【毕业学位论文】Word原稿苹果片低温高压膨化干燥技术研究农产品加工与贮藏工程硕士论文.doc

密级 论文编号 中国农业科学院 硕 士 学 位 论 文 苹果片低温高压膨化干燥技术研究 Studies on Technology for Explosion Puffing of Apple Slice at Low Temperature and High Pressure Secrecy No Chinese Academy of Agricultural Sciences Master Dissertation Studies on Technology for Explosion Puffing of Apple Slice at Low Temperature and High Pressure I 摘 要 低温高压膨化是一种生产果蔬膨化食品的干燥技术 国外 80 年代开始开发该技术 国内 90 年代末才有关于该技术的实验报道 目前还缺乏对该技术的工艺和机理的系统研究 本研究采 用 QDPH10 1 型低温高压果蔬膨化机 以不同苹果品种为原料 膨化苹果脆片 优化苹果片膨化 生产工艺 分析影响膨化产品质量的因素 旨在为苹果片低温高压膨化干燥生产提供技术和理 论支持 通过对膨化前苹果片的预处理方式 护色方式和预干燥温度 筛选 膨化操作参数对产品 质量的影响分析 膨化操作参数的优化 影响产品质量的几种其它因素的研究 得出以下结果 1 预处理试验确定的护色工艺和预干燥工艺为 0 02 NaHSO 3溶液浸泡 15min 80 预干 燥 2h 左右 2 单因素试验确定各个参数的合适值为 苹果片厚度为 5mm 预干燥后含水量为 30 膨 化温度为 105 膨化压力为 0 3MPa 抽真空干燥温度为 80 抽真空干燥时间为 30min 3 二次回归正交旋转组合试验优化的参数范围为 苹果片厚度为 3mm 4mm 抽真空干燥温 度为 83 89 抽真空干燥时间为 35min 45min 在此条件下 膨化产品的脆度值有 95 可 能低于 1 0s 4 国光苹果膨化产品风味好 辐照不利于膨化产品质量的提高 糖液浸泡不利于膨化产品 质量提高 冷冻处理有利于膨化产品质量的提高 膨化产品吸湿时 当产品水分含量超过 7 产品硬度和脆度降低 关键词 苹果 低温高压 膨化干燥 产品质量 II Abstract The technology of puffing with low temperature and high pressure which began to be studied overseas in 1980s was usually used to produce puffed fruit and vegetable The earliest study in China was reported in 1990s But the systematic study on process and mechanism of puffing was lack In this paper several varieties of apple were puffed in the puffing equipment QDPH10 1 to optimize the puffing process aiming at to supply technologies for producing puffed apple chips The researched contents in this paper as follows 1 pretreatment of apple slices including blanching in water with different temperatures and immersing in several salt slutions 2 studies on the technological parameters based on the effects on the product s quality 3 optimization of the technological parameters 4 studies on other factors affecting the product s quality Conclusions can be summarized as follows 1 After pre experiment the technics of color protecting and pre drying were immersing in 0 02 NaHSO3 for 15min and drying 2h at 80 respectively 2 The technique parameters by mono fators experiment were determined as follows apple slice s thickness is 5mm water content before puffing is 30 puffing temperature is 105 puffing pressure is 0 3Mpa vacuum drying temperature is 80 and vacuum drying time is 30 min 3 The optimization technology parameters through central component rotatable design CCRD were apple slice s thickness is 3mm 4mm vacuum drying temperature is 83 89 and vacuum drying time is 35min 45min On these conditions the product s crispness would