CN105231346A - 一种三阶段常压微波喷动干燥快速制备果蔬脆粒的方法 - Google Patents
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Abstract
一种三阶段常压微波喷动干燥快速制备果蔬脆粒的方法，属于果蔬食品加工技术领域。本发明制备果蔬脆粒的工艺流程为：将新鲜果蔬原料进行预处理：选取、清洗、切粒、漂烫灭酶、护色处理，将预处理之后的果蔬粒进行三阶段常压微波喷动干燥，包装贮藏。本发明采用了微波干燥技术，与单纯热风干燥相比节能50%~55%，时间缩短60%~65%；与单一阶段常压微波喷动干燥相比节能20%~30%以上，时间缩短20%~30%。脉冲喷动有利于改善物料干燥的均匀性，可提高果蔬干制品的品质；同时三阶段干燥能够有效地改善物料装载量和能耗利用率，有利于微波干燥技术及装置在农产品及食品加工领域方面一体化应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种三阶段常压微波喷动干燥快速制备果蔬脆粒的方法，涉及果蔬脱水加工，属于果蔬食品加工技术领域。
背景技术
近年来果蔬脆粒因其口感松脆、低脂肪、高纤维、富含维生素和多种矿物质，携带方便，保质期长等特点，成为非常流行的休闲果蔬食品，深受广大消费者喜爱。目前市场上仍以油炸型膨化果蔬脆粒为主，由于在常压条件下进行油炸，导致油温较高，致使产品的营养成分损失严重，色、香、味较差，而且生产用油进行高温加工重复使用，容易引起油的氧化和酸败，经常食用会对人的健康造成不利影响。
非油炸膨化方法的研究，是目前休闲食品加工研究的热点之一。在所有的技术研究当中，微波干燥的应用无疑是非常高效、普遍，且具有发展潜力的一项技术。其特点是穿透能力强，能深入物料内部，从内到外实现对物料的整体加热，尤其对含水量偏小的物料，能大幅度缩短干燥时间，提高干燥脱水的效率，降低干燥成本，提高果蔬脆粒的膨化率。
微波是频率在300MHZ到300GHZ的电磁波。其加热物料的基本原理在于由于微波属于电磁波范畴，极性分子在微波场内随着微波频率的改变而不停地摆动、摩擦，微波电场能转化为介质内的热能，使物料温度升高，水分迅速由内而外扩散。由于物料内部极性分子分布不均以及微波场在干燥过程中的分布问题，使得普通微波干燥有不均匀现象产生。为了克服微波干燥的不均匀性，本发明采用脉冲喷动结合微波进行干燥处理，通过间歇性地向干燥腔中进气而形成压力差，从而产生喷动的气流，使得物料在干燥腔内不断改变位置而减轻了加热不均的现象，避免了烧焦点的出现，提高了产品的品质。三阶段干燥生产工艺简单，操作方便，能满足工业化生产；同时，三阶段干燥能够有效地改善物料装载量和能耗利用率，为微波干燥技术及装置在农产品及食品领域方面规模化、连续化及自动化应用奠定了基础。
陈燕等（2004）针对荔枝热风干燥中存在的问题，应用自制的微波干燥试验测试系统，采用间歇干燥工艺，试验研究了荔枝微波干燥特性及干燥条件对干后品质、能耗的影响。结果表明，荔枝微波干燥主要出于恒速阶段，干燥速度取决于不同的间歇比；温度变化可分为上升和趋于稳定两个阶段；微波间歇时间对干后品质有显著影响，干燥能耗受间歇比的影响，但主要影响因素是加热时间。该研究采用间歇式微波干燥控制加热速率，使热点集中的热量得以向周围扩散，然而此方法对提高微波加热的均匀性是非常有限的。本发明则采用了微波喷动的方式，喷动气流不仅能带给产品较好的干燥均匀性，还能降低干燥后期产品的表面温度。
