方便米饭的真空冷冻干燥工艺

收稿日期：2010-07-04 基金项目：国家自然科学基金青年基金项目(50206013)；上海市重点学科建设项目(S30503) 作者简介：周国燕(1970 —)，女，副教授，博士，研究方向为食品冷冻、冷藏和生物热系统。E-mail：efly_snow@163.com
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freeze-drying of instant rice were primary stage freezing temperature of － 50 ℃, freezing time of 1.5 h; drying temperature of
－ 20 ℃, frozen time of 8 h; second stage drying temperature of 50 ℃, frozen time of 5.5 h; final stage frozen temperature of
参数的主要依据，对产品品质和冻干周期具有十分重要 的意义。本研究利用差示扫描量热分析法(DSC 法)进行 分析，称取 10mg 米饭，以 10℃/min 的速率从 20℃扫描 到－ 55℃，然后再复温到 20℃的方法来测定大米的共晶 点和共熔点温度。
1.2.3 冻干米饭感官特性的测定 冻干米饭的感官特性[8-9]包括复水前的气味、外观、
1.2.7 冻结温度的测定[16] 本研究选用热电偶来测定冻结过程中米饭的冻结温
度，把探针插到米粒的中心部位，温度信号转换成热 电动势信号，并通过电气仪表转换成被测米粒的冻结温 度，来判断冻结时间、一次干燥时间及二次干燥时间。
1.2.8 冻结速率的设置 根据冻结速率的不同，冻结过程可分为快速冻结和
慢速冻结两类。本实验选用含水量为 7 0% 左右、颗粒 饱满、色泽圆润的大米，每份称取 5g 分别采用慢速冻 结和快速冻结。慢速冻结主要通过米饭进箱后降温来实 现，快速冻结主要通过预先在超低温冰箱(－ 90℃)冻结 来实现。冻结好后在冻干机中进行冻干实验，然后通 过感官评定、复水时间、复水率、孔隙率及内部微观 结构来判断冻结速率对冻干米饭品质的影响。
1.2.6 冻干米饭老化特性的测定[15] 将冻干米饭研磨粉碎。取 2mg 粉末置于 PE(perkin
elmer)标准液体皿中，用移液器吸取 6.0μL 双蒸水于 PE 标准液体皿中并混合，然后用 PE 压样机密封，制好的 样品，室温(25℃)平衡约 15h。再在差示扫描量热仪中， 以 10℃/min 的升温速率从 20℃扫描到 100℃，进行老化 特性测定。老化度用焓变值(ΔH )表示，ΔH 值越大老 化程度就越高。设 3 组平行样。
※工艺技术
食品科学
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方便米饭的真空冷冻干燥工艺
ห้องสมุดไป่ตู้
周国燕，王爱民，胡琦玮，曹斌宏，桑迎迎
(上海理工大学低温医学与食品冷冻研究所，上海 200093)
摘 要：采用真空冷冻干燥方法确定冻干米饭的最佳工艺参数，并分析比较快速冻结和慢速冻结两种方法对冻干 米饭的影响。结果表明：在冻结温度－ 50 ℃、时间 1.5 h；一次干燥温度－ 20 ℃、时间 8h ，二次干燥温度 50 ℃、 时间 5.5h；真空度维持在 10Pa 左右的条件下工艺最佳，并绘制了冻干曲线。而且从综合品质和营养角度上分析， 快速冻结的产品具有更高的品质，附加值高。 关键词：方便米饭；真空冷冻干燥；冻干曲线；冻结速率
干燥加热温度主要分为一次干燥温度(升华温度)和二 次干燥温度(解吸温度)。一次干燥是真空冷冻干燥过程 中最关键的工序，此过程中需提供升华潜热。一般来 说，塌陷温度比共晶温度稍高，共晶温度较玻璃化温 度高[18-19]。一次干燥温度确定原则：物料冻结部分的温 度必须低于物料的共熔点温度，物料已干层部分的温度 必须低于其塌陷温度。如果物料温度低于共融点温度过 多，则升华的速率降低，升华阶段的时间会延长；如 果高于共融点温度，则物料可能会发生融化，升华不 能正常进行，干燥后的产品将发生体积缩小，复水困 难等现象。本研究采用的是隔板式加热冻干机，只要 控制样品冻结层的温度低于共晶温度，而且干燥层的温 度一般不会超过其塌陷温度。在二次干燥过程中，物 料的温度必须低于其最高允许温度，此温度主要由物料 的热敏性质所决定。根据以上分析及 2 .1 节实验结果， 并结合大米本身的性质，一次干燥温度确定为－ 20℃， 二次干燥温度为 50℃。 2.3 冻结时间和干燥结束时间的判断
食品科学
※工艺技术
厂；MDF-382E(N)型超低温冰箱 日本 Sanyo 公司。 1.2 方法
1.2.1 米饭的制备 称取 200g 大米，淘洗 3 次，加入 300g 水(米水比
例为 1:1.5)，浸泡 20min，然后放入电饭煲，通电，15min 后取出。
