海参冻干工艺及海参冻干机原理

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云 霞,韩学宏,农绍庄,杨 红
(大连轻工业学院生物与食品工程学院,辽宁大连116034)

摘要:以3 年生刺参( S tichopus japonicus) 为实验材料,样品平均体质量125 g。水发后在冻干机上对其进行真空冷冻干燥试验。通过实验提出:冻结温度为( - 25 ±1) ℃,冷阱温度为- 29~ - 31 ℃,真空度为10~20 Pa ,冻干最终温度为60 ℃,并给出了对应于海参的冷冻干燥曲线以方便控制升华干燥速度。实验表明,真空冷冻干燥的海参经复水后口感与水发的海参相同,且保持了海参的营养、色泽和形状。
关键词:海参;真空冷冻干燥;工艺

海参被称为海中人参,是高蛋白、低胆固醇,富含多种生理活性物质的营养保健佳品,且具有抗肿瘤及抗凝血的作用。近几年,辽宁南部沿海地区的海参养殖业发展迅速,随着养殖产量的增加,如何延长海参的保质期,以及如何简化海参食用前的处理方法以达到方便食用的目的成为人们关注的焦点。因此,海参的深加工技术已成为国内外同行研究的热点课题。真空冷冻干燥技术是将含水物料在低温状态下冻结,然后在真空条件下使冰直接升华为水蒸气并排走,从而脱去物料中的水分使物料干燥的一项高新技术,它是随制冷、真空、生物、电子等技术的发展而迅速兴起的一项多学科综合应用技术,在食品深加工中已有应用[1 - 3 ] ,但在海参中的应用尚未见报道。本研究旨为加工即食冻干海参提供有益的参考。
1  材料与方法
1.1  材料
采用辽宁长海县3 年生刺参( Stichopus japonicus) ,活海参平均体质量为125 g。
1.2  样品处理
将活海参放入蓄养网箱,置于40~100 cm 深的海水中蓄养1 夜,使之吐尽泥沙。然后,人工刺激使海参吐出肠子,再将吐出肠子后的海参腹部切开1 个1/ 3 体长的小口,取出内脏、洗净后,进行盐渍处理。
挑选品质好、外形完整、肉质厚度相近的盐渍海参,沿有缺口的一侧纵向剖开,去掉海参嘴和筋,清水洗净。再采用传统的水发工艺水发海参[4 ] ,要严格控制水发海参的大小。
1.3  分析方法
1.3.1  收缩率的测定[ 5 ]  冷冻干燥前后海参的体长差与冷冻干燥前海参的体长之比。
1.3.2  复水膨胀率的测定 复水前后海参的体长差与复水后海参的体长之比。
1.3.3  营养成分的测定[6 ]  粗蛋白质测定采用微量凯氏定氮法;粗脂肪测定采用索氏抽提法;碳水化合物测定采用苯酚硫酸法;粗灰分测定采用重量法;水分测定采用红外线水分快速干燥法。重复测定3 次。
1.4  真空冷冻干燥工艺流程设计
参考食品深加工中所用的工艺技术[7 ] ,设计出图1 所示的真空冷冻干燥工艺,并按照图1 的流程进行试验,对各指标在关键点处进行测定。
冻干机的型号为ZDG - 40 ,加热功率60 kW ,工作真空度5~50 Pa。料盘面积40 m2 ,具有温度、压力自动测试控制系统。
1.5  条件设定
1.5.1  冷冻温度 将水发海参冻结是为真空干燥.做准备。冷冻温度不同,真空干燥时间会有所不同。为缩短真空干燥时间,并使真空冷冻干燥后的海参有较好的外形,分别选择冷冻温度- 20 ℃、- 25 ℃、- 35 ℃和- 40 ℃进行冻结,并使之完全冻结后再进行真空干燥,待温度传感器指示干燥结束后,分别统计不同冷冻温度下所需的真空干燥时间和检验海参
的外观形状。

