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香蕉片的冷冻干燥加工工艺
1 引言
香蕉是一种重要的热带、亚热带水果，其果香浓郁独特、果肉嫩滑、营养丰富，具有“人间圣果”的美称。我国是香蕉主产国之一，其产量是排在苹果、梨、柑橘之后的第四大水果．但长期以来香蕉以鲜食为主，其加工利用上尚欠发达，这是因为香蕉富含果胶，糖类、单宁及各种酶类，且香蕉因质地松软，水分含量高，后熟较快，易受损伤腐烂，在加工过程中极易褐变，造成成品色泽、营养以及风味的劣变，严重影响产品的质量，给果品保鲜、仓储、长途运输带来了极大的困难，不利于香蕉产业化的发展．随着食品真空冷冻干燥技术的发展，该类冻干品因其能较好地保持食品原来的形状和色泽，减少食品香味及营养成分的损失，并具有多孔结构，速溶性和快速复水性，食用简单方便，同时冻千食品脱水彻底，重量轻，适合长途运输及长期保存，在常温下可存放3-5年等特点，而逐渐被人们所接受．目前，国内外就冻干食品的冻干过程相关参数的工艺条件研究已有一些报道，但在冻干工艺条件对香蕉片冻干品品质的优化研究报道尚少．本研究拟采用电阻法确定香蕉片的共晶点和共熔点，并从物料成熟度、厚度、护色剂处理、冻结方法、真空度和加热板温度六方面研究香蕉片冻干工艺条件对产品品质的优化，旨在找出具最佳品质的香蕉片冻干工艺，以期促进香蕉片冻干品的开发与利用，提高香蕉制品的商品价值和档次，为推进香蕉产业化的进一步发展提供参考数据。
2材料与方法
2．1材料
香蕉(品种为“台湾北蕉”，漳州本地产)，市售新鲜、果皮金黄、无黑斑，外形饱满，无机械损伤．
2．2主要仪器设备
GZ-10型真空冷冻干燥机，上海亿倍实业有限公司产品；普通家用冰箱，海尔产品；YB-86-308WA超低温冰箱，亿倍产品；BSl24S电子天平，德国Sartorius产品
2．3实验方法
2．3．1工艺流程
香蕉一去皮、去络等。切片_超低温冰箱预冻_利用电阻法测定法,确定香蕉片共晶点和共熔点温度；
香蕉一去皮、去络等_切片(根据需要选取不同厚度)_称重_÷浸泡(根据需要选择是否需要护色，需护色剂的浸泡3min后沥干)一装盘(单层)_分别插上温度感应器并预冻(根据需要选择冻结方式)_设置冻干参数后冷冻干燥一出仓_÷称重-+检测．
2.3.2实验设计
本试验以物料成熟度为7—8分熟(果蒂黄中带绿色，果皮淡黄色)，厚度为5～7mm，不加任何护色剂，缓冻(．18。C)，真空度为70Pa，冻结温度设定如表ITo的设置为对照(CK)，设6个实验，根据所研究的参数，改变单一因素．
物料成熟度对香蕉冻干片品质效果的影响：选择成熟度分别为6—7分熟(果蒂绿色，果皮绿黄色)，7—8分熟(果蒂黄中带绿色，果皮淡黄色)，8—9分熟(果蒂与果皮均黄色，略带锈斑)的香蕉，其余设置同CK．
物料厚度对香蕉冻干片品质效果的影响：将处理好的香蕉分别切成3～5mm、5—7mm、7～9mm i种厚度，其余设置同CK．
护色剂对香蕉冻干片品质效果的影响：分别将香蕉片浸泡于0．1％L—Cys和0．1％焦亚硫酸钠3min进行护色，后捞起沥干，再装盘，其余设置同CK．
冻结方式对香蕉冻干片品质效果的影响：采用速冻(在超低温冰箱，温度约一75"C进行预冻，冷冻时间约4h)和缓冻(在普通冰箱，温度约-1 8"(2进行预冻，冷冻时间约10h)，其余设置同CK．
干燥室真空度对香蕉冻干片品质效果的影响：设置真空度分别设为60Pa、70Pa、80Pa，其余设置同CK．
加热板温度对香蕉冻干片品质效果的影响：加热板温度设定如表l，其余设置同CK．
2．4测定项目与方法
进入平衡阶段耗时的测定：指物料温度达到与加热板温度几乎平齐所需要的时间．
冻干品得率测定：将香蕉切片后称其重量(湿重)，待完成整个冻干过程，出仓后迅速将冻干品用密封袋封存，称重(干重)．得率(％)=干重／湿重×100
复水率的测定：分别测定冻干品吸水前和在常温水中浸泡30min的重量．计算公式：复水率(％产(复水后重量一复水前重量)愎水前重量x 100．香蕉片冻干品品质测定：维生素C用2，6．二氯靛酚滴定法狰1；可溶性总糖用苯酚．硫酸法[61；酸度用酸碱滴定法¨J．表1加热板温度的设定
3结果与分析
3．1香蕉片的共晶点与共熔点
用电阻法测得香蕉片在-16"C一-18℃时电阻值变化发生转折急剧增大，此转折点温度应为香蕉片的共晶点温度．同样，用电阻法测得香蕉片在．14"(2一-12℃时电阻值变化发生转折由大变小，应为其共熔点温度．所以，香蕉片在进入干燥室之前应预冻至共晶点温度以下，即．18℃左右．
3．2物料成熟度对香蕉冻干片品质效果的影响
香蕉成熟度对冻干品营养成分的保留、外观及口感有一定的影响．以成熟度分别为6—7分熟，7—8分熟及8—9分熟的香蕉片进行比较试验，经品尝得出7～8分熟香蕉冻干片的口感较成熟度处于8～95J"熟的香蕉片差，但是比6～7分熟的香蕉片好，同时7～8分熟香蕉冻干片外观色泽呈现悦人的乳黄色，表面较为光滑，明显优于其它成熟度的香蕉片．由图l及表2可以看出，7—8fff熟的冻干速率最快，单位时间的得率最高，且复水性最好，维生素C、可溶糖含量分别为19．6mg／lOOg和23．3％，明显高于其他成熟度的香蕉冻干片，且酸度为8．0％，处于三个处理中的最低水平，综合评价，7～8分熟的香蕉物料为冻干的较佳选择．