马先英等（2007）采用了不同参数组合对胡萝卜片进行热风与微波组合的干燥试验，研究了胡萝卜的干燥特性，并用多因素正交试验方法，分析了各因素对试验指标的影响。结果表明用热风与微波组合干燥胡萝卜的最佳工艺参数为热风温度65℃，微波功率为170W，转换点物料含水率为60%；用热风与微波组合干燥的干燥速率较常规的热风干燥速率提高1.4倍以上，干制品的质量明显提高。该研究采用热风-微波联合干燥对胡萝卜进行干燥，转换点不易控制。此外，由于样品处于静止状态，没有喷动起来，微波加热的不均匀性会影响干后产品的品质。而本发明在加工工艺以及改善微波加热的均匀性问题上更具新颖性。
宋贤聚等（2009）采用真空微波-真空油炸-真空微波三阶段联合脱水工艺生产低含油率马铃薯脆片，并对三阶段联合脱水工艺进行优化，得出三阶段联合脱水工艺的最佳转换点。三阶段联合脱水过程的优化工艺条件为：前期微波强度1.4W/g在真空度0.06MPa下真空微波预干燥8min，然后，在100℃和0.09MPa条件下真空油炸15min，最后在微波强度2.4W/g和真空度0.095MPa条件下干燥4min。三阶段联合脱水工艺的转换点对应马铃薯的水分质量分数分别为68%（湿基）和10%（湿基）左右。而本发明是在非油炸的情况下，制得的产品色泽、体积以及松脆性也能达到上述要求，一些感官指标可能还优于上述工艺制得的产品；与此同时，本发明整个干燥过程在同一个设备中完成，工艺流程简便，经济效益高，更具有新颖性。
章虹、冯宇飞等（2012）通过单因素实验和正交实验确定莴苣微波喷动干燥的最佳工艺参数，并将产品和热风、喷动、真空冷冻、真空微波干燥的产品进行比较，旨在发现微波喷动干燥的优势所在。产品的质量主要通过复水率、叶绿素质量分数、色泽、能耗、感官评定等方面来衡量。实验结果表明莴苣最佳微波喷动干燥参数为干燥前期（10min），微波功率为300W，热风温度为68~78℃，喷动风速为8m/s；干燥后期（45min）微波功率为200W，热风温度为68~78℃，喷动风速为6m/s。然而本发明在其原有的基础上对干燥设备以及工艺进行了改进，多腔分段干燥不仅能够有效地改善物料装载量，而且更利于一体化生产，节能环保。
王建中等（2012）以茭白为原料，复水率为评价指标，采用响应面法优化干燥工艺参数，探讨茭白颗粒热风-微波联合喷动干燥的效果。不同喷动干燥方式研究表明：热风-微波联合喷动干燥条件对茭白复水率影响显著（p<0.05）。响应面优化最佳参数表明，进风温度52℃，颗粒大小8mm，微波功率2.7W/g。在此最佳条件下，茭白复水率达到3.05，试验结果与模型预测值吻合度达99%。方差分析表明，颗粒大小、微波功率对茭白复水性影响极显著（p<0.01），温度（A）与颗粒大小（B）交互项对复水率影响显著（p<0.05）。在干燥中期以及后期，由于物料含水率以及本身介电特性的变化，导致其对微波能的吸收能力降低。而本发明通过分段干燥来控制脉冲频率以及微波功率的变化，其更加节约干燥时间及能耗，具有高效节能的优点。
经检索与本发明密切相关的专利，具体分析如下：
杨方银、姜晓文等人公开“一种热风干燥脱水调理莴苣片的加工方法（专利号：200910101525.3）”,该发明采用箱式热风干燥机对莴苣片进行分段干燥处理。在第三阶段中，利用低温强风除去部分毛细结合水和结合水，防止产品吸潮，并适当降低莴苣品温，避免产品变色焦化。与本发明相比，此专利中干燥时间为7~10个小时，期间一直需要人工翻炒，故极其耗费人力物力。而本发明采用常压微波喷动干燥，在各阶段中只需改变微波的功率以及脉冲喷动频率即可，不仅省时省力，而且产品亦可以保持高品质。