below 1 0s with 95 possibility 4 After further study on other factors affecting apple s quality it s found that the flavor of GuoGuang after puffing was better irradiation and the treatment of maltose immersing was disadvantage at the improvement of puffed product s quality however freezing was advantage at the improvement of puffed product s quality when the puffed product s water content exceeded 7 the crispness and hardness of puffed product would not be good Keywords apple low temperature and high pressure explosion puffing drying product s quality III 目 录 第一章 引言 1 1 1 苹果生产和加工现状 1 1 2 苹果脆片制作技术 1 1 3 低温高压膨化设备及技术的发展 2 1 4 低温高压膨化产品质量的评价及检测方法研究 4 1 5 试验目的 意义与内容 4 第二章 苹果膨化前预处理研究 7 2 1 试验材料与方法 7 2 1 1 试验材料与仪器 7 2 1 2 试验方法 7 2 2 结果与分析 8 2 2 1 不同干燥温度对苹果片干燥速率的影响 8 2 2 2 热烫及几种盐溶液浸泡对苹果片色泽的影响 9 2 3 讨论与结论 11 2 3 1 讨论 11 2 3 2 结论 12 第三章 操作参 数对产品质量的影响 13 3 1 试验材料与方法 13 3 1 1 试验材料与仪器 13 3 1 2 试验方法 13 3 2 结果与分析 15 3 2 1 苹果片厚度对产品质量的影响 15 3 2 2 预干燥后水分含量对产品质量的影响 15 3 2 3 膨化温度对产品质量的影响 16 3 2 4 抽真空干燥温度对产品质量的影响 16 3 2 5 抽真空干燥时间对产品质量的影响 17 3 2 6 膨化压力对产品质量的影响 18 3 3 讨论与结论 18 3 3 1 讨论 18 IV 3 3 2 结论 19 第四章 操作参数的优化 20 4 1 试验材料与方法 20 4 1 1 试验材料与仪器 20 4 1 2 试验方法 20 4 2 结果与分析 21 4 2 1 回归模型分析 21 4 2 2 单因素效应分析 22 4 2 3 交互效应分析 25 4 2 4 各参数最优组合确定 30 4 3 结论 30 第五章 影响产品质量的其它因素分析 32 5 1 试验材料与方法 32 5 1 1 试验材料与仪器 32 5 1 2 试验方法 32 5 2 结果与分析 34 5 2 1 苹果品种对产品质量的影响 34 5 2 2 辐照对产品质量的影响 35 5 2 3 糖液浸泡和冷冻处理对产品质量的影响 38 5 2 4 产品吸湿后对质量的影响 40 5 3 讨论与结论 41 5 3 1 讨论 41 5 3 2 结论 42 第六章 结论 43 参考文献 44 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 引言 1 第一章 引言 1 1 苹果生产和加工现状 我国是世界苹果生产第一大国 2002 年产量达 2050 万吨 约占世界苹果总产量的 35 张振华等 2003 但是我国苹果主产区大多土地条件差 资金 技术投入不足 导致果 实均一性差 果形偏扁 着色度低 果面欠光洁 农药残留超标 采后保鲜能力差 在国际市 场上缺乏竞争力 贸易问题不容乐观 从世界范围看 近年苹果总产量基本维持在 5700 万吨左右 世界苹果加工以果汁 果酒 果酱和罐头为主 加工转化率在 24 左右 德国高达 75 而我国不到 8 远远低于世界平 均水平 廖小军等 2001 目前 苹果浓缩汁是加工业主导产品 以其耗量大 糖度高 体积 少 贮运方便 能够进一步加工等特点成为国际贸易中最受欢迎的产品之一 近 5 年 世界生 产量约在 80 万吨 100 万吨 将来仍然是苹果深加工的一个重要方向 苹果混浊汁及浓缩苹果 混浊汁以其工艺处理时间短 杀菌时间短 营养和芳香成分损失少等特点日益受到欢迎 苹果 酒 马兆瑞等 2004 和苹果醋 宋芝强 2002 等发酵饮料拥有新鲜风味和丰富营养 也具 有广阔市场前景 苹果粉以其水分含量低 贮藏 包装 运输费用少 用途广泛等特点备受人 们关注 张振华等 2003 廖小军等 2001 苹果脆片以其酥脆爽口 香气浓郁等特点正迅速 挤进膨化食品行业 并逐渐代替欧美人人嗜食的马铃薯片 史怀瑞 1999 而传统的果脯 果 酱 蜜饯则因为技术设备发展落后 市场份额逐渐减少 丁刚民 2003 1 2 苹果脆片制作技术 我国果蔬脆片生产技术在 1993 年作为国家级星火计划开发项目被迅速引进 据不完全统计 目前生产企业达 50 多家 总投资约 4 亿人民币 史怀瑞 1999 生产工艺与技术比较完善 产品可与国外的相媲美 微波干燥 真空油炸干燥 冷冻干燥 低温高压膨化干燥等技术都可 以应用于苹果脆片生产 目前市场上的产品多是真空油炸干燥制品 冷冻干燥 冻结状态下的水分受热直接升华 物料内部水分结晶部分留下空隙 保持整个 物料原有的体积 冷冻速度和温度 干燥时的温度和真空度都会影响冷冻产品的品质 慢速冷 冻的干燥速率比快速冷冻的干燥速率快 华泽钊等 1999 却会使苹果片在空气中暴露时间长 发生褐变 刘占杰等 2000 冷冻温度在玻璃化转变温度以下 物料无明显收缩 体积密度小 孔状部分可以达到 90 但在玻璃化转变温度以上 