一种基于热辅助超声波技术提升红枣品质的方法与流程

本发明涉及农产品加工技术领域，特别涉及一种基于热辅助超声波技术提升红枣品质的方法。

背景技术：

红枣是原产中国的传统名优特产树种，维生素含量非常高，有“天然维生素丸”的美誉。红枣(zizyphusjujube)，又名大枣，鼠李科枣属植物，成熟后变为红色，常晒干制成枣干。红枣具有补脾和胃、益气生津、养血安神、缓和药性。主治：用于脾胃虚弱，食少便溏，血虚萎黄，妇女脏躁。产后或是月经期间，食之可补益身体。此外，用于美容方面，红润脸颊、滋润皮肤。兼具食用和药用价值。红枣鲜果因含水量高、不易储存和运输，造成了极大的浪费，因此采摘后需要及时进行加工。目前最常用的加工贮存方式，旨在将食品中水分含量降低到安全水平，在此水平下将最大程度抑制微生物腐败和水分介导的变质反应。干红枣是我国传统的红枣加工产品，也是目前我国红枣加工的重要产品。

热风干燥方法加工是目前使用最广泛的方法之一，但热风干燥是一种高耗能单元操作。区别与其它常见的果蔬或果蔬片的干燥过程，红枣表面本身带有天然果蜡，这是一种脂类成分，是在红枣表面生成的植物保护层，它可以有效地防止外界微生物、农药等入侵果肉，起到保护作用；然而该蜡质保护层在热风干燥中会阻挡红枣内部水分向外扩散，从而影响红枣的干燥速率，并进一步加剧红枣热风干燥的能耗。

另外，在干燥过程中，红枣内的活性物质受热将发生热降解，以红枣中维生素c含量为例，随着干燥温度的升高以及干燥时间的增长，其含量均显著下降。因此，若能提高红枣干燥过程中的效率，降低热风干燥的温度，则可以提高干红枣的生产效率，也能提高干红枣的品质和营养价值，具有重大的意义。

为了提高热风干燥的效率，目前常采用化学预处理的方法，然而化学预处理的方法会造成红枣上的化学残留，同时化学预处理后的废液会造成环境污染。

超声波是一种频率高于20000hz(赫兹)的声波，它的方向性好，反射能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离比空气中远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等，在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波是一种绿色、环保的技术，但超声波在干燥前产品预处理方面尚未有应用和报道，也不清楚其是否具有应用于干燥前产品预处理的价值以及具有怎样的效果。

因此，现有技术中急需寻找一种高效、绿色环保且能与热风干燥联用，并提高热风干燥效率或降低热风干燥温度以提高干红枣营养价值的红枣预处理方法。

技术实现要素：

针对现有技术中，因红枣表面特殊结构导致热风干燥效率慢、干燥温度较高、干红枣营养价值受损，以及化学预处理带来的化学残留和残液难处理等问题，本发明公开了一种基于热辅助超声波技术提升红枣品质的方法，采用热辅助超声波预处理新鲜红枣，实验结果表明，通过热辅助超声手段预处理可以腐蚀红枣表面的蜡质层，形成细小的裂缝和孔洞，从而提高红枣干燥过程中水分扩散效率，并进一步减少红枣热风干燥时间，提高干燥效率，降低干燥能耗，同时提高红枣生物活性成分含量。同时，超声手段环保、无污染，可以解决化学预处理带来的化学残留和残液难处理。实验结果表明，本发明预处理过程可以增大有效水分扩散系数，减少热风干燥时间，有效的缩减红枣热风干燥时间，同时也可以减少活性物质的降解，提高干红枣抗氧化活性。

一种基于热辅助超声波技术提升红枣品质的方法，其包括如下步骤：

(1)采用热辅助超声波预处理新鲜红枣；超声波频率为20-130khz；红枣浸泡在水中，红枣与水的质量比≤1：2；热辅助温度为40-90℃；预处理时间为5-30min；