张慜、孙金才等人公开了“一种提高微波喷动干燥中颗粒状果蔬均匀膨化效果的分段方法（专利号：200910213559.1）”，该专利通过热风与微波喷动干燥分段方法使得颗粒状果蔬在微波场受热均匀，水分蒸发迅速，干燥之后果蔬呈多孔性结构，有效地提高了产品的膨化度，在颗粒状果蔬被迅速干燥的同时也提高了产品的膨化效果并保证产品均匀膨化，营养成分保存好，色泽、感官等品质好的特点。但是该专利将热风干燥与微波喷动干燥联合干燥，转换点不易控制，会导致膨化效果不易一致。而本发明的工艺流程更加简化，不需要前期的预处理如热风干燥；脉冲喷动的气流为常温气体，更加节约能耗。
张慜、王玉川公开了“一种负压微波均匀化喷动干燥装置及应用（专利号：201010572843.0）”，该专利研究了由于物料在负压下能够实现喷动，采用该装置可实现物料在真空微波干燥条件下喷动、旋转、流动，达到物料高效、均匀干燥的目的，同时缩短了干燥时间40%以上，降低了生产的成本，此专利主要侧重于喷动干燥装置的设计，对其应用的参数描述较少。与本发明相比，其在真空条件下对物料进行喷动干燥，对设备的要求更高，而且此专利的装载量不能够满足工业化生产的要求。本发明采用三阶段多腔常压微波喷动干燥，有效地改善物料装载量和能耗利用率。
孙金才、张慜等人公开了“一种常压与负压相结合的微波喷动床均匀化干燥莴苣的方法（专利号：201110365286.X）”，该专利采用了微波干燥技术，分四个阶段对莴苣进行微波喷动干燥，第一阶段采用高风速、高温度，使干燥速率达到最高，而采用低微波功率可以将微波“棱角效应”产生的边角易过度加热以致焦黄的现象降低；第二阶段采用高微波功率可以使物料内部产生更多的孔道，使产品的复水率更高；第三、四阶段采用负压微波喷动干燥，使物料处在较低的蒸汽压下进行干燥，降低了物料温度，改善了因后期水分含量低而难于干燥的情况，缩短了干燥时间，降低了干燥能耗，减少了莴苣中叶绿素在加工过程中的流失。与本发明相比，此专利采用常压与负压相结合的方式，而负压条件对设备的要求更高，且不易操控。本发明是在常压下进行微波喷动干燥，工艺流程简便，经济效益高，更具有新颖性。
孙金才、王文标等人公开了“一种常压均匀微波喷动干燥设备（专利号：201220373878.6）”。与本发明相比，此专利侧重于喷动干燥装置的设置，对其应用的参数描述较少。
郑丹丹、张慜等人公开了“一种射频预处理与微波脉冲喷动联合均匀干燥制备调理牛蒡粒的方法（专利号：201310438304.1）”，该专利通过前期20min的射频预处理来除去牛蒡粒表面的水分；然后将牛蒡粒进行分段式微波喷动干燥，干燥所需时间60min。所得调理牛蒡粒均匀性好、香气浓郁。而本发明的工艺流程更加简化，不需要前期的预处理如射频预干燥，缩短了干燥时间，能耗效果更加显著。
张慜、卢利群等人公开了“一种负压下两种频率微波组合干燥调理莴苣品质的方法（专利号：201410525911.6）”，该专利采用了2450MHz微波与915MHz微波组合干燥莴苣颗粒。利用915MHz微波穿透力强的特点，该方法可缩短加热时间，增加设备的装载量。负压条件下先2450MHz微波再915MHz微波脉冲联合干燥调理莴苣，其均匀化干燥优势在干燥后期，后期设备中可放置1/2体积以上的调理莴苣；负压条件下先915MHz微波再2450MHz微波脉冲联合干燥调理莴苣，其均匀化干燥优势在干燥前期，前期设备中可放置1/2体积以上的调理莴苣。采用的高低频微波组合干燥技术干燥后的莴苣颗粒叶绿素含量高，复水率高、复水后口感较好，最大程度地保持了产品原有的色泽、风味及营养价值。与此专利相比，本发明在改善物料的装载量上更具有优势，有利于微波喷动干燥技术食品加工领域规模化、连续化及自动化的应用。
