章斌，侯小楨，謝澤玲

（1.韓山師范學(xué)院生物系，廣東 潮州 521041；2.韓山師范學(xué)院美術(shù)系，廣東 潮州 521041）

真空冷凍干燥（Vacuum Freeze Drying，以下簡稱“凍干”）是在較高真空條件下，使預(yù)先凍結(jié)的物料中的水分以冰晶體形式直接升華為水蒸氣而除去，從而獲得干燥制品的技術(shù)。國內(nèi)外有關(guān)凍干的研究已有不少報道，且研究內(nèi)容大多集中在對凍干理論、凍干工藝和凍干設(shè)備的研究這3個方面[1-3]。從加工設(shè)備及工藝參數(shù)來看，凍干是一種操作費(fèi)用較高、能耗大、干燥時間較長的干燥方法，因而在工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用受到一定限制[4-5]。

近幾年來，超聲波技術(shù)因其獨(dú)特的熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)而在功能活性成分提取、食品殺菌與保鮮、食品結(jié)晶與凍結(jié)、食品干燥等方面有著越來越廣泛的應(yīng)用[6-8]。但將超聲波技術(shù)與其他干燥技術(shù)（如熱風(fēng)干燥、微波干燥、真空冷凍組合干燥等）結(jié)合起來用于果蔬脆片的研究鮮有報道；另一方面，組合干燥技術(shù)現(xiàn)已成為干燥技術(shù)的一個重要研究內(nèi)容和發(fā)展方向[9-10]，作為分支之一的超聲波-真空冷凍組合干燥技術(shù)亦將成為未來干燥技術(shù)的一個重要方向。因此，本試驗(yàn)采用超聲波法對香蕉片進(jìn)行預(yù)處理，探討超聲波對凍干香蕉片的影響，以期為超聲波技術(shù)與凍干技術(shù)的結(jié)合使用提供一些理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

香蕉：九成熟，無機(jī)械損傷，購于韓山師院西區(qū)市場。

BCD-257SL型冰箱：海爾集團(tuán)；FD-1D-50型真空冷凍干燥機(jī)：北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；CS101-1A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：重慶銀河試驗(yàn)儀器廠；KQ-500VDB型臺式數(shù)控超聲波清洗器：昆山超聲儀器有限公司；AUW120型電子分析天平：日本島津公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

原料→去皮→切片（6 mm厚）→超聲波處理→預(yù)冷→凍結(jié)→真空冷凍干燥→檢驗(yàn)→成品

1.2.2 試驗(yàn)指標(biāo)測定

1.2.2.1 成品含水量測定[11]

隨機(jī)取干燥好的香蕉片2 g～5 g，切碎放入稱量瓶，置熱風(fēng)干燥箱，于105℃下干燥至重量變化不超過3 mg。

1.2.2.2 復(fù)水率測定[12]

將真空冷凍干燥好的香蕉片放入水中，讓其充分吸水20min～30min；瀝干表面和四周的水，稱重，計(jì)算。

1.2.2.3 凍干終點(diǎn)和凍干總時間的確定

以“NY/T 948-2006-香蕉脆片標(biāo)準(zhǔn)”中的成品含水量5.0%為參照，在凍干后期，每隔一定時間迅速取出樣品稱重，使經(jīng)超聲波預(yù)處理后的香蕉片樣品干燥至統(tǒng)一含水量5.0%為止，記錄相應(yīng)的凍干時間。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波功率對凍干香蕉片的影響

超聲波頻率45 kHz，分別在超聲波功率80、100、120、140、160、180、200 W 條件下預(yù)處理 20 min，然后按1.2.1流程進(jìn)行凍干處理，測定凍干總時間和成品復(fù)水率，結(jié)果分別見圖1和圖2。

圖1 超聲波功率對凍干總時間的影響Fig.1 Effects on drying time by ultrasonic power

圖2 超聲波功率對成品復(fù)水率的影響Fig.2 Effects on rehydration rate by ultrasonic power

由圖1和圖2可知：隨著超聲波功率的增加，凍干總時間先減少后增大，成品復(fù)水率先增大后降低；140W預(yù)處理?xiàng)l件下的凍干總時間達(dá)至最小，復(fù)水率為最高?？赡艿脑蚴浅暡üβ手嘎暡ㄋ哂械哪芰浚β试酱?，能量也越大，對物料性狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機(jī)械作用強(qiáng)度亦愈大；過高的功率會導(dǎo)致細(xì)胞破裂，從而導(dǎo)致在凍結(jié)過程所形成的冰晶體分布不均，影響升華通道的形成，延緩升華干燥時間。