3．3物料厚度对香蕉冻干片品质效果的影响
有研究表明，当固体物料的块片厚度在lOmm以下时，对其冻干品有明显的改善效果，适宜的物料厚度可提高设备的生产能力捧j．由图2显示，3～5mm、5—7mm、7—9mm三种不同厚度的物料在升华阶段，物料的温度变化无明显差别；进入解吸阶段，由于物料厚度越薄，水分与结合水逸出阻力越小，呈现出升温越
快的现象【91；在解吸阶段的后期及进入物料温度平衡阶段时，由表3得出，厚度为3—5mm的香蕉片冻干过程中最早进入平衡阶段，而厚度为7—9mm的进入平衡阶段也滞后了1h，这是因为增大物料的表面积或减薄物料厚度可缩短干燥时间¨们．物料厚度为5—7mm的冻干品维生素C受破坏最少，含糖量最高，酸度最低，同时冻干品表面光滑，颜色较好，单位时间产量最高且复水性最好，这说明了供冻干的香蕉片厚度以5～7mm最适宜，太薄会使暴露于空间的单位面积增大，而太厚则延长了干燥所需时间，能耗大，两者均易加剧维生素C和糖分的破坏．
3．4护色剂对香蕉冻干片品质效果的影响
香蕉在去皮、切片等加工过程中易因多酚氧化酶(PPO)的作用引起酶促褐变【I¨，因此，选择特效的护色保脆处理方法，是确保香蕉加工品保持原有的品质及风味效果关键环节之一．由表4可知，【广半胱氨酸护色，得率可达29．8％，比其他两处理都高，维生素C、可溶糖含量最高复水陛也最好，且口感、色泽均优于其它两项，而且L半胱氨酸又是食品固有的营养成分，安全性高．因此，使用L一半胱氨酸护色获得的香蕉冻干片效果最优．庄远红掣比1研究也证明了0．1％L．半胱氨酸能很好地抑制冻藏香蕉片褐变，并能有效地保持冻藏香蕉片的风味和品质．
3．5冻结方式对香蕉冻干片品质效果的影响
香蕉物料采用缓冻方法所需的冻结时间长，形成的冻结冰晶颗粒少而大，且孔道大，从而使原料的水分蒸发加快，相应的就缩短了干燥升华的时间：而采用速冻方法所需的冻结时间较缓冻少，冰晶形成颗粒小而多，虽然孔道多，但孔道小，阻力大，不利于水汽的排出，因而所需的干燥升华时间较长【I引．因此，从表5可以看出，采用缓冻方法所需的干燥时间比采用速冻方法所需的短．虽然香蕉采用缓冻方法其冻干品得率略高，但冷冻速度缓慢而易引起香蕉中的酶发生褐变，影响了香蕉的色泽和维生素C的保存，所以其维生素C、可溶糖含量低，外观色泽El味较差，冻干效果综合评价较速冻方法的差，因此，香蕉采用速冻方式冻结的效果较优．
3．6干燥室真空度对香蕉冻干片品质效果的影响
干燥仓真空度大小影响升华干燥过程的传热传质．真空度高，传热效果好，但不利于冰晶的逸出；真空度低，传热效果差，有利于冰晶的逸出【l41．整个升华过程就是一个传热传质过程，只有真空度适当，才能有一个经济的干燥速率．通常应把干燥仓的真空度值控制在略低于最高升华温度所对应饱和蒸汽压的二分之一【15】．由于香蕉片冻干过程主要以传质控制为主，在相同的加热板温度下，真空度越高，越有利于传质；真空度越高，越有助于冰晶从冰表面升华，并通过已干层的孑L道向真空室内顺利逸出，从而提高了干燥速度，降低了维生素c的损耗．
由图3和表6所示，不同真空度对冻干香蕉片进入平衡阶段的耗时影响不大，均在245rain左右，但对进A平衡阶段时物料温度的影响却不太相同，以真空度为70Pa的处理料温最低，约为47"(2．物料温度越低，越有利于保持其营养品质，表6所示，真空度为70Pa时，香蕉冻干片得率最高，复水性最好，维生素C、可溶糖含量也最高，酸度最低，因此干燥室的真空度70Pa为香蕉冻干的较佳工艺条件．
3．7加热板温度对香蕉冻干片品质效果的影响
当加热板温度较低时，因热通量小，物料的底部温度及界面温度很低，没有足够的升华热，干燥速率低，故干燥时间长．如果提高加热板温度，增大热通量，物料的界面温度上升，则干燥速率提高，干燥时间缩短‘旧】．此外，加热板温度还显著影响着冻干品品质．图4可以看出，加热板温度越高，物料温度得越快．香蕉片物料中的维生素c等营养成分在非绝对无氧状态下，温度高，分解快；但温度过低，干燥时间太长，也会加剧维生素C等营养成分的破坏，所以加热板温度应控制在某一极限温度下才能确保维生素C等营养成分免受破坏．因此，选定适宜的加热板温度，对保证物料冻干品品质至关重要．试验证明，加热板温度设为To的香蕉片冻干品维c等营养成分的损失量最小，得率也明显较高，因此，加热板温度参数设定为To是香蕉冻干的较佳工艺条件．
4讨论
冻干技术是一项复杂却极具实用价值的食品工艺技术，它能最好地保存原物料的色，香、昧和营养成分．冻干食品的品质主要由食品的外形、色泽，结构、品味、营养的保持以及密度等指标决定的，高品质的冻干食品具有高的孑L隙率、芳香的保持、不变味及良好的复水性【I 31．而冻干香蕉生产工艺中的物料成熟度、厚度、护色剂、冻结方法、干燥室真空度、加热板温度等过程参数，对香蕉冻干片品质和产量均有显著的影响．香蕉物料中的维生素c等营养成分在非绝对无氧状态下，温度越高，分解越快，但温度过低，干燥时间太长，也会加剧维生素C等营养成分的破坏，因此，加热板温度应控制在某一最适温度，才能确保营养成分免受破坏u 6|．本研究从供试的各过程参数处理水平比较试验结果可以看出，在香蕉的冻干工艺中，选用成熟度在7—8分熟的物料切成5—7em厚度，选用L-Cys护色，采用速冻方法冻结，干燥室真空度控制于70Pa，加热板温度走势设置为0～60min由20"C上升至60"C，60min～240min稳定在60。C，240min一300min由60℃降至40"C，300min一360min稳定于40℃，对确保冻干香蕉品质，降低能耗有良好的效果．