张慜、徐惠群等人公开了“三阶段脉冲喷动负压低频微波干燥制备即食酥脆黄秋葵的方法（专利号：201410738845.0）”，该专利采用915MHz低频微波，通过控制各阶段的微波功率、喷动频率、真空度等参数来进行黄秋葵干燥，整个干燥过程工艺流程简便，经济效益高，具有新颖性。与此专利相比，本发明亦是借鉴了此干燥方法取得良好的干燥效果；然而本发明是在常压下进行三阶段微波喷动干燥，干燥设备以及干燥工艺的改进更有利于规模化大批量生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种三阶段常压微波喷动干燥快速制备果蔬脆粒的方法，涉及果蔬脱水加工，可改善物料装载量和能耗利用率，有利于微波干燥技术在食品领域方面规模化、连续化及自动化应用。
本发明的技术方案，一种三阶段常压微波喷动干燥快速制备果蔬脆粒的方法，将新鲜果蔬原料进行预处理：选取、清洗、切粒、漂烫灭酶和护色处理，将预处理之后的果蔬粒进行三阶段常压微波喷动干燥，最后包装贮藏；具体步骤如下：
（1）预处理：将新鲜果蔬进行选取、清洗、切粒，然后在90~98℃下进行漂烫1.5~5min，漂烫后在护色液中浸泡30min进行护色处理；
（2）将护色后的果蔬粒进行三阶段常压微波喷动干燥：
a、第一阶段：微波功率2.0~2.5w/g，脉冲频率为1min喷动3次，每次6s间歇式喷动，干燥至高水分果蔬湿基含水率55%~60%；
b、第二阶段：微波功率1.5~2.0w/g，脉冲频率为1min喷动6次，每次4s间歇式喷动，干燥至果蔬湿基含水率20%~25%；
c、第三阶段：微波功率1.0~1.5w/g，脉冲频率为1min喷动10次，每次2s间歇式喷动，干燥至控制果蔬湿基含水率6%左右；
（3）包装贮藏：将步骤（2）所得的果蔬粒冷却至室温，并进行充氮铝箔袋包装，即得成品果蔬脆粒。
步骤（1）中切粒时，切成1~1.2×1~1.2×1~1.2cm3的粒。步骤（1）中护色液为质量浓度0.1%Vc和0.1%的一水柠檬酸组合水溶液。
步骤（2）中所述三阶段常压微波喷动干燥所用设备的主体为三段式的常压均匀微波喷动干燥装置，第一阶段干燥装置具有四个第一干燥仓，每个第一干燥仓的物料装载量相同；第二阶段干燥装置具有两个第二干燥仓，然后第一阶段干燥后的物料两两混合转移到第二阶段的第二干燥仓中进行干燥；在第三阶段，干燥装置只有一个第三干燥仓，第二阶段干燥后的物料混合转移到第三干燥仓进行干燥；其中，物料的转移是通过传送带来完成的。三个干燥阶段可以一体化、规模化连续生产。
果蔬原料为天然或切割成颗粒状的果蔬，如马铃薯、胡萝卜、青毛豆等。
本发明的有益效果：与传统的干燥工艺相比较，采用常压微波喷动干燥的方式，既能提高物料干燥的均匀性，又能提高干后产品的品质。一方面利用微波能穿透力强的特点，使物料内外同时升温形成整体加热，缩短了干燥时间，同时由于物料内部水分的迅速汽化和迁移，形成无数微孔通道，产生多孔性的结构，并阻止产品的干缩，从而极大的提高产品的脆性。
另一方面，采用分段式微波喷动干燥改善了物料装载量，降低了干燥能耗，有利于一体化生产，有利于微波技术在食品加工领域规模化、连续化及自动化的应用；喷动的气流除了改善干燥均匀性以外，还能够降低干燥后期物料表面的温度，使得产品品质（色泽、风味、营养价值）得到提高并且干燥过程更容易控制。
附图说明
图1是三阶段常压均匀微波喷动干燥装置。
附图标记说明：1、第一干燥仓；2、第二干燥仓；3、第三干燥仓。
具体实施方式
实施例1：一种三阶段常压微波喷动干燥快速制备马铃薯脆粒的方法
（1）预处理：设备装载量共20kg，以新鲜马铃薯为原料，将马铃薯进行选取、清洗、切粒，切成1×1×1cm3的粒，漂烫，漂烫温度为90~95℃，漂烫时间为3min；将漂烫后马铃薯粒进行护色处理，护色液为质量浓度0.1%Vc和0.1%一水柠檬酸组合水溶液；