产品的以上性质就会发生相反变化 Shyam S S et al 2002 Krokida M K et al 1998 果蔬的玻璃化转变温度为 45 左右 Karathanos V T et al 1996 这样 冷冻干燥苹果片就需要比较昂贵的设备和比较长的干燥时 间 限制了冷冻干燥技术的普遍应用 油炸干燥 苹果脆片生产厂家目前普遍采用此干燥技术 其产品水分含量低 口感酥脆 但含油量高 油炸过程中的高温对营养物质的破坏严重 研究出的真空低温油炸技术可以降低 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 引言 2 油温 并减少产品含油量 Shyi L S et al 2001 但与冷冻干燥产品品质相比仍然存在差距 微波干燥 利用 300MHz 30000MHz 的电磁波促使物料内部极性分子 水分子的剧烈运动 相互摩擦 产生热量 使物料在短时间内达到内外同时受热干燥 杀菌 并较好的保护原料色泽 Krokida M K et al 1999 微波的干燥效果受微波剂量 温度和物料大小等的影响 弓弼等 1999 陈朋引等 2000 如果物料体积较大 容易产生内焦外生的现象 单独使用该技术 产 品终水分含量会保持较高 现在研究试图将微波与热风干燥 Ana A et al 2004 对流干燥 Guohua C et al 2001 流化床干燥 Wang Z H et al 2000a 2000b 喷雾干燥 Feng H et al 1998 真空干燥 Drouzas A E et al 1999 等干燥方式连用 以解决上述问题 同时缩短 干燥时间 CO2膨化干燥 物料经清洗 去皮 护色 漂烫等处理 干燥至一定水分含量 置于耐压容 器内 抽空 注入液态 CO2 加压至一定程度 保持一段时间 使液态 CO2浸入物料内部 迅速 释放压力 使进入物料内部的液态 CO2急剧汽化 发生瞬间闪蒸 即膨化成均匀的蜂窝状结构 膨化后的物料立即放入干燥箱进入最后的干燥 直到水分含量为 3 5 CO 2膨化对设备的耐 压能力要求较高 已成功地应用于土豆 青椒等果蔬上 国内也已有膨化果脯的报道 但只是 实验室研究 还没有工业化生产 石启龙等 2004 低温高压膨化干燥 低温高压膨化干燥又称爆炸膨化干燥 explosion puffing drying 气流膨化干燥 微膨化干燥或加压减压气流膨化干燥等 这里所说的低温 80 105 是相 对于挤压膨化工艺 一般在 150 左右 而言 高压是采用外界空气 氮气或 CO2等气体通过压 缩机产生 一般压力差达 0 1MPa 0 5MPa 膨化是原料组织在高温高压下瞬间泄压时内部产生 的水蒸汽突然释放的过程 干燥是膨化的原料在真空 膨化 状态下抽除水分的过程 苹果低 温高压膨化干燥是以新鲜苹果为原料 经过清洗 去皮 去核 切分 护色 预干燥等前处理 工序后 采用低温高压膨化设备干燥的过程 1 3 低温高压膨化设备及技术的发展 1 3 1 低温高压膨化设备的发展 1856 年美国的沃德就申请了关于膨化技术的专利 1936 年 挤压法生产膨化玉米首次成功 20 世纪 50 年代 膨化技术应用于饼干的生产 70 年代生产出膨化的大豆蛋白和马铃薯食品 同时膨化技术也用于水果脱水 果蔬膨化设备由最初的小型谷物膨化机发展而来 经过小型 大型变化后 发展成所需压力小 容器壁薄 具有喷嘴和气流控制阀的符合果蔬膨化的设备 80 年代 为了节约劳动力 提高生产能力 设计出连续式膨化机 该设备对预处理至水分含量 为 15 的苹果 生产能力达 190kg h 对预处理至水分含量为 25 的 1cm3马铃薯粒 生产能力 达 454kg h Sullivan J F et al 1984 1 3 2 低温高压膨化技术的发展 现代低温高压膨化技术原理与 80 年代低温高压膨化技术一样 均是利用相变和气体的热压 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 引言 3 效应原理 使被加工物料内部的液体迅速升温汽化 增压膨胀 并依靠气体的膨胀力 带动组 织中高分子物质的结构变性 从而使之成为具有网状结构特征 定型的多孔状物质 美国农业 部东部研究中心 the USDA Eastern Regional Research Center 对果蔬膨化研究较多 Sullivan 等 研究了压力 温度 含水量对产品容积密度 复水率 颜色 羟甲基糠醛 糖损失等特性的影 响 确定了苹果的生产工艺 Sullivan J F et al 1980 Kozempel 等对胡萝卜 马铃薯 苹果 蓝莓 蘑菇 芹菜 洋葱 甜菜 洋芋 梨 菠萝 甘蓝等进行了研究 Kozempel M F et al 1989 1 3 2 1 苹果护色研究 水果在加工过程中易变成褐色 已知的原因至少有五个 即酚类由酶催化的褐变 糖和氨 基酸发生的美拉德反应 抗坏血酸的氧化作用 焦糖化作用和类脂化合物的氧化作用 在酶促 褐变方面 国内外对刚采摘下来的 储藏期间的苹果中的多酚氧化酶 苹果果皮 果肉组织 叶绿体 线粒体等不同部位的多酚氧化酶的性质都作了详细的研究分析 针对酶促褐变的三个 必要条件 酚类物质 多酚氧化酶 氧气 将防止酶促褐变的方法归结为以下三方面 选用 含酚类物质较少的原料 控制酶活性 控制氧气含量 大量研究表明最有效的抑制酶活性的方 式是利用 SO2 80 年代研究苹果膨化加工工艺中用 1 NaHSO 3做护色处理 Sullivan J F et al 1980 我国法定食品漂白剂及其使用卫生标准中限定 NaHSO3最大使用量为 0 2g kg 但因 SO2 对人体有害 进一步研究了许多无硫物质作为抑制酶促褐变的添加剂 如可与酶活性部位的铜 离子相互作用的半胱氨酸 叠氮化合物 氰化物等 Arturo H et al 1990 同酚类底物结构类 似 可作为多酚氧化酶的竞争性抑制剂的苯甲酸和肉桂酸系列 能将 O 二醌还原成 O 二羟基 酚 或者是同 O 