CN111406792A - 一种微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及农产品深加工技术领域，具体涉及一种微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法。包括以下步骤：将果蔬置于微波干燥设备中进行微波预干燥处理；所述微波预干燥处理的过程中，监控果蔬的温度和自由水含量信号值，根据以下公式确定果蔬的酶活性指数和含水量指数：P＝‑0.00003T3+0.0096T2‑1.0645T+38.99，P为果蔬的酶活性指数，T为果蔬的摄氏温度值；M＝0.1241ln(Y)‑0.209，Y为果蔬的自由水含量信号值，M为果蔬的含水量指数；待果蔬的酶活性指数达到0以下且含水量指数达到新鲜果蔬含水量指数的60％以下，停止微波预干燥处理。本发明具有干燥速率快、干燥品质高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及农产品深加工技术领域，具体涉及一种微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法。
背景技术
水果蔬菜是人体所需的维生素、多糖、蛋白质、淀粉、膳食纤维、钙、镁、铜、铁等矿物质及人体所必须的氨基酸等微量元素的主要来源，在人们日常生活中不可或缺的重要食物，具有促进肠道蠕动、美容养颜、降脂控糖及平衡人体细胞电解质平衡稳定等重要作用。
目前，果蔬的食用还是以新鲜果蔬为主，但是新鲜果蔬的含水率很高(50％-95％)，生物活性高，呼吸作用强。正常条件下，新鲜蔬菜的保质期只有2-3天，新鲜水果的保质期为一周左右，对一些收获集中的果蔬来说保鲜、储藏和运输是目前仍需解决的难题。目前，人们为了保证果蔬品质，延长果蔬的货架期，采取的主要措施主要包括低温贮藏、冷链运输、喷洒“保鲜剂”及惰性气体减缓呼吸作用等。这些措施对果蔬的保鲜和货架期的延长起到了重要的作用，但是随之而来的是对储运条件和费用要求过高的问题。在果蔬集中收获季节仍然有大量的果蔬因未及时的储运、销售而导致腐烂变质。
为了延长果蔬的货架期，降低果蔬储运成本，根据果蔬含水率高这一显著的特点，将果蔬及时脱水干制可以很好的降低果蔬的生物活性和呼吸作用，从而延长其货架期。并且，大量水分的去除，大大减轻了果蔬在运输过程中的重量，大大降低了储运条件，极大的提高了果蔬的经济效益。干制果蔬由于其口感独特，复水性好，已经越来越多的应用到如泡面、自热火锅、等方便食品等领域。同时，随着人们日益增长的美好生活需求，果蔬也已经由单纯的果腹并提供营养物质的角色转变成了日常生活的高级休闲食品，果脯、蔬菜干制品零食越来越受到人们的喜爱。
目前，果蔬的主要干制方式为热风干燥，果蔬中糖分、蛋白质、氨基酸等热敏性物质在长时间高温下极易变质。例如，香蕉中、苹果、莲藕等糖分含量很高，长时间高温干燥极易使糖分产生焦褐化现象，干制品外观表现为颜色发黑；胡萝卜、猕猴桃、芒果等含有大量的维生素、氨基酸等热敏性物质，长时间的高温加热极易使这些营养物质流失；平菇、香菇、毛豆、马铃薯等含有较高含量的蛋白质，在高温的作用下极易产生非酶促褐变。果蔬褐变之后营养成分损失，有些营养成分变得不易消化吸收，同时其中的矿物质的生物活性也会大幅下降。因此，目前果蔬的干燥以低温热风干燥(40-70℃)为主。以多酚氧化酶和过氧化物酶为代表的酶类是导致果蔬热风干燥过程中产生褐变的主要物质。酶作为一种热敏性物质，其活性具有很强的温度依赖性。同种酶在不同的果蔬中其产生作用的适宜温度范围是不同的，但是大致来说，当温度低于70℃时，果蔬中酶仍然存在一定的活性。因此，果蔬的热风干燥过程中存在不可调和的矛盾：高温可以灭酶、缩短干燥时间，但是同时也会导致营养物质的流失；低温可以避免一些热敏物质的分解，但是会增加干燥时间，产生严重褐变。同时，酶活的测试方法主要包括紫外分光光度计法、快速测酶法等，但测试过程中需要大量的试剂，会对环境造成一定的污染。
