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红枣冻干解析工艺优化研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-06-26  作者:中国红枣网  浏览次数:488

原标题:红枣冻干解析工艺优化研究

  红枣是鼠李科落叶灌木或小乔木枣树的成熟果实,是我国特有经济果物之一,主要分布在黄河中下游,集中在冀、鲁、豫、陕、晋等省。陕北是陕西省红枣生产的主要区域,目前种植面积达320多万亩,已挂果的250多万亩,年产红枣近50吨,红枣不仅给农民增加了经济收入,而且成为最具地方特色的农副产品,享誉国内外。但由于红枣中含有约80%的水分,不易保藏,不易运输,采收后的鲜栆易腐烂变质,若遇阴雨天, 红枣则大量腐烂。论文参考。据资料统计每年因腐烂损失的数量高达20%~30%。因而,对红枣的加工尤为重要。在红枣加工方面,绝大多数仍采用自然晾晒和人工干制(烘干),但干制过程中的浆烂损失和营养损失相当严重,产品口感及感官指标也大为降低。论文参考。也有少数采用科技含量高的真空干燥技术,此法虽能最大限度地保持产品原有的色、香、味, 使各种芳香物质的损失减少到最低限度,有效地保存其中各级营养成分、易氧化成分等,但该技术能耗大、干燥成本高的缺点限制了其推广和普及。基于此,本文主要研究红枣冻干过程的升华工艺中的一些主要因素对产品质量及能耗的影响,从而找到较佳的冷冻工艺参数以优化真空冷冻干燥红枣。
  1 材料与方法
  1.1 材料与设备
  一级大红枣,榆林市清涧县;LGJ-50型真空冷冻干燥机,北京四环科学仪器厂有限公司;DW-GW138型超低温冷冻储存箱,中科美菱低温科技有限责任公司;DD14型单相电度表,庆华仪表有限公司;电子天平,北京塞多利斯天平有限公司。
  1.2 红枣冷冻工艺及测定实验
  1.2.1 红枣冷冻干燥工艺流程
  红枣冻干解析工艺优化研究
  1.2.2 共晶点、共熔点的测定
  共晶点、共熔点的确定对冻干红枣的品质十分重要。本试验采用电阻法对红枣的共晶点、共熔点进行测定。通过测量物料在降温和升温过程中电阻随温度变化的数据,可得到物料的共晶点和共熔点。
  1.2.3 解析时间的确定
  由前期试验知,当冻结红枣中心温度上升至0℃时,在红枣中心周围处还有冰晶存在;而当中心温度上升至5℃时,红枣中没有明显冰晶存在;继续加热,当中心温度上升至45℃时,如果使真空泵停止工作,干燥室真空度基本保持不变,可以认为此时干燥基本结束。所以解析干燥时间为冻结体中心温度从5℃至45℃所耗用时间。
  1.2.4 解析过程能耗确定
  解析过程能耗在单相电度表上读取,当开始加热时,读取电表记为读数1。物料中心温度上升到5℃时,再次读取电表记为读数2;继续加热,当物料中心温度上升至45℃时,读取电表记为读数3,读数3与读数2的差值为解析干燥能耗。
  1.3 冷冻干燥解析过程单因素试验
  1.3.1 冻结温度对解析时间和解析能耗的影响试验
  将处理过的红枣片(厚度8mm)以1.0℃/min的降温速度分别冻结至-29℃、-32℃、-35℃、-38℃、- 41℃、- 45℃,待红枣片完全冻结。然后在30 Pa的绝对压力下干燥,加热板温度45℃,冷阱温度-50 ℃,记录解析时间及能耗。
  1.3.2 加热板温度对解析时间和解析能耗的影响试验
  将处理过的红枣片(厚度8mm)以1.0℃/min的降温速度冻结至-38℃,待红枣片完全冻结。然后在30 Pa的绝对压力下干燥,分别将加热板温度升至30℃、40℃、50℃、60℃、70℃,冷阱温度-50 ℃,记录解析时间及能耗。
  1.3.3 真空压力对解析时间和解析能耗的影响试验
  将处理过的红枣片(厚度8mm)以1.0℃/min的降温速度冻结至-38℃,待红枣片完全冻结。然后分别在20 Pa、30Pa、35 Pa、40 Pa、45 Pa、50 Pa的绝对压力下干燥, 加热板温度为45℃, 冷阱温度-50 ℃,记录解析时间及其能耗。
  1.3.4 枣片厚度对解析时间和解析能耗的影响试验
  将处理过的红枣片(厚度分别为5mm、8mm、11mm、14mm)以1.0℃/min的降温速度冻结至-38℃,待红枣片完全冻结。然后在30 Pa的绝对压力下干燥,加热板温度为45℃, 冷阱温度-50 ℃,记录解析时间及其能耗。
  1.3.5 冷阱温度对解析时间和解析能耗的影响试验
  将处理过的红枣片(厚度8mm)以1.0℃/min的降温速度冻结至-38℃,待红枣片完全冻结。然后在30 Pa的绝对压力下干燥,加热板温度为45℃,冷阱温度分别为-32 ℃、-35 ℃、-40 ℃、-45 ℃、-50 ℃、-55 ℃、-60 ℃,记录解析时间及其能耗。
  2 结果与分析
  红枣冻干解析工艺优化研究红枣冻干解析工艺优化研究2.1 红枣的共晶点与共熔点
  
