全 文 ：第 22卷第 12期
2006年 12月
农 业 工 程 学 报
T ransactions o f the CS AE
Vo l. 22　 No. 12
Dec.　 2006
复合渗透液配方优化及其处理对绿豆芽真空冷冻干燥的效果
陈仪男
(漳州职业技术学院食品与生物工程系 ,福建 漳州 363000)
摘　要: 采用三因素二次正交回归组合设计试验方案 ,对绿豆芽真空冷冻干燥工艺的复合渗透液预处理效果进行试验 ,并
建立相应的回归方程 ,优选复合渗透液配方并进行试验验证 ,同时考察优选的复合渗透液处理的冻干品相关品质指标 ,分
析节能效果 ,显微观察冻干品细胞结构变化。结果表明: 绿豆芽冻干工艺的预处理复合渗透液最优配方为麦芽糊精、羧甲基
纤维素钠 ( CM C)、淀粉的含量分别是 21. 2% 、 0. 16% 、 2. 5% ,试验验证显示绿豆芽经优选的复合渗透液预处理后能明显地
改善冻干效果 ,同未经处理的相比 ,产量与质量的综合指标提高 18. 3% ,维生素 C保存率提高 25. 9% ,冻干时间缩短
36. 9% ,耗电节省 19. 9% ;冻干品的安全水分可提高至 10. 0% ,显微观察显示表皮细胞结构未受破坏。
关键词: 绿豆芽 ; 真空冷冻干燥 ; 复合渗透液 ; 配方 ; 冻干效果
中图分类号: T S255. 5　　　　文献标识码: A　　　　文章编号: 1002-6819( 2006) 12-0195-05
陈仪男 .复合渗透液配方优化及其处理对绿豆芽真空冷冻干燥的效果 [ J].农业工程学报 , 2006, 22( 12): 195- 199.
Chen Yinan. Optimization of compound o smsticum fo rmula and its effec ts on the vaccum free ze-drying of mung bean
sprouts [ J]. T ransactions o f the CSAE, 2006, 22( 12): 195- 199. ( in Chinese with Eng lish abst ract)
收稿日期: 2005-10-18　修订日期: 2006-06-08
基金项目:漳州市科学基金资助项目 ( Z03035)
作者简介:陈仪男 ( 1962- ) ,女 ,福建漳州人 ,副教授 ,研究方向为食
品贮藏与加工。 福建漳州　漳州职业技术学院食品与生物工程系 ,
363000。 Email: cyn 9090@ sohu. com
0　引　言
绿豆味甘性凉 ,具有清热、解毒、利尿之功效。绿豆
芽是绿豆在一定条件下培育出的嫩芽 ,它具有很高的营
养价值 ,含有多种维生素 ,矿物质和丰富的膳食纤维 ,尤
其是蛋白质、氨基酸含量比大多数果蔬高出几倍甚至十
几倍 ,是营养成份较完美的蔬菜 ,成为近年来倍受推崇
的最具营养的食品之一 ,被美国食品专家誉为“最理想”
的一类蔬菜 ,特别适于老年人及儿童食用 [1 ]。
真空冷冻干燥 (简称冻干 )是目前国际上最先进的
食品加工技术之一 [2 ]。冻干技术能够很好地保持食品原
有的天然色泽、形态及风味 ,同时可最大限度地保留被
干燥食品的营养成分和活性物质 ,因而在食品、医药和
生物制品等工业中得到了普遍的应用 [3, 4 ]。 为推动冻干
技术在农产品加工领域的广泛应用 ,近几年来国内外许
多学者对农产品的冷冻干燥加工工艺、过程参数、过程
机理和模型等方面进行广泛的研究 ,并取得一定的成
效 [5- 17 ]。
绿豆芽为水分含量多 ,组织娇嫩、易变形的蔬菜 ,在
冻干加工中存在着干燥时间长、能耗大、干品率及生产
率低、干品易吸湿而造成微生物后污染率较高等问题 ,
已成为绿豆芽在冻干加工工艺中一个亟待研究解决技
术难题。然而 ,根据福建省农科院科技情报所联机对国
内外相关文献资料的检索查新报告 ,迄今除了杜卫华
等 [18 ]于 2004年曾报道过采用单因素试验法 ,筛选出
20%麦芽糊精渗透液对绿豆芽预处理后可提高其干品
率的研究成果外 ,尚未查阅到其他相关的研究报道。 本
研究应用三因素二次正交回归法优选绿豆芽冻干加工
预处理的复合渗透液配方 ,达到提高冻干绿豆芽安全水
分及干品率 ,改善冻干绿豆芽综合品质等目的 ,为冻干
生产绿豆芽提供实用技术和实践指导。
1　材料与方法
1. 1　材料
绿豆芽:漳州产 ,采用芽体直径为 3～ 4 mm粗壮的
品种 ;柠檬酸、氯化钙均为分析纯 ;麦芽糊精、 CMC(羧
甲基纤维素钠 )、淀粉均为食品级。
1. 2　主要仪器设备
冻干机 ( JDG-0. 2型 ,兰州科近真空冻干技术有限
公司 ) ;高速组织捣碎机 ( PS-1型 ,上海标本模型厂 ) ;手
提糖量计 ( WY T-4型 ,泉州中友光学仪器有限公司 ) ;
色差计 ( SC-80C型 ,上海淀久中药机械制造有限公司 ) ;