微波作为一种电磁波，具有穿透力强、体积加热、加热效率高、选择性加热等优点。例如，在微波作用下3W/g的功率可以迅速使杏鲍菇、苹果、花生的温度上升至90℃。果蔬中的酶在微波和高温的破坏作用下可以迅速失活，从而达到灭酶的目的。众所周知，微波的热效应是依靠果蔬内部水分的高频振动产生的热效应而实现的，在微波加热灭酶的过程会伴随着果蔬物料内部水分因温度升高而散失。
果蔬中的水分按照其活跃程度可以分为自由水、结合水和不易流动的的水，在果蔬干燥过程中这三种水脱除的难易程度是不同的。低场核磁技术作为一种新技术，可以检测物料内部水分的迁移变化情况。应用在微波预干燥过程中可以快捷、无损的检测果蔬在不同的预干燥及干燥阶段的含水率。
发明内容
针对现有技术存在的果蔬货架期短、脱水时间长、储运费用高及干制品品质难以保证等问题，本发明提供了一种微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法，该方法具有干燥效率高、干燥品质好及干燥过程易控制等特点，在进一步的工业化生产方面具有重要的实际意义。
具体来说，本发明提供了如下技术方案。
一种微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法，包括以下步骤：
(1)将果蔬置于微波干燥设备中进行微波预干燥处理；
(2)所述微波预干燥处理的过程中，监控果蔬的温度，并且利用低场核磁共振监控果蔬的自由水含量信号值，根据以下公式确定果蔬的酶活性指数和含水量指数：
P＝-0.00003T3+0.0096T2-1.0645T+38.99；
其中，P为果蔬的酶活性指数，T为果蔬的摄氏温度值；
M＝0.1241ln(Y)-0.209；
其中，Y为果蔬的自由水含量信号值，M为果蔬的含水量指数；
(3)待果蔬的酶活性指数达到0以下且含水量指数达到新鲜果蔬的含水量指数的60％以下，停止微波预干燥处理。
其中，所述新鲜果蔬的含水量指数通过将新鲜果蔬的自由水含量信号值带入公式M＝0.1241ln(Y)-0.209中计算得到，所述新鲜果蔬的自由水含量信号值通过低场核磁共振检测得到。
果蔬中的酶主要包括多酚氧化酶和过氧化物酶，两者的热敏性相近，可以将其酶活和果蔬的温度进行动态关联，用温度阈值对酶活进行间接动态调控。本发明建立了基于酶活、温度值、自由水含量信号值及含水率的果蔬微波预干燥动力学模型，并将动力学模型与预干燥指标相结合建立了预干燥调控机制，目的是得到较高品质的预干果蔬进而提高果蔬的干燥效率和干燥品质。
优选的，上述微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法中，所述微波预干燥处理的过程中，待果蔬的酶活性指数达到-3～0且含水量指数达到新鲜果蔬含水量指数的55％～60％，停止微波预干燥处理，更优选的，待果蔬的酶活性指数达到-1～0且含水量指数达到新鲜果蔬含水量指数的58％～60％，停止微波预干燥处理。
优选的，上述微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法中，所述微波预干燥处理的过程中，控制微波功率为0.5-10W/g。
优选的，上述微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法中，所述微波干燥设备为微波滚动床干燥设备，所述微波预干燥处理的过程中，控制所述微波滚动床干燥设备的滚筒转速为1-10rpm，风温为40-85℃，风速为0-5m/s。本发明所述微波滚动床干燥设备主要由微波源、谐振腔、滚筒、热风机、控制系统等组成，可以利用微波的热效应提升物料温度，从而实现物料的灭酶和脱水，同时微波对果蔬中的酶也具有一定的破坏作用，微波滚动床干燥设备具有干燥速度快、加热效率高、加热均匀性好等特点。
