為-1℃時，施加10s不同功率（0、122.6、178.7、229.8W）超聲波。在沒有超聲波的輔助下，對照組胡蘿蔔樣品的孔隙當量直徑為（67.34±5.06）μm，發現當178.7W超聲波作用時，孔隙的尺寸最大，為（80.81±3.03）μm，同時發現超聲波的功率不是越高越好，較高的功率反而會阻礙成核的過程。

接下來，研究了超聲波作用時間對樣品凍幹速率的影響，在-1℃施加178.7W超聲波作用不同時間（0、5、10、15s），觀察冰晶的當量直徑（空白樣品空白樣品孔隙的平均當量直徑為（66.29±3.58）μm）。發現在超聲波施加10s時，孔隙直徑達到最大，為（80.64±3.02）μm，同樣增加作用時間反而使孔隙直徑變小。

因此，得出的最佳作用參數為功率178.7 W，作用時間10 s，此時的胡蘿蔔樣品空隙當量直徑為（80.64±3.02）μm。

 

該文通過胡蘿蔔樣品乾燥過程中的含水率變化來驗證接觸式超聲波輔助成核對升華乾燥的影響。分析超聲波組與空白組在乾燥過程中含水率變化曲線，得出超聲波組的升華乾燥速率較空白組提升了29.1%，說明接觸式超聲波能很好地與冷凍乾燥過程結合，顯著提高升華乾燥速率。

 

該文最後還探討了胡蘿蔔樣品厚度對超聲波輔助提高凍幹速率的影響。厚度增加會在樣品中產生溫度梯度，從而在軸向上影響冰晶的大小，同時超聲強度也會減弱，因此考慮到控制成核的有效性和冷凍乾燥的生產效率，樣品的厚度不宜過厚。該實驗中胡蘿蔔樣品厚度為5mm，樣品的孔隙大小在軸向上沒有顯著性差異，證明該厚度是合適的。

 

超聲波的作用功率和作用時間對果蔬樣品的凍幹過程有很大的影響，功率過低或者時間過短對促進成核的作用都不夠理想，而功率過高或者時間過長，產生的熱效應反而會阻礙成核的過程。因此，合適的超聲波作用功率和作用時間至關重要。

 

