漂燙溫度與干燥倉壓力對豆丹真空冷凍干燥品質(zhì)的影響

李娟玲， 王婷婷， 陳坤杰

（南京農(nóng)業(yè)大學 工學院/江蘇省智能化農(nóng)業(yè)裝備重點實驗室，江蘇 南京 210031）

豆丹是豆天蛾的幼蟲，俗稱豆青蟲，屬鱗翅目天蛾科。它以大豆、洋槐、刺槐等的葉子為生，天然無毒、風味鮮美，富含豐富的蛋白質(zhì)，被人們視為健康美味佳肴[1-3]。隨著人們對豆丹營養(yǎng)價值的發(fā)掘和對綠色環(huán)保食品的追求，豆丹的市場越來越大[4-6]。但鮮豆丹上市時間短，儲存技術(shù)落后，嚴重制約了豆丹的銷售方式和利用渠道，阻礙了豆丹的規(guī)模化發(fā)展。通過研究豆丹的干燥儲存技術(shù)，解決豆丹的時間限制問題，提高市場競爭力。作者采用真空冷凍干燥技術(shù)，確定豆丹干燥儲存的重要技術(shù)參數(shù)。為確定預處理時的漂燙溫度和干燥倉壓力，從干燥成功率、干燥時間、蛋白質(zhì)保留率、色澤變化、物料復水率5個指標綜合評估[7-9]。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮豆丹：購自連云港市農(nóng)貿(mào)市場。

1.2 試劑

硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸，濃鹽酸、氫氧化鈉、蒸餾水、硼酸、溴甲酚綠-甲基紅溶液等，均為分析純。

1.3 設備與儀器

HP-200精密色差儀：上海嘉標測試儀器有限公司產(chǎn)品；DSC差示掃描量熱儀：德國耐馳公司產(chǎn)品。

1.4 共晶點和共熔點的測定

豆丹作為一種動物活體，體內(nèi)有流動體液和空腔，共晶點和共熔點的測定極其重要。目前測量共晶點和共熔點的方法主要有兩種，電阻法和差示掃描量熱法。電阻法雖然操作簡便，但是誤差相對較大，差示掃描量熱法測量更加精確[12-14]。作者采用差示掃描量熱法進行精確測量。

為了實驗更具有科學性，作者對豆丹的表皮和體內(nèi)物質(zhì)分別進行了共晶點和共熔點的測量。

由圖1、圖2可以看出表皮與內(nèi)臟的共晶點和共熔點基本是一致的，因此可以得出豆丹的共晶點為-19.9℃，共熔點稍有差別，分別為15℃和10℃。一般豆丹的預凍溫度低于共晶點5～10℃[15]，因此確定豆丹的預凍溫度為-28℃。

圖1 豆丹表皮共晶點和共熔點測量曲線Fig.1 Eutectie point and consolute point curveof epidermis of bean worm

圖2 豆丹內(nèi)臟共晶點和共熔點測量曲線Fig.2 Eutectie point and consolute point curve of gut of bean worm

1.5 實驗預處理

沖洗：將鮮豆丹用流動的清水中沖洗并擦拭干凈。

漂燙：實驗選擇的漂燙溫度為 50、60、70、80℃，漂燙時間為150 s。

預凍：將漂燙過后冷卻到室溫的豆丹，放入-28℃冰箱中預凍4 h。

1.6 豆丹干燥成功率

跟普通的干燥樣品玉米、胡蘿卜等不同，豆丹是一種活體生物，體內(nèi)有流動體液，有一定空腔，豆丹本身的表皮狀態(tài)，并不利于水分的蒸發(fā)和熱量交換，在開始完全凍結(jié)的狀態(tài)下，水分會蒸發(fā)小部分，隨著真空冷凍干燥試驗的繼續(xù)進行，表皮不利于水蒸氣交換現(xiàn)象更加明顯，體內(nèi)與干燥倉的壓力差逐漸增大，如果處理的條件不恰當，豆丹在抽真空時會出現(xiàn)漲裂噴涌現(xiàn)象，干燥實驗因此失敗。經(jīng)過多次預實驗，發(fā)現(xiàn)熱水漂燙后，可以極大提高豆丹干燥的成功率。干燥成功，即在真空冷凍干燥過程中，豆丹不出現(xiàn)漲裂噴涌現(xiàn)象，干燥完成時還基本保留干燥前的完整性。干燥成功率是在除漂燙溫度不同，其他干燥條件均相同條件下統(tǒng)計后計算。干燥成功率η的計算公式見式 （1），nf為干燥是失敗的豆丹數(shù)量，N為全部豆丹數(shù)量。

1.7 水分質(zhì)量分數(shù)的測定

將質(zhì)量、形狀大小基本相同的整條豆丹做好標記，分別稱質(zhì)量后分別放到凍干瓶中，冷阱溫度為-52℃。干燥開始4 h后第一次取出稱質(zhì)量，放回凍干箱繼續(xù)干燥，每隔2 h取出稱質(zhì)量一次，直至前后2次稱質(zhì)量不超過0.002 g，干燥完成。