为了保证果蔬预干品质的均匀性，在微波处理前需要对所述微波滚动床干燥设备进行预热，预热参数为滚筒转速为5-10rpm，风速为0-0.5m/s，风温为65-85℃，当滚筒表面温度达到60℃时视为预热完成。
优选的，上述微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法中，所述微波预干燥处理包括以下3个阶段：
W1果蔬升温阶段：将果蔬置于微波滚动床干燥设备中，控制微波滚动床干燥设备的微波功率为5.1-7.5W/g，滚筒转速为5-10rpm，风速为0-0.5m/s，风温为65-85℃进行微波处理，待果蔬的温度达到70℃以上进入高温灭酶阶段；
W2高温灭酶阶段：控制所述微波滚动床干燥设备的微波功率为0.5-5.5W/g，滚筒转速为1-5rpm，风速为0-0.5m/s，风温为50-70℃进行微波处理，待果蔬的酶活性指数达到0以下进入适温促干阶段；
W3适温促干阶段：控制所述微波滚动床干燥设备的微波功率为0.5-1.5W/g，滚筒转速为1-5rpm，风速为4-5m/s，风温为40-70℃进行微波处理，待果蔬的含水量指数达到新鲜果蔬含水量指数的60％以下，停止微波预干燥处理。
优选的，上述微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法中，所述微波预干燥处理之前，还包括下述步骤：将果蔬清洗干燥，切块或切段或切片。
优选的，上述微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法中，所述切块为将果蔬切割成边长不大于30mm的立方体，所述切段为将果蔬切割成直径不大于5mm且长度不大于30mm的柱形体，所述切片为将果蔬切割成厚度不大于5mm且直径不大于30mm的片状体。并且，需要对所述的果蔬进行低场核磁测试，以确定所处理的果蔬的含水率及果蔬中自由水含量信号值。
优选的，上述微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法中，所述微波预干燥处理之后，还包括热风干燥：将微波预干燥处理后的果蔬在40-100℃热风下进行干燥处理，得到含水量为8-10％的果蔬干。
本发明还提供一种果蔬干，其通过上述微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法制备得到。
本发明所取得的有益效果：
(1)本发明的干制方法首次将果蔬的酶活、温度值、自由水含量信号值及含水率结合起来，得到果蔬微波预干燥动力学模型，并将动力学模型与预干燥指标相结合建立了预干燥调控机制；
(2)本发明的干制方法具有干燥速率快、灭酶效果好、干燥品质高、高效节能、环保卫生的优点，有效的监控了微波预干过程中水分的迁移变化，降低了果蔬的干燥成本、生产能耗、储存成本，能有效的延长果蔬的货架期，为下一步实现连续的工业化生产奠定了基础，在果蔬干燥的规模化加工生产中具有很好的应用前景；
(3)利用本方法的干制方法可以得到其他干制方法难以实现的果蔬品质及干燥效率，极大的提升了果蔬的附加值，对果蔬产业的健康发展具有极大的推动作用。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但不用来限制本发明的范围。
以下实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。以下实施例中所用的实验原料和相关设备等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
以下实施例所用微波滚动床干燥设备请参见吕为乔等人于2018年10月25日申请的，于2019年4月5日公开的第CN109579463A号中国公开专利申请“一种微波滚动床干燥设备”，申请人：中国农业大学。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。