長按識別二維碼 關注「農業工程學報」

相關焦點

  • 食品真空冷凍乾燥的特點與凍幹設備
    而真空冷凍乾燥（簡稱凍幹）不同於以上的乾燥方法，凍幹有其獨特的原理和優點。凍幹就是把含有大量水分的物質，預先進行降溫凍結成固體，然後在真空的條件下使水蒸氣直接從固體中升華出來，而物質本身剩留在凍結時的冰架子中，因此它乾燥後體積不變，疏鬆多孔保持原來的物質形態。
  • 真空冷凍乾燥機的凍幹速率和乾燥能耗
    凍幹速率和乾燥能耗決定著食品中應用真空冷凍乾燥技術的成本問題，通常情況下，物料的乾燥速率和能耗有直接關係，乾燥速率越快，耗時越短，耗能則越低。高能耗問題仍然是真空冷凍乾燥技術在食品中應用的瓶頸問題，目前，通過工藝優化的方法來提高食品乾燥速率、降低能耗的方法主要有以下幾種。
  • 真空冷凍乾燥機設備的凍幹技術要點
    真空冷凍乾燥機設備的凍幹技術要點：1、物料系統的配方在藥品和細胞冷凍乾燥之前，必須加入一些保護劑和添加劑，以保證其凍幹效果、保持藥品的活性和細胞的存活。物料和保護劑、添加劑一起，組成了多組分的系統，我們稱之為「物料系統」。保護劑和添加劑與物料之間是有相互作用的，因此對於不同的物料，應當採用不同種類和不同濃度的保護劑和添加劑。
  • 怎樣看待果蔬真空冷凍乾燥機凍幹技術的研究發展
    乾燥是果蔬保藏中應用很廣泛的技術之一。隨著果蔬休閒食品的快速發展，乾燥技術的研究也不斷深入。國內外相關研究主要集中在加工工藝及其工藝參數、乾燥動力學以及幹制果蔬品質等方面，利用低能耗加工工藝，在儘可能短的乾燥時間內，使新鮮果蔬的營養成分實現更大限度的保留，獲得更好的感官品質。
  • 昆蟲蛋白×凍幹技術
    昆蟲蛋白是大自然饋與人類的天然食補良方，傳統烘乾加工方法不利於保留昆蟲蛋白的活性物質及營養價值，凍幹技術有效彌補了這些不足和缺陷，我們在長期的昆蟲蛋白凍幹生產過程中累積了豐富的凍幹生產技術，而這些寶貴技術將提供給用戶用於昆蟲蛋白凍幹的生產。
  • 冷凍乾燥機設備的凍幹優勢和缺點
    原位小型冷凍乾燥機冷凍乾燥機是一款可以讓產品在真空低溫環境下乾燥的凍幹設備，其的工作原理是凍乾產品放入乾燥室，乾燥室與冷凝器連接，真空泵與乾燥室和冷凝器相連，打開真空泵，當乾燥倉達到設置壓力，水分揮發並被冷凝器捕獲，這個過程就是升華的過程
  • 真空冷凍乾燥機凍幹蔬果的優勢是有什麼?
    解決眾多的產業鏈、理化性質有所不同的原料、產品質量及其他方面各不相同的要求，真空冷凍乾燥機機械設備技術是一門交叉科學、具有實驗研究特點的技術。如今真空冷凍乾燥機設備技術雖現在一百多年的發展歷程，但迄今還屬於實驗研究的範疇。
  • 關於真空冷凍乾燥機凍幹過程重要階段以及速率問題的分析
    真空冷凍乾燥機在低溫和真空條件下，將冷凍樣品中的水份等溶劑通過升華的方式移出樣品，最終使樣品呈乾燥狀態。在整個凍幹過程中，樣品空間結構沒有改變，極易重新溶解，從面保證了樣品的活性，因而對於一些不耐熱的物質，諸如酶、激素、核酸、血液和免疫製品等的乾燥非常適宜。
  • 為什麼說真空冷凍乾燥機的凍幹工藝研究是不平衡的
    真空冷凍乾燥機的凍幹工藝主要包括前處理、預凍、乾燥和後處理。對某種物料都應該制定出合理的凍幹工藝曲線，從而能給出真空冷凍乾燥機的操作程序。凍幹工藝帶有一定的保密性， 對凍幹工藝的研究成果一般不輕易公布。
  • 凍幹原理及真空冷凍乾燥優點
    凍幹原理就是把含有大量水分物質，預先進行降溫凍結成固體，然後在一定真空條件下使水蒸氣直接從固體中升華出來，而物質本身剩留在凍結時的冰架中，因此它乾燥後體積不變、疏鬆多孔冰在升華時要吸收熱量，引起製品本身溫度下降而減慢升華速度，為了增加升華速度，縮短乾燥時間，必須要對製品進行適當加熱
  • 讓營養全面復活的凍幹技術
    也許冰凍人體這種技術還布滿了科幻色彩，但是，冰凍技術被用於復活和保存食物當中的營養成分已經走進了我們的生活，成為了現實。讓營養全面復活的凍幹技術冷凍乾燥蔬菜或食品，它最大的特點就是保留產品的色、香、味、形及原生態食物的營養成分，也被稱之為航天食品，是當今天然、綠色、安全的方便營養食品。