二醌形成无色物质的抗坏血酸 硫醇类等还原性物质 而苹果汁生产上 超滤 处理后直接用 PES PVP 膜除去多酚物质 Zandrie B et al 1997 在非酶褐变方面 除研究贮藏环境对非酶褐变的影响外 许多学者进一步研究了苹果干燥 过程中褐变发生的动力学模型 其中一种动力学模式认为干燥中的非酶褐变可分为三个阶段 即停滞 线性上升和平缓阶段 褐变中间物的形成 尤其是 Amadori 复合物的形成使褐变出现 停滞时间 当他们的浓度达到极限时会发生明显褐变 因此 可以通过改变物料含水量和环境 中的温度 相对湿度而延长停滞时间 Turenne C V et al 1997 1999 从而抑制褐变 1 3 2 2 膨化操作参数研究 苹果片厚度研究 在干燥工艺中 对干燥操作参数研究得较多 苹果片的大小和形状研究 得却较少 但在渗透干燥 冷冻干燥 流化床干燥 对流干燥中研究较多 Lerici 等研究了表面 积与体积比不同的四种形状 条 棒 环 粒 的苹果在渗透干燥中的脱水与固体吸附状况和 差异 Van 等在此基础上研究三种不同大小的柱状苹果在渗透干燥中脱水与固体吸附状况 Van N H et al 2001 石启龙等则从脱水速率 膨化度 复水性方面考察了苹果片厚度与膨 化产品质量的关系 石启龙等 2000 2001 2002 苹果片预干燥后含水量 膨化压力 膨化温度研究 最初的研究认为 果蔬中水分含量过 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 引言 4 高 膨化后不能保持其完整 从而断定果蔬不能膨化 直到后来在特定压力下找到合适的水分 含量才确定了果蔬膨化的工艺 Kozempel Sullivan 等在 80 年代的研究和石启龙等在现在的研 究中都认为苹果的含水量应该控制在 20 左右 石启龙等对低温高压膨化过程中采用的压力作 了研究 但研究范围都在 0 2MPa 以下 认为苹果组织疏松 膨化所需压力 0 1MPa 左右就可以 他利用二次正交旋转组合设计法 以膨化度 Vc 损失率为产品指标 研究了苹果片含水量 膨 化温度 停滞时间三个因素对产品质量的影响规律 石启龙等 2002 1 4 低温高压膨化产品质量的评价及检测方法研究 膨化食品的质量包括诸多方面 早期评价果蔬膨化工艺参数优劣主要是通过比较干燥曲线 和产品复水率 Sullivan 等将产品的容积密度 不完整率 颜色 羟甲基糠醛含量 含水量 SO2含量作为评价膨化苹果片产品质量优劣的指标 张培正 石启龙等将膨化度 失水速率 Vc 损失率作为评价指标以选择最佳苹果片膨化生产工艺 国内外对膨化果蔬产品的指标评价不系 统 标准不统一 也缺少仪器测定值与感官评价相关性研究 膨化食品的脆度是其关键品质 对其定义和检测方法各不一致 研究方法主要包括感官评 价和仪器的力学性质 声波评价 20 世纪 70 80 年代早期 普遍采用语义量化法 Katz E E et al 1981 以特定产品作为标准量化其定义 鉴定者以此为参考给样品打分 这种描述性分析 的主要缺点是对 脆性 的定义 解释差别较大 有的研究以未受培训的消费者为鉴定人员 有的研究以受过培训的专家为鉴定人员 Norton C R T et al 1998 有的以消费者嗜好定义脆 性 然后将其制成标准 训练鉴定组人员 Valles 认为这种方法可以保证测评的科学性和客观性 Valles P B et al 2000 仪器检测方法快捷 经济 最常用的力学性质的检测方法包括曲率的测定 剪切试验 压 缩试验 压缩试验和咀嚼过程最相似也最常用 Rohde F et al 1993 数据分析是基于流变学 参数测定的基础方法 从力 变形曲线上收集各应力顶点数据 计算波谱能量 求出破碎信 号尺度 以曲线上的最大应力 峰数 斜率 曲线长度 面积表示产品硬度和脆度 Heidenreich S et al 2004 进一步对这些数据进行处理得到平均剪切力等 对力 变形曲 线进行傅立叶转换处理和曲线破裂分析以反映产品硬度和脆度 还有作者用大量试验得到力谱 图 根据力的分布范围判断样品的脆度大小 Julian F V V 1998 两种主要研究破碎声波的方法是分析声波信号的振幅 时间曲线图和分析振幅 频率 曲线图 Liu 等利用中枢神经网络成功地预测了脆性的感官分数 Liu X et al 2000 这可能是 分析进食声波的最有前途的方法之一 另外 口腔内检测跟踪食品在整个咀嚼 吞食过程中变 化 可以反映了干脆食品在口腔内和唾液的水合作用 肌肉描述术可以反映咬切时结构崩溃的 变化 Brown W E et al 2000 多点压力传感器分析剪切表面力的分布可以识别食品质构及其 咬切时的质构变化 Kohyama K et al 1997 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 引言 5 1 5 试验目的 意义与内容 我国苹果栽培面积广 产量高 加工转化率低 产品单一 急需开发新产品 低温高压膨 化设备适用性广 投资少 见效快 产生的废弃物少 操作简单 易于控制 此设备膨化出的 产品具有绿色天然 品质优良 营养丰富 食用方便的特点 可以作为膨化休闲食品 方便食 品的调料 还可以作为原料生产新型果蔬营养粉和新型保健食品 所以 苹果进行低温高压膨 化加工可以改善农民卖果难的现象 增加果农收入 丰富苹果的加工品种和膨化食品种类 满 足人们追求健康的需要 具有广阔的市场前景 国内果蔬脆片多是采用油炸膨化或真空低温油炸膨化技术制得 产品比较酥脆 但因含油 量高 缩短了保质期 减少了它的消费群体 又由于它的设备价格比较高 因而限制了它的应 用 低温高压膨化是近年来兴起的一种果蔬干燥技术 国内果蔬低温高压膨化设备制造粗糙 稳定性差 并且是间歇型设备 生产能力不够 需要大量劳动力 国外在 80 年代已有连续式膨 化设备 国内几位研究人员研究了枸杞 枣 王荣梅等 2004 苹果 马铃薯 朱兰兰 2005 等少数几种果蔬的膨化工艺 