胡萝卜片的真空冷冻干燥加工工艺及研究

摘要：随着人们生活质量的提高、饮食结构的改善， 人们对方便食品的要求越来越高， 而冻干胡萝卜
无疑是一种质量上乘的加工制品。在多年生产实践的基础上， 主要介绍了胡萝卜真空冷冻干燥的最佳
工艺条件， 给出了冷冻升华干燥曲线， 采用这种生产技术可以得到保持原料固有色、香、味、形和营
养成分俱佳的优质产品。
关键词：胡萝卜； 真空冷冻干燥； 营养
胡萝卜含有丰富的胡萝卜素， 居常见水果蔬菜 之首。长期食用有养颜、不易感冒、健美和抗癌作 用， 而且尤对眼睛有益。近年来根据国际市场对冻干 胡萝卜的要求呈现逐年上升的趋势， 为了提供优质 的冻干原料， 河西地区利用得天独厚的生产环境（光 照充足， 昼夜温差大）， 积极 调 整 农 业 种 植 结 构 ， 大 量引进、试种和推广胡萝卜的优良品种。如甘肃省 永昌县城郊农民种植无公害胡萝卜， 肉质肥 厚（含有 蔗糖、葡萄糖、淀粉、胡萝卜素及Ｆｅ、Ｃａ、Ｐ、Ｋ等）， 直根外部光滑， 色泽鲜红（表皮、肉 质 、髓 部 均 为 红 色）。甘肃省张掖市民乐县民联乡龙山 村 引 进 种 植 日
同。冻结速度越快， 形成的冰晶越小（越细）， 升华 时 水汽逸出通道就越小， 升华干燥的速度就越慢， 冻干 周期越长， 降低了设备效率； 但如果冻结速度太慢， 形成的冰晶过大， 则会造成物料中细胞壁受损， 使有 机物外溢， 造成产品质量下降。因此必须选择适当的 冻结速度， 胡萝卜一般为０．１～１．５℃／ｍｉｎ。 ２．２ 真空度对胡萝卜干燥的影响
切片： 对去皮后的胡萝卜切成３～６ｍｍ厚的片； 漂烫（杀青）与冷却： 漂烫（杀青）就是对酶 进 行 钝 化和失活处理， 同时通过漂烫可以杀灭原料表面的 微生物， 除去原料组织内的空气， 有利于减少成品 中Ｖｃ和 胡 萝 卜 素 因 氧 化 造 成 的 损 失 ， 在 较 长 时 间 内 保持冻干胡萝卜片色泽鲜艳［５］。因此， 将切片后的胡 萝卜置于沸水中浸烫３～４ｍｉｎ后， 立即进入０～５℃的冷 水中进行降温冷却， 冷却的时间越短越好； 沥干： 经冷却后的胡萝卜片表面会滞留一些水 滴， 这对冻结是不利的， 容易使冻结后的胡萝卜片 结成块， 不利于下一步的真空干燥， 在震动沥水机 上进行震动沥水， 除去表面水滴； 装盘： 胡萝卜片装盘量为１０～１２ｋｇ／ｍ２， 装料厚度 为２．５～３ｃｍ。 冷 冻 干 燥 的 升 华 速 率 一 般 在 ２．５ｍｍ／ｈ。 在 冷冻干燥时， 热量通过干燥层由外向内传导， 蒸气 通过干燥层由内向外逸出， 装料越薄， 干燥的时间 越短， 相应的生产产量越低。因此选择合适的装盘 厚 度 （数 量）和 均 匀 的 布 料 方 法 对 冻 干 生 产 非 常 重 要 。 １．２．４ 冻 结 冻 结 过 程 中 应 把 握 好 冻 结 温 度 和 时 间 （速 率）［２］。为 确 定 胡 萝 卜 的 真 空 冷 冻 干 燥 工 艺 ， 首 先 应知道其结晶点温度和共晶点温度， 胡萝卜品种、 产地、含水量不同共晶点温度也略有差异。胡萝卜
冻结层 升华前沿 已干层
冻结层 升华过渡层 已干层
理想情况
实际情况
图１ 升华干燥过程的升华表面示意图
