CN103179867A - 封闭式混合动态食品脱水系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生产脱水食品的方法，该脱水食品与传统的同种食品相比色浅且褐变较少，并且具有与天然食品基本相同的营养和维生素值。本发明还涉及一种封闭式混合动态脱水系统。

Description

封闭式混合动态食品脱水系统
技术领域
本发明涉及一种生产脱水食品的方法，该脱水食品与传统的同种食品相比色浅且褐变较少，并且具有与天然食品基本相同的营养和维生素值。此外，本发明包括一种用于获得所述食品的封闭式混合动态脱水系统，以经济地提高营养、储存和加工性能。
背景技术
众所周知，各种水果和蔬菜由农业生产。这些水果中的一些是生吃的，很少经过加工。干的水果不仅供应国内市场，而且可以出口。在印度，由于缺少合适的收获后存储设备或加工能力，大量的水果和蔬菜被浪费。印度是第二大的水果和蔬菜生产国，但不幸的是仅2％的生产经过加工，以致收获后的损失多于40％。
此外已知，干燥是最古老也是最简单的保存食物的方法。根据Chouand Chua(2001)，食物的劣化主要发生于三个方面。食物如水果和蔬菜由水、碳水化合物、蛋白质和脂质级分组成。这些化合物在高温干燥条件下容易被改性，引起食物质量的劣化(Sokhansanj & Jayas，1987)。结果，产品的消费吸引力受到影响。因此，在干燥过程中使用适当的低温是重要的。
水果和蔬菜目前通过多种方法和设备来干燥，以提高保质期，减少包装成本，降低航运重量或储存空间，改善外观，保留原味和保持营养值。产品在干燥过程中失去其含水量，这引起剩余质量中的营养物浓度提高。因此，每单位重量干燥食品含有比新鲜食品更大量的蛋白质、脂肪和碳水化合物。
干燥不能代替罐头或冷冻，因为这些方法在保留新鲜食品的味道、外观和营养值方面做得更好，但是干燥是保存食物的受控方式，其可增加进食多样性，而且提供美味营养的食品是最大的挑战。
用于干燥的多种方法由研究和广泛传播的经验决定。但是，家庭干燥没有固定的既定过程。食物可用多种方式干燥，例如，如果空气足够热和干燥时通过日晒，或如果气候潮湿时在烤箱或烘干机中。
随着对在园艺和天然食品重新燃起的兴趣，并由于市场干燥产品的高价格，家庭干燥食品再次变得受欢迎。干燥并不困难，但是其消耗时间和大量精力。尽管有多种干燥方法，其指导方针保持相同。
尽管日晒干燥是受欢迎并很廉价的方法，但是其因地域不同而变化，不必各地有同样合适的气候。可靠的食物日晒干燥要求温度为华氏95度，湿度很低的条件下连续3至5天。因此，日晒干燥不是很可行的选择。另外，当食品暴露于日晒干燥时，其可能被大气污染物污染，也可被如霉菌等微生物感染。
另一方面，在厨房范围内的烤箱中干燥食品会很昂贵。已发现在电烤箱中干燥食品比罐头加工贵9至12倍。食品脱水机操作更低廉，但在一年中只有几个月有用。如果选择了合适的模型，对流加热烤箱可为最经济的投资。
但是，干燥的机理是包括组合的热和质量传递的复杂现象，并在大多条件下导致产品性质改变。取决于干燥条件，食品可经过多种程度的褐变、收缩、营养物流失等等。
此外，具有许多因素影响干燥方法，如干燥速度、温度、湿度、通风和均匀干燥。
有多种现有的装置和设施可进行干燥操作。
烤箱干燥：烤箱干燥是干燥食品最简单的方式，因为你几乎不需要特殊装置。其也比日晒干燥更快速。但烤箱干燥只能小规模应用。主要缺点包括高温干燥、褐变、营养物流失、感官性质变化、收缩引起差的产品外观、质地性质、味道变化等。在烤箱干燥中，能量消耗与能量流失高度相关。其它缺点包括不均匀干燥、更多的空间占用、期望酶的失活和更高的炭化可能。
微波干燥器：缺点是高能耗，加工中高营养物流失，感官性质、外观、质地、味道变化，高能量消耗，更多的空间占用和期望酶的失活。
真空干燥器：缺点为高资本消耗、高能耗、更高的空间要求和期望酶的失活。
冷冻干燥器：缺点为高资本消耗、高操作成本、高能量消耗、更多的空间占用和期望酶的失活。
流化床干燥器：缺点是高资本消耗、高操作成本、难于处理高体积密度产品、干燥期间成块。
喷射干燥器：缺点为非常高的资本消耗、非常高的能量消耗，并仅能用于液体材料。
筒式干燥器也用于高温干燥，引起高度褐变，过多的营养物流失，感官性质、外观、质地、味道变化等。由于高能量消耗、空间占用、制成品的低脱水和期望酶的失活，这样的干燥器不提供满意结果。
为克服上述问题和困难，本发明人现在提出新颖性和创造性的食品脱水方法和实施该方法的系统。
此外，着眼于印度和其它国家中水果和蔬菜加工的巨大机会，有重大需求开发一种方法/系统/设施/装置，其中可实现水果和蔬菜的脱水。优选地，方法和系统通过高效率、低消耗的方式操作给出必然的高质量产品。
另一个挑战是目前对方便食品有增加的需求，期望方便食品含有最低浓度的添加物和防腐剂。在食品材料干燥过程中怎样最大程度地减少添加剂并仍得到最好的质量取决于生产方法、装置和技术因素。这对食品工程和干燥器制造产生关于开发能够加工温度敏感材料并提供具有高质量和提高的物理化学性质的终产品的新技术的挑战。