真空包装机 ( D2400 /2SB型 ,浙江葆春机械总厂 ) ;冰柜
( BCD-198型 ,广东省顺德市陈村镇中宝制冷厨具设备
厂 ) ;旋片式真空泵 ( 2X2型 ,椒江宏兴机械厂 ) ;电子天
平 ( BS124S型 ,德国赛多利斯 ) ;电热恒温鼓风干燥箱
( 101-1-S型 ,上海跃进医疗器械厂 ) ;手持式活度测试
仪 ( HBD5M S2100型 ,北京市北斗星工业化学研究所 ) ;
超声波清洗器 ( SKS200H型 ,上海科导超声仪器有限公
司 ) ;生物显微镜 ( DM LB2型 ,德国 Leica) ;数码照相系
统 ( Nikon COOLPIX4500,日本 Nikon)。
1. 3　生产工艺流程
绿豆芽去头尾→清洗→烫漂 ( 0. 1%柠檬酸+ 0. 2%
氯化钙 , 90℃～ 95℃ )→冷却沥干→复合液渗透→装盘
→预冻→真空冷冻干燥→出料→包装→检验。
1. 4　复合液配方试验
采用三因素二次正交回归组合 [19 ]建立复合渗透液
配方优选方案。
据预试验及相关文献 [20 ] ,具体因素水平见表 1。
195
表 1　正交回归组合因素水平编码表
Table 1　 Facto r s and encoded levels o f or thogonal
r eg r essiv e combination expe riment
因素 X 1 X 2 X 3
Z1
麦芽糊精
/%
Z2
CMC
/%
Z3
淀粉
/%
上星号臂 (+ r ) 1. 215 1. 215 1. 215 30. 0 0. 20 4. 0
上水平 (+ 1) 1 1 1 28. 0 0. 19 3. 7
零水平 (0) 0 0 0 20. 0 0. 13 2. 5
下水平 (- 1) - 1 - 1 - 1 12. 0 0. 07 1. 3
下星号臂 ( - r ) - 1. 215 - 1. 215- 1. 215 10. 0 0. 06 1. 0
注: X 1为 Z1转化值 ,即 X 1 = (Z1 - 20. 0) /8. 0; X 2为 Z2转化值 ,即 X 2
= ( Z2 - 0. 13) /0. 06; X 3为 Z3转化值 ,即 X 3 = (Z3 - 2. 5) /1. 2。
1. 5　优选的复合渗透液配方验证试验
以“ 1. 4”中优选的麦芽糊精、 CMC、淀粉各配方组
合的复合液 ,按相同的工艺渗透处理 ,最后进行冻干加
工 ,未处理为对照 ( CK) ,试验设 5次重复。
1. 6　试验指标的测定与计算
1)干品率 (FX )
FX = 30× GX /G
式中　FX—— 某方案产品干品率评分数 ; GX—— 对应
产品干品率 ; G—— 产品最高干品率 ; 30—— 干品率最
高分数。
G(% ) = m 1 /m2× 100
式中　m1—— 最终水分含量为 4. 0% 的冻干品质量 ;
m 2—— 原料热烫冷却沥干后的质量。
2) 形态:由 10人组成评审组按以下规定评分: 产
品表面较饱满 ( 24～ 30分 ) ;产品表面有轻微的皱缩 ( 17
～ 23分 ) ;产品表面有较明显的皱缩 ( 10～ 16分 ) ;产品
表面有较严重皱缩 ( 0～ 9分 )。以平均分作为指标值。
3)色泽 ( EX ): 采用 Kangguang SC-80C型全自动
色差计测定。
EX = 10× SX /S
式中　 EX—— 某方案产品白度色泽分数 ; SX—— 相应
产品白度色泽测定值 ; S—— 产品最高白度色泽测定
值 ; 10—— 白度最高的分数。
4)脆度: 10人评审按规定评分: 干品复水后口感
脆 ,接近热烫鲜样 ( 24～ 30分 ) ;较脆 ,比较接近热烫鲜
样 ( 15～ 23分 )复水后稍脆 ,略有软烂感或纤维性较强
低于 15分。
5) 冻干时间:以板温、物表温、物料中心温三者趋
于一致后继续平衡 1 h计。
6)吸湿率: 每间隔 5 min增加的总质量与原质量
之比。
7)水分测定:常压烘箱干燥法。
8)维生素 C: 2. 6-二氯靛酚滴定法。
9) 维生素 C保存量: 干品折合为湿物料的维生素
C含量与原料维生素 C含量之比。
10) 水分活度: 活度仪测试法。
11)最大安全水分 [21 ]:以水分活度低于 0. 300时 ,
物料所对应的水分含量。
12) 综合指标:试验中干品形态、颜色、脆度及干品
率得分累加的综合评价分数。
2　结果与分析
2. 1　复合渗透液配方优选及其处理对绿豆芽冻干品综
合指标的影响
按试验设计方案获得试验结果见表 2。
表 2　二次正交回归组合试验结果
Table 2　 Design and results o f quadra tic or thogonal reg r essiv e combination experiment
序号 Z1麦芽糊精 /%
Z2
CMC /%
Z3
淀粉 /%
质量指标 /分
