专利名称：一种柿子冻干超微粉的制备方法
技术领域：
本发明涉及用真空冷冻干燥脱水技术和气流磨技术对柿子进行加工的方法。
背景技术：
柿子又名朱果，广泛生长在我国北方及黄河流域，已有三千多年的栽培历史。柿子是一种营养成分丰富，营养价值很高的水果。经分析在1kg鲜柿子中，含110g碳水化合物、1g脂肪、7g蛋白质、含有1.6mgVA，0.1mgVB1，0.2mgVB2，160mgVc，100mg钙，190mg磷、2mg铁，80-84mg碘、80mg钴、40mg锰、0.4mg硒，6.76mg锌等等元素；果实内尚含有人体必需的18种氨基酸，其总糖含量8-11％。是人们喜爱的一种时令水果，但是其易霉变变质、保鲜期极短，无法长期保存。利用真空冷冻干燥脱水技术可解决这一难题。真空冷冻干燥脱水技术是一项对蔬菜、水果、肉类等进行护色、保鲜、保质的高新加工技术，简称为冻干。该技术采取在低温下，对物料进行迅速冷冻，然后在高真空下使物料的水分由固态直接转化气态的一种升华干燥方法。该加工技术避免了传统烘干脱水技术带来的变色、变质变味成分流失、无法还原等缺陷，可保持原物料的形、色、味不变，并具有干果复水性好，无损耗，重量轻的优点。因此，研究柿子冻干保鲜技术，有利于柿子的长期贮藏和深加工。目前，尚未见关于柿子冻干超微粉加工技术内容的文献报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种柿子冻干超微粉的制备方法，以解决柿子保鲜、存放和深加工中的难题。
本发明的技术方案是由下列步骤来实现的一种柿子冻干超微粉的制备方法，分为物料的前处理、预冻结、升华干燥、解析干燥、超细微粉碎五个阶段，其特征是前处理阶段选用七八成熟的柿子，用温水脱涩后，将柿子切成小块，然后装盘，放入干燥仓中速冻；预冻结阶段在预冻结阶段，物料的预冻结温度应达到其共晶点温度以下5～10℃，物料温度在共晶点以下才能够升华，而不发生解冻；升华干燥阶段当干燥仓中物料中心温度达到其共晶点温度以下已完全冻结时，恒温保持1～1.5h，使物料冻透，再实施抽真空、加热，即开始升华干燥，在该阶段应保证物料冻结部分温度低于其共溶点温度，同时真空度和冷阱温度须保持相应的工艺要求值，维持该过程至全部冰晶升华；解析干燥阶段冰晶升华结束后，须继续一段解析干燥过程，即将物料中部分未冻结的结合水通过蒸发除去，此时应保证物料温度在崩解温度的最高允许温度以下，当物料残余水分达到3％-5％时，结束冻干过程；超细微粉碎阶段柿块冻干后，应立即采用植物粉碎机进行粗磨，最后用气流磨粉碎机进行超微粉碎，从而得到柿子冻干超微粉。
其中预冻结阶段物料粒度为0.5cm×0.5cm，物料厚度为10mm-15mm，物料预冻温度为-20℃-25℃区间，预冻速率为0.03-0.05h/mm。
其中升华冻干阶段干燥仓真空度20-40Pa，加热板温度20℃-30℃，物料温度-20℃--25℃，冷陷温度-35℃，当冷冻干率为95％时，其冻干速率为0.53-0.55h/mm。
其中解吸阶段干燥仓压力20Pa以下，物料温度20℃-25℃，加热板温度25℃，冷陷温度＜-35℃。
其中超细微粉碎阶段气流磨机工作压力为6Pa-12Pa，原料进口粒度为0.5-10mm，成品粒度＜10-100μm。
用本发明方法生产的柿子冻干超微粉具有独特的物理化学性能，良好的分散性，吸附性，溶解性，化学活性，完整的保留了柿子固有的香气和营养成份，柿子冻干超微粉可作为制备柿子饮料，果晶，软糖的主要原料，也可作为果类食品的添加剂，并可长期保存，色、香、味不变。
图1是水的三相平衡原理图。