因此，为解决这些技术难题，本发明的发明人提出一种方法和一种封闭式混合动态脱水系统。更具体地，已开发一种“低温混合干燥器(LTHD)”以满足大多的质量要求。LTHD可在宽温度范围内操作，提供对热敏感材料进行干燥的优良条件。
发明目的
本发明的主要目的是提供一种生产脱水食品的方法，该脱水食品与传统的同种食品相比色浅且褐变较少，并且具有与天然食品基本相同的营养和维生素值。本发明的另一目的是提供一种封闭式混合动态脱水系统，其中生产高效率、低消耗及必然的高质量产品。
本发明的另一目的是提供干燥产品如水果或蔬菜，其保留与天然水果/蔬菜类似的物理、化学和营养性质，而减少了丙烯酰胺(AA)的量。
发明内容
本发明涉及一种生产脱水食品的方法，该脱水食品与传统的同种食品相比色浅且褐变较少，并且具有与天然食品基本相同的营养和维生素值。更具体地，已开发一种“低温混合干燥器(LTHD)”以满足大多的质量要求。LTHD可在宽温度范围内操作，提供对热敏感材料进行干燥的优良条件。所述新的混合动态脱水系统包括三种干燥模式，即根据温度梯度(从高温至低温的热流)、对流和冷凝机制以显著地减少如高消耗、在干燥温度下营养物流失、收缩损失、灼伤等问题，降低了加工过程中的损失，较少/无排放，简单和操作友好的机制等。
表述“色浅且褐变较少”意指本产品呈现非常接近于相应天然产品的颜色，且与市场上相应产品相比具有浅得多的颜色。市场上的产品与本发明的产品相比具有深得多的褐色。
附图的简要说明
图1示出根据本发明的低温混合干燥器(LTHD)系统。
图2a和2b示出LTHD系统，其中干区、湿区以及材料区和通风根据本发明所描述。图2a是LTHD系统的侧视图，图2b是所述LTHD系统的俯视图。
图3示出根据本发明描述平台/托盘的材料区。
图4示出描述作为本发明的一个实施方案的平台/托盘的材料区。
图5示出描述作为本发明的一个实施方案的用于干燥青豌豆的平台/托盘的材料区。
图6示出根据本发明的LTHD系统操作，其中示出水回收。
图7示出传统干燥的香蕉片和LTHD干燥并油炸(油少于30％)的香蕉片。
图8示出传统干燥的苹果片和LTHD干燥的苹果片。
图9示出LTHD干燥片装盘并在散装袋中储存。
图10示出传统油炸马铃薯片和LTHD干燥并油炸的马铃薯片的对比。
表格说明
表1示出根据本发明的干燥产品的物理、化学和营养性质与传统干燥的对比。
表2示出根据本发明的干燥产品(香蕉片)的物理、化学、营养、微生物学和感官性质。
表3示出根据本发明的干燥产品(苹果片)的物理、化学、营养、微生物学和感官性质。
表4示出根据本发明的干燥产品(马铃薯片)的物理、化学、营养、微生物学和感官性质。
表5示出根据本发明的干燥产品(甜菜根片)的物理、化学、营养、微生物学和感官性质。
表6示出根据本发明的所述干燥产品和传统(常规)干燥并油炸产品中丙烯酰胺水平的对比。
表7a和7b分别示出干燥水果和蔬菜的传统加工和根据本发明的加工中的热负荷计算。
指出的是，上述物理、化学和营养参数是按照“官方渐进解析法化学家协会(AOC)”的标准测试出的。装置和测试条件如AOC标准中描述那样制定。
具体实施方式
因此，本发明涉及一种生产脱水食品的方法，该脱水食品与传统的同种食品相比色浅且褐变较少，并且具有与天然食品基本相同的营养和维生素值，所述方法包括以下步骤：
a.获得切割或切片的生食品，
b.在70至80℃热焯或浸泡步骤(a)的产品，并用如本申请所述的化学品对其进行处理，
c.将步骤(b)的产品以封闭的动态方式在35℃至60℃范围的温度下在高于大气压下脱水3至6小时，以得到含水量1.5至4.0％并且质地酥脆的产品。
本发明的另一方面提供食品，其优选为脱水水果或蔬菜。
本发明的另一方面涉及脱水水果苹果、香蕉、无花果、葡萄、菠萝、菠萝蜜等。
本发明进一步的方面涉及提供脱水蔬菜，其选自马铃薯、洋葱、青豌豆、甜菜根、胡萝卜、秋葵、南瓜等。
本发明的又一方面中，步骤(b)中使用的化学品选自焦亚硫酸钠、氯化钙、氯化钠或KMS溶液。
本发明的另一方面中，步骤(c)中相对湿度保持在5至80％的范围内。
本发明的又一方面中，步骤(c)的产品任选地在140～180℃的温度范围内油炸2至15分钟和/或加入香料或任何调味剂。
本发明的又一方面中，上述脱水食品的形状为片形、指形、三角形、圆形、椭圆形、矩形、正方形、星形或其任意组合。
本发明的另一方面涉及一种生产脱水食品的方法，该脱水食品与传统的同种食品相比色浅且褐变较少，并且具有与天然苹果基本相同的营养和维生素值，所述方法包括以下步骤：
a.获得任意期望形状的切割或切片的生苹果，
b.在60至70℃的温度下热焯步骤(a)的产品30至50秒，然后在含0.05至0.2％的焦亚硫酸钠、3至10％的糖和.02至0.9的氯化钙的溶液中浸泡，
c.将步骤(b)的产品以封闭的动态方式在40至65℃范围的温度下在高于大气压下脱水3至6小时，以得到含水量1.5至3.0％并且质地酥脆的产品。
本发明的又一方面中，步骤(b)中热焯在65℃的温度下进行45秒，浸泡在含0.1％的焦亚硫酸钠、6％的糖和0.5％的氯化钙的溶液中进行。