形态 色泽 脆度 累计
干品率
/分
Y′
综合评价 /分
1 28. 0 0. 19 3. 7 10. 2 7. 9 29. 0 47. 1 29. 4 76. 5
2 28. 0 0. 19 1. 3 10. 2 7. 7 29. 4 47. 3 30. 0 78. 3
3 28. 0 0. 07 3. 7 11. 0 7. 9 25. 5 44. 4 27. 8 72. 5
4 28. 0 0. 07 1. 3 11. 5 7. 2 25. 6 44. 3 28. 0 72. 3
5 12. 0 0. 19 3. 7 28. 5 9. 5 19. 3 57. 3 21. 6 79. 4
6 12. 0 0. 19 1. 3 28. 5 9. 3 18. 6 56. 4 21. 4 77. 8
7 12. 0 0. 07 3. 7 28. 5 9. 2 17. 5 55. 2 21. 6 76. 8
8 12. 0 0. 07 1. 3 27. 5 8. 7 17. 9 54. 1 21. 9 76. 0
9 30. 0 0. 13 2. 5 10. 0 7. 7 26. 7 44. 4 27. 2 71. 6
10 10. 0 0. 13 2. 5 30. 0 10. 0 17. 0 57. 0 24. 2 81. 2
11 20. 0 0. 20 2. 5 25. 2 8. 0 30. 0 63. 2 25. 0 88. 2
12 20. 0 0. 06 2. 5 27. 0 8. 4 29. 0 64. 4 25. 0 89. 4
13 20. 0 0. 13 4. 0 26. 0 9. 5 29. 3 64. 8 23. 4 88. 2
14 20. 0 0. 13 1. 0 27. 3 8. 6 29. 3 65. 2 23. 8 89. 0
15 20. 0 0. 13 2. 5 27. 0 8. 8 29. 6 64. 4 23. 6 89. 0
　注:每个方案均采用相同的烫后物料装盘量和相同的冻干条件。
2. 1. 1　回归模型建立与测验
Z的取值范围为 10. 0≤ Z1≤ 30. 0, 0. 06≤ Z2≤
0. 20, 1. 0≤ Z3≤ 4. 0,对 Z值进行转化 ,即 X 1 = ( Z1 -
20. 0) /8. 0、X 2 = ( Z2 - 0. 13) / 0. 06、X 3 = ( Z3 -
2. 5) /1. 2。按试验设计方案对复合渗透液配方的转化值
X与冻干品干品率产量指标 ,以及形态、颜色、脆度的质
量指标等构成的综合指标 Y′的相关性进行分析计算 ,
获得的二次多元回归模型为:
196 农业工程学报 2006年　
Y
′
= 90. 4 - 1. 98X 1 + 1. 21X 2 + 0. 70X 1X 2 -
0. 50X 1X 3 - 0. 15X 2X 3 - 9. 40X
2
1 - 2. 06X
2
2
- 2. 20X 23
经 F测验 ,回归模型的 F值 = 19. 7> F0. 01 ( 9, 5) =
10. 16,表明回归模型达极显著水准。又由表 3显示 ,除
交互项不显著 ,其余各项均在不同程度上显著 ,把不显
著项剔除进一步得回归方程模型如下:
Y
″
= 90. 4 - 1. 98X 1+ 1. 21X 2 - 9. 40X
2
1 -
2. 06X
2
2 - 2. 20X
2
3
表 3　方差分析表
Table 3　 Variance analysis
变异来源 自由度 DF 平方和 SS 均方和 M S F值 F0. 1 F0. 05 F0. 01
X 1
一次项 1 43. 0 43. 0 15. 5* * 4. 06 6. 61 16. 26
二次项 1 387. 3 387. 3 139. 3* * * 4. 06 6. 61 16. 26
X 2
一次项 1 16. 1 16. 1 5. 79* 4. 06 6. 61 16. 26
二次项 1 18. 5 18. 5 6. 65* * 4. 06 6. 61 16. 26
X 3
一次项 1 0 0 0 4. 06 6. 61 16. 26
二次项 1 21. 1 21. 1 7. 59* * 4. 06 6. 61 16. 26
交互作用
X 1X 2 1 3. 9 3. 9 1. 4 4. 06 6. 61 16. 26
X 1X 3 1 2. 0 2. 0 0. 72 4. 06 6. 61 16. 26
X 2X 3 1 0. 18 0. 18 0. 065 4. 06 6. 61 16. 26
回归 S r 9 492. 1 54. 67 19. 66* * * 3. 32 4. 77 10. 16
残差 Se 5 13. 9 2. 78
总和 St 14 506. 0
　注: * 表示差异达 10%显著水准 ,* * 表示差异达 5%显著水准 ,* * * 表示差异达 1%显著水准。
