一种通过二氧化碳与超声波联合处理提高果蔬速冻效率及品质的方法
【技术领域】
[0001]本发明一种通过二氧化碳与超声波联合处理提高果蔬速冻效率及品质的方法，属于果蔬加工技术领域中的冷冻加工技术范畴。
【背景技术】
[0002]我国果蔬资源丰富，是全球最大的果蔬生产输出国。新鲜的果蔬含有丰富的营养成分，在人们的饮食生活中占有极其重要的地位。然而，果蔬在采后其体系内发生一系列生化反应，当新鲜果蔬在常温下储藏时，极易受到微生物的侵染而引起腐烂变质，造成其营养成分大量的流失，色泽、香气和风味等品质急剧的下降。因此对于果蔬采后加工技术的研究有重要的现实意义。冷冻加工技术是果蔬加工贮藏的一种重要手段，是利用制冷技术将果蔬温度降低至-18°C以下，使果蔬能达到长期保藏，并且又能较好的保持其理化特性的加工方法。而冷冻产品的品质很大程度上取决于果蔬冷冻过程中的冷冻速率及冰晶体大小、形态、在细胞组织中的分布情况。因此为了提高冷冻的速率，降低冰晶体的大小，近几年科学界展开了很多相关的研究，如浸渍冷冻，超高压辅助冷冻，射频辅助冷冻，静电辅助冷冻和超声波辅助冷冻等。
[0003]超声波辅助冷冻技术将超声波技术与食品冷冻技术结合在一起，由于低频超声波产生的气泡能作为初次成核的晶核，促进冰晶形成，并且低频超声波产生的微射流和冲击波还能将已存在的大的枝状冰晶体破碎，形成小的冰晶，作为二次成核的晶核，而且低频超声波空穴气泡破裂瞬间产生的高压能引发产生更大的过冷，为晶核的形成提供驱动力，此外低频超声波还加快了传热效率，避免了因潜热释放带来的局部回温和冰晶融化。因此很大程度地提高了物料在冷冻过程中的冷冻效率。
[0004]Sun和Li (2002，2003)报道了不同超声波功率对土豆浸渍冷冻效率及品质的影响，并结合扫描电镜在细胞层面进行了对比研究，结果显示超声波功率太高或者太低都不利于土豆冷冻效率和品质的提升，而合适的超声波功率能显著地提高冷冻效率和品质；同时对比普通冻结土豆的细胞结构，低频超声波辅助冻结土豆的细胞结构较为完整，细胞间空洞、结构的破损断裂处较少。Delgado等人(2009)在将低频超声波应用到苹果的冻结过程中，研究发现低频超声波辅助冻结苹果的最佳工艺条件为:40kHz，0.23W/cm2，在0°C或者1°C时，超声波作用120s，作用模式为30s/30s，能够将苹果的冻结速率提高8%。Kiani等人(2011，2012，2013)报道了水溶液、蔗糖溶液和琼脂蔗糖固态模拟体系，证明了合适的超声波条件不论是在液体中还是固体中都能显著提高冷冻的速率，并且能降低冰晶体的大小。Xu等人(2014，2015)，Cheng等人(2014)，Xin等人(2014)分别研究了不同的超声波强度作用红心萝卜，草莓和西兰花，发现合适的超声波作用，能够显著地提高这三种果蔬的冻结速率和品质。
[0005]孙金才等(专利号:200710134436.X)公开了一种低频超声波改善速冻果蔬解冻品质的方法，结果显示超声波辅助冷冻技术降低了原料的冷冻时间，解冻后的营养成分维生素C的质量分数提高接近两倍，VC和叶绿素的保存率都在85%以上，果蔬的硬度是其新鲜果蔬的80%以上。孙大文等(专利号:201310100237.2)报道了变功率超声波改善盐水浸渍冷冻鱼片的方法，所采用的合适超声波功率能够缩短冷冻时间10。/『15%，降低解冻后的汁液流失率18%~23%和盐溶蛋白15%~20%。孙大文等(专利号:201310100261.6)报道了变频超声波强化提高荔枝冷冻速度与品质的方法，结果显示合适的超声波条件能够显著缩短荔枝的冷冻时间，提高产品的品质，并且于-18°C的冷库中冻藏一年表皮颜色没有发生明显变化。这些专利成果都是研究了不同的超声波条件(如不同的超声波功率、不同的超声波频率)对冻结速率和品质的影响，然而，并未研究二氧化碳与超声波联合处理对物料冷冻速率和品质的影响。
[0006]Hu等人(2013)通过采用注射器向去离子水和5%蔗糖溶液中注射空气的方式，研究气泡和超声波联合作用对水和蔗糖溶液的成核温度，过冷度以及滞留时间的影响，结果显示在相同的超声强度和时间下，低频超声能量高，空化气泡吸收能量多，能更有效诱导成核；并且对于气泡蔗糖溶液，溶液中的气泡能够在开启超声波后迅速产生空化效应，诱导晶核生成，从而加快结晶速度。但该研究主要是针对液体样品，并未对固体样品展开相关研究；另外，该论文作者在研究过程中对空气的控制程度不是非常严谨，同时也并未研究气泡和超声波作用对冷冻速率的影响。