以下实施例中，果蔬的自由水含量信号值通过低场核磁共振检测得到。测试条件为：样品采用LF-NMR分析仪(NMI20-015V-I，Niumag Co.，Ltd.，苏州，中国)测定果蔬中各种水分相关的核磁信号值。CPMG序列采用的参数：采样点数TD＝184920，采样频率SW＝200kHz；重复等待时间TR＝6s；重复累加次数NS＝4。使用纽迈核磁共振分析软件，使用SIRT算法100000次迭代拟合，将采集到的核磁信号值衰减曲线代入弛豫模型，拟合并反演可以得到样品的核磁信号值弛豫信息，最终获得自由水含量信号值。
实施例1
一种微波灭酶和低场核磁协同干制杏鲍菇的方法，包括以下步骤：
(1)将新鲜无机械损伤的杏鲍菇清洗后晾干，然后切成边长为20mm的立方体，新鲜杏鲍菇的自由水含量信号值通过低场核磁共振检测为7600；
(2)将微波滚动床干燥设备进行预热，预热参数为滚筒转速为5rpm，风速为0.5m/s，风温为70℃，当滚筒表面温度达到60℃时预热完成；
(3)将3000g杏鲍菇立方体置于微波滚动床的滚筒中进行多阶段W1-W3灭酶促干，同时监控果蔬的温度，并且利用低场核磁共振监控果蔬的自由水含量信号值(每隔一定的时间，将杏鲍菇颗粒从微波滚动床干燥设备中取出微量，立刻置于低场核磁设备的测量管中)，根据以下公式确定果蔬的酶活性指数和含水量指数：
P＝-0.00003T3+0.0096T2-1.0645T+38.99；
其中，P为果蔬的酶活性指数，T为果蔬的摄氏温度值；
M＝0.1241ln(Y)-0.209；
其中，Y为果蔬的自由水含量信号值，M为果蔬的含水量指数；
附：根据新鲜杏鲍菇测得的自由水含量信号值7600带入公式可计算得到新鲜杏鲍菇的含水量指数为90％。
W1果蔬升温阶段：控制微波滚动床的微波功率、滚筒转速、风速和风温分别为4.5W/g、7rpm、0.2m/s和75℃，微波处理210s后果蔬的温度达到70℃，进入高温灭酶阶段；
W2高温灭酶阶段：控制微波滚动床的微波功率、滚筒转速、风速和风温分别为3.0W/g、3rpm、0.3m/s和60℃，微波处理300s后杏鲍菇的酶活性指数为-2，进入适温促干阶段；
W3适温促干阶段：控制微波滚动床的微波功率、滚筒转速、风速和风温分别为1.0W/g、5rpm、4.5m/s和45℃，微波处理600s后杏鲍菇的自由水含量信号值为313，即杏鲍菇的含水量指数为50.4％，达到新鲜杏鲍菇含水量指数的56％，停止微波处理；
(4)将微波处理后的果蔬在60℃、2m/s的热风下进行干燥处理200min，得到含水率在8％的杏鲍菇干。
对比例1
对比例1采用传统的热风干燥干制杏鲍菇，包括以下步骤：
(1)将新鲜无机械损伤的杏鲍菇清洗后晾干，然后切成边长为20mm的立方体；
(2)将3000g杏鲍菇立方体置于烘箱中进行热风干燥，风速2m/s，风温为60℃，480min后得到含水率在8％的杏鲍菇干。
实施例2
一种微波灭酶和低场核磁协同干制长豆角的方法，包括以下步骤：
(1)将新鲜无机械损伤的长豆角清洗后晾干，然后切成长度为50mm的豆角段，新鲜长豆角的自由水含量信号值通过低场核磁共振检测为7015；
(2)将微波滚动床干燥设备进行预热，预热参数为滚筒转速为5rpm，风速为0.5m/s，风温为70℃，当滚筒表面温度达到60℃时预热完成；
(3)将3000g长豆角段置于微波滚动床的滚筒中进行多阶段W1-W3灭酶促干，同时监控果蔬的温度，并且利用低场核磁共振监控果蔬的含水量(每隔一定的时间，将长豆角段从微波滚动床干燥设备中取出微量，立刻置于低场核磁设备的测量管中)，根据以下公式确定果蔬的酶活性指数和含水量指数：
P＝-0.00003T3+0.0096T2-1.0645T+38.99；
其中，P为果蔬的酶活性指数，T为果蔬的摄氏温度值；
M＝0.1241ln(Y)-0.209；