图2是柿子冻干曲线图。
具体实施例下面详细介绍柿子真空冷冻干燥的工艺流程，并对该工艺流程程序控制、工艺流程中的温度、真空度、冻干曲线、柿子物料厚度、柿子的共晶点等工艺参数的测量与控制，进行了分析研究，确定了柿子冷冻干燥的最佳操作条件，对实际冷冻干燥生产具有一定的指导意义。
1、试验材料与方法1.1真空冷冻干燥技术原理真空冷冻干燥技术(简称冻干)是先将经过前处理后的物料冻结，然后在真空容器中，在一定的真空度下对物料加热，使物料中水分从固态直接升华为汽态，并通过真空系统将水蒸汽排走，从而除去湿物料中的水分，获得干燥制品(简称冻干产品)。
冻干过程的升华原理是基于水的三相平衡图，如图1所示，水的三态变化温度是与压力直接有关，压力降低，水的冰点变化不大，而沸点则随压力的降低而减少，当压力低到某一值时，水的沸点即与冰点相重合，即达至水的三相平衡点，这时的压力称为三相点压力P0为610.5Pa.，相应的温度称为三相点温度T0为00980C。当压力低于P0时，水就从固态直接转化为汽态，称为升华，在升华时所吸收的热称为升华热。冻干的基本原理就是AD线上的汽固转化过程。冰就可以直接由固相转变为气相。
但由于新鲜原料中，除含有水分外、还有无机盐、糖分及维生素等共存于细胞中，而且不同原料各成分的含量也不相同，它们溶解于水形成溶液，引起水的冰点下降，当水和可溶解性成分组成的溶液结冰时温度称之为共晶点，而所谓共融点温度就是指冻结物料在升温升华过程中，当达到某一温度时，固体中开始出现液态时的温度称这为共融点。因此，不同原料有不同的共晶点和共融点。物料中水分的存在形式主要是游离水和束缚水，游离水占含水量的绝大部分，脱除游离水，降低水分活度是食品干燥的主要目的。当冻结物料至共晶点之下时，在细胞内和细胞间隙中的游离水被冻结成颗粒不等的冰晶体，在较高真空度的环境中，这些冰晶体就会首先在物料表面发生升华，并由表及里地向外逸出水蒸汽，逐渐使物料中的水分除去，这就是冷冻干燥的基本原理。
1.2、实验设备本试验采用FD-0.5真空冷冻干燥机进行柿子冻干工艺的试验。该设备主要由以下五个部分组成。
1)干燥仓，用于物料冷冻与干燥，是一个传热和传质的箱体设备。
2)捕水器(又称水凝结器或冷阱)，用于凝结捕集升华和解吸阶段从物料中逸出水汽的冷凝设备。
3)制冷装置，共二个制冷系统，一个用来冷却干燥箱物料，另一系统供捕水器冷却，带走水气凝结时所放出的热量，使捕水器维持在-34℃～-45℃低温；4)真空系统，用于升华和解吸过程中，维持干燥箱和捕水器的真空度，确保冷冻干燥顺利进行。
5)加热系统，用于加热板温度的控制。
6)控制与测量系统，控制和测量升华与解吸过程状态参数。
该设备主要的技术性能指标为单托盘有效总干燥面积为0.5m2。
干燥仓工作真空度范围13.3～133Pa(满载时预抽真空度(30Pa)的时间为10min)；冷阱工作温度-35℃～-45℃(最大捕水量25kg)；冻干周期(包括进、出料和冷阱除霜)10～20h；1.3、实验步骤真空冷冻干燥过程一般分为物料的前处理、预冻结、升华干燥、解析干燥四个阶段。
前处理阶段选用七八成熟的柿子，用温水脱涩后，将柿子切成边长5mm或1cm见方的小块，然后装盘，放入干燥仓中速冻。
预冻结阶段在预冻结阶段，物料的预冻结温度应达到其共晶点温度以下5℃～10℃。物料温度在共晶点以下才能够升华，而不发生解冻。
升华干燥阶段当干燥仓中物料中心温度达到其共晶点温度以下已完全冻结时，恒温保持1～1.5h，使物料冻透。再实施抽真空、加热，即开始升华干燥。在该阶段应保证物料冻结部分温度低于其共溶点温度(同时真空度和冷阱温度须保持相应的工艺要求值)，维持该过程至全部冰晶升华。