(2)预处理后的新鲜红枣进行热风干燥处理，获得干红枣。

优选的，所述超声波频率为28-80khz。

典型而非限制的，红枣浸泡在水中，红枣与水的质量比，例如为1:2，1:4，1：6，1:8，1:10。。

优选的，热辅助温度为50-80℃。

优选的，所述预处理时间为5-20min。

进一步的，步骤(1)所述的热辅助超声波预处理具体为：将新鲜红枣浸泡在水中，水温为热辅助温度，对新鲜红枣进行超声波处理。

优选的，步骤(2)热风干燥温度为50-70℃，风速为1-2m/s。

优选的，步骤(2)中，当红枣水分含量以湿基计低于35％时停止热风干燥，获得干红枣。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明首次采用超声波结合热辅助技术可以腐蚀红枣表面的蜡质层，形成细小的裂缝和孔洞，提高红枣干燥过程中水分扩散效率，为超声波提供了新的食品加工用途，拓展了一个新的应用领域。

本发明采用超声波结合热辅助技术处理红枣，该预处理过程绿色、环保、高效、无污染，克服了现有技术中采用化学预处理存在的化学残留和废液难处理的问题；当今社会，人们对食品安全越发重视，食品中某些化学成分的允许残留值越来越低，本发明提供的方法即保证了干红枣产品的食用安全，也满足未来需求。

本发明采用超声波结合热辅助技术预处理，相比于未预处理的对比例1-3，在相同的热风干燥温度和风速条件下，干燥时间最高可以减少10％，有效水分扩散系数最高可提升19％，干红枣中维生素c含量最高可提升32％，干红枣抗氧化活性最高可提升8％。

本发明采用热辅助超声波预处理的时间只需要5-20min，预处理时间短，却可以极大的提高后续热风干燥的效率，其效果是非常显著的。本发明可以提高红枣整个干燥过程的时间，且预处理过程可以成批进行。

附图说明

图1为红枣干燥时间对比；

图2为红枣干燥有效水分扩散系数对比；

图3为红枣维生素c含量对比；

图4为红枣抗氧化活性对比；

图5为红枣预处理前后表面微观结构对比。

具体实施方式

下面结合对比例和具体实施例对本发明作进一步描述，以下列举的仅是本发明的具体实施例，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实验测定方法：

1)有效水分扩散系数deff(m²/s)公式如下所示:

式中，mr为水分比，l为红枣厚度的一半(m)，t为干燥时间(s)。

2)维生素c含量按照国标方法测定(gb5009.86-2016食品安全国家标准食品中抗坏血酸的测定)。

3)抗氧化活性测定方法：

frap试剂：取100ml的300mm的醋酸盐缓冲液(ph3.5)、10ml的10mmtptz、10ml的20mm三氯化铁以10:1:1体积混合。

在96孔板中加入100μl的样品(70％乙醇提取)，再加入100μlfrap溶液，微板震荡器震荡，混匀后在酶标仪中，37℃孵育5min，测定其在593nm处吸光度值。使用维生素c制作标准曲线。

对比例1

新鲜红枣不经预处理，将热风干燥机温度预热至50℃，放入红枣进行热风干燥，风速为1.5m/s，每隔30min测定红枣含水量，当红枣水分含量低于35％(以湿基计)时停止干燥，获得干红枣。

所述干燥时间为1820min，有效水分扩散系数为6.89(deff，10^-11m²/s)，干红枣中维生素c含量为5.62mg/gdw(干基)，干红枣抗氧化活性为6.89mgvce/gdw(干基)。

对比例2

新鲜红枣不经预处理，将热风干燥机温度预热至60℃，放入红枣进行热风干燥，风速为2.0m/s，每隔30min测定红枣含水量，当红枣水分含量低于35％(以湿基计)时停止干燥，获得干红枣。

所述干燥时间为1680min，有效水分扩散系数为7.28(deff，10^-11m²/s)，干红枣中维生素c含量为5.28mg/gdw(干基)，干红枣抗氧化活性为6.45mgvce/gdw(干基)。

对比例3

新鲜红枣不经预处理，将热风干燥机温度预热至70℃，放入红枣进行热风干燥，风速为1.0m/s，每隔30min测定红枣含水量，当红枣水分含量低于35％(以湿基计)时停止干燥，获得干红枣。