国外对胡萝卜 马铃薯 苹果 蓝莓 蘑菇 芹菜 洋葱 甜菜 洋芋 梨 菠萝 甘蓝等多种果蔬的膨化工艺已进行了系统研究 但国内外对膨化产品 质量评价和低温高压膨化机理研究都较少 在今后一段时间内 低温高压膨化设备应向着以下 几个方面发展 连续化操作 高稳定性 低能耗 低温高压膨化技术的研究主要有以下 几个方面 丰富膨化品种 建立膨化产品质量评价体系 研究膨化产品连续加工 研 究膨化机理 本文结合国内外研究现状 在前人研究的基础上 以国光苹果为原料 系统地对膨化工艺 和影响因素进行研究和探讨 旨在优化苹果低温高压膨化干燥工艺 揭示低温高压膨化干燥机 理 为膨化苹果片的产业化提供理论和技术支撑 苹果片低温高压膨化生产工艺流程 苹果原料 清洗 去除不可食部分 切分 预处理 回软 低温高压膨化干燥 冷却 分级 包装 其主要设备有清洗设备 预处理设备 预干燥 设备 真空膨化设备 调味设备 包装设备等 辅助设备有锅炉 空压机组 真空机组 热交 换系统等 图 1 1 为国产的一套果蔬低温高压膨化干燥设备 图 1 2 为膨化生产工艺流程图 本文对苹果片膨化生产中的关键工艺进行了研究 内容包括 1 膨化前苹果片的预处理 方式 包括护色方式和预干燥温度的筛选 2 膨化操作参数对产品质量的影响 3 膨化 操作参数的优化 4 影响产品质量的几种其它因素分析等 图 1 1 低温高压膨化设备 Fig 1 1 The puffing equipment with low temperature and high pressure图 1 2 低温高压膨化流程图 Fig 1 2 The process of puffing with low temperature and high pressure 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 引言 6 第二章 苹果膨化前预处理研究 苹果中含有的多酚类物质和多酚氧化酶 使切分的苹果在空气中极易褐变 因此成为苹果 深加工的首要考虑因素 如何抑制苹果褐变一直是苹果加工中研究的热点 SO 2具有很好的抑制 酶促褐变和非酶褐变的能力 但因其对身体有害 许多学者开始针对多酚氧化酶的特性及发生 酶促褐变所必需具备的条件 研究其它抑制苹果褐变的方法 干燥使苹果片萎缩 不同的干燥 方式对苹果片的组织和质构影响各不相同 制作干燥曲线有助于按目标水分控制干燥时间 本 章根据苹果多酚氧化酶在高温 高盐溶液 低 pH 值条件下能失活的特性研究了高温热烫 NaCl 溶液浸泡 柠檬酸溶液浸泡对苹果片色泽的影响 另外 还探讨了具有还原性的 Vc NaHSO 3溶 液浸泡对苹果片色泽的影响 以及不同温度下苹果片的干燥特性 2 1 试验材料与方法 2 1 1 试验材料与仪器 2 1 1 1 试验材料 国光苹果 2004 年 11 月购于北京市上地小营果品批发市场 NaCl 柠檬酸 Vc NaHSO 3 分析纯 北京化学试剂公司 2 1 1 2 试验仪器 德丰牌切片机 FA 200 广东省南海市德丰电热设备厂 电热恒温鼓风箱 DHG 9123A 上海精宏实验设备有限公司 色彩色差仪 CR 400 型 日本美能达 2 1 2 试验方法 2 1 2 1 指标测定方法 1 水分的测定 参照 GB T5009 3 2003 食品中水分的测定 2 色泽的测定 利用 CR 400 型色彩色差计进行测定 以白板为标准 测量苹果片的明度指数 L 彩度指数 a 和 b L 值为明度指数 反映白 度和亮度的综合值 该值越大表明被测物越白亮 a 和 b 值称为彩度指数 两者共同决定色调 a 值为 值表示偏红 值表示偏绿 值越大表示偏向越严重 b 值为 表示被测物偏 黄 值表示被测物偏蓝 该研究中用 a 反映苹果片色泽 2 1 2 2 试验设计 1 不同干燥温度对苹果片干燥速率的影响 国光苹果经过清洗 去皮核 切片机切成 5mm 的薄片 称重 放入 70 80 90 烘箱 中国农业科学院硕士学位论文 第二章 苹果膨化前预处理研究 7 每隔 0 5h 称重 直至 7h 后 将烘箱温度升高至 105 将苹果片烘至恒重 以干燥时间为横坐 标 每次取样样品含水量为纵坐标 即得干燥曲线 干燥曲线的倒数即干燥速率曲线 2 热烫对苹果片色泽的影响 向 6 个烧杯各加入 200ml 蒸馏水 置于 80 的恒温水浴中加热 国光苹果切成 5mm 的薄片 用色彩色差计测定其 a 0 立即放入各预热好的烧杯 每杯三片 约 30g 按下秒表 分别于 90 120 180 300 600 900s 取出苹果片 放入已预热至 80 的电热恒温鼓风箱 干燥 2h 后取出 测定样品的 a 1 计算样品的 a a 1 a 0 a 小于 0 则具有护色效果 a 值越 小 护色效果越好 将水浴锅温度升到 90 100 后重复上述试验 热烫温度和热烫时间设计 见表 2 1 表 2 1 苹果片热烫护色试验设计 Table 2 1 Experimental designs on blanching time and temperature for apple slice 热烫温度 热烫时间 s 80 0 90 120 180 300 600 900 90 0 90 120 180 300 600 900 100 0 30 60 90 120 180 300 600 90 0 3 盐溶液对苹果片色泽的影响 配制不同浓度的护色液 将切好并已测定 a 0的苹果片分别放入各烧杯中 每杯三片 约 30g 15min 后取出 放入已预热至 80 的电热恒温鼓风箱 干燥 2h 后取出 测定样品的 a 1 计算样品的 a a 1 a 0 a 小于 0 则具有护色效果 值越小 护色效果越好 盐溶液种 类及浓度水平见表 2 2 表 2 2 苹果片盐溶液浸泡护色试验设计 Table 2 2 Experimental designs on several salt solution for apple slice 盐溶液 浓度 NaCl 0 0 5 1 1 5 2 