简介

冷冻干燥是一种温和的干燥方法，可用于保存食品而不改变其外观或风味。冷冻干燥过程包括将食品样品预冻，然后对冻结样品施加精准的真空控制。在这种条件下，食品中的水分会升华，因此样品最终会干燥。在食品应用中，冷冻干燥常用于生产速溶咖啡和干燥保存水果、蔬菜或草药。

设备

• BUCHI Lyovapor™ L-200 Pro

• BUCHI Lyovapor™ 软件

• 深冷冰箱，温度 -40°C，tritec HANNOVER

• 不锈钢托盘

• Mettler Toledo HR73 卤素水分分析仪

试剂与耗材

• 新鲜的香蕉

实验过程

4.1 样品准备

将香蕉切成 5mm 厚的切片，并将这 11 片香蕉切片放置在不锈钢托盘上（图1），然后在深冷冰箱中过夜，温度为 -40℃。另外也可以使用 -20℃ 的冰箱。

4.2 设置 Lyovapor™ L-200

在深冻24小时后，香蕉片被转移到冷冻干燥机 Lyovapor™ L-200 中进行冷冻干燥，设置如 表1 所示。

表1. Lyovapor™ L-200 中香蕉片冷冻干燥的设置

设置的货架温度在初级和次级干燥结束时不应超过 25℃（温度设定点）。使用 Lyovapor™ 软件编程的初级和次级干燥过程步骤如 表2 所示。在初级干燥阶段，从样品中去除基质溶剂，在这种情况下水通过升华去除。在次级干燥阶段，通过去解吸附溶剂来干燥样品。

表2. 初级干燥步骤的参数,设置在 Lyovapor™ 软件上

4.3 卤素水分分析

香蕉干燥后（见 图2），分析了三个香蕉片的剩余水分含量，以评估干燥效率。因此样品在30秒内被研磨在研钵中并转移到水分分析仪中。水分分析采用卤素水分天平，其参数列于 表3，判定标准 5 是指在 1mg/140s 以内没有更多的变化。

表3. 水分分析仪设置

实验结果和讨论

5.1 冻干香蕉片的外观评价

图1 和 图2 分别展示了冻干前后的托盘上的香蕉片。所有 11 片香蕉片都显示出均匀的冻干结构和外观。在干燥过程中，没有观察到它们的尺寸和形态有任何变化。

5.2 冻干香蕉片的水分分析

为了确定 Lyovapor™ L-200 的干燥效率，使用卤素水分分析仪分析了三个香蕉片的剩余水分含量。表4 显示了冻干后测量的水分含量和干燥效率的结果。

表4. Lyovapor™ L-200 上冻干后水分分析的结果

所有分析的样本在冻干过程后含水量均小于等于3.14%。香蕉的初始水分含量为76.97% ± 1.24%（n=3）。因此，在Lyovapor™ L-200上应用描述的冻干方法导致水分去除率至少为95.92%

总的来说，将冻干过程应用于如香蕉片等食品，具有以下优缺点：

优势：

• 在低温和低压条件下进行冷冻干燥是一种有效的方法，可以保持食品的颜色、气味、风味和热敏感的营养素

• 消除食品表面的硬化

• 冷冻干燥的食品具有多孔结构，易于复水或溶解。它可以直接食用或复水后食用

• 由于冷冻干燥的食品含水量极低，因此密度相对较小，易于运输。冷冻干燥的食品在室温下可以长期保存，而运输成本远低于冷冻食品

• 冷冻干燥过程中不向食品中添加任何添加剂

劣势：

• 如果直接暴露在空气中，冻干食品会迅速吸水复水，导致食品品质下降

• 冻干产品必须真空包装或用氮气进行真空包装，包装材料不得允许水蒸气渗透

• 在运输和销售过程中，由于其疏松多孔的结构，冻干食品很容易碎成粉末或开裂

• 冻干是一个耗时耗能的过程，导致生产成本更高

实验结论

使用Lyovapor™ L-200，成功实现了香蕉水分去除的高效干燥。

参考文献

1. G. W. Oetjen; Freeze drying; Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (2004).

2. H. Tse-Chao Hua, L. Bao-Lin, Z. Hua; Freeze drying of Pharmaceutical and Food Products,

3. Woodhead Publishing Series in Food Science, Technology and Nutrition, pages 141–169 (2010).

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