解析干燥阶段冰晶升华结束后，须继续一段解析干燥过程，即将物料中部分未冻结的结合水通过蒸发除去，此时应保证物料温度在崩解温度的最高允许温度以下。当物料残余水分达到3％-5％时，结束冻干过程。
1.4、工艺参数测试方法1.4.1共晶点与共融点的测定共晶点的测定方法常用的是电阻测定法。原理是利用物料在冻结过程中，温度除至冰点，冰结晶开始形成，随着物料温度下降，冰晶逐渐增多。当温度降至某一点物料中的水分全部冰结，这时电阻会突然增大，几乎是无穷大，此时的温度就是物料的共晶点温度。
共融点温度就是指冻结物料在升温升华过程中，当达到某一温度时，固体中开始出现液态，电阻值突然减小，此温度称为溶液的共融点。它的测定方法与共晶点的测定方法相同，而且两者相差不多。
1.4.2预冻速率单位厚度物料预冻到物料的共晶点温度以下5℃或10℃时，所需的冷冻时间单位为h/mm。
1.4.3冻干率是物料冻干后脱水质量占物料水分总量的比例，常用测定方法是称重法，用同质量鲜果和其冻干后质量之差与同质量鲜果和其烘干后质量之差的比值来表示。
1.4.4冻干速率在同一冻干率下，单位厚度物料的冻干时间，及物料的冻干时间(h)与物料厚度(mm)之比值，单位为h/mm。
2、试验结果与讨论2.1柿子的共晶点与共融点，我们用电阻法测得柿子在-11℃～-14℃时电阻值变化发生转折急剧增大，此转折点温度应为柿子的共晶点温度。同样，用电阻法测得柿子在-13℃～-10℃时电阻值变化发生转折由大变小。应为柿子的共融点温度。物料的预冻结温度应在共晶点或共融点温度以下5℃～10℃。据此，我们选择物料的预冻结温度为-20℃～-25℃区间。
2.2物料厚度物料的厚度直接影响冻干速率，厚度薄，冻干时间会大大降低。但会降低设备处理能力。厚度增厚，冻干时间将大大增长。而且在升华冻干过程中，随着升华时间的增长，当冻干层逐渐形成时，加热板会使冻干物料表层的温度升高，引起物料的形态和颜色发生变化。实验中，我们在其他控制条件和冻干率固定情况下，考察了物料的厚度对冻干速率的影响，见表1。实验最终选取的物料厚度为10mm～15mm；在冻干率为95％时，其冻干速率为0.53～0.55h/mm。
表1物料的厚度对冻干速率的影响
2.3预冻速率与预冻温度预冻速率直接影响干燥速率和产品的质量。慢冻时，冰结晶颗粒大，有利于物品的升华，复水速度快；但食品复原性差；快速冻结，产生的冰晶颗粒小，升华较慢，复水速度慢，但干制品的复原性好。预冻速率与物料的厚度和干燥仓预冻结温度相关。当物料厚度为10mm～15mm时，预冻结温度为～20℃～-25℃区间，我们选择的物料预冻速率为0.03～0.05h/mm；2.4升华阶段的条件控制2.4.1干燥仓和仓内物料温度升华阶段物料温度应低于其共融点温度，物料温度低于共融点温度太多，升华速率低、升华时间长；高于共融点温度。产品融化，影响产品质量和干燥过程。据此，我们选择物料的物料温度为-20℃～-25℃区间，干燥仓温度略低于物料温度1-2℃。
2.4.2加热板温度冻干曲线的温度就是干燥仓的加热温度，控制温度对冻干制品的质量起着重要作用。物料升华时需要的相变潜热主要由加热板供给。但在升华阶段应保证加热板所供热量大小，不会使物料升温高于其共融点温度。在干燥仓不同温度下，冰的升华热见表2。在解吸阶段，加热板温度就低于最高允许温度。否则会出现物料中心温度超过物料的最高温度，会使物料崩解融化，表面烧焦或变形。试验中，我们选择的加热板温度为20℃～30℃区间。
表2冰的饱和蒸汽压和升华热表