1.5.2  冷阱温度与真空度 真空度与冷阱温度有着密切的关系。实验将冷阱温度分别控制在- 23~- 25 ℃、- 25~ - 27 ℃、- 27~ - 29 ℃、- 29~- 31 ℃和- 35~ - 40 ℃的范围内,观察真空度的波动范围,并分别统计海参在各条件下的真空干燥时间,再由6 个专业人员评判海参的干燥效果和海参的复水效果。
1.5.3  干燥最终温度 在冷冻温度- 25 ℃、真空度10 ~20 Pa 的条件下,将干燥最终温度控制在40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃和80 ℃进行实验,以确定适合于海参的真空冷冻干燥曲线。
2  结果
针对海参的原料特性,在要求保证其营养成分不损失的前提下,研究能够使海参外观形状保持不变、复水后即可食用的真空冷冻干燥工艺。实验结果表明,根据图1 的工艺技术对海参进行真空冷冻干燥时,达到此要求的关键是合理地选择冷冻温度、真空度、冷阱温度、物料温度和升华干燥速度等。
2.1  冷冻工艺条件的选择
按照表1 设定的冷冻温度进行实验。结果表明,将冷冻温度控制在- 25 ℃时冻结海参较为合适,不仅冻干后海参能够保持原有形状、海参体壁孔隙适中, 而且真空干燥时间相对较短; 温度高于- 20 ℃,冻干后的海参体壁空隙较大,影响外观;温度低于- 35 ℃,升华干燥速度明显减慢,且真空冷冻干燥时易使海参体壁产生冰塌,使冻干后的海参变形。实验得到各冷冻温度下的真空干燥时间和海参外观形状见表1 。

2.2  真空干燥工艺条件的选择
将冻结的海参送入真空干燥仓后,需重点控制的参数是真空度、冷阱温度、物料温度和升华干燥速度。
2.2.1  冷阱温度与真空度的关系
当海参送入真空干燥仓后,因真空冷冻干燥机抽真空的速率是固定的,因此,真空度的高低取决于冷阱温度。冷阱温度越低,真空度就越高(见表2) 。由表2 可以看出,为合理利用冷阱捕捉水的能力及减少加热能源和制冷能源的消耗,将冷阱温度控制在- 29~ - 31 ℃范围内,真空度维持在10~20 Pa ,此时的真空干燥时间最短,仅为18 h ,且海参的干燥效果和复水效果均比其他条件好。

2.2.2  适合于海参的真空冷冻干燥曲线
实验过程中需要记录海参表面温度、海参芯部温度、冷阱温度、干燥室真空度随真空干燥时间的变化关系,然后绘制真空冷冻干燥曲线。真空冷冻干燥曲线不仅能反映冷冻干燥机的性能,而且对实际生产具有一定的指导意义。
海参冻干最终温度的控制极为重要(见表3) 。从表3 的实验结果发现如果冻干最终温度低,真空干燥时间就长;如果冻干最终温度高,真空干燥时间则短。但此时海参表面的冰还未来得及升华,其内部的冰就已经溶化,也就是海参体壁产生了冰塌现象,造成冻干后的海参变形[1 ,7 ] 。为使冻干后的海参外观形状保持不变,并尽量缩短海参的真空干燥时间。在冷冻温度- 25 ℃、真空度10~20 Pa 的条件下,最佳冻干最终温度为60 ℃。

升华干燥速度取决于加热速度,也就是加热功率一定要控制适当,尤其是加热初期。升华干燥速度慢,真空干燥时间就长;升华干燥速快易造成温度失控,导致加工过程偏离真空冷冻干燥曲线。通常,在真空度达到要求后,控制海参表面在10 h左右达到最佳冻干最终温度;海参芯部在14 h 左右达到最佳冻干最终温度,然后保持此温度至海参出仓。也就是说,如果严格按照图2 所示的海参的真空冷冻干燥曲线控制升华干燥速度,便可保证在较短的真空干燥时间内获得营养及外观形状均佳的冻干海参

3  冻干海参的质量指标
按照本实验研究的真空冷冻干燥工艺加工的冻干海参,其感官与理化指标均与冻干前保持一致。
3.1  感官指标
3.1.1  组织结构变化 海参经冻干后体壁空隙适中、基本保持冻干前的体积和形状,收缩率为(915 ±0145) %。将冻干海参浸泡在25 ℃的蒸馏水中,每隔1 h 观察1 次复水效果(表4) 。从观察的结果可以看出,25 ℃复水6 h 后冻干海参的切口处已无白茬,且口感较好,无发棉、发干和发渣感。冻干海参复水后的膨胀率为(913 ±0132) % ,与冻干后海参的
收缩率基本保持一致。
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