[0007]此外，二氧化碳和超声波联合技术在食品加工方面的研究报道也屡见不鲜。黄文书等(专利号:201510037785.4)公开了一种葡萄干无水清洗方法。该方法采用高密度二氧化碳结合超声波进行综合处理，先将反应釜用H2O2消毒液清洗灭菌处理后，然后将葡萄干装入滤筐放进反应釜中；采用高密度二氧化碳处理，处理温度为20~50°C，处理压力为5.8~50MPa，并保持3~60min。同时，使用超声波处理辅助清洗，频率为10~60kHz，处理时间为l~15min。采用该发明在达到清洗目的的同时，还能起到杀菌、杀虫和降低农药残留的作用。饶焕文等(专利号:201310322063.4)公开了一种超声波辅助超临界二氧化碳连续萃取风车草叶有效成分的方法。该方法利用超声波对原料进行微粉碎及提取，再用超临界二氧化碳萃取，在萃取压力20~60MPa，萃取温度32~90°C，分离釜I压力为5~12 MPa，温度为32~90°C，分离釜II压力为4~6MPa，温度为30~50°C下萃取1~4小时，得到安全无污染的高品质风车草叶提取物。卢义刚等(专利号:201310034649.0)公开了一种超声诱导超临界二氧化碳空化装置与方法。该方法包括一种超声诱导超临界二氧化碳空化装置，以及利用该空化装置进行超声诱导超临界二氧化碳空化方法。该发明通过提供对超临界二氧化碳进行空化的装置和方法，有效提高物质在超临界流体中的溶解度，提升超临界流体对于萃取物的传质速率，大大提高了超临界流体萃取的效率，具有非常广泛的应用范围，结构简单易实现，经济环保。罗鹏等人(2012)报道了超临界二氧化碳及超声预处理促进玉米芯水解制备还原糖的研究。该研究以玉米芯为原料，使用超临界二氧化碳及超声预处理后，再用稀酸水解制备还原糖。重点考察了预处理温度、原料含水量以及超声作用时间对还原糖产率的影响。最终得到超临界二氧化碳和超声预处理最佳条件，在最佳的条件下，两种预处理条件下对应的最大还原糖产率分别为39.5 %和38.4 %，相比空白样品分别提高13.3%和12.2%。郝刘丹等人(2014)报道了木质纤维素的超临界二氧化碳预处理技术。该文提到以木质纤维素为原料制备燃料乙醇是可再生能源发展的重要方向，预处理技术则是木质纤维素水解为可发酵糖工艺的关键步骤，而超临界二氧化碳则是一种清洁高效、日益受到重视的预处理新方法。以上这些报道都是关于二氧化碳和超声波联合技术在食品加工方面的研究，结果显示，二者联合使用对食品物料的清洗和萃取确实有很好的效果，但是这些研究领域并未涉及到速冻。
[0008]综上所述，目前国内外报道的关于二氧化碳和超声波技术主要集中在如下方向:超声波辅助浸渍速冻、充气(空气)超声波辅助速冻(液体中)、以及二氧化碳和超声波联合技术应用于食品加工(主要集中在清洗和萃取)方面。而本发明是通过二氧化碳对物料处理的压力和处理时间来控制物料吸收二氧化碳的量，然后采用化学方法测量处理后物料内部准确的二氧化碳含量，再结合超声波辅助冷冻可以很明确地研究二氧化碳与超声波联合作用对物料成核温度的影响，同时，还可以在冷冻效率和冻结后品质方面展开进一步研究。
【发明内容】
[0009]本发明为了提高果蔬在冷冻过程中的冷冻效率，从而提高冻结后品质，提供一种二氧化碳与超声波联合处理提高果蔬速冻效率及品质的方法。
[0010]本发明的技术方案，一种通过二氧化碳与超声波联合处理提高果蔬速冻效率及品质的方法，步骤为:
(1)果蔬原料的预处理:
a、挑选和清洗:将新鲜果蔬进行挑选，去除残次品，然后清洗干净；
b、切分:将清洗干净的果蔬进行切分处理，长度和宽度不超过8cm，厚度不超过3 cm； C、灭酶:根据果蔬的形态大小，在95°C的水中进行漂烫灭酶处理，时间在1~5 min ;
d、沥水:将灭酶后的原料沥干表面的水分；
(2)加压二氧化碳处理:将步骤(I)处理好的原料放在加压二氧化碳的设备中，打开抽真空阀门，将设备中的气体排出，关闭真空阀；打开二氧化碳进气阀门，控制二氧化碳的进气压力为0.l~lMPa，保持5~30min，物料吸收二氧化碳的含量为100~1000ppm ；
(3)超声波辅助冻结:采用质量/体积比为30%的CaCl2水溶液作为浸渍液，当浸渍液温度下降至_25°C时，将步骤(2)