水分質(zhì)量分數(shù)ωt計算公式見式（2），Gt為干燥t時刻物料質(zhì)量，Gg為干燥完成后物料的恒質(zhì)量。

1.8 粗蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的測定

參照中華人民共和國國家標準GB 5009—2010進行。

1.8.1 樣品預處理 鮮豆丹：將豆丹放入冰箱中速凍，保證切碎過程中體液不流失。將鮮豆丹絞碎至均勻肉泥。

干燥后豆丹：干燥完成的物料（含水分質(zhì)量分數(shù)低于5%），用粉碎機粉碎，40目過篩。

1.8.2 樣品消化 將完成預處理的樣品稱取適量，鮮豆丹稱取1.5 g，干燥后的豆丹稱取0.5 g，放入消化管中，并加入催化劑（0.2 g硫酸銅，3 g硫酸鉀），10 mL濃硫酸，搖勻，放置于已經(jīng)設置好的消解儀中進行消解。消解過程中在最高溫度420℃保持2.5 h，溶液呈藍綠色透明液體時，消解完成。

1.8.3 粗蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的測定 將完成消解的消化管取出放入全自動凱氏定氮儀中，完成硼酸、加堿、蒸餾、滴定等過程，最后打印出測量結(jié)果。加堿時是保證堿過量，加堿后消化管中呈黑色，一般加堿時間控制在10～12 s。粗蛋白轉(zhuǎn)換系數(shù)為6.25。其中用到的溶液分別為400 g/L氫氧化鈉溶液，20 g/L的硼酸溶液并配有10 mL/L的溴甲酚綠甲基紅無水乙醇溶液 （溴甲酚綠0.5 g、甲基紅0.1 g溶于100 mL的無水乙醇），0.1 mol/L的稀鹽酸，蒸餾水[16-17]。

蛋白質(zhì)保留率λ的計算公式見式 （3），pd為干燥后蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)，P為鮮豆丹干基蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)。

1.9 色澤的測定

采用HP-200精密色差儀，主要測量L、a、b值。L，表示亮度，0為黑，100為白；a，表示紅綠色之間的色澤，100為紅色，-80為綠色；b，表示黃藍之間的色澤，100為黃色，-80為藍色[18-20]。色澤的總差用△E表示，見式（4）。

式中，下標“o”表示凍干后的豆丹顏色；△E值越大表示與鮮豆丹的色差越大。

1.10 復水率測定

取干燥完成的整條豆丹，放在250 mL的80℃熱水中，隔10 min取出瀝干，稱重，重復幾次，直至豆丹前后兩次質(zhì)量差小于0.005 g或出現(xiàn)質(zhì)量減小的趨勢，實驗結(jié)束[21-22]。豆丹的復水率Rt計算公式見式（5）。

式中，Mt為時刻t時豆丹復水瀝干后的質(zhì)量（g）；Mg為豆丹復水前的質(zhì)量（g）。

2 結(jié)果與分析

2.1 豆丹在不同溫度熱水下漂燙后試驗成功率

大量實驗得出，在50℃以下溫度熱水中漂燙時，不能起到漂燙效果，80℃以上熱水漂燙時與80℃幾乎無差別。因此作者主要用到的漂燙溫度為50、60、70、80℃。不同漂燙溫度對成功率的影響如表1所示。

由表1可以清晰看出，豆丹不進行漂燙處理干燥成功率非常低，僅有10%，此條件下不適于真冷凍干燥。50℃熱水漂燙時，干燥成功率有所提高，但效果不是很理想；60、70、80℃熱水漂燙時，干燥成功率大大提高，適于真空冷凍干燥工業(yè)化生產(chǎn)。并且60℃漂燙相比于70、80℃漂燙，成功概率僅相差1%。僅從干燥成功率考慮，60、70、80℃都為理想的漂燙溫度。

表1 不同漂燙溫度對應凍干成功率Table 1 Freeze-drying success rate of different blanching temperature

2.2 不同處理條件下的豆丹的干燥曲線

一般來說，真空度小于10 Pa時，不利于傳熱，水分在較低溫度下氣化比較困難，當真空度大于100 Pa時，氣體傳熱就增加，但不利于傳質(zhì)，因此10～100 Pa為最有利條件[7，23]。 本次實驗真空壓力分別為 10、31、57、85 Pa。

由圖3分析，漂燙溫度對比，可以看出50℃漂燙干燥曲線走勢頗為緩慢，說明干燥速率較小，并且用時較長，大約22 h左右。在60、70℃漂燙時，完成干燥大約用時為11 h左右，干燥速率較快，用時短。在80℃漂燙時，完成干燥用時為9～10h，干燥速率最快，用時最短。通過對比干燥倉壓力，發(fā)現(xiàn)50、60℃和70℃漂燙下，干燥倉壓力為57 Pa時干燥速率最快，用時最短。80℃漂燙下，57 Pa和85 Pa干燥曲線非常接近，用時幾乎相同。不同漂燙溫度，最優(yōu)干燥倉壓力不盡相同。

