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1、第25卷第4期刘凌等:液体食品的渐进冷冻浓缩31液体食品的渐进冷冻浓缩刘凌(郑州轻工业学院食品工程系,郑州,450002)宫胁长人(东京大学大学院农学生命科学研究科食品工学研究室,东京,113)摘要渐进冷冻浓缩利用冰层从容器的一端向另一端成长而使液相溶质浓缩。其特征是在系统中只形成单个冰结晶,这样从浓缩液中分离冰晶比常规的冷冻浓缩方法容易的多。渐进冷冻浓缩用于葡萄糖溶液、番茄汁的浓缩取得了较好的浓缩效果。用冰-液相之间的溶质表观分配系数可科学地评价冷冻浓缩效果,并分析比较不同性质溶液的冷冻浓缩特性。关键词渐进冷冻冷冻浓缩分配系数过冷冷冻浓缩具有低能耗,加工温度
2、低可阻和番茄汁,探讨操作条件对冷冻浓缩效果的止不良化学变化和生物化学变化,风味、香气影响及评价模式。和营养损失小等优点,已被应用于果汁、咖1理论基础[1,2]啡、啤酒、果酒和乳品类液体食品的浓缩。在渐进冷冻浓缩中,浓缩的机理是从移目前工业生产上采用的冷冻浓缩系统由冰核动的冰前沿即冰液相界面排斥溶质分子。液[3]生成器、结晶器和冰晶分离器组成。被浓缩相和冰相间的表观分配系数(K)可定义为下液首先在冰核生成器中生成含有许多微小冰式:晶的低温溶液,而后送到结晶器中通过奥斯K=CS/CL(1)特瓦尔德(Ostwald)效应长成大冰晶,浓缩这里CS(wt%)和CL(wt%
3、)分别是冰液从结晶器底部送出,冰晶表面附着的浓缩相和液相的溶质浓度。在渐进冷冻浓缩过程液在冰晶分离器中用水冲洗回收,冲洗液再中,若溶液体积为VL时,冰相中又增加一个送回进料端。在这种系统中,关键技术是怎样微小体积(-dVL),同时假定在液相内充分使冰晶在结晶器中长到足够大而有效地分离混合并忽略冰相内的混合扩散,根据溶质的冰晶和溶质。众多学者对冰晶在结晶器中的质量平衡可得到下式:生长机理已进行过深入研究并确证过冷和二CLVL=-CSdVL+(CL+dCL)(VL+[4,5]次晶核化是阻碍冰晶长大的主要因素。dVL)(2)在以前的文章中[6～9],我们已提出用渐(2
4、)式展开:CLVL=-CSdVL+CLVL+VLdCL+进冷冻作为液体食品冷冻浓缩的方法,其基CLdVL+dCLdVL础建立在与上面所描述的常规冷冻浓缩完全忽略dCLdVL相并代入(1)式得:不同的概念之上。在渐进冷冻中,冷冻浓缩发(1-K)dVL/VL=-dCL/CL(3)生于冰相从样品容器的一端向另一端成长的该式积分后变为:过程中。在这种方法里,冷冻浓缩在移动的冰(1-K)ln(VL/V0)=ln(C0/CL)(4)前沿进行且只形成单个冰晶,易于浓缩液与这里C0(wt%)是被浓缩液的初始浓度,V0是冰晶的分离。被浓缩液的初始体积。本文用渐进冷冻浓缩法浓缩葡萄
5、糖溶液通过实验得到渐进冷冻浓缩过程中不同第一作者:学士,讲师。收稿时间:1998-10-0732食品与发酵工业FoodandFermentationIndustriesVol.25No.4时点的VL和CL代入(4)式,再经线性回归处理后,由310nm波长下的吸光度测定结果即可求得K值。K值是0到1之间的值,当K计算其浓度值;番茄汁则用重量法得到其浓=1时表示浓缩根本没有发生;当K=0时表度值。示浓缩达到理想状态。3结果和讨论2材料和方法2.1实验材料与设备D-(+)-葡萄糖:NacalaiTesque,(Ky-oto)。葡萄糖检测盒(F-kit):购自Boeh
6、ringerMannheimYamanouchi(Tokyo)。番茄汁:日本Kagome株式会社提供。分光光度计:BeckmanDU-65。2.2装置和实验步骤图2固、液相溶质浓度随冰层厚度变化的情况浓缩试料为4.3%番茄汁,冰前沿移动速度0.5cm/h,搅拌速度600r/min。图2显示在上述试验条件下进行渐进冷冻浓缩时,液相和冰相中溶质浓度(CL、CS)的变化情况。从图中可以清楚地看出,冰相中的溶质浓度远远低于液相中的溶质浓度。同时液相的溶质浓度随着冰层厚度的增加而增图1渐进冷冻浓缩实验装置大,最终浓度达18.8%。这些都表明浓缩过程可调降下速度的不锈钢料
7、筒可调速搅拌浆可调加热线圈液相冰相进行顺利。可调温冷却器冷媒槽冷媒图1所示为渐进冷冻浓缩装置图,其由一个不锈钢试料筒(直径48mm,高197.5mm)、冷浴(-10℃)和将样品筒以恒定速率(0.16～2.37cm/h)降到冷浴中的驱动系统组成。样品筒内装有搅拌桨(30～1400r/min)来搅动冰液界面附近的溶液,在样品筒外侧装有加热线圈以控制冰前沿,避免冻结界面上升到要求高度以上。将待浓缩试料预冷却至5℃后倒入试料筒中开始冻结与浓缩。取样时,停止浓缩过程,分别对液相和冰相进行取样。对于不同取样时间的试样,每次都重复整个浓缩过程。图3不同搅拌速度下
8、,固、液相溶质浓度随冰层