5 柠檬酸 0 0 5 1 1 5 2 5 Vc 0 0 5 1 1 5 2 5 NaHSO3 0 0 02 0 1 0 15 0 2 0 5 1 2 2 结果与分析 2 2 1 不同干燥温度对苹果片干燥速率的影响 国光苹果清洗 去皮 切分后 放入不同温度的烘箱 测定其干燥速率曲线和干燥曲线 结果见图 2 1 2 2 中国农业科学院硕士学位论文 第二章 苹果膨化前预处理研究 8 0 20 40 60 80 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 干 燥 时 间 h 水分 含量 湿 基 70 80 90 从图 2 1 可以看出 在干燥初始阶段 苹果片干燥速率随着干燥温度的升高而升高 在干 燥后期 则随着干燥温度的升高而降低 从图 2 2 可以看出 在相同干燥时间内 80 和 90 干燥的苹果片水分含量无显著差异 70 干燥的苹果片水分含量始终高于 80 和 90 干燥的苹果片水分含量 苹果片经过 70 干燥 3 5h 80 干燥 2h 90 干燥 2h 后 水分含量达到 30 左右 考虑提高生产效率并减少营养损失 选择苹果片预干燥方式为 80 预干燥 2h 2 2 2 热烫及几种盐溶液浸泡对苹果片色泽的影响 2 2 2 1 热烫对苹果片色泽的影响 国光苹果清洗 去皮 切分后 在不同温度的热水中烫漂不同的时间 取出 放入 80 烘 箱中预干燥 2h 测定苹果片的 a 结果见图 2 3 图 2 2 不同温度下苹果片的干燥曲线 Fig 2 2 The drying curves of apple slice at different temperature 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 干 燥 时 间 h 干燥 速率 g h 70 80 90 图 2 1 不同温度下苹果片的干燥速率 Fig 2 1 The drying speed of apple slice at different temperature 中国农业科学院硕士学位论文 第二章 苹果膨化前预处理研究 9 4 0 4 8 12 16 0 200 400 600 800 1000 时 间 s a 80 90 100 从图 2 3 可以看出 80 热烫后 苹果片 a 大于 0 表示热烫后苹果片色泽较鲜苹果偏红 不具护色效果 随着热烫时间的延长 a 急剧升高 90s 时达到最大 90s 后变化较小 90 热烫后 苹果片 a 大于 0 不具护色效果 随着热烫时间的延长 a 先升高 后下 降 热烫时间在 0s 90s 间 a 急剧升高 90s 120s 间达到最大 120s 后 a 急剧下降 300s 后 a 变化较小 100 热烫后 苹果片 a 小于 0 表示热烫后苹果片色泽较鲜苹果偏绿 具有护色效果 随着热烫时间延长 a 变化较小 100 热烫后具有较好护色效果 但即使是很短的热烫时间 30s 也会使苹果片发生严重 的软化现象 因此 本研究拟不采用热烫预处理工艺进行苹果片护色 2 2 2 2 不同盐溶液对苹果片色泽的影响 国光苹果清洗 去皮 切分后 在不同盐溶液中浸泡 15min 取出 放入 80 烘箱中预干 燥 2h 测定苹果片的 a 结果见图 2 4a 图 2 4b 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 6 浓 度 a NaCl柠 檬 酸 Vc 图 2 3 80 90 100 热烫对苹果片色泽的影响 Fig 2 3 The effects of blanching at 80 90 100 on the color of apple slice 图 2 4a NaCl 柠檬酸 Vc 对苹果片色泽的影响 Fig 2 4a The effects of NaCl citric acid Vc on the color of apple 中国农业科学院硕士学位论文 第二章 苹果膨化前预处理研究 10 4 2 0 2 4 6 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 1 2 浓 度 a 从图 2 4a 可以看出 NaCl 柠檬酸 Vc 溶液浸泡后 苹果片 a 大于 0 随着 NaCl 柠檬 酸 Vc 溶液浓度的增加 苹果片 a 降低 NaCl 溶液浓度达到 5 Vc 溶液浓度达到 3 5 苹果片 a 均接近 0 从图 2 4b 可以看出 NaHSO 3溶液浸泡后 浓度高于 0 02 苹果片 a 小于 0 随着 NaHSO3溶液浓度的增加 苹果片 a 降低 NaHSO 3浓度达到 0 1 后 苹果片 a 变化不大 浓度为 5 的 NaCl 溶液或浓度高于 3 5 的 Vc 溶液 对苹果片具有较好护色效果 但浓度 高 影响苹果片风味或提高加工成本 不能作为理想的护色液 NaHSO 3在较低浓度时即具有较 好的护色效果 本研究采用 0 02 的 NaHSO3浸泡 15min 对苹果片进行护色处理 2 3 讨论与结论 2 3 1 讨论 1 热烫对苹果片色泽的影响 80 和 90 热烫对苹果片没有护色效果 与前人研究结果相悖 其原因较多 可能是热烫 不充分 苹果片内部温度未达到致使多酚氧化酶活性完全丧失的程度 也可能是苹果片热烫过 程中浮出水面 暴露于空气中的苹果片表面散热较快 温度未达到设定值 同时与氧接触 发 生褐变 90 热烫 120s 后 苹果片 a 降低 可能是因为苹果片温度升高 抑制了部分酶活性 300s 后 苹果片 a 变化较小 可能是因为苹果片经过 90 热烫 300s 后 多酚氧化酶被完全 钝化 100 热烫则可以在短时间内较完全的抑制多酚氧化酶活性 所以 随热烫时间延长 苹 果片 a 变化较小 2 盐溶液浸泡对苹果片色泽的影响 本试验选用的护色剂对苹果片色泽的影响与许多报道相同 郝慧英等 2003 吴士云等 2003 但经过 80 干燥 2h 后 苹果片色泽发生变化 