2. 1. 2　复合渗透液的最优配方
综合以上分析 ,据霍尔维茨定理 [19 ] ,分析得回归方
程 Y″有极值。由极值的必要条件解得 X 1 = 0. 15, X 2 =
0. 43,X 3 = 0时 ,将 X 1、X 2、X 3分别代入 X 1 = ( Z1 -
20. 0) / 8. 0、X 2 = (Z2 - 0. 13) / 0. 06、X 3 = (Z3 -
2. 5) /1. 2中 ,求出最优复合渗透液配方组合为 Z1、 Z2、
Z3分别是 21. 2% 、 0. 16%、 2. 5% ,而综合指标 Y″为 90. 3
分。
2. 2　优选的复合渗透液配方处理效果试验
2. 2. 1　优选的复合渗透液配方水平验证试验
由表 4可以看出 ,采用以优选的麦芽糊精、 CMC和
淀粉含量分别为 21. 2%、 0. 16% 、 2. 5%构成复合渗透
液处理的绿豆芽冻干品与未处理的冻干品 ( CK)比较 ,
其干品率 (产量指标 ) ,与形态、颜色、脆度构成的质量指
标 ,累加的综合评价 (综合指标 )明显地高于 CK。经 t测
验后 ,显示其质量指标的差异达显著水准 (P < 0. 05) ,
干品率和综合指标的差异达极显著水准 ( P < 0. 01) ;
比 CK高出 18. 3% ,由此表明 ,上述优选复合渗透液配
方组合是可行的。
表 4　优选的复合渗透液配方水平验证试验 ( n = 5)
Table 4　 Valida tion experiment results o f the optimiza tion
compound osmsticum fo rmulation lev el (n = 5)
处理方式 质量指标 /分形态 色泽 脆度 累计
干品率
/分
综合评价
/分
优选复合
渗透液处理 27. 0 8. 4 30. 0 65. 4a A 25. 0a A 90. 4aA
未处理 CK 30. 0 10. 0 22. 5 62. 5bA 13. 9bB 76. 4bB
比 CK±% + 18. 3%
注:数字后附不同大小写字母者分别表示差异达 0. 01和 0. 05显著水
平 ,表 5同。
2. 2. 2　优选复合渗透液处理的冻干品相关指标分析
表 5显示:经复合渗透液处理的冻干品 ,其干品最
大安全水分、维生素 C保存率等质量指标 ,以及冻干时
间、耗电量等生产指标 ,均优于未处理的冻干品 ,经 t测
验 ,差异均达到极显著水准 ( P < 0. 01)。相关指标的改
善 ,可能是由于复合渗透液处理过程渗透压的作用使部
分水分脱除 ,果肉中的部分空间被渗透液起而代之 ,并
驱除了果肉中的部分空气 ,从而减少了冻干所需升华的
水量 ,使整体干燥时间缩短 ,干品率和维生素 C保存率
得到提高 ;再由图 1可以看出 ,将经复合渗透液处理的
和未处理的绿豆芽冻干品同时置于室温为 30℃ ,相对
湿度为 70%的空气中 ,未经处理的冻干品在空气中的
吸湿速率远大于经复合渗透液处理的冻干品 ,放置 10
min后吸水率达 9. 59% ,冻干品已处于绵软状态 ,而经
复合渗透液处理的冻干品放置 20 min的吸水量仅为
6. 77% ,此时冻干品尚有脆性 ,这是因渗透液成分渗入
绿豆芽可使其中的溶质分子增大 ,缠结形成缠结网状结
构 [21 ] ,这种结构的形成有助于脆度的改善、稳定性的提
高及减少外壳湿润性的作用。 由此表明 ,经优选复合渗
透液处理后可提高冻干品最大安全水分、维生素 C保
存率 ,减缓冻干品在空气中的吸湿速率 ,也可提高干燥
炉的周转率 ,从而提高生产率 ,降低生产成本及能耗。
表 5　处理与未经处理冻干品相关指标比较 (n = 5)
T able 5　 Compa rison of the r ela ted indexes o f the free ze-dried
products betw een treament and unt reament ( n = 5)
处理方式 最大安全水分
/%
维生素 C
保存率 /%
冻干时间
/h
耗电量
/kW· h- 1
复合渗透液处理 10. 0bB 87. 9aA 11. 78bB 2. 09a A
未处理 CK 5. 0aA 69. 8bB 18. 67a A 2. 61bB
比 CK±% + 100. 0 + 25. 9 - 36. 9 - 19. 9
197　第 12期 陈仪男:复合渗透液配方优化及其处理对绿豆芽真空冷冻干燥的效果
图 1　冻干品在空气中的吸湿速率
Fig. 1　 Moistur e abso rptiv ity o f freeze-dried products in air
2. 2. 3　优选复合液渗透处理的冻干品细胞结构观察
图 2为分别对复合渗透液处理后进行冻干技术加
工的冻干品 ( c) ,与未处理直接进行冻干技术加工的冻
干品 ( b) ,及经热烫处理的新鲜绿豆芽样品 (a )的表皮细
胞置于 400倍的显微镜下进行观察的结果。结果显示:
各类处理的表皮细胞均充盈 ,结构清晰完整 ,由此表明 ,
经复合渗透液处理的冻干品细胞结构未受破坏。
图 2　绿豆芽表皮细胞结构显微观察 (× 400)
Fig . 2　 Mic robserv ation of epiderma l cell a rchitecture
o f mung bean spr out(× 400)
3　结　论
二次正交回归试验优选的 21. 2% 麦芽糊精
+ 0. 16% CMC+ 2. 5%淀粉复合渗透液处理绿豆芽 ,对
冻干品的产量指标、质量指标、及能耗有明显的影响 ,可
提高冻干品的干品率、安全水分和维生素 C保存率 ,改
善冻干品复水脆度、缩短冻干时间、降低能耗 ,总体上降
低了冻干绿豆芽的生产成本并提高其综合品质。
[参　考　文　献 ]
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198 农业工程学报 2006年　
Optimization of compound osmsticum formula and its effects on the
vaccum freeze-drying of mung bean sprouts
Chen Yinan
(Department of Food and Biotechnology , Zhangzhou Vocational Technical College , Zhangzhou , Fujian 363000, China )
Abstract: The pretreatment effects o f compound somsticum on the vaccum freeze-drying o f mung bean sprouts
w ere studied using quadratic o rthogona l reg ressiv e experiments combined w ith three facto rs. Based on the result ,
the reg ressive equation w as established, and the compound osmsticum fo rmula was optimized and verified. M ean-
whi le, the quality indexes of the f reeze-dried products w ere investig ated wi th the optimized compound osmsticum ,
and the energ y-saving effect was analy zed. The changes in epidermal cell a rchi tecture of the products w ere also
examined under microscope. Resul ts show that the optimum ratio of the compound osmsticum fo rmula is mal-
todex t rin: CMC: sta rch= 21. 2% : 0. 16% : 2. 5% . The pretreatment wi th the optimized compound o smsticum
g rea tly improve the f reeze-drying ef fects of mung bean sprouts. Compared to the untrea ted product , the compre-
hensiv e indexes of yield and quali ty a re improved by 18. 3% , the retention of vi tamin C raises by 25. 9% , the
drying time is shortened by 36. 9% , the elect ric energy is saved by 19. 9% , and the safe humidi ty of the product
raised up to 10. 0% . Under the microscope, the epidermal cell archi tecture is not dest royed.
Key words: mung bean sprout; v accum freeze-drying; compound osmsticum; formula; effect
199　第 12期 陈仪男:复合渗透液配方优化及其处理对绿豆芽真空冷冻干燥的效果