目前，国内外就冻干食品的冻干过程相关参数的工艺条件已有一些报道，但在香蕉冻干工艺技术方面的研究报道尚少．本试验首先通过得率与品质效果指标分析补充，得出最佳物料成熟度、护色剂的选择等，以期能促进该领域得以更全面的研究．
GZ-10型
真空冷冻干燥机
Model GZ-10
vacuum freeze dryer
上海亿倍实业有限公司
一、主要技术参数Main technical parameter
项目 Item | GZ-10 | |
干 Drying chamber | 干燥面积Freeze-drying area | 10.08㎡ |
隔板层数Layers of shelf | 7+1 | |
隔板最高温度 Temperature scope of shelf | +120℃（空载） (no-load) | |
隔板间距 shelf spacing | 100mm | |
隔板尺寸 Size of shelf | 600mm*1200mm | |
捕 condenser | 冷阱最低温度 Min. Temperature of condenser | ≤-50℃（空载） (no-load) |
捕水能力 Water-capture capability | ＞200Kg | |
除霜方式 defrosting | 浸泡 water soaking | |
极限真空度 final Vacuum degree | ≤10Pa | |
冷却方式 Style of cooling | 水冷 Water cooling | |
预冻方式 | 在速冻库内 | |
物料盘 | 600*600 28个 | |
速冻库 | 约2000*2000*2000mm |
二、技 术 配 置 一 览 表 technical parameters table
□ 主要配置 main configuration | ||
板层有效面积： Shelf effective area | 10.08 m2 | |
□ 设备规格 | ||
有效板层尺寸： | 600*1200 | |
板层数目： Shelf numbers | 7＋1（辐射层） Top shelf as temperature compensating plate | |
物料盘数量 Material number plate | 28个 | |
板层间距： Shelf spacing | 100 mm | |
板层最高温度 Shelf temperature range | +120℃ （空载 no-load） | |
冷阱最低温度： Min.condenser temp. | ≤ -50℃ （空载 no-load） | |
系统极限真空度： System final vacuum degree | ≤ 15.Pa | |
□ 基础设施 basic configuration | ||
装机功率： installation Power | 30KW ★ 此为装机功率，并非运行功率。耗电＜30 KWh Not actual working power,power consumption＜30KWh | |
冷却水流量： Cooling water | 约20 m3 / h About 20 m3 / h | |
□ 机组外形及其他部分 shape and other parts | ||
整机重量（Kg）： Weight | （约）16000 About 16000 | |
噪声： Noise | ≤ 80dB | |
机组电气系统： Electrical system | 接地保护 Ground protection | |
整套机组的验证： Whole machine test | 检测、验证的资料、方案、方法，相应的仪器支持。 Test, checking data, method, and equipment support | |
□ 冻干箱组件 drying chamber components | |||||
箱体形状： Shape | 圆柱形 | ||||
箱门开启方向： Opening direction | 顺/逆时针开启（俯视 用户确定） Clockwise or anticlockwise (overlooking ,user confirm) | ||||
◆ | 箱体，箱门材料： Chamber and door material | AISI 304 不锈钢 AISI 304 stainless steel | |||
最高工作温度： Working temperature | ≥ 120 ℃ | ||||
保温材料： thermal insulation material | 聚氨脂发泡 | ||||
箱门密封： Door sealing | 固定式箱门密封装置 Fixed door sealing device | ||||
门锁装置： Door locking | 手动门锁 Locking by hand | ||||