2.2 超聲波作用時間對凍干香蕉片的影響

超聲波頻率45 kHz，于140 W功率下分別超聲處理 15、20、25、30、35、40、45、50 min 進(jìn)行預(yù)處理，然后按1.2.1流程進(jìn)行凍干處理，測定凍干總時間和成品復(fù)水率，結(jié)果分別見圖3和圖4。

圖3 超聲波作用時間對凍干總時間的影響Fig.3 Effects on drying time by extraction time

圖4 超聲波作用時間對成品復(fù)水率的影響Fig.4 Effects on rehydration rate by extraction time

從圖3和圖4可看出：在一定頻率和一定功率下，經(jīng)超聲波處理后的樣品凍干總時間均有所縮短，在35 min時達(dá)至最小值；而經(jīng)超聲波處理后的成品復(fù)水率均有所升高，且在35 min時達(dá)至最大。可能的原因是經(jīng)適當(dāng)時間地超聲波后，原料內(nèi)部組織逐漸形成海綿狀疏松結(jié)構(gòu)，形成的冰晶明顯減小，分布更加均勻，在凍結(jié)過程中利于升華通道的生成[6，13]；另一方面，空化作用有助于除去部分結(jié)合水，從而節(jié)省后期的凍干總時間[14]。

2.3 超聲波頻率對凍干香蕉片的影響

超聲波功率140 W，分別在28、45、100 kHz超聲波頻率下預(yù)處理35 min；然后按1.2.1流程進(jìn)行凍干處理，測定凍干總時間和成品復(fù)水率，結(jié)果分別見圖5和圖6。

圖5 超聲波頻率對凍干總時間的影響Fig.5 Effects on drying time by ultrasonic frequency

圖6 超聲波頻率對成品復(fù)水率的影響Fig.6 Effects on rehydration rate by ultrasonic frequency

由圖5和圖6知：45 kHz處理?xiàng)l件下的凍干總時間最短，成品復(fù)水率最大；過高或過低的超聲波頻率均對成品品質(zhì)有一定不良影響?？赡艿脑蚴禽^低頻率的超聲波所產(chǎn)生的空化效應(yīng)與香蕉片組織破碎的振幅接近，易產(chǎn)生共振效果，形成更好的升華通道，便于凍干時的冰晶體升華干燥[15]；而超聲波頻率較高時，空化作用反而變得不顯著，對原料升華通道的形成無明顯影響。

2.4 超聲波預(yù)處理?xiàng)l件優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以凍干總時間為考核指標(biāo)，采用L9（33）正交試驗(yàn)優(yōu)化超聲波預(yù)處理?xiàng)l件，正交試驗(yàn)結(jié)果與方差分析結(jié)果分別見表1和表2。

表1結(jié)果表明：影響真空冷凍干燥香蕉片的因素主次順序?yàn)锽（超聲波作用時間）＞A（超聲波功率）＞C（超聲波頻率），超聲波預(yù)處理香蕉片的優(yōu)化工藝條件為A1B2C3；因此組合不在正交試驗(yàn)組中；經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)，并與A2B3C1組合比較，確定超聲波預(yù)處理香蕉片最優(yōu)條件為A2B3C1，即超聲波功率140 W、超聲波作用時間40 min、超聲波頻率28 kHz；此條件下的凍干總時間為8.9 h。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 1 Results of orthogonal experimental design

表2 方差分析表Table 2 Results of variance analysis

表2的方差分析結(jié)果表明：超聲波功率和超聲波處理時間對真空冷凍干燥香蕉片的影響差異顯著，而超聲波頻率不顯著。

3 結(jié)論

1）影響凍干香蕉片的因素主次順序?yàn)椋撼暡ㄗ饔脮r間>超聲波功率>超聲波頻率；且超聲波功率和超聲波處理時間對凍干香蕉片的影響差異顯著，而超聲波頻率不顯著。

2）超聲波預(yù)處理香蕉片的最優(yōu)工藝條件為：超聲波功率140 W、超聲波作用時間40 min、超聲波頻率28 kHz；此條件下的凍干總時間為8.9 h。

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