 
  红枣冻干解析工艺优化研究














  2.2 冻结温度对解析时间和解析能耗的影响试验
  如图3所示,温度低于共晶点后,随着温度的降低,解析时间变短,这是因为解析过程主要除去化学结合水,而冻结温度低时,物料中结合水含量较少,所以解析时间变短。能耗方面,随着冻结温度的降低,能耗先降后增,在-38℃左右达到最低。

  2.3 加热板温度对解析时间和解析能耗的影响试验
  解析阶段主要是结合水的解吸,在较高真空条件下,加热板温度越高,物料干燥层温度越高,结合水的解析速率随物料温度的升高而加快,结合水平衡浓度降低,解吸推动力提高,解吸速率加快,解析时间缩短。当然,太高的温度(70℃)也可能使物料变形或坍塌,从而延长解析时间。由图4还可以看到,40℃后,随着加热板温度的提高,能耗很快变大。权衡能耗和时间,加热板温度选45℃左右为宜。
  红枣冻干解析工艺优化研究
  2.4 真空压力对解析时间和解析能耗的影响试验

表1正交试验因素及其水平表

  
因素 加热板 温度℃ 冻结温度℃ 真空 度Pa 冷阱温度℃
水平1 40 -42 30 -45
水平2 45 -40 32 -50
水平3 50 -38 35 -55

  2.5 枣片厚度对解析时间和解析能耗的影响试验
  物料厚度的增加使升华阶段的干燥时间大幅度增加,升华阶段的相对解吸量增加,导致解析阶段物料内的水蒸气少,从而解析时间相对变短。论文参考。在干燥后期,水蒸气从干燥层内的逸出过程已不是控制步骤,尽管厚度增加使水蒸气的流动通道变长,但对解析时间的影响不大,如图6所示,随着厚度的增加,解析时间变短,解析能耗变小,但是,两者的降低幅度都比较小。参考厚度对升华时间及能耗的影响(另文讨论),选取枣片厚度8mm左右为宜。
  2.6 冷阱温度对解析时间和解析能耗的影响试验
  如图7所示,冷阱温度降至-45℃以前,解析时间随着温度的降低迅速变短,温度-45℃后,解析时间变化较小;在能耗上,随着冷阱温度的降低,能耗相应地增大。综合考虑,冷阱温度确定为-45℃左右。
  2.7 冷冻干燥解析过程正交试验结果分析

  红枣冻干解析工艺优化研究
从图5看出,真空度增大,压力降低,解析时间变短,解析能耗相应增加,原因是较高的真空度使物料内外形成较大的蒸汽压,增大了水蒸汽逸出物料的推动力,强化了传质,减小了解析时间。当真空压力低于32Pa后,解析时间的变化趋于缓和。当然,较高的真空度是以牺牲能量为条件,图5的能耗曲线说明了这个问题。综合考虑,选真空压力32Pa左右为宜。
  红枣冻干解析工艺优化研究
根据单因素实验选取影响较大的四个参数(加热板温度、真空压力、冷阱温度、冻结温度)做正交实验L9(34),正交试验因素水平、直观及方差分析参见表1、表2、表3。可以看出,加热板温度、真空压力对产品品质影响较显著。经分析得出优化的工艺参数为:加热板温度45℃、真空压力30Pa、冻结温度-38℃、冷阱温度-50℃。
  
因素 加热板温度℃ 冻结温度℃ 真空 度Pa 冷阱温度℃ 升华实验结果
时间h 能耗(×103KJ)
实验1 1 1 1 1 3.1 18.6
实验2 1 2 2 2 3.2 19.1
实验3 1 3 3 3 3.4 19.8
实验4 2 1 2 3 3.7 18.0
实验5 2 2 3 1 3.8 18.3
实验6 2 3 1 2 3.5 17.2
实验7 3 1 3 2 4.2 17.3
实验8 3 2 1 3 3.9 15.9
实验9 3 3 2 1 4 16.5
均值1 3.233 19.167 3.667 17.967 3.500 17.233 3.633 17.800
 

 
均值2 3.667 17.833 3.633 17.767 3.633 17.867 3.633 17.867
 

 
均值3 4.033 16.567 3.633 17.833 3.800 18.467 3.667 17.900
 

 
极差 0.800 2.600 0.034 0.200 0.300 1.234 0.034 0.100
 

 

  3 结 论
  3.1 对红枣的共晶点、共熔点进行了测定, 其值为-32℃、-28℃。
  3.2 通过单因素和正交试验, 确定了各种因素对红枣解析的影响情况,并确定了优化参数及其取值:加热板温度45℃、真空压力30Pa、冻结温度-38℃、冷阱温度-50℃。

参考文献:
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[5] 张振福,高新蕾,吕兴强.大枣加工存在问题及技术对策探讨[J].武汉食品工业学院学报,1999,(1):23-26
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 关键词:红枣冷冻干燥共晶点温度共熔点温度

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