2.4.3升华阶段干燥仓的真空度干燥仓温度大小影响升华干燥过程的传热传质。压力高，传热效果好，但不利于水蒸气的逸出；压力低，传热效果差，有利于水蒸气的逸出。整个升华过程就是一个传热传质过程。只有压力适当，才能有一个经济干燥速率。
通常应把干燥仓的压力值控制在略低于最高升华温度所对应饱和蒸汽压的二分之一。冰的饱和蒸汽压见表2。我们选择的干燥仓内压力实验范围为20～40Pa。
2.4.4冷阱温度当冷阱温度越低，升华界面与捕水器表面间水蒸气压力差越大，可以加快干燥时间。我们选用冷阱温度为-35℃。
2.5解吸条件解吸阶段因物料内不存在冻结冰，产品温度可迅速上升到最高许可温度并在该温度下保持一段时间，使结合水和吸附于干燥层中的水获得足够的能量从分子吸附中解析出来，产品温度一般为20～25℃，而加热板温度略高于产品温度几度。而使干燥仓压力下降到20Pa以下，有利于水蒸气从产品中逸出。解吸阶段水汽凝结器的温度会因水蒸气量大减而负荷减小，致使其温度有所下降。
2.6柿子最佳冻干条件的研究对影响柿子冻干生产的主要工艺条件，我们采用正交设计法实施了最佳升华冻干条件的探索。探讨了干燥仓真空度，加热板温度，冷阱温度，对柿子冻干率的影响。实验安排与结果见表3。
经过多次的实验，由表3中极差分析可见在物料粒度5mm见方，物料厚度为10mm～15mm时，冻干工艺条件对柿子冻干结果影响的主次排序为干燥室真空度＞加热板温度＞冷阱温度；柿子的最佳升华冻干条件是干燥仓真空度20Pa，加热板温度25℃，冷阱温度-35℃。
表3正交设计L9(33)实验安排与结果
2.7柿子冻干曲线柿子冻干曲线是记录加热板温度、物料温度、冷阱温度以及干燥真空随时间而变化的曲线，我们按照上述柿子最佳冻干工艺条件，对实际生产中的各因素实施了监测结果见图2。应该说它对实际生产具有一定的指导意义。
2.8冻干柿子产品的特点2.8.1干燥后柿子产品呈多孔海绵状，体积、形状不变，无干缩现象，有极好的复水性，将冻干柿子浸泡在常温水中50mi 20n，按复水率＝[(复水后重量-干品重量)/复水后重量]×100％计算，复水率为80％。同时测得的新鲜柿子的含水率为82.5％，可见柿子复水性很好，这也说明柿子复水后能基本恢复原有性状。内部结构保存良好。
2.8.2由于干燥过程在真空下进行，易氧化物得到保护；且真空状态下能杀死大量细菌，抑制部分细菌及复水后能基本恢复原有性状。内部结构保存良好。
2.8.3由于干燥过程在低温下进行，食品中易挥发成分和受热变性的营养成分损失很小，最大限度保持食品原有的色、香、味和营养成分。
2.8.4冻干产品残余含水量很低，一般为3％～5％，可长期保存。
3、结论柿子最佳冻干工艺条件是预冻结阶段物料粒度5mm见方，物料厚度为10mm～15mm；物料预冻温度为-20℃～-25℃区间，预冻速率0.03～0.05h/mm；升华冻干阶段干燥仓真空度20Pa以下，物料温度-10～-22℃，加热板温度25℃，冷阱温度-35℃。
4、超细微粉碎4.1粗粉碎柿块冻干后，柿块呈海绵状，含水量仅剩3-5％很松脆，也极易返潮，应立即采用植物粉碎机进行粗磨，粗磨粒度为10-100mm，粗磨过的柿子冻干粉，迅速送往真空干燥室，用铝铂纸抽真空，密封保存，严防返潮。
4.2超微粉碎由于植物粉碎机在粉碎冻干柿子时，因机械运转而易发热，故不能把冻干柿子加工的很细。经多种粉碎方法实验结果表明，选择气流磨机加工冻干柿子超微粉的方法效果最好。