本发明的又一方面中，步骤(c)中脱水是将步骤(b)的产品以封闭的动态方式在50℃的温度下在高于大气压下脱水4.5至5小时，以得到含水量1.5至3.0％并且质地酥脆的产品。
本发明的又一方面中，所述苹果产品的形状为片形、指形、三角形、圆形、椭圆形、矩形、正方形、星形或其任意组合。
本发明的又一方面中，所述苹果产品与传统干燥苹果片相比具有8至15倍的酥脆质地，且保留基本相同的β-胡萝卜素值。
本发明的又一方面中，提供一种生产脱水食品香蕉的方法，该脱水食品与传统的同种食品相比色浅且褐变较少，并且具有与天然香蕉的天然食品基本相同的营养和维生素值，所述方法包括以下步骤：
a.获得任意期望形状的切割或切片的生香蕉产品，
b.在含0.05至0.2％的焦亚硫酸钠、02至0.9的氯化钙和0.1至0.9％的盐的溶液中浸泡，
c.将步骤(b)的产品以封闭的动态方式在40至65℃范围的温度下在高于大气压下脱水3至6小时，以得到产品。
本发明的又一方面中，步骤(b)中浸泡在温度65℃下在含0.2％的焦亚硫酸钠、0.5％的氯化钙和0.2％的盐的溶液中进行45秒。
本发明的又一方面中，步骤(c)中脱水是将步骤(b)的产品以封闭的动态方式在50℃的温度下在高于大气压下脱水3至3.5小时，以得到产品。
本发明的又一方面中，所述脱水香蕉产品的形状为片形、指形、三角形、圆形、椭圆形、矩形、正方形、星形或其任意组合。
本发明的又一方面中，所述脱水香蕉产品与传统干燥香蕉片相比具有2至10倍的酥脆质地。
本发明的另一方面涉及一种生产脱水食品马铃薯的方法，该脱水食品与传统的同种食品相比色浅且褐变较少，并且具有与天然马铃薯的天然食品基本相同的营养和维生素值，所述方法包括以下步骤：
a.获得任意期望形状的切割或切片的生马铃薯产品，
b.在75至100℃的温度下热焯步骤(a)的产品10至50分钟，然后在含0.05至5％的氯化钠的溶液中浸泡，并在0.1至5.0％KMS溶液中浸渍5至30分钟，
c.将步骤(b)的产品以封闭的动态方式在40至65℃范围的温度下在高于大气压下脱水3至6小时，以得到含水量1.5至3.0％并且质地酥脆的产品。
本发明的又一方面中，步骤(b)中热焯在93至95℃范围的温度下进行10分钟，其后浸泡在含2.0％的氯化钠的溶液中，并浸渍在0.2％KMS溶液中10分钟。
本发明的又一方面中，步骤(c)中脱水是将步骤(b)的产品以封闭的动态方式在50℃的温度下在高于大气压下脱水3至3.5小时，以得到含水量1.5至3.0％并且质地酥脆的产品。
本发明的又一方面中，所述马铃薯产品的形状为片形、指形、三角形、圆形、椭圆形、矩形、正方形、星形或其任意组合。
本发明的又一方面中，所述马铃薯产品复水率(rehydration ratio)为3∶1至6∶1。
本发明的又一方面中，所述马铃薯产品与传统干燥马铃薯片相比具有8至15倍的酥脆质地。
本发明的另一方面涉及一种生产脱水食品甜菜根的方法，该脱水食品与传统的同种食品相比色浅且褐变较少，并且具有与天然甜菜根的天然食品基本相同的营养和维生素值，所述方法包括以下步骤：
d.获得任意期望形状的切割或切片的生甜菜根产品，
e.在75至100℃的温度下热焯步骤(a)的产品2至10分钟，然后在含0.05至5％的氯化钙、3至10％的糖和0.1至8％的盐的溶液中浸泡5至30分钟，
f.将步骤(b)的产品以封闭的动态方式在40至65℃范围的温度下在高于大气压下脱水3至6小时，得到所述甜菜根产品。
本发明的又一方面中，步骤(b)中热焯在80℃的温度下进行3至4分钟，并浸渍在含0.5％的氯化钙、5％的糖和0.4％的盐的溶液15分钟。
本发明的又一方面中，步骤(c)中脱水是将步骤(b)的产品以封闭的动态方式在50℃的温度下在高于大气压下脱水3至3.5小时，以得到含水量1.5至3.0％并且质地酥脆的产品。
本发明的又一方面中，所述甜菜根产品的形状为片形、指形、三角形、圆形、椭圆形、矩形、正方形、星形或其任意组合。
本发明的又一方面中，所述甜菜根产品与传统干燥甜菜根产品相比具有1.5至8倍的酥脆质地。
本发明的又一方面中，所述色浅且褐变较少的干燥食品由如前述权利要求中任一项中所述的方法制备。
本发明的又一方面中，所述色浅且褐变较少的干燥食品苹果片是由其中所述产品是苹果片的方法生产的。
本发明的又一方面中，所述色浅且褐变较少的干燥食品苹果片与传统干燥苹果片相比具有8至15倍的酥脆质地，且保留基本相同的β-胡萝卜素值。
本发明的又一方面中，所述色浅且褐变较少的干燥食品是由其中所述产品是香蕉片的方法生产的。
本发明的又一方面中，所述色浅且褐变较少的干燥食品香蕉与传统干燥并油炸的香蕉片相比具有8至15倍的酥脆质地。
本发明的又一方面中，所述色浅且褐变较少的干燥食品香蕉是由其中所述产品是马铃薯片的方法生产的。
本发明的又一方面中，所述色浅且褐变较少的干燥食品马铃薯与传统油炸马铃薯片相比，其中所述干燥并油炸的马铃薯片的丙烯酰胺含量降低至1/5至1/15。
本发明的又一方面中，所述色浅且褐变较少的干燥食品中所述油炸后马铃薯片的油含量降低20至50％。
本发明的又一方面中，所述色浅且褐变较少的干燥食品是由其中所述产品是甜菜根片的上述方法生产的。
