超声波平板冷冻提高胡萝卜冻干速率.pdf

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1、第33卷第1期2562017年1月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering、，01．33NO．1Jan．2017超声波平板冷冻提高胡萝I＼冻干速率周新丽，滕芸，戴澄(上海理工大学医疗器械与食品学院，上海200093)摘要：为了探究接触式超声波辅助平板冷冻法对固体果蔬冻干过程的影响，该文研究了接触式超声波辅助胡萝卜的平板冷冻过程。首先，利用低温显微镜证实了接触式超声波能够有效促进平板冷冻固体果蔬样品成核，并且冰晶的形态与成核温度呈

2、显著相关性(相关系数0．99)，即成核温度越高，冰晶尺寸越大。其次，研究了超声波作用参数(功率，作用时间)对胡萝卜冰晶尺寸以及冻干速率的影响。结果表明，在胡萝卜样品厚度为5mln，样品冷冻温度为一1℃时施加178．7w功率的超声波10S能显著提高(P<0．05)样品的成核温度，使冻干胡萝卜的孔隙当量直径从无超声波辅助条件下对照组样品的(66．29士3．58)∥m提高至OT(80．81士3．03)／,tm，同时干燥至实际含水率为10％时，升华干燥速率提升了29．1％。该研究为接触式超声波辅助平板冷冻用于果蔬样品的

3、冻干过程提供了有益参考。关键词：超声波；成核；干燥；冻干速率；胡萝卜doi：10．11975／j．issn．1002-6819．2017．01．035中图分类号：TS201．1文献标志码：A文章编号：1002—6819(2017)一01—0256—06周新丽，滕芸，戴澄．超声波平板冷冻提高胡萝I、冻干速率[J]．农业工程学报，2017，33(1)：256--261．doi：10．11975／j．issn．10026819．2017．01．035http：／／www．tcsae．orgZhouXinli，Teng

4、Yun，DaiCheng．Contactultrasoundfreezingimprovingfreezedryingrateofcarrot[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2017，33(1)：256--261．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．11975巧．issn．1002—6819．2017．01．035http：／／www．tc

5、sae．org0引言冻干果蔬作为一种可以最大程度地保存食品原有营养价值与感官品质的干制果蔬产品越来越受到消费者的欢迎。但冷冻干燥工艺由于其干燥时间长、能源成本高等因素，极大限制了其在食品消费领域的普及。在冷冻干燥工艺中，冷冻是指在一定的过冷度下水转变为冰晶的过程，这个过程是决定冰晶形态、尺寸与分布的关键阶段，影响着冻干工艺与冻干食品的最终质旦【卜31。近年来许多新兴技术，例如高压冷冻[4-6]、成核剂[J卜91、电场[10-12]、微波辅助冷冻[13-161等都被应用于控制冷冻过程。功率超声波作为一个低温非接触

6、式的加工技术也被认为是促进成核的有效方法，它通过提升样品成核温度产生较大的冰晶，大冰晶在升华过程中形成较大的通道，从而达到提升升华干燥效率的目的。Chalmers[117】发表了第一篇超声波能促使冰晶在一个较高的温度下成核的研究。随后，许多相关研究开始证实超声波可以对过冷水和水溶液冷冻过程产生影响【18-21]。Nakagawa等‘221在其研究中发现成核温度与一次干燥速率间有很强的相关性，即干燥速率随成核温度的升高而增大，后进一步证实成核温度是决定一次干燥速率的主要因素[231。目前在超声波辅助冷冻的研究中，

7、超声波的作用方式大致分为两种：一种是通过超声波水浴向样品传递超声波，即浸渍冷冻；另一种是样品本身即为液体。这是收稿日期：2016．07．25修订日期：2016-08—15基金项目：国家自然科学基金(51376132)作者简介：周新丽，副教授，博士，主要研究方向为食品冷冻冷藏与冷冻干燥。Email：zjulily@163．tom由于液体与声波间的声阻抗很低十分利于超声波的传播。而声能在食品组织中的传播效率并不高，这就解释了为什么辅助成核的试验对象很少为固体样品。但在冷冻干燥工业中，冷冻是通过冷板来实现的，因此用液

8、体作为超声波的传播环境显然是不现实的。另一方面，一些科学家也进行了直接接触超声波促进对流干燥过程的研究。Gallego．Jufirez等[24]利用超声波与果蔬直接接触的方法，也就是“直接接触超声波”向对流干燥中的果蔬作用超声波。试验发现超声波的施加不仅能够加快果蔬的脱水速度，同时可以实现降低干燥温度，减小能源消耗。Sch6ssler等【25】在冻干果蔬升华干燥的过程中将样品置于超声波