可能是因为护色剂并未完全抑制多酚氧 化酶活性 处理后的苹果片暴露于空气中 与氧接触后又发生褐变 NaHSO 3溶于水产生的 SO2对 苹果体系中的多酚氧化酶 多酚系统的作用比较复杂 既可以与多酚氧化酶蛋白发生键连 图 2 4b NaHSO3溶液对苹果片色泽的影响 Fig 2 4b The effects of NaHSO3 on the color of apple 中国农业科学院硕士学位论文 第二章 苹果膨化前预处理研究 11 修饰蛋白结构 降低它与单酚和二酚类的催化反应活性 又可与第一步反应生成的醌类物质发 生不可逆的结合 形成无色物质 韩涛等 1999 所以既能抑制酶促褐变 又能抑制非酶褐变 用 NaHSO3浸泡后的苹果片在预干燥过程中也不会褐变 2 3 2 结论 1 苹果片经过 70 干燥 3 5h 80 干燥 2h 90 干燥 2h 水分含量达到 30 左右 考 虑提高生产效率并减少营养损失 选择 80 预干燥 2h 2 80 和 90 热烫的护色效果较差 100 热烫后具有较好护色效果 但热烫会使苹果 片发生软化现象 因此 本研究拟不采用热烫预处理工艺进行苹果片护色 3 浓度为 5 的 NaCl 溶液和浓度高于 3 5 的 Vc 溶液 对苹果片具有较好护色效果 但影响苹果风味 或提高成本 不能作为理想的护色液 NaHSO 3在较低浓度时即具有较好的护 色效果 本研究采用 0 02 的 NaHSO3浸泡 15min 对苹果片进行护色处理 中国农业科学院硕士学位论文 第三章 操作参数对产品质量的影响 12 第三章 操作参数对产品质量的影响 苹果片低温高压膨化过程实际是个干燥过程 苹果片大小和苹果片预干燥后水分含量直接 影响其干燥速率 膨化过程中的膨化动力来源于膨化物料内部水分蒸发 水分蒸发所需要的动 力需要外部能量供给 膨化温度 膨化压力可以直接提供这部分能量 抽真空可以让产品形成 的海绵状的多孔结构得到固化 抽真空干燥温度的高低和时间的长短与产品质量关系密切 本 章旨在探讨以上膨化操作参数对膨化苹果脆片产品水分含量 比容 硬度 脆度 色泽的影响 初步确定各操作参数 3 1 试验材料与方法 3 1 1 试验材料与仪器 3 1 1 1 试验材料 国光苹果 NaHSO 3 同 2 1 1 1 3 1 1 2 试验仪器 低温高压果蔬膨化机 QDPH10 1 天津市勤德新材料科技有限公司 如图 1 1 物性分析仪 Ta XT 2i 50 英国 德丰牌切片机 电热恒温鼓风箱 色彩色差仪 同 2 1 1 2 3 1 2 试验方法 3 1 2 1 指标测定方法 1 水分 色泽的测定 同 2 1 2 2 2 比容的测定 体积法 产品比容为膨化产品体积与膨化产品质量之比 产品的比容越高 质量越好 采用排细石英砂的方法测定膨化产品的体积 自制设备由小广口瓶 胶塞 胶管 10ml 移 液管 玻璃漏斗构成 测定体积时尽量保证所有操作的一致性 确保测试结果重现性良好 3 硬度和脆度的测定 Ta XT 2i 50 型分析仪测定 参数设置如下 测试速度为 1 0mm s 测试距离为 3 0mm 探头为 0 25s 仪器自动测定应力的变化 给出应力随时间变化 曲线 硬度值等于曲线中力的峰值 即样品断裂所需要的最大力 单位为 g 数值越大 产 品越硬 脆度值用曲线中应力达到峰值时的横坐标取值表示 即样品断裂所需要的时间 单位 为 s 值越小 产品越脆 中国农业科学院硕士学位论文 第三章 操作参数对产品质量的影响 13 4 统计分析方法 各处理间的差异采用 Duncan 新复极差比较法分析 标记字母不同表 示处理间在 5 水平上有显著差异 5 产品质量评价方法 评价指标包括产品水分含量 比容 硬度 脆度和色泽 产品硬 度居中 水分含量越低 脆度越高 色泽越明亮 则产品质量越好 在试验数据上表现为硬度 值在 700g 1050g 间 水分含量值越低 脆度值越低 a 值越低 产品质量越好 前期预试验结 果 产品质量指标考虑的先后顺序为 脆度 a 水分含量 硬度 比容 3 1 2 2 试验设计 对苹果低温高压膨化工艺中苹果片厚度 预干燥后水分含量 膨化温度 抽真空干燥温度 抽真空干燥时间 压力差 6 个因素进行逐一的单因子试验 考察它们对膨化产品水分含量 比 容 硬度 脆度 色泽的影响 各因素及水平设计见表 3 1 表 3 1 单因素试验设计 Table 3 1 Experimental designs on single factor 因 子 水 平 切片厚度 mm 3 5 7 9 预干燥后水分含量 10 15 30 45 60 75 膨化温度 50 70 90 100 110 120 抽真空干燥温度 50 60 70 80 90 100 抽真空干燥时间 min 0 30 60 90 膨化压力 MPa 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 苹果片膨化工艺 将经过预处理的原料 沿纵向 卧式膨化罐轴心 放于膨化罐的同一个 钢丝托盘上 尽量使各个处理在膨化时处于同一条件下 然后装入膨化罐密封 开启电磁阀 连接蒸汽发生器与膨化罐 蒸汽发生器传输的过热蒸汽加热膨化罐 使罐内温度缓慢升至膨化 温度 关闭电磁阀 开启进气阀 连接空气压缩机与膨化罐 使罐内压力增加到设定压力 关 闭进气阀 开启真空泵 对真空罐进行抽真空 使罐内真空度达到 0 098MPa 0 1MPa 开启泄 压阀 连接膨化罐和真空罐 原料瞬间膨胀 并带走膨化罐中大量水分 迅速向冷却管道中通 入冷却水 将膨化罐内温度降至抽真空干燥时要求的温度 抽真空干燥一定时间 通入冷却水 将温度降至 20 25 关闭泄气阀 维持 5min 10min 后 打开通气阀门 连接大气和膨化 罐 使罐内恢复常压 开罐取出样品 进行产品指标测试 其中 膨化温度指物料膨化时膨化罐所显示的温度 单位为 膨化压力指物料膨化前 膨化罐压力和真空罐压力的差值 单位为 MPa 抽真空干燥温度指物料在膨化罐中膨化以后 通过真空系统抽除物料剩余水分时的温度 单位为 