本发明的又一方面中，所述色浅且褐变较少的干燥食品与传统干燥甜菜根片相比，其中所述甜菜根片具有2至3倍的酥脆质地和0.8至1.0倍的蛋白消化率指数(protein digestibility index)。
于是，本发明涉及一种封闭式混合动态脱水系统，所述系统(如图2所示)包括：湿区(2)，其中第一热交换管(4)(冷却管)-蛇管或盘管组位于所述湿区内部，所述盘管可操作地与风扇(6a)相连，其收集热气并使收集的气体通过第二热交换器(5)(加热盘管)，
干区(1)，其中第二热交换器管(加热管)-蛇管或盘管组位于所述干区(1)内部，所述盘管也可操作地与风扇(6b)相连，其收集冷气并使冷气通过加热盘管(5)，
材料区(3)，其中放置食物以干燥，所述材料区(3)通过分隔壁(7a和7b)分别连接所述脱水系统的干区(1)和湿区(2)。所述分隔壁包含收缩孔(converging hole)，以便产生横跨所述分隔壁7a和7b的足够的压力差，并且热气从干区(1)流经食物，通过控制水分和湿度水平来干燥食物，流至湿区(2)，
所述热交换管(4和5)在管内载有冷却剂液体，并通过膨胀设备(20)和压缩机(21)连接，所有所述部件都封装在封闭室内。
本发明的一方面中，湿区的温度在10摄氏度至70摄氏度范围内，且相对湿度在05至80％RH的范围内。
本发明的另一方面中，干区的温度在10℃至60℃范围内，且相对湿度在05至80％RH的范围内。
本发明的又一方面中，包括控制装置来控制所述风扇的速度，由此控制食物干燥的速率。
本发明的又一方面中，所述系统包含任选的加热装置。
本发明的又一方面中，提供显示面板，由此显示详细信息，即温度、相对湿度、干燥过程中的重量变化、水分损失脱水曲线等，并设定运行参数的期望水平。
本发明的又一方面中，材料区在一个或更多个负载传感器(load cell)上的水平或倾斜位置放置有平台。
本发明的又一方面中，所述平台/托盘(8)含有孔(12)，所以放置其上的食物最大程度暴露于气体。
本发明的另一方面中，所述平台/托盘(8)包含框架(contour)(如图3所示)，所以食物碎片不会掉落。
本发明的又一方面中，在所述湿区收集的水滴通过在湿区提供排放口(如图6所示)排出，由此减少所述室的内部循环气体中的水分水平。
本发明的另一方面中，在所述室的顶部放置一个或更多个电动阀(11)，以释放所述室的内部的过度的压力。
本发明的另一方面中，传感器(9)放置于所述室的多个区，并与显示面板(30)相连。
所述系统包含LTHD的主要特征，其中水的分离与在其它传统系统中水的蒸发相对，低温干燥在约10～60℃的范围内进行。因此，潜热回收高达60～80％的程度。因此，食物加工成本显著降低。在本系统中由于加工过程中的低挥发性组分损失，在较低温度的干燥中保持了可靠性。而且，本系统有更好的效率，降低CO2的排放，且可用于大规模批量处理和连续加工。因此，所述加工是环境友好的。
冷凝指水分通过产生温度和湿度差异而被分离的过程。独特设备通过产生通风和温度和湿度差异而设计。用于研发目的，安装了测定气体循环多个阶段的湿度和温度的特殊传感器。为监测干燥过程中的水分损失，提供了数码模拟的负载传感器。在设备中构建的三个不同区域是低RH区、高RH区。
为提供最后的质地性质，提供了干燥的高级阶段后自动激活的加热器。(根据干燥加工的要求可包括任选的过程)。
水果和蔬菜通常含有高达80％至90％的水。由于系统依赖水的分离而非水的蒸发，所以可产生高质量的水，因此其可创建节水方案。
低处理温度的结果是干燥产品的颜色更淡，带来更高的市场价值。其减少在高温干燥中在表面下形成的1～2mm的褐斑、暗色条带。反过来，减少褐斑降低了干燥后处理花销及产品浪费。
食物的褐变可由酶和非酶(Maillard)反应引发，其通常损害食物的感官性质，这是由于在颜色、味道和质地以及营养性质方面的相关变化。酶性褐变要求四种成分，即氧气、酶、铜和底物。本系统是闭环系统，因此在系统中可创造惰性环境。
干燥过程中影响食物质量的因素
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与传统干燥或油炸操作相比，本发明的(LTHD)提高了食物质量，如表1至6所示。
本发明的(LTHD)通过在低温下操作，比传统烤箱干燥器少消耗50％的能量，如表7a和7b所示。
对于在所示LTHD中干燥的洋葱片，与传统干燥器相比有约30％的能量节约，并有更好的产品质量。观察到干燥的苹果显示极好的颜色和维生素A的保留，且所述干燥产品的整体质量很高。本申请的目的是研究马铃薯、苹果、香蕉、甜菜根、番石榴和干燥蔬菜的颜色、孔隙度、质地和再水合性质。冻干和真空干燥试验也进行了演示，用作LTHD干燥样品的对比。
