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【應(yīng)用】使用L-200冷凍干燥蘋果切片

步琦 2025-06-26 | 閱讀：97

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冷凍干燥機 L-200

冷凍干燥蘋果切片

凍干應(yīng)用

簡介

蘋果的味道部分是由許多揮發(fā)性化合物所決定的。從各種蘋果作物中提取的 300 多種化合物已被確定為芳香族化合物。然而，只有少數(shù)從蘋果中釋放出來的化合物被確定對感官質(zhì)量有決定性的影響，因此它們被指定為蘋果中的影響化合物。

這些化合物的相當一部分會在干燥過程中蒸發(fā)，導致味道不好，這在不同的干燥方法和條件下會有所不同。在水果干燥過程中，芳香化合物損失的定量知識對于提高各種商業(yè)活動中物質(zhì)的回收也是必不可少的。有幾個因素影響香氣的保留，包括每種化合物的蒸氣壓，其相對揮發(fā)性，干燥溫度和食品的組成。

傳統(tǒng)的干燥方法，如熱風干燥、真空烘箱干燥和曬干，由于熱敏性物質(zhì)的損失而降低了原食品的質(zhì)量和味道，干燥時間因天氣條件而變長，并且存在無菌問題。另一方面，冷凍干燥是最復雜的脫水方法之一。冷凍干燥是一種溫和的方法來去除水分，而不會擾亂樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。冷凍干燥是一種升華過程，其中固體顆粒直接轉(zhuǎn)化為蒸汽形式，而不進入液體形式。另一個重要的優(yōu)點是冷凍干燥是在相對較低的溫度下完成的，在這種溫度下可以保存不穩(wěn)定的化合物。

凍干食品之所以被認為比其他脫水產(chǎn)品質(zhì)量更高，主要是因為它們可以迅速重組成與原汁原味非常相似的產(chǎn)品。它提供了多孔結(jié)構(gòu)的干燥產(chǎn)品，不收縮，保持形態(tài)，優(yōu)越的味道保留，表面積，高產(chǎn)率，長保質(zhì)期，高活力，減輕重量，無菌處理的可能性和更好的再水化性能。然而，它的優(yōu)點與其相關(guān)的高使用和維護成本直接權(quán)衡。

實驗設(shè)備

BUCHI Lyovapor? L-200 Pro
BUCHI Lyovapor? 軟件
真空泵 Pfeiffer Duo 6”
若干可加熱隔板
若干不銹鋼托盤
-40 °C冰箱
天平 – Mettler Toledo
卡爾菲舍爾滴定器水分分析儀 – Mettler Toledo

試劑與材料

新鮮的蘋果
刀
酸橙汁加水

實驗流程

4.1 準備蘋果切片樣品

▲ 圖1. 新切蘋果片

蘋果含有大量的多酚氧化酶。當蘋果被切開時，細胞就破裂了。在受損細胞周圍空氣中的氧氣的幫助下，多酚氧化酶啟動一系列化學反應(yīng)，轉(zhuǎn)化多酚，最終形成黑棕色色素。檸檬含有抗壞血酸，它不僅可以降低 pH 值（檸檬中也含有檸檬酸），還可以通過還原來逆轉(zhuǎn)氧化反應(yīng)。棕色是無法完全避免的，但它的外觀比不使用要好。

蘋果切成寬約3毫米的小塊，在檸檬汁水中浸泡10分鐘，然后放入托盤。樣品溫度傳感器放置在蘋果片中，用于監(jiān)測冷凍干燥過程中的樣品溫度。產(chǎn)品托盤在-30°C的低溫下保存在冷凍室過夜。

4.2 Lyovapor? L-200 參數(shù)設(shè)置

深凍 12 小時后，切片完全冷凍。在環(huán)境壓力下，將冷凍托盤和冷凍隔板轉(zhuǎn)移到帶有 PMMA 干燥室的 Lyovapor L-200 儀器中。設(shè)定方法考慮了三相點溫度 -5℃、壓力 0.5mbar、臨界溫度 55℃ 等關(guān)鍵參數(shù)。

冷凍干燥過程是在裝載步驟開始的，需要設(shè)置隔板溫度，例如 -25°C，因為樣品在冷凍柜中凍結(jié)。通過將隔板保持在與樣品相同的溫度，可以最大限度地減少由于傳熱而導致的樣品熔化，并且可以確保均勻干燥。在干燥過程中，隔板溫度從 -10°C 逐漸升高到 40°C，以方便樣品中水的升華。為了保持最佳升華效率和防止樣品坍塌，在整個初級干燥過程中，壓力保持在 0.300mabr 的恒定水平。

在二次干燥階段，壓力被最小化，以實現(xiàn)低水分含量的最終產(chǎn)品。這一步是實現(xiàn)穩(wěn)定性和產(chǎn)品保質(zhì)期的關(guān)鍵，通過解吸去除任何殘留的水分，可能會導致降解或變質(zhì)。詳細信息見圖2。

在此運行過程中，Lyovapor 應(yīng)用程序被用作輔助工具來監(jiān)測過夜凍干過程。該應(yīng)用程序有助于密切檢查該過程的進展，并在設(shè)置參數(shù)出現(xiàn)任何差異時及時提醒用戶。

▲ 圖2. 在 Lyovapor? 軟件上設(shè)置的一次和二次干燥階段參數(shù)

實驗結(jié)果和討論

5.1 實驗數(shù)據(jù)

圖2 描述了冷凍干燥循環(huán)的過程。完成 17 小時后，樣品溫度達到 20℃ 的隔板溫度。這種收斂是一個重要的跡象，表明初級干燥階段已經(jīng)結(jié)束。在初級干燥階段，通過升華從樣品中除去大量的水，這需要大量的能量。過渡到二次干燥階段開始于 18 小時。在二次干燥階段，通過去除結(jié)合水分來干燥樣品。這種水的量相當?shù)?，因此樣品遵循設(shè)定的隔板溫度很快。

由于凍干產(chǎn)品一般表現(xiàn)出高度吸濕性，因此在冷凍干燥過程后，干燥的蘋果片立即轉(zhuǎn)移到密封或封閉的容器中，以避免從周圍的空氣中吸收水分。