（2）三阶段常压微波喷动干燥：将护色后的马铃薯粒进行三阶段常压微波喷动干燥：
第一阶段：微波功率2.0w/g，脉冲频率为1min喷动3次，每次6s间歇式喷动，干燥至马铃薯粒湿基含水率55%~60%，干燥时间约为25min；
第二阶段：微波功率1.5w/g，脉冲频率为1min喷动6次，每次4s间歇式喷动，干燥至马铃薯粒湿基含水率20%~25%，干燥时间约为20min；
第三阶段：微波功率1.0w/g，脉冲频率为1min喷动10次，每次2s间歇式喷动，干燥至马铃薯粒湿基含水率6%左右，干燥时间约为10min。
步骤（2）中所述设备的主体为三段式的常压均匀微波喷动干燥装置，第一阶段干燥装置具有四个第一干燥仓1，每个第一干燥仓1的物料装载量相同；然后第一阶段干燥后的物料两两混合转移到第二阶段的第二干燥仓2中进行干燥，有两个第二干燥仓2；在第三阶段，干燥设备只有一个第三干燥仓3，用于干燥第二阶段干燥后的物料；其中，物料的转移是通过传送带来完成的。三个干燥阶段可以一体化、规模化连续生产。
（3）包装贮藏：干燥结束后将马铃薯脆粒冷却至室温，并进行充氮铝箔袋包装。
所得样品的亮度值L*=71.52，脆度值即破碎力在3600g左右，香味浓郁，干燥后样品均匀度（水分、色差、体积）高达94%。相比于单一阶段的常压微波喷动干燥，其干燥时间缩短20%~30%，干燥能耗降低20%~30%。
实施例2：一种三阶段常压微波喷动干燥快速制备胡萝卜脆粒的方法
（1）预处理：设备装载量共20kg，以新鲜胡萝卜为原料，将胡萝卜进行选取、清洗、切粒，切成1×1×1cm3的粒，漂烫，漂烫时间为4min，漂烫温度为90~95℃；将漂烫后胡萝卜粒进行护色处理，护色液为质量浓度0.1%Vc和0.1%一水柠檬酸组合水溶液；
（2）三阶段常压微波喷动干燥：将护色后的胡萝卜粒进行三阶段常压微波喷动干燥：
第一阶段：微波功率2.0w/g，脉冲频率为1min喷动3次，每次6s间歇式喷动，干燥至胡萝卜粒湿基含水率55%~60%，干燥时间约为15min；
第二阶段：微波功率1.5w/g，脉冲频率为1min喷动6次，每次4s间歇式喷动，干燥至胡萝卜粒湿基含水率20%~25%，干燥时间约为10min；
第三阶段：微波功率1.0w/g，脉冲频率为1min喷动10次，每次2s间歇式喷动，干燥至胡萝卜粒湿基含水率6%左右，干燥时间约为5min。
步骤（2）中所述设备的主体为三段式的常压均匀微波喷动干燥装置，第一阶段干燥装置具有四个第一干燥仓1，每个第一干燥仓1的物料装载量相同；然后第一阶段干燥后的物料两两混合转移到第二阶段的第二干燥仓2中进行干燥，具有两个第二干燥仓2；在第三阶段，干燥设备只有一个第三干燥仓3，用于干燥第二阶段干燥后的物料；其中，物料的转移是通过传送带来完成的。三个干燥阶段可以一体化、规模化连续生产。
（3）包装贮藏：干燥结束后将胡萝卜脆粒冷却至室温，并进行充氮铝箔袋包装。
所得样品的红绿值a*=28.70，类胡萝卜素含量保存率达到77%，干燥后样品均匀度（水分、色差、体积）高达94%。相比于单一阶段的常压微波喷动干燥，其干燥时间缩短20%~30%，干燥能耗降低20%~30%。
实施例3：一种三阶段常压微波喷动干燥快速制备青毛豆脆粒的方法
（1）预处理：设备装载量共20kg，以新鲜青毛豆为原料，将青毛豆去荚取粒、清洗后置于沸水中进行漂烫，漂烫时间为1.5~2min，漂烫温度为95~98℃；将漂烫后的毛豆粒迅速用冷却水冷却，冷却至物料中心温度10℃以下，之后取出沥干表面水分。
（2）三阶段常压微波喷动干燥：然后将毛豆粒进行三阶段常压微波喷动干燥：
