草莓流态化液氮冻结的研究

草莓流态化液氮冻结的研究

草莓是蔷薇科的一种浆果果实。这是一种集营养和香味于一体的高质量优质水果。草莓质地柔软多汁,收获期短,因此贮运比较困难。常温下,一般仅能存放1～2天;在-0.5～0℃,相对湿度85～90%时,最高储期仅7～8日;即使低温贮藏和气调相结合,最长贮期也不超过15天,因而对其进行长期保鲜贮藏非常困难。草莓除了一部分鲜吃外,很大部分都用于加工,一般是制成草莓酱、草莓汁、草莓罐头、糕点和饮料等。对草莓进行喷雾式流态化液氮速冻,首先研究不同的循环风速(0.5m·s-1～5.0m·s-1)、物料高度(4cm～6cm)和不同规格的筛板(孔径都为5mm,开孔率分别为30%、40%、50%)对草莓物料压降的影响,寻找其最佳流态化效果,再研究冻结速度与解冻后的汁液流失率关系等,旨在探索草莓的适宜冻结工艺条件,以期对草莓保鲜贮藏提供理论依据和技术参考。1材料和方法1.1试验材料草莓(丰香型):购自昆明市官渡区。1.2设备恒温水浴锅;天平;真空包装机;冰箱;液氮速冻装置(图1)等。1.3测试方法1.3.1温度传感器检测将两根同等长度的康铜丝和纯铜丝相互缠绕在一起,一端用细砂纸打磨约5mm长,并用锡点焊将两金属丝顶端相互连接在一起,另一端则打磨约30mm长(打磨时尽量在保持原粗细的前提下将表面镀层尽量磨干净)后插入传感器中,打开计算机温度测试程序,将热电偶一端放入恒温水浴锅中,找出让温度曲线平稳的参数值。再浸入不同浓度的NaCl和MgCl2冰水溶液中,用同样方法得到使温度平稳的参数值,由此确定热电偶的测温性质,并于程序中进行校正设定,达到准确测温的目的。1.3.2筛板压力变化测量冻结室底部可安装不同规格(孔径、开孔率)的筛板,筛板上下表面附近分别与U型管压力计两端相连,用于测量筛板上下的压力变化。此外,将风速计探头置于筛板下方并连接至主控电脑。试验时在各种规格筛板上放置草莓样品,采用不同的风速,记录U型管压力计两端的压强,绘制出压降图,同时观察样品在筛板上的流化状态。分析压降图及样品的流化状态,得出该样品最适宜的筛板和风速等。1.3.3心和表面添加量的确定取大小适中的草莓,将热电偶穿过其较为结实的部分后,分别插入草莓的中心和表面(约1mm处),与其它未连接热电偶的草莓一起放入冻结室中进行试验。冻结温度分别采用-90℃、-70℃、-50℃及-35℃(-35℃用冰箱冻结),温度变化及冻结温度曲线由计算机显示并自动记录和绘制。1.3.4冻伤率以时间计算,即食品中心温度从-1℃降至-5℃所需的时间。1.3.5汁液流失率测定把不同冻结温度下所得的草莓冻品,放入-26℃冰箱中冻藏6个月,取出冻品于室温下空气中解冻,让汁液自然流出,用滤纸吸干其表面水后称重,计算汁液流失率。汁液流失率(%)=100(解冻前重-解冻后重)/解冻前重。2结果与讨论2.1正常流化状态筛板空隙率的选择必须从以下两个方面加以考虑:1)筛网孔洞必须小于被冻结食品,以防漏料;2)筛网阻力必须满足当流化床出现10%左右的空床时,床层其余部分的气流速度不低于临界速度,以保证正常流态化操作。研究选择不同的循环风速(0.5m.s-1～5.0m·s-1)和物料高度(4cm～6cm),以及不同规格的筛板(孔径都为5mm,开孔率分别为40%、50%)对新鲜草莓进行流态化状况研究,寻找其最佳流态化效果,结果如图2～4所示。在风速较小时物料层静止不动,这时气流从物料间通过,气体对物料的推力和摩擦力,不足以推动物料,此状态称为“固定床”;随着气流速度的增大,食品床层两侧的气流压降也将增加,气流速度增加到一定值时,草莓层开始松动,当压力降达到一定数值时,物料不再保持静止状态,部分物料悬浮向上,使食品床层膨松,空隙率增大,即开始进入流化状态,此状态称为“临界流化床”,所对应的气流速度为临界流化速度,或最小流化速度,此时的流化态还不稳定;“正常流化状态”是处于临界流化速度以上的某一范围内:随着气流速度的进一步增大,床层的均匀和平稳状态受到破坏,物料内部极易出现“沟流”,沟流的出现使气流分布不均匀,大部分冷风不能与食品颗粒充分接触便已通过,出现强烈的颗粒搀混现象并使冻结过程减弱。由图2可以看出,当采用开孔率为30%,孔径为5mm的筛板时,效果不好,在风速0.5m·s-1～4.0m·s-1时为固定床状态,正常流化状态出现很短(风速4.0m.s-1～4.5m.s-1)且很不稳定;由图3结果反映出,当采用开孔率为40%,孔径为5mm的筛板时,效果也不甚好,3种床层高度下,草莓在风速0.5m·s-1～2.0m·s-1为固定床状态,没有出现稳定的正常流化状态。而由图4结果则知,当选用开孔率为50%,孔径为5mm的筛板时,在三种物料层高度下,它们的流态化效果都较好,风速超过2.0m·s-1时,都进入了正常流化状态,且风速范围较宽,其中又以草莓床层高度为4cm时最佳,在风速2.0m-s-1～4.0m·s-1范围内,都是稳定的正常流化状态。因此,选用开孔率为50%,孔径为5mm的筛板,用3.0m·s-1循环风速对床层高度为4cm的新鲜草莓进行流态化速冻试验。2.2冻结效果比较根据计算机记录热电偶所反映的草莓中心温度的变化,计算出4种温度下的冻结速度,并与冻品解冻后的汁液流失情况一起归纳于表1。从表1可以看出,当采用-90℃、-70℃、-50℃及-35℃(缓)把草莓冻结时,其冻结速度分别为0.336min、0.454min、0.715min及84.5min。试验中的-90℃、-70℃及-50℃采用喷雾式流态化液氮速冻装置,而-35℃(缓)采用冰箱中静态空气冻结,故速度相差很大;-90℃冻结效果最好,冻品在-26℃冰箱中贮藏9个月,解冻后的汁液流失率很低,仅为4.0%,-70℃与-50℃冻结效果相近,其汁液流失率分别为5.3%和5.8%,而-35℃缓冻效果就差得多,其汁液流失率高达13.4%。速冻和缓冻的主要区别在于细胞汁液冻结时,所形成冰晶体的大小、数量及其分布的差别。缓慢冻结时冰晶体常在细胞间隙内形成,数量少而粗大,由于大粒冰晶体对细胞结构造成的破坏,以及原生质脱水时形成的高浓度电解质对蛋白质和胶体所产生的不可逆变化,使得细胞在解冻后很难将这些游离状态汁液(原先冻结的水分)重新吸回,造成解冻后的汁液流失;相反,快速冻结时水分多在细胞内形成冰晶体,细小而量多,分布均匀,因而细胞和原生质受损伤的程度较低,解冻时可将原先冻结的大部分汁液吸回并