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果蔬变温压差膨化干燥技术研究及应用

果蔬变温压差膨化干燥技术研究及应用

2013-09-26 00:00
  干燥作为一种重要的脱水技术,在现代食品加工业中被广泛应用。干燥食品的质量较轻,可以大大节约运输成本。果蔬干燥方法主要有热风干燥、真空低温油炸干燥、真空冷冻干燥等。目前消费者对干燥食品的要求主要是能在干燥加工后保留食品原有的色、香、味,且干燥产品具有丰富的营养价值,因为含水率低微生物不易生长繁殖,产品的质量安全有一定的保证。
1.变温压差膨化干燥技术及设备
  果蔬变温压差膨化干燥(Explosion Puffing Drying at Variable Temperatures and Pressures)是一种新型食品加工干燥方法,它结合了热风干燥和真空冷冻干燥的优点、克服了真空低温油炸干燥等的缺点。其基本原理是:将经过预处理并除去部分水分的果蔬原料,放在相对低温(80℃~120℃)、高压(0.1~0.3MPa)的压力罐中升温加压,使物料处于相对高温高压状态,保温一段时间后瞬间泄压,随着压力罐内压力瞬间达到真空状态(-0.095~-0.090MPa),物料内部水分瞬间汽化蒸发,并在真空状态下维持加热脱水一段时间,直至物料达到安全含水量(8%)以下,从而使果蔬干燥物料形成均匀的蜂窝状膨化结构,生产出口感酥脆、色香味良好的新型天然果蔬膨化食品。
  变温压差膨化干燥属低温干燥技术,具有处理温度低(80~120 ℃),处理时间短(2~4 h),在此条件下加工制备果蔬膨化食品的有效成分损失较少,加工过程也不会产生有害成分,生产设备要求不高,投资相对冷冻干燥少,生产周期短,生产成本低。变温压差膨化干燥设备主要由膨化罐和一个比膨化罐体积大10~18倍的真空罐组成,图1和图2分别是果蔬变温压差膨化干燥中试设备和年产产100吨果蔬脆片膨化生产线。
 