气流磨又称流能磨或喷射磨是利用压缩空气或过热蒸汽为工质产生高压并通过喷嘴产生超音速气流为物料颗粒的载体，使颗粒获得巨大的动能。两股相向运动的颗粒发生相互碰撞或与固定板冲击，从而达到粉碎的目的。与普通机械式超微粉碎机相比，气流磨粉碎机可以将冻干柿子粗粉进一步粉碎的很细，粒度分布范围小，粒度更均匀，柿子冻干粉成品粒度＜10-25μm。见表4，因为气体在喷嘴处膨胀可降温，粉碎过程不伴生热量，粉碎时升温很低，对于热敏性较高的柿子原料选用气流磨机加工出来的超微粉，其营养价值基本不受损失。
表4冻干柿子粉碎粒度类型
4.3冻干柿子经气流磨机超微粉碎达到规定标准粒度时，立即在无菌干燥室，用高级铝铂袋分量抽真空包装，保存期可达3-5年不变质。
5、冻干柿子超微粉营养成份的测定结果见表5表5冻干柿子超微粉的营养成份测定结果
6、冻干柿子超微粉的感官指标见表6。
表6冻干柿子超微粉的感官指标。
注感官评定为冻干柿子超微粉综合评审小组评定结果
权利要求
1.一种柿子冻干超微粉的制备方法，分为物料的前处理、预冻结、升华干燥、解析干燥、超细微粉碎五个阶段，其特征是前处理阶段选用七八分成熟的柿子，用温水脱涩后，将柿子切成小块，然后装盘，放入干燥仓中速冻；预冻结阶段在预冻结阶段，物料的预冻结温度应达到其共晶点温度以下5℃～10℃，物料温度在共晶点以下才能够升华，而不发生解冻；升华干燥阶段当干燥仓中物料中心温度达到其共晶点温度以下已完全冻结时，恒温保持1～1.5h，使物料冻透，再实施抽真空、加热，即开始升华干燥，在该阶段应保证物料冻结部分温度低于其共溶点温度，同时真空度和冷阱温度须保持相应的工艺要求值，维持该过程至全部冰晶升华；解析干燥阶段冰晶升华结束后，须继续一段解析干燥过程，即将物料中部分未冻结的结合水通过蒸发除去，此时应保证物料温度在崩解温度的最高允许温度以下，当物料残余水分达到3％-5％时，结束冻干过程；超细微粉碎阶段柿块冻干后，应立即采用植物粉碎机进行粗磨，最后用气流磨粉碎机进行超微粉碎，从而得到柿子冻干超微粉。
2.如权利要求1所述的一种柿子冻干超微粉的制备方法，其特征是预冻结阶段物料粒度为0.5cm×0.5cm，物料厚度为10mm-15mm，物料预冻温度为-20℃--25℃区间，预冻速率为0.03-0.05h/mm。
3.如权利要求1所述的一种柿子冻干超微粉的制备方法，其特征是升华冻干阶段干燥仓真空度20-40Pa，加热板温度20℃-30℃，物料温度-20℃--25℃，冷陷温度-35℃，当冷冻干率为95％时，其冻干速率为0.53-0.55h/mm。
4.如权利要求1所述的一种柿子冻干超微粉的制备方法，其特征是解吸阶段干燥仓压力20Pa以下，物料温度20℃-25℃，加热板温度25℃，冷陷温度＜-35℃。
5.如权利要求1所述的一种柿子冻干超微粉的制备方法，其特征是超细微粉碎阶段气流磨机工作压力为6Pa-12Pa，原料进口粒度为0.5-10mm，成品粒度＜10-100μm。
6.如权利要求3所述的一种柿子冻干超微粉的制备方法，其特征是升华冻干阶段干燥仓真空度20Pa，加热板温度25℃，物料温度-10℃～-22℃，冷阱温度-35℃。
全文摘要
本发明提供了一种以天然硬鲜柿子为原料，经脱涩，真空冷冻干燥，气流磨超微粉碎，得到柿子冻干超微粉，柿子冻干超微粉具有独特的物理化学性能，良好的分散性，吸附性，溶解性，化学活性，完整的保留了柿子固有的香气和营养成份，柿子冻干超微粉可作为制备柿子饮料，果晶，软糖的主要原料，也可作为果类食品的添加剂，并可长期保存，色、香、味不变。
文档编号A23B7/024GK1759697SQ200510096238
公开日2006年4月19日 申请日期2005年10月26日 优先权日2005年10月26日
发明者翟文俊 申请人:翟文俊