其中，Y为果蔬的自由水含量信号值，M为果蔬的含水量指数；
附：根据新鲜长豆角测得的自由水含量信号值7015带入公式可计算得到新鲜长豆角的含水量指数为89％；
W1果蔬升温阶段：控制微波滚动床的微波功率、滚筒转速、风速和风温分别为5.5W/g、6rpm、0.3m/s和75℃，微波处理240s后果蔬的温度达到70℃，进入高温灭酶阶段；
W2高温灭酶阶段：控制微波滚动床的微波功率、滚筒转速、风速和风温分别为2.5W/g、3rpm、0.3m/s和60℃，微波处理480s后长豆角的酶活性指数为-2.4，进入适温促干阶段；
W3适温促干阶段：控制微波滚动床的微波功率、滚筒转速、风速和风温分别为0.5W/g、4rpm、3.5m/s和45℃，微波处理580s后长豆角的自由水含量信号值为398，即长豆角的含水量指数为53.4％，达到新鲜长豆角自由水含量指数的60％，停止微波处理；
(4)将微波处理后的果蔬在60℃、2m/s的热风下进行干燥处理178min，得到含水率在8％的长豆角干。
对比例2
对比例2采用传统的热风干燥干制长豆角，包括以下步骤：
(1)将新鲜无机械损伤的长豆角清洗后晾干，然后切成长度为50mm的豆角段；
(2)将3000g豆角段置于烘箱中进行热风干燥，风速2m/s，风温为60℃，480min后得到含水率在8％的长豆角干。
实施例3
实施例3采用与实施例1相同的方法干制杏鲍菇，区别仅在于：在W2高温灭酶阶段，微波处理至杏鲍菇的酶活性指数为0.5，进入适温促干阶段；在W3适温促干阶段，微波处理至杏鲍菇的自由水含量信号值为997，即杏鲍菇的含水量指数为64.8％，达到新鲜杏鲍菇含水量指数的72％，停止微波处理。
试验例
对上述实施例和对比例所述干制方法得到的果蔬干分别从颜色、维生素C保留率、多糖保留率、复水特性和质构进行检测，检测方法如下，检测结果见表1。
颜色：利用CR-400型色差计辅助人眼观察，测定不同预处理后样品的色差。其中，L*为明度指数，L*＝0表示黑色，L*＝100表示白色，a*,b*为彩度指数，+a方向颜色接近红色，-a颜色接近绿色；+b方向接近红色，-b方向接近蓝色，ΔE为两点之间的变化值，测定过程参考的方法，在测定之前对色差仪进行黑白校正，校正完之后测定样品表面色泽L*、a*、b*。
维生素C保留率：GB 14754-2010食品安全国家标准食品添加剂维生素C(抗坏血酸)。
多糖：NY/T 1676-2008食用菌中粗多糖含量的测定。
复水率：复水率(RC)测定称取干燥的样品(大约2g)放入90℃水浴条件下，持保持5min，每次样品选取五个，然后取出样品，放置在不锈钢筛网上面，用吸水纸快速吸附样品表面水分，再称取样品重量，然后再继续进行复水试验，直到2次复水间隔趋于稳定结束试验。最后按照公式计算样品的复水能力。
式中：RC—物料复水率；Wt—复水t时刻的重量；W0—样品初始重量。
形变量：将干燥前后的物料置于融化的蜡液中，裹一层薄薄的蜡液，将裹好蜡液的物料置于已知体积(V1)的密度瓶中，然后将去离子水置于密度瓶中直至倒满，并记录导入密度瓶的去离子水的体积(V2)，利用公式V＝V1-V2计算即可得到物料的体积(V)。用该方法测量物料干燥前后的体积VQ和VH，利用公式计算形变量(XB):
XB＝(VQ-VH)/VQ
表1果蔬干的检测结果
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对其作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将果蔬置于微波干燥设备中进行微波预干燥处理；
(2)所述微波预干燥处理的过程中，监控果蔬的温度，并且利用低场核磁共振监控果蔬的自由水含量信号值，根据以下公式确定果蔬的酶活性指数和含水量指数：
P＝-0.00003T3+0.0096T2-1.0645T+38.99；
其中，P为果蔬的酶活性指数，T为果蔬的摄氏温度值；