抽真空干燥时间指物料在膨化罐中膨 化以后 通过真空系统抽除物料剩余水分所需的时间 单位为 min 中国农业科学院硕士学位论文 第三章 操作参数对产品质量的影响 14 3 2 结果与分析 3 2 1 苹果片厚度对产品质量的影响 国光苹果经过清洗 去皮核 切片机切分成不同厚度的薄片 预处理后 放入膨化罐中膨 化 产品取样进行分析 苹果片厚度对产品质量的影响见表 3 2 表 3 2 厚度对产品质量的影响 Table3 2 Effects of thickness on the properties of product 厚度 mm 水分含量 比容 ml g 硬度 g 脆度 s a 3 4 5 0 1c 4 6 0 3a 381 0 52 2d 0 32 0 04d 1 2 0 3a 5 5 1 0 1b 4 5 0 4a 829 1 57 7c 0 53 0 06c 2 2 0 5b 7 5 3 0 2ab 3 7 0 1b 1267 5 184 7b 1 01 0 14b 2 1 0 0b 9 5 8 0 3a 2 9 0 1c 2113 4 209 9a 1 57 0 20a 2 6 0 1b 注 标记字母不同表示通过 Duncan 新复极差方差分析 处理间在 5 水平上有显著差异 膨化参数设置为 苹果片预干燥后水分含量为 30 膨化温度为 105 膨化压力为 0 3MPa 抽真空干燥温度为 80 抽真 空干燥时间为 30min 真空罐内真空度达到 0 098MPa 0 1MPa 从表 3 2 可以看出 随着苹果片厚度增加 产品水分含量和硬度增加 产品比容 脆度 a 呈现逐步降低趋势 产品质量随着苹果片厚度的减小 逐步提高 苹果片厚度为 3mm 的膨化产 品质量最好 但硬度低 容易破碎 经受不住碰撞 挤压 不方便运输 苹果片厚度为 7mm 和 9mm 的膨化产品比容低 硬度过高 影响口感 苹果片厚度为 5mm 的膨化产品 比容与厚度为 3mm 的苹果片膨化产品无显著差异 水分含量 脆度虽有显著差异 但变化幅度小 并且 a 较小 色泽好于 3mm 的苹果片膨化产品 硬度居中 具有一定的抗撞击能力 综合以上分析 苹果片 厚度选择 5mm 为宜 3 2 2 预干燥后水分含量对产品质量的影响 国光苹果经过处理 放入 80 烘箱预干燥不同时间 使苹果片达到不同水分含量 放入膨 化罐中膨化 产品取样进行分析 苹果片预干燥后水分含量对产品质量的影响见表 3 3 表 3 3 预干燥后水分含量对产品质量的影响 Table3 3 Effects of water content on the properties of product 预干燥水分含量 水分含量 比容 ml g 硬度 g 脆度 s a 75 6 5 0 7a 4 3 0 1b 494 1 27 9c 1 10 0 09a 3 7 0 3c 60 5 6 0 8ab 4 4 0 3b 603 9 77 5bc 0 70 0 08b 3 0 0 3c 45 5 7 0 4ab 4 2 0 3b 663 2 68 2b 0 66 0 08b 1 9 0 9b 30 5 8 0 1ab 5 0 0 6a 808 2 27 8a 0 51 0 01c 1 8 0 7b 15 5 3 0 1ab 4 1 0 1b 868 0 172 2a 0 37 0 06d 2 5 0 3a 10 5 2 0 0b 4 4 0 2b 874 8 72 2a 0 38 0 05d 2 4 0 2a 注 标记字母不同表示通过 Duncan 新复极差方差分析 处理间在 5 水平上有显著差异 膨化参数设置为 苹果片厚度为 5mm 膨化温度为 105 膨化压力为 0 3Mpa 抽真空干燥温度为 80 抽真空干燥时间为 中国农业科学院硕士学位论文 第三章 操作参数对产品质量的影响 15 30min 真空罐内真空度达到 0 098MPa 0 1MPa 从表 3 3 可以看出 随着苹果片预干燥后水分含量的降低 产品水分含量呈逐渐降低的趋 势 但只有预干燥后水分含量为 75 和 10 的苹果片膨化产品的水分含量差异达到显著水平 产品比容在预干燥后水分含量为 30 时最大 与其它条件下膨化的产品比容存在显著差异 产 品硬度 脆度和 a 均呈逐渐增加的趋势 预干燥后水分含量高于 45 的苹果片膨化产品 硬度 较小 预干燥后水分含量低于 30 的处理间 产品硬度无显著差异 均较适中 预干燥后水分 含量低于 15 时 产品脆度最好 但产品 a 较大 发生明显褐变 苹果片预干燥后水分含量在 30 时 膨化产品比容较大 色泽较好 脆度较高 水分含量 硬度与更低预干燥水分含量的苹果片膨化产品无显著差异 质量好 综合以上分析 选择预干 燥后水分含量 30 为宜 3 2 3 膨化温度对产品质量的影响 国光苹果经过预处理后 放入膨化罐中 在不同膨化温度下膨化 产品取样进行分析 膨 化温度对产品质量的影响见表 3 4 表 3 4 膨化温度对产品质量的影响 Table3 4 Effects of explosion puffing temperature on the properties of product 膨化温度 水分含量 比容 ml g 硬度 g 脆度 s a 120 5 1 0 0c 4 1 0 6a 875 9 103 4a 0 51 0 09ab 5 7 2 0a 110 6 3 0 3b 3 9 0 2a 864 6 35 7a 0 41 0 01c 0 1 1 3b 100 6 7 0 0b 3 8 0 1a 850 6 129 3a 0 50 0 03b 2 1 0 2c 90 6 1 0 5b 4 1 0 5a 831 3 165 5a 0 49 0 08bc 2 8 0 9c 70 6 2 0 3b 4 1 0 8a 821 5 155 2a 0 58 0 02a 3 2 0 7c 50 7 5 0 2a 4 2 0 1a 773 8 125 8a 0 53 0 03ab 2 8 0 4c 注 标记字母