胡萝卜的升华过程是一个吸热过程， 实验证明， １ｇ冰变成１ｇ蒸汽大约需要吸收２８０３Ｊ的 热 量［１］。因 此 ， 胡萝卜在升华干燥的过程中， 需要不断地补充升华 潜热， 但温度要受一定的限制， 胡萝卜冻结部分的 温度应低于共晶点温度， 否则冻结部分将融化； 已 干部分的温度应低于其崩解温度。所谓崩解温度就 是当温度上升到一定值时， 已干部分构成的骨架刚 度下降， 变得有黏性而塌陷， 封闭了已干部分的海 绵状微孔， 阻止了升华的继续进行， 这时如果供热 过量， 产品将会融化报废。此外升华干燥的过程又 是一个传热传质的过程。胡萝卜升华干燥过程中， 传热和传质沿同一途径进行， 但方向相反［２］（图２）。被 干燥胡萝卜的加热是通过向已干层的辐射来进行， 而内部冻结层的温度则决定于传热和传质的平衡条
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件。干燥过程中的传热、传质过程是互相影响的， 随 着升华的不断进行， 多孔干燥层的增厚， 热阻增加， 供 给 的 热 量 相 应 有 所 增 加［３］。 一 般 升 温 速 率 控 制 在 ０．１～０．２℃／ｍｉｎ的范围。直到完成中心部分的升华， 这 一 过 程 大 约 需 要 １０～１１ｈ， 真 空 度 在 ８０～１００Ｐａ 之 间 ， 此 时 胡 萝 卜 片 的 含 水 量 为８％～１０％。
本无芯“七寸参”胡萝卜等品种都适合于冷冻干制。 因此甘肃省张掖市金海食品有限责任公司采用沈阳 新阳速冻设备 制 造 公 司 生 产 的ＬＧ冻 干 设 备 ， 成 功 研 究真空冷冻干燥胡萝卜片（丁）的加工方法， 并进行规 模生产， 供应市场。根据市场需求量最大的是胡萝 卜丁和胡萝卜片， 本文研究总结了胡萝卜片加工工 艺， 为胡萝卜片加工提供了可靠依据。
原料→分选→清洗→去皮→切片→漂烫 （杀青）→ 装盘→冻结→升华干燥→解吸干燥→挑选计量→包 装→成品 １．２．２ 技 术 要 点 胡 萝 卜 冻 干 可 以 分 为 前 处 理 、 冻 结、升华干燥、后处理４道工序。 １．２．３ 胡萝卜冻干的前处理
原料分选： 应选择整个原料为橙红色、表面光 滑短粗、纹理细致、大小一致且勿过老者为宜；
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｌｉｆｅ ｑｕａｎｔｉｔｙ ａｎｄ ｄｉｅｔａｒｙ ｓ ｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｄｉｅｎｔ ｆｏｏｄ ｉｓ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｈｉｇｈ， ｔｈｅ ｆｒｅｅｚｅ － ｄｒｙｉｎｇ ｃａｒｒｏｔ ｉｓ ｄｏｕｂｔｌｅｓ ｓ ｌｙ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｂｅｓ ｔ－ ｐｒｏｃｅｓ ｓ ｅｄ ｆｏｏｄ． Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓ ｉｓ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｆｏｒ ｍａｎｙ ｙｅａｒｓ ， ｉｔ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｂｅｓ ｔ ｖａｃｕｕｍ ｆｒｅｅｚｅ － ｄｒｙｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ｓ ｕｂｌｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｄｒｙ ｃｕｒｖｅ． Ａｄｏｐｔｉｎｇ ｔｈｉｓ ｋｉｎｄ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｃａｎ ｍａｉｎｔａｉｎ ｇｏｏｄ ｐｒｏｄｕｃｔ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｒｉｃｈ ｉｎ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｃｏｌｏｒ， ｆｌａｖｏｒ， ｆｏｒｍ ａｎｄ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｃａｒｒｏｔ； ｖａｃｕｕｍ ｆｒｏｚｅｎ ｄｒｙ； ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ
１ 实验材料与方法
１．１ 实验材料 胡萝卜： 日本无芯“七寸参”；
收稿日期：２００５－ ０９－ １０ 作者简介：刘玉环（１９６３－ ）， 男（汉族）， 讲师， 研究方向为园产品贮藏与加工。
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ＬＧ－ １００冻干仓， ＷＮ自控速冻库， ＬＧ－ ０．２实验用 冻干机， ＨＱ－ ７２全自动水分检测仪。 １．２ 实验方法 １．２．１ 主要生产工艺流程
中图分类号：ＴＳ２５５．３
文献标识码：Ａ
文章编号：１００５－ ９９８９（２００６）０３－ ００５２－ ０３
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｖａ ｃｕｕｍ ｆｒｅ ｅ ｚｅ － ｄｒｙｉｎｇ ｐｒｏｃｅ ｓ ｓ ｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃａ ｒｒｏｔ ｐｉｅ ｃｅ
ＬＩＵ Ｙｕ－ ｈｕａｎ
（Ｈｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｄｅ ｐａ ｒｔｍｅ ｎｔ， Ｈｅ ｘｉ Ｕｎｉｖｅ ｒｓ ｉｔｙ， Ｚｈａ ｎｇｙｅ ７３４０００）
冷冻干燥过程是传热和传质的过程， 凡是有利 于传热和传质进行的条件， 均可提高干燥效率。如果 冻干仓内的压强太高， 升华界面与冻干舱内的压差 （ΔΡ）越小， 加热搁板辐射给胡萝卜的热量会增多， 造 成升华界面冰融化， 升华干燥失败； 如果升华界面与冻 干仓内的压差（ΔΡ）越大， 水蒸气逸出速率就越快， 但传 热阻力增加， 供给胡萝卜的热量减少， 升华的速率会 下降。因此， 胡萝卜片升华干燥需选择合适的真空 度。实验及生产证明， 胡萝卜片冻干过程中真空度保 持在６０～１００Ｐａ之间比较合适。 ２．３ 捕水冷凝器表面温度对干燥的影响
图２ 升华干燥过程中传热传质示意图
１．２．６ 解析干燥 解析干燥即第二阶段干燥。在升华 干燥结束后， 为了进一步除去胡萝卜细胞中没有冻 结的结合水， 这时水分的吸附能量高， 如果不给予 足够的能量， 它们不能解析出来， 因此这个阶段的 物料温度应足够高， 胡萝卜的最高温度是５５℃。为使 水蒸气有足够的推动力逸出， 应在胡萝卜内外形成 较大的压差， 因此， 这阶段应有较高的真空度（在８０Ｐａ 以 下）， 这 一 过 程 大 约 需 要２～３ｈ， 含 水 量 可 达 到３％， 符合加工产品要求。 １．２．７ 后处理 干燥结束后， 应立即进行充氮或真空 称量包装。根据产品要求， 对冻干胡萝卜进行拣选。 干燥后的胡萝卜吸水性强， 为防止产品吸潮而变质， 尽量缩短拣选时间， 降低空气湿度（＜４５％） 和环境温度 （＜２０℃） 。根据以上的分析、实验和生产， 得出一条比 较合理的胡萝卜片真空冷冻干燥工艺曲线（见图３）。