M＝0.1241ln(Y)-0.209；
其中，Y为果蔬的自由水含量信号值，M为果蔬的含水量指数；
(3)待果蔬的酶活性指数达到0以下且含水量指数达到新鲜果蔬的含水量指数的60％以下，停止微波预干燥处理。
2.根据权利要求1所述的微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法，其中，所述新鲜果蔬的含水量指数通过将新鲜果蔬的自由水含量信号值带入公式M＝0.1241ln(Y)-0.209中计算得到，所述新鲜果蔬的自由水含量信号值通过低场核磁共振检测得到。
3.根据权利要求1或2所述的微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法，其中，所述微波预干燥处理的过程中，待果蔬的酶活性指数达到-3～0且含水量指数达到新鲜果蔬含水量指数的55％～60％，停止微波预干燥处理，优选的，待果蔬的酶活性指数达到-1～0且含水量指数达到新鲜果蔬含水量指数的58％～60％，停止微波预干燥处理。
4.根据权利要求1-3任一项所述的微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法，其中，所述微波预干燥处理的过程中，控制微波功率为0.5～10W/g。
5.根据权利要求1-4任一项所述的微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法，其中，所述微波干燥设备为微波滚动床干燥设备，所述微波预干燥处理的过程中，控制所述微波滚动床干燥设备的滚筒转速为1～10rpm，风温为40～85℃，风速为0～5m/s。
6.根据权利要求5所述的微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法，其中，所述微波预干燥处理包括以下3个阶段：
W1果蔬升温阶段：将果蔬置于微波滚动床干燥设备中，控制微波滚动床干燥设备的微波功率为5.1～7.5W/g，滚筒转速为5～10rpm，风速为0～0.5m/s，风温为65～85℃进行微波处理，待果蔬的温度达到70℃以上进入高温灭酶阶段；
W2高温灭酶阶段：控制所述微波滚动床干燥设备的微波功率为0.5～5.5W/g，滚筒转速为1～5rpm，风速为0～0.5m/s，风温为50～70℃进行微波处理，待果蔬的酶活性指数达到0以下进入适温促干阶段；
W3适温促干阶段：控制所述微波滚动床干燥设备的微波功率为0.5～1.5W/g，滚筒转速为1～5rpm，风速为4～5m/s，风温为40～70℃进行微波处理，待果蔬的含水量指数达到新鲜果蔬含水量指数的60％以下，停止微波预干燥处理。
7.根据权利要求1-6任一项所述的微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法，其中，所述微波预干燥处理之前，还包括下述步骤：将果蔬清洗干燥，切块或切段或切片。
8.根据权利要求7所述的微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法，其中，所述切块为将果蔬切割成边长不大于30mm的立方体，所述切段为将果蔬切割成直径不大于5mm且长度不大于30mm的柱形体，所述切片为将果蔬切割成厚度不大于5mm且直径不大于30mm的片状体。
9.根据权利要求1-8任一项所述的微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法，其中，所述微波预干燥处理之后，还包括热风干燥：将微波预干燥处理后的果蔬在40～100℃热风下进行干燥处理，得到含水量为8～10％的果蔬干。
10.一种果蔬干，其特征在于，通过权利要求1-9任一项所述的微波灭酶和低场核磁协同干制果蔬的方法制备得到。
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