□ 板层组件 shelf components | |||||
◆ | 板层面板材料： Shelf material | AISI 304不锈钢
| |||
有效板层尺寸： Effective shelf size | 600*1200 | ||||
板层数目： Amount of shelf | 7＋1 | ||||
板层有效面积： Effective area of shelf | 10.08 m2 | ||||
◆ | 板层间距： Shelf spacing | 100 mm | |||
□ 冷阱组件 condenser components | |||||
冷阱形状： Condenser Shape | 圆柱形 | ||||
◆ | 冷阱材料： Condenser material | AISI 304 不锈钢 AISI 304 | |||
◆ | 盘管材料： Coiling pipe material | AISI 304 不锈钢 AISI 304 | |||
盘管表面粗糙度： Coiling pipe roughness | Ra ≤ 0.5 μm | ||||
冷阱凝冰量： Condenser water capture | ≥ 200 Kg | ||||
冷阱降温： Condenser temp. Decreasing | +20℃降到-40℃/ 30分钟内 +20℃ -------40℃ , within 30 minutes | ||||
◆ | 冷阱最低温度： Condenser Min.temp. | ≤ -50℃ | |||
冷阱观察窗： Condenser observation window | 有（带有照明灯，带有清洗喷嘴） Available (with light, with cleaning nozzle ) | ||||
◆ | 保温材料： thermal insulation material
| 聚氨脂发泡 | |||
□ 冷冻系统 refrigeration system | |||||
冷冻机： Refrigerator
| 比泽尔 | ||||
制冷剂： Refrigerant | R507 | ||||
冷冻机数量： Refrigerator number | 1台 1 sets | ||||
冷阱制冷： Condenser refrigeration | 1台（同时对冷阱制冷，直接式制冷） 1 sets(shelf refrigeration at same time, direct refrigeration) | ||||
冷却水: Cooling water | 20 M3 / h 冷凝器大冷吨、大贮液容积设计，允许水温≤ 30℃。 20 M3 / h Condenser with big capacity, water temp.≤ 30℃
| ||||
◆ | 冷冻系统保护调节装置： ★ 采用国际知名品牌的产品，精确、稳定、安全、可靠。 Freezing system protection advices: World famous advice are used to make sure correct, stable. Safe and reliable. | ||||
制冷元件： Refrigeration units | 膨胀阀 expansion valve | DANFOSS（丹麦Danmark) | |||
顶盖阀 Top cover valve | Castel（意大利 Italy） | ||||
电磁阀 solenoid valve | DANFOSS（丹麦Danmark） | ||||
油分离器 Oil separator | ALCO（美国 USA） | ||||
高压控制器 High pressure controller | DANFOSS（丹麦Danmark） | ||||
低压控制器 Low pressure controller | DANFOSS（丹麦Danmark） | ||||
油压差控制器 Oil pressure controller | DANFOSS（丹麦Danmark） | ||||
视液镜 Liquid observation glass
| DANFOSS（丹麦Danmark） | ||||
马达超温保护器 Motor overhigh temperature protector | BITZER（德国 Germany） | ||||
停机后的制冷剂自动收液装置 Refrigerant automatic collection device after machine stop | DANFOSS（丹麦Danmark） | ||||
能量调节装置 Energy adjustment device | DANFOSS（丹麦Danmark） | ||||
除酸过滤器芯 Disacidify filter core
| ALCO（美国 USA） | ||||
压力表 Pressure meter | LR/REFCO（德国/瑞士）油浸式压力表 LR/REFCO(Germany/swiss) oil submerge pressure meter | ||||