第一阶段：微波功率2.0w/g，脉冲频率为1min喷动3次，每次6s间歇式喷动，干燥至毛豆粒湿基含水率55%~60%，干燥时间约为15min；
第二阶段：微波功率1.5w/g，脉冲频率为1min喷动6次，每次4s间歇式喷动，干燥至毛豆粒湿基含水率20%~25%，干燥时间约为20min；
第三阶段：微波功率1.0w/g，脉冲频率为1min喷动10次，每次2s间歇式喷动，干燥至毛豆粒湿基含水率6%左右，干燥时间约为15min。
步骤（2）中所述设备的主体为三段式的常压均匀微波喷动干燥装置，第一阶段干燥装置具有四个第一干燥仓1，每个第一干燥仓1的物料装载量相同；然后第一阶段干燥后的物料两两混合转移到第二阶段的第二干燥仓2中进行干燥，具有两个第二干燥仓2；在第三阶段，干燥设备只有一个第三干燥仓3，用于干燥第二阶段干燥后的物料；其中，物料的转移是通过传送带来完成的。三个干燥阶段可以一体化、规模化连续生产。
（3）包装贮藏：干燥结束后将毛豆脆粒冷却至室温，并进行充氮铝箔袋包装。
所得样品的红绿值a*=-14.55，Vc含量保存率达到70.97%，脆度值即破碎力在3973.8g左右，香味浓郁，干燥后样品均匀度（水分、色差、体积）高达94%。相比于单一阶段的常压微波喷动干燥，其干燥时间缩短20%~30%，干燥能耗降低20%~30%。
Claims (5)
1.一种三阶段常压微波喷动干燥快速制备果蔬脆粒的方法，其特征在于：将新鲜果蔬原料进行预处理：选取、清洗、切粒、漂烫灭酶和护色处理，将预处理之后的果蔬粒进行三阶段常压微波喷动干燥，最后包装贮藏；具体步骤如下：
（1）预处理：将新鲜果蔬进行选取、清洗、切粒，然后在90~98℃下进行漂烫1.5~5min，漂烫后在护色液中浸泡30min进行护色处理；
（2）将护色后的果蔬粒进行三阶段常压微波喷动干燥：
a、第一阶段：微波功率2.0~2.5w/g，脉冲频率为1min喷动3次，每次6s间歇式喷动，干燥至高水分果蔬湿基含水率55%~60%；
b、第二阶段：微波功率1.5~2.0w/g，脉冲频率为1min喷动6次，每次4s间歇式喷动，干燥至果蔬湿基含水率20%~25%；
c、第三阶段：微波功率1.0~1.5w/g，脉冲频率为1min喷动10次，每次2s间歇式喷动，干燥至控制果蔬湿基含水率6%；
（3）包装贮藏：将步骤（2）所得的果蔬粒冷却至室温，并进行充氮铝箔袋包装，即得成品果蔬脆粒。
2.根据权利要求1所述三阶段常压微波喷动干燥快速制备果蔬脆粒的方法，其特征在于：步骤（1）中切粒时，切成1~1.2×1~1.2×1~1.2cm3的粒。
3.根据权利要求1所述三阶段常压微波喷动干燥快速制备果蔬脆粒的方法，其特征在于：步骤（1）中护色液为质量浓度0.1%Vc和0.1%的一水柠檬酸组合水溶液。
4.根据权利要求1所述三阶段常压微波喷动干燥快速制备果蔬脆粒的方法，其特征在于：步骤（2）所述三阶段常压微波喷动干燥所用设备的主体为三段式的常压均匀微波喷动干燥装置，第一阶段干燥装置具有四个第一干燥仓（1），每个第一干燥仓（1）的物料装载量相同；第二阶段干燥装置具有两个第二干燥仓（2），然后第一阶段干燥后的物料两两混合转移到第二阶段的第二干燥仓（2）中进行干燥；在第三阶段，干燥装置只有一个第三干燥仓（3），第二阶段干燥后的物料混合转移到第三干燥仓（3）进行干燥；其中，物料的转移是通过传送带来完成的；三个干燥阶段可以一体化、规模化连续生产。
5.根据权利要求1所述三阶段常压微波喷动干燥快速制备果蔬脆粒的方法，其特征是果蔬原料为天然或切割成颗粒状的果蔬，如马铃薯、胡萝卜、青毛豆。
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