胡萝卜的冻结过程是个放热过程， 需要一定时 间。在库温保持－ ３５℃时， 冻结３ｈ较为适宜， 冻 结 速 率一般为０．１～１．５℃／ｍｉｎ。 １．第 一 阶 段 干 燥， 将装盘冻结好的胡萝卜片在真空冻干舱内， 利 用加热板辐射的热量进行加热， 其冰晶就会吸热升 华变成水 蒸 气 逸 出 而 使 胡 萝 卜 脱 水干燥。胡萝卜在升 华的任何时刻， 总存在一个升华表面（也叫升华前沿）， 把固 相部分分成两个区域（见图１）。在升华表面的外侧， 绝大 部分水分经过升华， 胡萝卜已被干燥， 称为已干层。 升华表面内部仍为冻结层， 升华尚未进行。在两层 之间存在明显界面是理想情况， 实际上在两层之间 有一个过渡区， 过渡区内没有冰晶存在， 但水分明 显高于已干层的最终水分。
清洗： 将合格的原料进行清洗， 洗净表面泥沙 及污物， 再将头部约５ｍｍ、尾部约２～３ｃｍ切去， 以免 影响产品的质量；
去皮： 去皮可除去胡萝卜茎皮含有的苦味物质。 去皮有多种方法， 如手工法、蒸气法、化学法等。蒸 气 法 是 在 ０．４８ＭＰａ 压 力 蒸 气 中 经 过 ４０ ～１００ｓ 或 者 在 ０．６９ＭＰａ压力蒸气 中经过２５～３０ｓ进行加热 去 皮； 化 学 法 中 的 碱 液 去 皮 其 氢 氧 化 钠 浓 度 ４％～６％， 温 度 ９２～ ９８℃， 时间２～３ｍｉｎ。经碱液去皮， 立即用流动清水漂 洗 ， 用ｐＨ试 纸 测 试 呈 中 性 为 止 。 在 工 业 化 生 产 中 ， 主要采用蒸气法和碱液法进行去皮；
含水量为８３％， 经过大量的实验及生产得出， 其结晶 点温度为－ １．８℃。根据阿仑尼罗斯原理液体导电靠离 子， 胡萝卜结冰时电阻无穷大。用电阻法测定胡萝 卜的共晶点温度。随着温度的降低， 电流在不断减 小， 当胡萝卜温度降低到－ １０～－ １５℃， 电流 趋近于０， 说明此时的胡萝卜已全部冻结。因此可以确认胡萝 卜共晶点温度为－ １０～－ １５℃。在实际生产 中， 冻结的 温 度 一 般 都 比 共 晶 点 温 度 低１０℃， 胡 萝 卜 冻 结 温 度 在－ ２５℃。
升华过程中产生的大量水蒸气是由水汽冷凝器 排出的， 水汽冷凝器的表面温度直接影响着冻干室 内的真空度， 影响胡萝卜的干燥速率。因此在实验生 产中， 对捕集干燥升华过程中产生的大量水蒸气起 关键作用的不仅是冷凝器金属列管表面的温度， 更 重要的是受捕水冷凝器冷凝金属列管表面霜层的增 厚会增加热传阻力。只有经常除霜， 增加导热性能， 才能减小热传阻力， 提高生产效率。除霜因经常停车 而降 低 生 产 效 率 。ＬＧ－ １００冻 干 仓 ， 可 在 冷 冻 过 程 中 交替除霜， 使金属列管表面霜层的厚度不超过３ｍｍ。 实验证明， 交替捕霜设备的捕水冷凝器列管表面温 度保持在－ ３５℃时， 冷凝表面温度为－ ３２℃以下， 胡萝 卜升华干燥经济可行； 而升华周期内一次捕霜的设 备冷凝器列管表面的温度必须保持在－ ４５℃甚至更低， 才能保持冷凝表面温度在－ ３２℃以下， 加大能耗， 增 加生产成本。
23捕水冷凝器表面温度对干燥的影响升华过程中产生的大量水蒸气是由水汽冷干燥结束后结的结合水足够的能量为了进一步除去胡萝卜细胞中没有冻这时水分的吸附能量高如果不给予它们不能解析出来因此这个阶段的物料温度应足够高胡萝卜的最高温度是55
工艺技术
胡萝卜片的真空冷冻干燥 加工工艺及研究
刘玉环 （河西学院园艺系， 张掖 ７３４０００）