草莓流態(tài)化液氮凍結(jié)的研究

草莓流態(tài)化液氮凍結(jié)的研究

草莓是薔薇科的一種漿果果實(shí)。這是一種集營(yíng)養(yǎng)和香味于一體的高質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)水果。草莓質(zhì)地柔軟多汁,收獲期短,因此貯運(yùn)比較困難。常溫下,一般僅能存放1～2天;在-0.5～0℃,相對(duì)濕度85～90%時(shí),最高儲(chǔ)期僅7～8日;即使低溫貯藏和氣調(diào)相結(jié)合,最長(zhǎng)貯期也不超過(guò)15天,因而對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期保鮮貯藏非常困難。草莓除了一部分鮮吃外,很大部分都用于加工,一般是制成草莓醬、草莓汁、草莓罐頭、糕點(diǎn)和飲料等。對(duì)草莓進(jìn)行噴霧式流態(tài)化液氮速凍,首先研究不同的循環(huán)風(fēng)速(0.5m·s-1～5.0m·s-1)、物料高度(4cm～6cm)和不同規(guī)格的篩板(孔徑都為5mm,開(kāi)孔率分別為30%、40%、50%)對(duì)草莓物料壓降的影響,尋找其最佳流態(tài)化效果,再研究?jī)鼋Y(jié)速度與解凍后的汁液流失率關(guān)系等,旨在探索草莓的適宜凍結(jié)工藝條件,以期對(duì)草莓保鮮貯藏提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。1材料和方法1.1試驗(yàn)材料草莓(豐香型):購(gòu)自昆明市官渡區(qū)。1.2設(shè)備恒溫水浴鍋;天平;真空包裝機(jī);冰箱;液氮速凍裝置(圖1)等。1.3測(cè)試方法1.3.1溫度傳感器檢測(cè)將兩根同等長(zhǎng)度的康銅絲和純銅絲相互纏繞在一起,一端用細(xì)砂紙打磨約5mm長(zhǎng),并用錫點(diǎn)焊將兩金屬絲頂端相互連接在一起,另一端則打磨約30mm長(zhǎng)(打磨時(shí)盡量在保持原粗細(xì)的前提下將表面鍍層盡量磨干凈)后插入傳感器中,打開(kāi)計(jì)算機(jī)溫度測(cè)試程序,將熱電偶一端放入恒溫水浴鍋中,找出讓溫度曲線平穩(wěn)的參數(shù)值。再浸入不同濃度的NaCl和MgCl2冰水溶液中,用同樣方法得到使溫度平穩(wěn)的參數(shù)值,由此確定熱電偶的測(cè)溫性質(zhì),并于程序中進(jìn)行校正設(shè)定,達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)溫的目的。1.3.2篩板壓力變化測(cè)量?jī)鼋Y(jié)室底部可安裝不同規(guī)格(孔徑、開(kāi)孔率)的篩板,篩板上下表面附近分別與U型管壓力計(jì)兩端相連,用于測(cè)量篩板上下的壓力變化。此外,將風(fēng)速計(jì)探頭置于篩板下方并連接至主控電腦。試驗(yàn)時(shí)在各種規(guī)格篩板上放置草莓樣品,采用不同的風(fēng)速,記錄U型管壓力計(jì)兩端的壓強(qiáng),繪制出壓降圖,同時(shí)觀察樣品在篩板上的流化狀態(tài)。分析壓降圖及樣品的流化狀態(tài),得出該樣品最適宜的篩板和風(fēng)速等。1.3.3心和表面添加量的確定取大小適中的草莓,將熱電偶穿過(guò)其較為結(jié)實(shí)的部分后,分別插入草莓的中心和表面(約1mm處),與其它未連接熱電偶的草莓一起放入凍結(jié)室中進(jìn)行試驗(yàn)。凍結(jié)溫度分別采用-90℃、-70℃、-50℃及-35℃(-35℃用冰箱凍結(jié)),溫度變化及凍結(jié)溫度曲線由計(jì)算機(jī)顯示并自動(dòng)記錄和繪制。1.3.4凍傷率以時(shí)間計(jì)算,即食品中心溫度從-1℃降至-5℃所需的時(shí)間。1.3.5汁液流失率測(cè)定把不同凍結(jié)溫度下所得的草莓凍品,放入-26℃冰箱中凍藏6個(gè)月,取出凍品于室溫下空氣中解凍,讓汁液自然流出,用濾紙吸干其表面水后稱重,計(jì)算汁液流失率。汁液流失率(%)=100(解凍前重-解凍后重)/解凍前重。2結(jié)果與討論2.1正常流化狀態(tài)篩板空隙率的選擇必須從以下兩個(gè)方面加以考慮:1)篩網(wǎng)孔洞必須小于被凍結(jié)食品,以防漏料;2)篩網(wǎng)阻力必須滿足當(dāng)流化床出現(xiàn)10%左右的空床時(shí),床層其余部分的氣流速度不低于臨界速度,以保證正常流態(tài)化操作。