食品的脱水以封闭的动态方式进行。封闭的动态方式是指食品在低温(其可在宽的范围温度变化)下脱水，以提供对热敏感材料进行干燥的好条件，并生产与传统同种食品相比色浅且褐变较少的脱水食品，并且具有与天然食品基本相同的营养和维生素值。该新的封闭式混合动态脱水方法包括三种干燥模式，即第一为温度梯度干燥(热从高温流向低温)，第二种模式是对流，以及第三种模式是冷凝机制，以显著地减少如高消耗、在干燥温度下的营养物流失、收缩损失、灼伤的问题，降低加工过程的损失，较少/无排放，简单和操作友好机制等。表述“低温”是指不超过60℃的温度，优选在35℃至60℃的范围内，且最优在35℃至50℃之间。如果保持较低温度，则脱水时间会延长，其也由待干燥的食品的性质决定，例如，如果是更多汁/水生的水果或蔬菜(如南瓜、菠萝等)会比对水含量更少的水果和蔬菜(如胡萝卜、苹果、马铃薯)脱水占用更多的时间。因此，选择特定种类的水果或蔬菜的持续时间、其它条件在本领域技术人员的技术范围内。
脱水步骤以封闭的动态方式进行，是指食物在高于大气压条件下暴露于低温热气体。但是，所述大气压不允许超过特定的水平，因此一个或更多个电动阀安装于所述室的顶部，以释放所述室的内部的多余压力。食品在封闭式动态系统中处理，不暴露食品于新鲜大气空气，而是加热介质如气体在封闭室内循环，其中所述待干燥的食品与热气体接触。
为实施所述方法，开发了封闭式混合动态脱水系统。所述系统利用三种加热模式如温度梯度(热从高温流向低温)、对流和冷凝机制；因此被称为混合系统。从一个区至另一个区的气流由在系统多个区之间存在的气流差异而产生，这就是所述方法/系统被称为动态方法/系统的原因。所述系统包含材料区(3)，其中保持待干燥的食物，所述材料区(3)通过分隔壁(7a和7b)分别连接所述脱水系统的干区(1)和湿区(2)。所述分隔壁包含收缩孔，以便产生横跨所述分隔壁7a和7b的足够的正压力差，热气从干区(1)流经食物至所述湿区(2)，通过控制水分和湿度水平来干燥食物。
表述“色浅且褐变较少”是指本产品表现出非常接近相应产品的颜色，且与市场上的相应产品相比颜色上浅得多。所述市场上的产品与本发明的所述产品相比，颜色上褐色深得多。
关于质量改善的本研究：
a)使用惰性环境以提高产品外观。
选择了苹果、香蕉、甜菜根、番石榴和马铃薯，因为它们易于因氧化而变为褐色。为了消除氧化，选择柠檬汁和皮作为空气干燥苹果褐变的天然抑制剂。
b)材料和方法
样品准备：苹果、香蕉、甜菜、胡萝卜购自本地超市。将所述材料切为120英毫厚的切片，然后立即浸入室温水中以防与氧气接触，并洗掉所切表面的酚类化合物和自由酶，因此避免氧化。尽快完成所述准备，不超过10分钟。当使用柠檬汁作为空气干燥样品褐变的天然抑制剂时，去籽；所压榨的柠檬汁用水稀释至10％、30％和50％的浓度。第二浸泡试剂通过用150ml蒸馏水来调配10g柠檬皮而后过滤来制备。滤液用作浸泡试剂。在空气干燥前，将约100g样品浸于150ml所述浸泡液中30分钟。
c)LTHD干燥可依附改进的气氛干燥器：
本试验的目的是用二氧化碳/氮气作为惰性气体。将安装在负载传感器上的食物托盘放置于所述干燥室中。所述室内干燥温度用T型热电偶测量，其插入在入口截面中部的位置。安装温度传感器以监测所述干燥室内的温度变化。样品的重量变化由负载传感器连续监测。所有数据可被数据记录器采集。
d)检查表面孔隙度
用扫描电子显微镜研究干燥食物样品的表面孔隙度。所述扫描电子显微镜以5nm的分辨率、15至200,000的放大倍率范围捕获详细的三维图像。在本研究中，检查每种干燥方法的样品，选择显示表面孔隙度清晰的图像。
e)收缩
干燥加工中，由于样品的水流失至干燥介质，样品的体积会有变化。体积的变化称为收缩，其相对于初始体积测量。
f)质地分析
用稳定的微系统质地分析仪(型号TA.XT2i，Godalming，Surry，英国)检测样品硬度。探针按样品大小和用户手册提供的准则来选择。在本研究中仅进行抗压测试(compression test)。
g)再水合研究
将能够将温度保持在30至100摄氏度的恒温水浴用于再水合试验。试验在60和80℃进行。对每个彻底干燥的样品先称重，置于茶滤水器(teadrainer)中，然后浸入所述水浴持续多个时长。在不同的时间间隔，将样品从水中取出；用纸巾轻轻擦除表面多余的水并称重。天平的精度为0.0001g。每次试验运转重复三次进行。记录给定的再水合过程中吸水重量的平均值。
h)LTHD干燥具有高能效，这是由于对移除的每单位水的潜热回收和低能消耗；得到高价值产品而对环境高度控制；产品稳定的产出以及封闭系统令使用惰性气体成为可能。
发明人进行了试验，结果与传统干燥比较，其中分析了多种参数，如干燥环境、干燥温度、表面孔隙度、收缩、颜色、味道、质地。此外，发明人进行了试验，由此将根据本发明干燥的食物质量与传统干燥对比。试验用多种水果和蔬菜进行。
用上述原理，发明人设计并在印度组装了一部工作装置。上述装置的图片如下图1中所示。此装置为批量加工装置，每次循环约可干燥3～4kg生材料。但是，将本系统作为大规模连续加工装置是在本领域技术人员的视界内的。
用此技术进行了一系列试验，显示出产品具有显著的消费者利益。所述系统能够加工食用级别马铃薯，给出显著优质的产品，并能解决农业相关质量问题以及马铃薯的季节性，同时给出商业上的显著竞争优势。图7至10所示图片说明与对同样质量马铃薯油炸的对比中本发明的优点。
实施例1(熟苹果片的制备流程图)
Figure BDA00002734968700151