1.2.2 米饭共晶共熔点的测量 米饭的共晶点和共融点是确定冻结温度和升华温度
2.2 冻结温度和干燥加热温度的确定 理论上冻结温度必须低于物料的共晶点温度[17]。如
果冻结温度高于物料的共晶点温度，物料将不能完全固 化，在真空干燥时加热致物料中未冻结的部分液体蒸 发，长时间一次干燥物料会使物料品质变差。一般规 律是冻结温度比物料的共晶点温度低 5～10℃。本研究 采用的是隔板式冻干机，隔板温度必须低于物料中心温 度，并考虑二级制冷、快速冻结对冻干品质及米饭本 身性质的影响，冻结温度确定为－ 50 ℃。
术，基本都是采取冷冻 - 加热干燥工艺，并将一次干燥 与二次干燥合并在一起。对于方便米饭的共晶共熔温 度、预冻温度、一次干燥温度与时间、二次干燥温度 与时间等多个冻干参数，都还未曾进行系统的研究。
本研究通过实验确定真空冷冻干燥米饭的最佳工艺 参数，绘制冻干曲线，研究不同冻结速率对冻干米饭 品质的影响，为工业化生产提供参考数据。
1.2.5 冻干米饭复水率的测定[10-12] 定量称取成品 10g 置烧杯中，加入 5 倍的沸水后立
即加盖。密闭 5min[13-14]后，沥干水并用滤纸吸干表面水 分，称量复水后的米饭质量，并计算复水率(设 3 组平 行样) 。
m2 复水率 = ——
m1
式中：m1 为复水前米饭质量；m2 为复水后米饭质量。
嚼劲和黏弹性好，口感柔软 黏弹性不足，较软烂或有生硬
黏弹性差，夹生或软烂
评分 8～10 5～7 0～4
8～10 5～7 0～4
8～10 5～7 0～4
8～10 5～7 0～4
8～10 5～7 0～4
1.2.4 冻干米饭复水时间的测定[11] 定量称取成品 10g 置烧杯中，加入 5 倍的沸水后立
即加盖。密闭 5min 后，从中取出 1 粒米饭放于玻璃板 上，再盖上一玻璃板对其施压，观察玻璃板上的米粒 有无白芯，如有白芯，再间隔 0.5min 测定一次，直至 无白芯为止，此时记录时间即为方便米饭的复水时间。 设 3 组平行。
15 10
－ 7.12℃
5
－ 5.89℃
0
－5
－ 10
－ 15
－ 20
－ 25
－ 30 － 35 － 40
－ 15.91℃ － 17.19℃
－50 －40 －30 －20 －10 0 10
温度 /℃
图 1 米 饭 的 DSC 热 流 曲 线 Fig.1 DSC heat flow curve of instant rice
色泽、形状，以及复水后的气味、色泽、形状、口 感和滋味等，主要通过色泽、气味、形状、滋味和 口感 5 方面进行评定。根据米饭感官指标(表 1)[10]，可 对米饭的感官特性进行评定，并给出相应的分值。
表 1 米饭感官评分标准 Table 1 Sensory evaluation standards of instant rice
2 结果与分析
2.1 米饭的共晶共熔点 在 1.2.2 节条件下，测量米饭的共晶共熔点，并选
取重现性较好的作为米饭的共晶共熔点(图 1)。 共晶点温度[17]是指物料完全冻结时的温度；共熔点
温度[17]是指完全冻结的物料在加热过程中开始融化的温 度。从图 1 的 DSC 热流曲线可以看出：米饭降到－ 16℃ 左右时，出现一个向下的放热峰，其起始温度为－ 15.91℃，
Abstract ：In this study, the processing parameters of vacuum freeze-drying for instant rice were explored. The slow frozen
and the rapid frozen rates were analyzed and compared. Results indicated that the optimal processing parameters for vacuum
Vacuum Freeze-drying Processing of Instant Rice
ZHOU Guo-yan，WANG Ai-min，HU Qi-wei，CAO Bin-hong，SANG Ying-ying (Institute of Cryo-medicine and Food Refrigeration, Shanghai University of Science and Technology, Shanghai 200093, China)
－ 50 ℃, frozen time of 1.5 h; the vacuum pressure of 10 Pa. Results indicated that rapid frozen could provide higher product
quality based on the analysis of comprehensive quality and nutritional components.