圖3 不同干燥倉壓力干燥曲線Fig.3 Drying curves of different drying ehamber pressureduring

2.3 不同干燥條件下蛋白質(zhì)的保留率

豆丹中含有豐富的蛋白質(zhì)，通過測量，鮮豆丹中粗蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為16.68%，干基粗蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為62.62%。

由表2一方面可以看出，隨漂燙溫度的升高，粗蛋白質(zhì)的保留率越來越低。80℃漂燙時，粗蛋白質(zhì)保留率最低，并且與其他溫度相差較大。此種現(xiàn)象產(chǎn)生的可能因為是高溫引起了豆丹體內(nèi)蛋白質(zhì)的變性，從而蛋白質(zhì)的保留率降低。另一方面可以看出，隨干燥倉壓力的減小粗蛋白質(zhì)的保留率有減小的趨勢，但是減小的量不顯著，這也很可能是由于真空度影響了蛋白質(zhì)的變性。

表2 不同干燥條件下蛋白質(zhì)的保留率Table 2 Retention rate of protein during different drying conditions

2.4 不同干燥條件對豆丹色澤的影響

作為一種食品，豆丹干燥后的顏色也是判別品質(zhì)優(yōu)良的一項重要指標。作者以鮮豆丹的色澤作為參考，更準確的衡量豆丹在不同條件下干燥的色澤對比。由表3可以看出，在不同的干燥條件下，L值均不同程度變小，說明干燥后的豆丹鮮亮程度均不如新鮮狀態(tài)下。a值在不同漂燙溫度下變化相對較大，b值變化較小。

表3 不同干燥條件下豆丹色澤變化Table 3 Coloration change of bean worm during different drying conditions

不同的干燥倉的壓力對豆丹色澤的影響比較小，57、85 Pa在 50、60 ℃熱水漂燙時相對較小，10、31 Pa在70、80℃熱水漂燙時相對較小。不同溫度熱水漂燙對豆丹色澤的影響較為明顯，50℃熱水漂燙對色澤的影響最小，其他溫度依次遞增。通過對比，70、80℃發(fā)生褐變較為嚴重，60℃熱水漂燙時變化也較小，用肉眼觀察幾乎很難察覺色澤的變化[24-27]。由此可以得出，為更好的保證豆丹干燥后的色澤品質(zhì)，應選擇的熱水的漂燙溫度為50℃或60℃。

2.5 不同干燥條件對豆丹復水性的影響

凍干后豆丹的復水特性同樣是衡量其品質(zhì)和干燥方法好壞的重要指標之一[18]。由圖4可以看出，每個壓強下的4種不同漂燙溫度的復水曲線趨勢大體相同。由圖4可以分析得出，漂燙溫度為50℃時復水率最高，基本在90%左右，漂燙溫度為80℃時，復水率最低，只可以達到60%左右。這種情況可能是由因為高溫漂燙對豆丹體內(nèi)產(chǎn)生了一定影響，體內(nèi)某些物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，使干燥后的豆丹親水性降低，從而復水率比較低。干燥倉壓力為31 Pa時，復水速率稍快，用時少，但復水率最高僅有82.09%。壓力為57 Pa時，相比于31 Pa時速率慢，用時稍長，但最高復水率可以達到89.91%。60℃漂燙干燥后的豆丹復水率僅次于50℃，在干燥倉壓力57 Pa為時，最高復水率可以達到86.62%，在干燥倉壓力31 Pa時，復水率僅為76.46%。因此，干燥倉壓力57 Pa，漂燙溫度為50℃和60℃時，復水效果較為理想。溫度對復水率的影響與對蛋白質(zhì)保留率的影響趨勢類似，原因可能是豆丹干燥后蛋白質(zhì)占絕大部分，而高溫漂燙可能破壞了蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，從而蛋白質(zhì)在復水時受到一定損失[28]。

圖4 不同漂燙溫度下豆丹復水率Fig.4 Rehydration rate of different blanching temperature during

3 結(jié) 語

凍干成功率是最基本的要素，因此，漂燙溫度選擇60℃及其以上溫度。如果對豆丹凍干的時間要求較高，而對豆丹凍干后顏色、蛋白質(zhì)含量及復水情況要求相對較低，則建議選擇80℃漂燙，85 Pa壓力條件下干燥。如果比較看重豆丹干燥后的綜合效率，建議選擇60℃漂燙，57 Pa壓力干燥。在此條件下，干燥時間較以上條件長約1 h，但是豆丹的色澤變化微小，蛋白質(zhì)保留率相對較高，復水率相對較高，干燥綜合品質(zhì)較優(yōu)。