实施例2(生香蕉片的制备流程图)
Figure BDA00002734968700161
实施例3(生马铃薯的制备流程图)
Figure BDA00002734968700171
实施例4(甜菜根片的制备)
Figure BDA00002734968700181
除了上述说明，本LTHD系统也有助于降低马铃薯片中丙烯酰胺(AA)水平级别。经PepsiCo Beaumont Park分析设备分析的样品确认用此技术加工的马铃薯片的AA水平＜50ppb，如表6所示。
本发明的上述优点并不仅限于马铃薯片。这可很好地用于其它水果和素食片的生产，如香蕉、苹果、菠萝、人心果片。(图7至10)。可以以比任何其它传统加工技术低得多的含油量(HDLT片5％～20％含油相对35％含油)制备这些片，以制造真正更健康的产品。
本发明也有助于减少碳排放，这是由于水在低得多的温度下从马铃薯蒸发而不需要蒸发潜热。此外，马铃薯储存问题可通过干燥马铃薯(或水果/素食片)颗粒的储存而被有效地解决。所述用于储存的干燥马铃薯颗粒的照片在图9中示出，其可进一步用油炸或微波技术烹制。这也为将所述干燥马铃薯颗粒用作潜在的户内解决方案提供了有意义的机会。
Figure BDA00002734968700211
Figure BDA00002734968700221
Figure BDA00002734968700231
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Figure BDA00002734968700401
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Figure BDA00002734968700421
Figure BDA00002734968700431
Figure BDA00002734968700441
本发明的优点
a)在本系统中生产了显著高质量的脱水水果和蔬菜产品。
b)在本系统中，可生产益生菌(pro-biotic)溶液原型，即豆腐粉、芦荟粉等。
c)本系统是节能系统，因为其基于潜热守恒。
d)考虑到油炸和传统干燥，本系统是低消耗型。
e)与已确认的冻干产品相比，本系统以更低的消耗提供更好的质量。
f)水的分离与其它传统系统中水的蒸发相对。
g)在本系统中，在约10～60℃的范围进行低温干燥。因此，潜热回收高达60～80％的程度。因此具有显著低的食物加工消耗。
h)在本系统加工过程中具有低挥发性组分损失，因此在更低温度干燥中可靠性得到保持。
i)本系统有更好的效率，降低CO2的排放，并能应用于大规模批量及连续加工。
j)技术上，本设备被证实为最成本有效的模型。由于所述系统致力于水的分离而非蒸发，因此具有潜热回收优点。
k)本发明中，低温干燥有助于保留产品中大多的营养物。
l)本设备中有特殊的气体循环，其有助于干燥加速。
m)本发明的设备可与其它食物加工方法互连，以满足消费者利益。
n)根据本发明的所述干燥加工是独特的，具有多种优点(多样产品/不同产品)。
o)根据本发明生产的产品在外观、质地和再水合特性方面极佳。
p)本发明所述设备和丰富也有助于减少食物中丙烯酰胺的形成。
本公开发明的优点由此以经济、实用和简便方式得到。由于说明了优选的方面和示例配置，进一步应理解多种进一步的修改和附加配置对本领域技术人员是显而易见的。本说明书中公开的特定实施方案和配置旨在说明，且正在进行进一步的试验以最佳地实施本发明，因此其不应解释为对本发明范围的限制。

Claims (56)

1.一种生产脱水食品的方法，该脱水食品与传统的同种食品相比色浅且褐变较少，并且具有与天然食品基本相同的营养和维生素值，所述方法包括以下步骤：
a.获得切割或切片的生食品，
b.在70至80℃的温度下热焯或浸泡步骤(a)的产品，并用化学品对其进行处理，所述化学品如本申请所描述那些，
c.将步骤(b)的产品以封闭的动态方式在35℃至60℃范围的温度下在高于大气压下脱水3至6小时，以得到含水量1.5至4.0％并且质地酥脆的产品。
2.如权利要求1中所要求保护的方法，其中所述食品优选为水果或蔬菜。
3.如权利要求2中所要求保护的方法，其中所述水果是苹果、香蕉、甜菜根、人心果、菠萝、无花果、葡萄或菠萝蜜。
4.如权利要求2中所要求保护的方法，其中所述蔬菜是马铃薯、洋葱或青豌豆。
5.如权利要求1中所要求保护的方法，其中步骤(b)中所述化学品选自焦亚硫酸钠、氯化钙、氯化钠或KMS溶液。
6.如权利要求1中所要求保护的方法，其中步骤(c)中相对湿度保持在5至80％的范围内。
7.如权利要求1中所要求保护的方法，其中步骤(c)的产品任选地在140～180℃范围的温度下油炸2至15分钟，和/或加入香料或任何调味剂。
8.如权利要求1中所要求保护的方法，其中所述产品的形状为片形、指形、三角形、圆形、椭圆形、矩形、正方形、星形或其任意组合。
9.一种生产脱水苹果产品的方法，该产品与传统的同种食品相比色浅且褐变较少，并且具有与天然苹果基本相同的营养和维生素值，所述方法包括以下步骤：