1 材料与方法
1.1 材料与设备 永祥牌粳米 黑龙江五常市永强米业有限公司。 HH-6数显恒温型恒温水浴锅 上海安锐自动化仪器
有限公司；BP 系列电子天平 赛多利斯公司；差示扫 描量热仪 美国 Perkin-Elmer 公司；Virtis 系列真空冷冻 干燥机 美国 SP Industries 公司；Skyscan 1074 HR 型微 CT 机 Aartselaar Belgium 公司；LH-M100C-1 型生物倒 置式显微镜 日本 Nickon 公司；可调数显移液器 德国 Eppendorf 公司；SZ-93 型蒸馏器 上海亚荣生化仪器
指标 色泽(10 分) 香气(10 分) 形态(10 分) 滋味(10 分) 口感(10 分)
评分标准 呈白色或正常色，颜色均一，光泽好
颜色不均一，光泽不足 有异色或颜色发暗
天然米饭香味浓郁 有天然米饭香味，无异味 无米饭香味或有明显异味
均匀完整 较均匀，形态较规整
不均匀或不完整
滋味丰厚悠长 滋味一般 滋味较差
※工艺技术
食品科学
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热流 /mW 温度 /℃
峰值温度为－ 17.19℃；同样的，米饭的温度逐渐升高 到－ 7.12℃时，米饭颗粒开始融化吸收能量，在 DSC 分析图谱中得到向上的吸热峰。根据共晶点和共融点的 定义以及 DSC 热流曲线分析，可以得到米饭的共晶点温 度为－ 17.19℃，共熔点温度为－ 7.12℃。
Key words：instant rice；vacuum freeze-drying；freeze-drying curve；frozen rate
中图分类号：TS213.3
文献标识码：A
文章编号：1002-6630(2010)24-0147-04
随着生活节奏的加快和生活水平的提高，人们对方 便食品的需求越来越多。经过热水浸泡或短时间蒸煮后 便可食用的方便米饭成为方便面之外的另一种方便主 食。它是一种全新的、营养的、健康的、更符合国 人饮食习惯的方便食品，避免了方便面高温油炸的缺 点，其市场潜力巨大，发展前景广阔[ 1 ] 。方便米饭的 研究在国内外已经取得了较大的成果，包括原料的选 择、理化性质、生产工艺、干燥方法等多个方面[ 2 - 3 ] 。 生产方便米饭的干燥方法主要有热风干燥、微波干燥、 微波热风干燥、真空冷冻干燥。研究发现前 3 种干燥方 法生产的方便米饭基本失去新鲜米饭的原有香味，营养 成分损失严重，复水性较差，外观较差，易回生，且 附加值低[4-6]。真空冷冻干燥技术作为方便米饭产业的新 兴加工技术，在冻结时可形成冰晶，破坏淀粉的胶体 结构，冰晶升华后，米饭内部可产生多孔结构，有利 于提高复水速度[7]。同时，整个干燥过程是在低温低压 下操作，米饭中的营养成分几乎不会损失。目前所采 用的冻干技术，并不是真正意义上的真空冷冻干燥技
1.2.9 冻干米饭内部微观结构的分析 分别采用快速冻结和慢速冻结制取冻干米饭，并取
其横切面，然后用微 CT 机对其横切面进行扫描成像， 并利用分析软件进行图像重构和孔隙率计算。先将微 CT 机预热 15～20min，然后把样品放在载物台上，设 置扫描参数为每 3.6°扫描一张图像，最后将扫描得到的 1 00 张图像进行重构，并分析计算。设 3 组平行样。