图1 果蔬变温压差膨化干燥中试设备
 
图2年产100吨果蔬脆片膨化生产线
2.变温压差膨化干燥工艺
挑选七八分成熟的新鲜果蔬,用流动清洁的水洗去表面杂质,经过一定的预处理(如枣去核、苹果切片护色等)后预干燥至一定水分含量,为了使预干燥后的果蔬的水分含量均匀一致,将预干燥后的果蔬用密封袋密封后置于10℃以下的环境中放置水分平衡。经过一段时间的均湿后将果蔬平铺于膨化罐内的钢丝托盘中,采用一定的膨化温度、停滞时间、抽真空干燥温度等膨化条件进行变温压差膨化干燥,干燥至安全水分含量后降温冷却,取出干燥果蔬进行分级包装即可。果蔬变温压差膨化干燥工艺流程:
原料选择→清洗→去皮、去核、切分→预处理(护色、预干燥、冻融、糖渗透等)→均湿→变温压差膨化干燥→冷却→分级→包装→贮藏→成品
3.变温压差膨化干燥产品特点
热风干燥技术虽然操作简单、能耗低,但是产品形态差。真空油炸产品含油量较高,而且在生产过程中容易产生致癌物质——丙烯酰胺,产品存在安全隐患。真空干燥食品虽然最大程度保持了果蔬的形态和色泽,但是生产成本高、能耗大。变温压差膨化干燥产品的特点有:
(1)绿色,果蔬一般经过简单的预干燥后就进行膨化干燥,在加工的过程中一般不添加色素和其他添加剂;
(2)营养成分保留率较高,变温压差干燥果蔬较好的保留了新鲜果蔬中的维生素、纤维素、矿物质等营养成分,同时产品还具有热量低、脂肪低的特点;
(3)口感较好,变温压差膨化干燥产品具有与油炸产品相似的酥脆性,但又克服了油炸产品含油脂、易油脂酸败等缺点;
(4)食用方便、易于贮存,经过膨化干燥的果蔬水分含量一般在8%以下,低水分含量不利于微生物的生长繁殖,且产品质量较轻,同时干燥产品还可以加工成果蔬粉、果蔬汁或者方便食品的调料,有较大的应用前景[10,25]。
生产膨化果蔬脆片的原料来源非常广泛,有果品、蔬菜和粮食作物。果品如苹果、柑橘、桑葚、枸杞、葡萄、梨、香蕉、菠萝、猕猴桃、哈密瓜、草莓、桃、杏、枣等;蔬菜如胡萝卜、芹菜、黄瓜、芸豆、西红柿、菠菜、食用菌、大蒜等。粮食作物如甘薯、马铃薯等。膨化果蔬加工技术具有广阔的应用前景,可以生产新型、天然的绿色膨化休闲食品、新型果蔬营养粉和作为生产方便食品的调料或新型保健食品的原料。
4.变温压差膨化干燥技术存在的问题
变温压差膨化干燥技术是一种新型的干燥技术,国内外对果蔬膨化干燥的研究主要集中在加工工艺方面,主要研究报道以产品膨化度、酥脆性为指标,优化如膨化温度、膨化压力、初始水分等膨化工艺参数。国内果蔬变温压差膨化干燥技术的研究还处于起步阶段,对于果蔬原料的选择缺乏理论支持,对膨化干燥一些共同基础性干燥机理着手研究的更少,缺乏通用的干燥规律研究。存在的问题主要有:
(1)果蔬变温压差膨化干燥机理。针对不同果蔬原料的合适的预处理工艺的选择。例如对不同果蔬原料采用不同的预干燥水分含量、切分方式、冷冻或热烫处理等预处理方式和方法,对变温压差膨化干燥的干燥时间、干燥产品结构、膨化效果等都会有影响。膨化干燥的膨化温度、真空干燥温度以及压力差等工艺参数对变温压差膨化干燥产品的品质也有很大影响。因为当前国内外对于果蔬变温压差膨化干燥的研究还处于起步阶段,所以确定大部分果蔬原料合适的预处理方式和工艺是需要经过研究的,另外研究不同果蔬原料、探讨变温压差膨化干燥机理,寻找具有相似结构或者相同成分的果蔬原料的合适的干燥工艺条件,这是目前需要解决的问题之一。
(2)果蔬变温压差膨化干燥过程中是营养成分的有效保留。虽然变温压差膨化干燥会保留大部分营养成分,但是经过一定的预处理后营养物质仍会有一定程度的损失;一些预处理方法虽然提高了膨化效果但是营养成分也会大量破坏或损失;在干燥过程中真空干燥温度也会对一些营养物质造成破坏,例如维生素C、多酚、色素等。如何减少营养物质的损失、更好的保留营养成分,也是需要解决的问题。
(3)果蔬变温压差膨化干燥终点的判断。当前对于干燥终点的判断主要依靠有经验的技术人员的经验判断,通过观察孔观察物料的变化来判断干燥终点,终点的判断受人为因素影响较大,没有真正的理论技术的支撑,不具有可靠性。
(4)是贮藏条件及保质期的预测。变温压差膨化干燥产品易吸湿,影响产品的脆度和口感,从而影响干燥产品的品质。所以对变温压差膨化干燥产品的包装材料和贮藏条件具有很大的要求,如何选择包装材料、贮藏温度等贮藏条件也是目前需要解决的问题之一。
5.天津农学院在果蔬变温压差膨化干燥技术上的研究成果
天津农学院食品科学系自2008年1月开始从事果蔬变温压差膨化干燥技术研究,并成立果蔬变温压差膨化干燥课题组。在此期间,课题组承担天津市农业科技合作项目“新型果蔬变温压差膨化干燥技术及设备开发”,并于2011年1月通过了由天津市农委组织专家组的验收。该项目通过采用冷却真空泵水温的方式、有效改进真空罐与膨化罐的比例关系体积比达15~18:1,应用JZJ2S-2A型的双极组合真空泵,提高真空度,使高纤维含量的果蔬原料如胡萝卜、茶叶等膨化成为可能。采用自然降温与压力脉冲相结合的方式,改进膨化工艺,达到了设备改造的目标,使果蔬膨化设备的单罐生产周期由4个小时缩短到2.5小时,从而使原年产100吨膨化设备产能达130吨。在膨化设备安装了质量和温度传感器,对膨化干燥过程物料的水分含量和产品温度进行在线控制,完善了变温压差膨化干燥技术,应用该技术可以在线检测干燥罐内原料在膨化干燥过程中质量和温度的变化,使膨化干燥操作简单可行,最重要的是可以保障果蔬干燥真空产品的质量,实现了生产操作的规范化,并减轻了膨化干燥后续的分选工序压力,减少了人力,提高了工作效率,降低了生产成本。
经过几年来的研究,天津农学院食品科学系果蔬变温压差膨化干燥课题组已经取得了苹果(无硫、低硫)变温压差膨化干燥技术、冬枣变温压差膨化干燥技术、变温压差膨化干燥法制备了冷泡茶的关键技术、胡萝卜变温压差膨化关键技术、甘薯变温压差膨化关键技术、枸杞变温压差膨化关键技术和葡萄变温压差膨化关键技术。课题组在干燥工艺研究基础上,通过改进了变温压差膨化干燥设备,在膨化罐中安装了质量在线检测装置(该技术已获得国家实用新型专利),可实现对干燥过程中果蔬质量变化的在线观测。课题组以苹果片和冬枣为原料,通过对不同温度下变温压差膨化干燥过程的苹果片、冬枣的水分含量进行测定,研究了不干燥条件下苹果片、冬枣变温压差膨化干燥特性。在分析苹果片、冬枣膨化干燥过程中干燥速度和干燥速率曲线的基础上,建立苹果片、冬枣膨化干燥的动力学模型,揭示苹果片、冬枣内部水分迁移以及干燥传质传热的机理。课题组已申报国家专利8项,已授权国家发明专利1项,授权实用新型专利2项,在国内外发表膨化干燥相关论文13篇,其中SCI&EI收录6篇。
6.结束语
随着人民生活水平的提高,食品结构发生着日新月异的变化,休闲食品必将成为人们消费的重点。非油炸果蔬膨化产品因具有天然、绿色、营养价值丰富、食用方便等特点,深受国外消费者欢迎,也必将成为国内儿童食品、休闲食品消费的主流,产品市场空间很大。我国有丰富的果蔬产品,又为膨化果蔬生产提供了充足的原料来源。目前,果蔬膨化产品以出口创汇为主,以面向国内市场销售为辅。据初步了解,国内外市场需求达到数千万吨。大力发展和推广膨化果蔬产业,不仅能促进果蔬的深加工产业发展,而且能扩大果蔬干制品出口创汇,抢占国际果蔬市场,对于促进果蔬行业健康快速发展、繁荣地方经济、增加农产品的国际市场竞争力具有重要意义。
 
作者简介:何新益,男,博士,天津农学院食品科学系教授,果蔬变温压差膨化干燥课题组负责人。主要从事果蔬和粮食精深加工研究与产品开发。Email:Hedevid@163.com 

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