a.获得任意期望形状的切割或切片的生苹果产品，
b.在60℃至70℃的温度下热焯步骤(a)的产品30至50秒，并在含0.05至0.2％的焦亚硫酸钠、3至10％的糖和0.02至0.9的氯化钙的溶液中浸泡，
c.将步骤(b)的产品以封闭的动态方式在40至65℃范围的温度下在高于大气压下脱水3至6小时，以得到含水量1.5至3.0％并且质地酥脆的产品。
10.如权利要求9中所要求保护的方法，其中步骤(b)中所述热焯在65℃的温度下进行45秒，并浸泡在含0.1％的焦亚硫酸钠、6％的糖和0.5％的氯化钙的溶液中。
11.如权利要求9中所要求保护的方法，其中步骤(c)中所述脱水是将步骤(b)的产品以封闭的动态方式在50℃的温度下在高于大气压下脱水4.5至5小时，以得到含水量1.5至3.0％并且质地酥脆的产品。
12.如权利要求9至11中任一项所要求保护的方法，其中所述产品的形状为片形、指形、三角形、圆形、椭圆形、矩形、正方形、星形或其任意组合。
13.如权利要求9至12中任一项所要求保护的方法，其中所述产品与传统干燥苹果片相比具有8至15倍的酥脆质地，且保留基本相同的β-胡萝卜素值。
14.一种生产脱水香蕉产品的方法，该产品与传统的同种食品相比色浅且褐变较少，并且具有与天然香蕉基本相同的营养和维生素值，所述方法包括以下步骤：
a.获得任意期望形状的切割或切片的生香蕉产品，
b.将步骤(a)的产品在含0.05至0.2％的焦亚硫酸钠、0.2至0.9的氯化钙和0.1至0.9％的盐的溶液中浸泡，
c.将步骤(b)的产品以封闭的动态方式在40至65℃范围的温度下在高于大气压下脱水3至6小时，以得到所述产品。
15.如权利要求14中所要求保护的方法，其中步骤(b)中所述浸泡在温度65℃下在含0.2％的焦亚硫酸钠、0.5％的氯化钙和0.2％的盐的溶液中进行45秒。
16.如权利要求14中所要求保护的方法，其中步骤(c)中所述脱水是将步骤(b)的产品以封闭的动态方式在50℃的温度下在高于大气压下脱水3至3.5小时，以得到所述产品。
17.如权利要求14至16中任一项所要求保护的方法，其中所述产品的形状为片形、指形、三角形、圆形、椭圆形、矩形、正方形、星形或其任意组合。
18.如权利要求14至16中任一项所要求保护的方法，其中所述产品与传统干燥香蕉片相比具有2至10倍的酥脆质地。
19.一种生产脱水马铃薯产品的方法，该产品与传统的同种食品相比色浅且褐变较少，并且具有与天然马铃薯基本相同的营养和维生素值，所述方法包括以下步骤：
a.获得任意期望形状的切割或切片的生马铃薯产品，
b.在75℃至100℃的温度下热焯步骤(a)的产品10至50分钟，然后在含0.05至5％的氯化钠的溶液中浸泡，并在0.1至5.0％KMS溶液中浸渍5至30分钟，
c.将步骤(b)的产品以封闭的动态方式在40至65℃范围的温度下在高于大气压下脱水3至6小时，以得到含水量1.5至3.0％并且质地酥脆的产品。
20.如权利要求19中所要求保护的方法，其中步骤(b)中所述热焯在93至95℃的温度下进行10分钟，其后浸泡在含2.0％的氯化钠的溶液中，并浸渍在0.2％KMS溶液中10分钟。
21.如权利要求19中所要求保护的方法，其中步骤(c)中所述脱水是将步骤(b)的产品以封闭的动态方式在50℃的温度下在高于大气压下脱水3至3.5小时，以得到含水量1.5至3.0％并且质地酥脆的产品。
22.如权利要求19至21中任一项所要求保护的方法，其中所述产品的形状为片形、指形、三角形、圆形、椭圆形、矩形、正方形、星形或其任意组合。
23.如权利要求19至22中任一项所要求保护的方法，其中所述产品复水率为3∶1至6∶1。
24.如权利要求19至22中任一项所要求保护的方法，其中所述产品与传统干燥马铃薯片相比具有8至15倍的酥脆质地。
25.一种生产脱水甜菜根产品的方法，该产品与传统的同种食品相比色浅且褐变较少，并且具有与天然甜菜根基本相同的营养和维生素值，所述方法包括以下步骤：
a.获得任意期望形状的切割或切片的生甜菜根产品，
b.在75℃至100℃的温度下热焯步骤(a)的产品2至10分钟，然后在含0.05至5％的氯化钙、3至10％的糖和0.1至8％的盐的溶液中浸渍5至30分钟，
c.将步骤(b)的产品以封闭的动态方式在40至65℃范围的温度下在高于大气压下脱水3至6小时，得到所述甜菜根产品。
26.如权利要求25中所要求保护的方法，其中步骤(b)中所述热焯在80℃的温度下进行3至4分钟，并浸渍在含0.5％的氯化钙、5％的糖和0.4％的盐的溶液15分钟。
27.如权利要求25中所要求保护的方法，其中步骤(c)中所述脱水是将步骤(b)的产品以封闭的动态方式在50℃的温度下在高于大气压下脱水3至3.5小时，以得到含水量1.5至3.0％并且质地酥脆的产品。
28.如权利要求25至27中任一项所要求保护的方法，其中所述产品的形状为片形、指形、三角形、圆形、椭圆形、矩形、正方形、星形或其任意组合。
29.如权利要求25至28中任一项所要求保护的方法，其中所述产品与传统干燥甜菜根产品相比具有1.5至8倍的酥脆质地。