  • 丁小萌Dhohoo:巴氏殺菌純肉凍幹品牌
    目前丁小萌Dhohoo通過「凍幹技術+巴氏殺菌工序」推出的雞肉凍幹，多春帶魚籽凍幹，金槍魚凍幹都是遵循100%純肉原則。「100%純肉製作」從營養角度來說，100%純肉凍幹是最優質的選材方式，但往往出於成本原因，目前市場上很少有100%純肉凍幹。
  • 「凍乾食品」新科技
    「吃貨」朋友們有沒有看到頻繁有網紅博主在推凍幹小零食。今天我們來聊聊「凍乾食品技術「這件事。 說起凍乾食品，就不得不科普一下這項技術有多了不起了。還要先感謝一下人類航天技術的推進。凍幹技術萌芽於19世紀初，但是受到製冷技術和真空技術的限制，直至20世紀初才開始用於乾燥生物製品。當時適逢二戰期間，大量急需人體血漿，凍幹技術得以快速發展起來。
  • 真空冷凍乾燥機在食品加工方面怎樣優化
    很多真空冷凍乾燥機設備都採取統一的處理方法，沒有對同一類別食品中不同的細類進行優化，這使得在食品加工的過程中，難以提高加工質量。不同食品的水分含量不同，內部結構不同，比熱、導熱性質有所差異，重量和厚度各異，這使得在冷凍乾燥時，需要的時間也會各有不同。比如，草菇的共晶點為 -23 ℃，和其他果蔬類食品之間的差異會導致採用統一的冷凍乾燥標準進行加工時無法達到令人滿意的效果。
  • 真空冷凍乾燥機加工牡蠣肉凍幹生產工藝
    食品真空冷凍乾燥機加工凍幹牡蠣肉生產工藝！生產流程：鮮活帶殼牡蠣→去殼洗淨→牡蠣肉→清洗→燙漂→稱重→裝盤→預凍→冷凍乾燥→解吸乾燥→幹品→包裝與貯存。2、預凍將乾燥庫空箱預凍1h，製冷溫度達到-30℃左右，然後把瀝乾水的牡蠣裝進進料盤，置於凍幹室內 進行預凍。將3支熱電偶分別放置於物料上表面、下表面及1/2物料厚度處，然後將製品放入冰櫃中進行 凍結。牡蠣的共晶點溫度為（-20～-17）℃，使制冷機製冷約1.5h速凍到-40℃，使之凍透後保持 30min，可視為預凍階段結束。
  • 真空冷凍升華乾燥技術
    答：是凍幹技術。凍幹技術（真空冷凍乾燥技術）是將冷凍技術結合起來的一種綜合性技術，亦稱真空冷凍升華乾燥技術。自20世紀初創立以來，真空冷凍乾燥(簡稱凍幹)技術有了很大的完善和發展，從最初的生物製品和醫藥行業，發展到軍需、宇航、石油、地質、海洋、食品等工業領域。尤其在食品工業方面，該技術能夠很好地吻合「綠色食品」、「保健食品」、「方便食品」三大發展趨勢。
  • 「FD凍幹科技」,普通人也能吃到航天食品!
    什麼是「FD凍乾食品」？用「航天食品」來解釋的話，應該能理解了吧？「凍幹」是真空冷凍乾燥的簡稱，FD是Freeze Dried的縮寫。凍乾食品也稱「FD食品」，相比於其他生產工藝。FD凍幹這種生產工藝沒有改變食物的物理化學結構。
  • 打破胡椒圈的黑白格局,海南首次研製出凍幹青胡椒
    然而，一款剛剛在海南研製成功的凍幹青胡椒正式面市，黑、白胡椒長久以來一統江湖的格局就此打破。新產品是由位於海南萬寧的中國熱科院香料飲料研究所（下稱香飲所）經過幾年技術攻關得來的。凍幹青胡椒粹。圖片來源：南海網近年來，香飲所一直致力於應用凍幹技術生產青胡椒。
  • 食品真空冷凍乾燥原理與凍幹工藝流程
    食品真空冷凍乾燥原理真空冷凍乾燥又叫真空凍結升華乾燥，是將含水物料在低溫下凍結，然後在真空條件下將水升華除去是使物料乾燥的一門技術。食品在常溫狀態下，迅速低溫冷凍，冷凍至-25℃或-35℃，然後將冷凍狀態下的食品送入真空室中，將食品中的水分不經過液態下而直接升華成汽態，並將脫離食品的汽態水分全部排出乾燥室。食品凍幹過程為低溫、低壓，和其它乾燥方法比，保證了食品營養成分，食品營養成分損耗最少，食品色澤、形狀、外觀變化輕微，海綿狀、多孔性結構，幹製品復水迅速能基本復原。
  • 土壤凍幹的方法
    下面和大家一起討論下，土壤樣品凍幹與傳統乾燥方法區別。第一種是風乾法：由於在常溫下孔隙中液體表面張力大， 常引起土樣收縮開裂， 土顆粒重新排列， 孔隙狀態發生變化。第二種是烘乾法：由於土樣中水分遷移時分子應力分布不均勻而產生裂隙和體積收縮， 在高溫狀態下還可發生土顆粒間的物理化學作用。