研究選擇不同的循環(huán)風(fēng)速(0.5m.s-1～5.0m·s-1)和物料高度(4cm～6cm),以及不同規(guī)格的篩板(孔徑都為5mm,開(kāi)孔率分別為40%、50%)對(duì)新鮮草莓進(jìn)行流態(tài)化狀況研究,尋找其最佳流態(tài)化效果,結(jié)果如圖2～4所示。在風(fēng)速較小時(shí)物料層靜止不動(dòng),這時(shí)氣流從物料間通過(guò),氣體對(duì)物料的推力和摩擦力,不足以推動(dòng)物料,此狀態(tài)稱為“固定床”;隨著氣流速度的增大,食品床層兩側(cè)的氣流壓降也將增加,氣流速度增加到一定值時(shí),草莓層開(kāi)始松動(dòng),當(dāng)壓力降達(dá)到一定數(shù)值時(shí),物料不再保持靜止?fàn)顟B(tài),部分物料懸浮向上,使食品床層膨松,空隙率增大,即開(kāi)始進(jìn)入流化狀態(tài),此狀態(tài)稱為“臨界流化床”,所對(duì)應(yīng)的氣流速度為臨界流化速度,或最小流化速度,此時(shí)的流化態(tài)還不穩(wěn)定;“正常流化狀態(tài)”是處于臨界流化速度以上的某一范圍內(nèi):隨著氣流速度的進(jìn)一步增大,床層的均勻和平穩(wěn)狀態(tài)受到破壞,物料內(nèi)部極易出現(xiàn)“溝流”,溝流的出現(xiàn)使氣流分布不均勻,大部分冷風(fēng)不能與食品顆粒充分接觸便已通過(guò),出現(xiàn)強(qiáng)烈的顆粒攙混現(xiàn)象并使凍結(jié)過(guò)程減弱。由圖2可以看出,當(dāng)采用開(kāi)孔率為30%,孔徑為5mm的篩板時(shí),效果不好,在風(fēng)速0.5m·s-1～4.0m·s-1時(shí)為固定床狀態(tài),正常流化狀態(tài)出現(xiàn)很短(風(fēng)速4.0m.s-1～4.5m.s-1)且很不穩(wěn)定;由圖3結(jié)果反映出,當(dāng)采用開(kāi)孔率為40%,孔徑為5mm的篩板時(shí),效果也不甚好,3種床層高度下,草莓在風(fēng)速0.5m·s-1～2.0m·s-1為固定床狀態(tài),沒(méi)有出現(xiàn)穩(wěn)定的正常流化狀態(tài)。而由圖4結(jié)果則知,當(dāng)選用開(kāi)孔率為50%,孔徑為5mm的篩板時(shí),在三種物料層高度下,它們的流態(tài)化效果都較好,風(fēng)速超過(guò)2.0m·s-1時(shí),都進(jìn)入了正常流化狀態(tài),且風(fēng)速范圍較寬,其中又以草莓床層高度為4cm時(shí)最佳,在風(fēng)速2.0m-s-1～4.0m·s-1范圍內(nèi),都是穩(wěn)定的正常流化狀態(tài)。因此,選用開(kāi)孔率為50%,孔徑為5mm的篩板,用3.0m·s-1循環(huán)風(fēng)速對(duì)床層高度為4cm的新鮮草莓進(jìn)行流態(tài)化速凍試驗(yàn)。2.2凍結(jié)效果比較根據(jù)計(jì)算機(jī)記錄熱電偶所反映的草莓中心溫度的變化,計(jì)算出4種溫度下的凍結(jié)速度,并與凍品解凍后的汁液流失情況一起歸納于表1。從表1可以看出,當(dāng)采用-90℃、-70℃、-50℃及-35℃(緩)把草莓凍結(jié)時(shí),其凍結(jié)速度分別為0.336min、0.454min、0.715min及84.5min。試驗(yàn)中的-90℃、-70℃及-50℃采用噴霧式流態(tài)化液氮速凍裝置,而-35℃(緩)采用冰箱中靜態(tài)空氣凍結(jié),故速度相差很大;-90℃凍結(jié)效果最好,凍品在-26℃冰箱中貯藏9個(gè)月,解凍后的汁液流失率很低,僅為4.0%,-70℃與-50℃凍結(jié)效果相近,其汁液流失率分別為5.3%和5.8%,而-35℃緩凍效果就差得多,其汁液流失率高達(dá)13.4%。速凍和緩凍的主要區(qū)別在于細(xì)胞汁液凍結(jié)時(shí),所形成冰晶體的大小、數(shù)量及其分布的差別。緩慢凍結(jié)時(shí)冰晶體常在細(xì)胞間隙內(nèi)形成,數(shù)量少而粗大,由于大粒冰晶體對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)造成的破壞,以及原生質(zhì)脫水時(shí)形成的高濃度電解質(zhì)對(duì)蛋白質(zhì)和膠體所產(chǎn)生的不可逆變化,使得細(xì)胞在解凍后很難將這些游離狀態(tài)汁液(原先凍結(jié)的水分)重新吸回,造成解凍后的汁液流失;相反,快速凍結(jié)時(shí)水分多在細(xì)胞內(nèi)形成冰晶體,細(xì)小而量多,分布均勻,因而細(xì)胞和原生質(zhì)受損傷的程度較低,解凍時(shí)可將原先凍結(jié)的大部分汁液吸回并