汽液分离器 gas-liquid separator | 特制全不锈钢 All stainless steel | ||||
水冷式冷凝器 Water cooling condenser | 南京金典 | ||||
□ 真空系统 vacuum system | |||||
真空配置： Vacuum configuration | 两台旋片泵＋一台罗茨泵＝真空泵组 2 sets of rotary vane pump and 1 set of Roots pump to form vacuum pump system | ||||
◆ | 双级旋片泵: Double stage rotary vane pump | D60C | |||
数量： quantity | 1 台 1 sets | ||||
◆ | 罗茨泵： Roots pump | ZJ-150 | |||
数量： quantity | 1台 1 set | ||||
系统最高真空： System Maximum vacuum | ≤ 15 Pa | ||||
□ 流体循环系统 liquid circulation system | |||||
◆ | 流体： Liquid | 25号昆仑 | |||
流体管路材料： Liquid tubing material | AISI 304 不锈钢，焊接，有保温 AISI 304, welding, heat keeping | ||||
◆ | 循环泵数量： Circulation pump quantity | 一台 1 set | |||
◆ | 加热功率： Heating rate | 15 kW | |||
◆ | 加热控制方式： Heating control style | 固态继电器 Solid-state relay | |||
◆ | 不锈钢板式换热器： Stainless steel plate heat exchanger
| 瑞典ALFA-LAVAL（江阴，独资） Swiss ALFA-LAVAL (Jiangyin) | |||
◆ | 测温探头Temperature sensor | PT-100铂电阻 PT-100 platinum resistance | |||
□ 控制系统 control system | |||||
◆ | 控制方式： Control style | 自动控制 Automatic control | |||
◆ | PLC（可编程序控制器）： PLC | 台湾永宏 FATEK Taiwan | |||
触摸屏 Touch screen | 昆仑通态 MCGS | ||||
中间继电器： Intermediate relay | 中国正泰 CHNT | ||||
交流接触器： AC contactor | 中国正泰 CHNT | ||||
空气断路器： air circuit-breaker | 中国正泰 CHNT | ||||
□ 安全保护 safety protection | |||||
整机启动保护： Whole machine protection | 设备的全部安全条件具备时，整机才能启动运行。 All safety conditions are ready for whole machine, machine can start running. | ||||
操作保护： Operation protection | 整机电气系统具有逻辑连锁、控制、保护功能。 Electrical system have logic interlock,control and protection function | ||||
电机： motor | 有过载、过热、缺相保护等 With overload, overheat, lack of phase ,etc. | ||||
冷冻系统： Refrigeration system | 有声光报警，各部件均有控制器 Audible and visual warnings,all parts have controller | ||||
停电、供电： Power cut and supply
| 均有安全保护措施 With safety protection measure | ||||
缺水保护： Water shortage | 有 available | ||||
缺压缩空气保护： Compressed air shortage protection | 有 available | ||||
□ 整机装备 whole machine design | |||||
电源： power | 3 相380伏 3 phases, 380V | ||||
装机功率： Installed power | 30 KW ( 此为装机功率，并不是运行功率 ) 30 KW (this is installed power, not running power) | ||||
整机重量（Kg）： Whole machine weight (kg) | （约）16000 About 16000 | ||||
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