30.一种色浅且褐变较少的脱水食品，其由如前述权利要求中任一项中所要求保护的方法制备。
31.一种色浅且褐变较少的脱水食品，其由如权利要求9至13中任一项所要求保护的方法生产，其中所述产品是苹果片。
32.如权利要求9至13中任一项所要求保护的色浅且褐变较少的脱水食品，其是苹果片。
33.如权利要求32中所要求保护的色浅且褐变较少的脱水食品，其与传统干燥苹果片相比具有8至15倍的酥脆质地，并且保留基本相同的β-胡萝卜素值。
34.一种色浅且褐变较少的脱水食品，其由如权利要求14至18中任一项所要求保护的方法生产，其中所述产品是香蕉片。
35.如权利要求14至18中任一项所要求保护的色浅且褐变较少的脱水食品，其与传统干燥并油炸的香蕉片相比具有8至15倍的酥脆质地。
36.一种色浅且褐变较少的脱水食品，其由如权利要求19至24中任一项所要求保护的方法生产，其中所述产品是马铃薯片。
37.如权利要求36中所要求保护的色浅且褐变较少的脱水食品，与传统油炸马铃薯片相比，其中所述干燥并油炸的马铃薯片丙烯酰胺含量降低至1/5至1/15。
38.如权利要求37中所要求保护的色浅且褐变较少的脱水食品，其中所述油炸后马铃薯片油含量降低20至50％。
39.一种色浅且褐变较少的脱水食品，其由如权利要求25至29中任一项所要求保护的方法生产，其中所述产品是甜菜根片。
40.如权利要求39中所要求保护的色浅且褐变较少的脱水食品，与传统干燥甜菜根片相比，其中所述甜菜根片具有2至3倍的酥脆质地和0.8至1.0倍的蛋白消化率。
41.一种封闭式混合动态脱水系统，其用于生产脱水食品，该脱水食品与传统同种食品相比色浅且褐变较少，并且具有与天然食品基本相同的营养和维生素值，所述系统包括
湿区(2)，其中蛇管或盘管组形式的第一热交换器(4)位于所述湿区(2)内部，所述盘管可操作地与风扇(6a)相连，其收集热气并使收集的气体通过第一热交换器(4)，
干区(1)，其中蛇管或盘管组形式的第二热交换器(5)位于所述干区(1)内部，所述盘管也可操作地与风扇(6b)相连，其收集冷气并使冷气通过所述热交换器(5)，
材料区(3)，其中保持待干燥的食物，所述材料区连接所述脱水系统的所述干区(1)和湿区(3)，以便热气从干区流经所述食物，通过控制水分和湿度水平来干燥所述食物，并流向所述湿区(2)，
所述热交换器(4和5)在所述管内载有冷却剂液体，并通过膨胀设备(20)和压缩机(21)连接，并且所有所述部件都封装在封闭室内。
42.如权利要求41中所要求保护的封闭式混合动态脱水系统，其中所述材料区(3)通过分隔壁(7a和7b)分别连接所述脱水系统的所述干区(1)和湿区(2)；所述分隔壁包含收缩孔，以便产生横跨所述分隔壁7a和7b的足够的压力差，热气从干区(1)流经食物，通过控制水分和湿度水平来干燥所述食物，并流向所述湿区(2)。
43.如权利要求41中所要求保护的封闭式混合动态脱水系统，其中所述湿区的温度在10摄氏度至70摄氏度范围内，并且相对湿度在5至80％RH的范围内。
44.如权利要求41中所要求保护的封闭式混合动态脱水系统，其中所述干区的温度在10℃至60℃范围内，并且相对湿度在5至80％RH的范围内。
45.如权利要求41中所要求保护的封闭式混合动态脱水系统，其中通过控制手段来控制所述风扇的速度，由此控制食物干燥的速率。
46.如权利要求41中所要求保护的封闭式混合动态脱水系统，其中所述系统任选地包含另一加热装置。
47.如权利要求41中所要求保护的封闭式混合动态脱水系统，其中提供显示面板，由此显示参数如温度、相对湿度、干燥过程中的重量变化、水分损失脱水曲线等的详细信息，并设定运行参数的期望水平。
48.如权利要求41中所要求保护的封闭式混合动态脱水系统，其中所述材料区在一个或更多个负载传感器上有水平或倾斜或曲折或其结合形式的平台。
49.如权利要求49中所要求保护的封闭式混合动态脱水系统，其中所述平台/托盘具有穿孔，使得放置于其上的食物最大程度暴露于气体。
50.如权利要求49中所要求保护的封闭式混合动态脱水系统，其中所述平台/托盘包含框架，使得片形式的食品不会掉落。
51.如权利要求41中所要求保护的封闭式混合动态脱水系统，其中在所述湿区收集的水滴通过在湿区提供排放口排出，由此减少所述室的内部的循环气体中的水分水平。
52.如权利要求41中所要求保护的封闭式混合动态脱水系统，其中在所述室的顶部放置有一个或更多个电动阀，以释放所述室的内部的任何过度的压力。
53.如权利要求41中所要求保护的封闭式混合动态脱水系统，其中在所述室的多个区放置有传感器，并与所述显示面板相连。
54.如权利要求41中所要求保护的封闭式混合动态脱水系统，其中低温干燥在约10～60℃的范围内进行。
55.如权利要求41中所要求保护的封闭式混合动态脱水系统，其中所述系统用于制备蔬菜或水果产品，如苹果片、香蕉片、甜菜根片和马铃薯片。
56.如权利要求41中所要求保护的封闭式混合动态脱水系统，其中所述系统能够生产丙烯酰胺含量降低至1/5至1/15的干燥产品。
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