所述干燥时间为1560min，有效水分扩散系数为7.62(deff，10^-11m²/s)，干红枣中维生素c含量为5.46mg/gdw(干基)，干红枣抗氧化活性为6.75mgvce/gdw(干基)。

对比例4

新鲜红枣经超声波预处理(浸泡在水中，红枣与水的质量比1:4，温度25℃，无热辅助，超声波设备输出功率为200w，频率为40khz，预处理10min)，将热风干燥机温度预热至50℃，放入超声波预处理后的红枣进行热风干燥，风速为1.5m/s，每隔30min测定红枣含水量，当红枣水分含量低于35％(以湿基计)时停止干燥，获得干红枣。

所述干燥时间为1830min，有效水分扩散系数为6.94(deff，10^-11m²/s)，干红枣中维生素c含量为6.04mg/gdw(干基)，干红枣抗氧化活性为6.98mgvce/gdw(干基)。

对比例5

新鲜红枣经超声波预处理(浸泡在水中，红枣与水的质量比1:4，温度25℃，无热辅助，超声波设备输出功率为300w，频率为60khz，预处理15min)，将热风干燥机温度预热至60℃，放入超声波预处理后的红枣进行热风干燥，风速为2.0m/s，每隔30min测定红枣含水量，当红枣水分含量低于35％(以湿基计)时停止干燥，获得干红枣。

所述干燥时间为1700min，有效水分扩散系数为7.31(deff，10^-11m²/s)，干红枣中维生素c含量为6.08mg/gdw(干基)，干红枣抗氧化活性为6.42mgvce/gdw(干基)。

对比例6

新鲜红枣经超声波预处理(浸泡在水中，红枣与水的质量比1:4，温度25℃，无热辅助，超声波设备输出功率为500w，频率为80khz，预处理5min)，将热风干燥机温度预热至70℃，放入超声波预处理后的红枣进行热风干燥，风速为1.0m/s，每隔30min测定红枣含水量，当红枣水分含量低于35％(以湿基计)时停止干燥，获得干红枣。

所述干燥时间为1650min，有效水分扩散系数为7.43(deff，10^-11m²/s)，干红枣中维生素c含量为6.15mg/gdw(干基)，干红枣抗氧化活性为6.74mgvce/gdw(干基)。

实施例1

新鲜红枣经超声波预处理(浸泡在水中，红枣与水的质量比1:4，热辅助温度60℃，超声波设备输出功率为200w，频率为40khz，预处理10min)。将热风干燥机温度预热至50℃，放入预处理后的红枣进行热风干燥，风速为1.5m/s，每隔30min测定红枣含水量，当红枣水分含量低于35％(以湿基计)时停止干燥，获得干红枣。

所述干燥时间为1640min，有效水分扩散系数为8.21(deff，10^-11m²/s)，干红枣中维生素c含量为7.38mg/gdw(干基)，干红枣抗氧化活性为7.46mgvce/gdw(干基)。

实施例2

新鲜红枣经超声波预处理(浸泡在水中，红枣与水的质量比1:4，热辅助温度75℃，超声波设备输出功率为300w，频率为60khz，预处理15min)。将热风干燥机温度预热至60℃，放入预处理后的红枣进行热风干燥，风速为2.0m/s，每隔30min测定红枣含水量，当红枣水分含量低于35％(以湿基计)时停止干燥，获得干红枣。

所述干燥时间为1550min，有效水分扩散系数为8.55(deff，10^-11m²/s)，干红枣中维生素c含量为6.89mg/gdw(干基)，干红枣抗氧化活性为6.88mgvce/gdw(干基)。

实施例3

新鲜红枣经超声波预处理(浸泡在水中，红枣与水的质量比1:4，热辅助温度50℃，超声波设备输出功率为500w，频率为80khz，预处理5min)。将热风干燥机温度预热至70℃，放入预处理后的红枣进行热风干燥，风速为1.5m/s，每隔30min测定红枣含水量，当红枣水分含量低于35％(以湿基计)时停止干燥，获得干红枣。

所述干燥时间为1460min，有效水分扩散系数为8.63(deff，10^-11m²/s)，干红枣中维生素c含量为7.18mg/gdw(干基)，干红枣抗氧化活性为7.21mgvce/gdw(干基)。

实施例4

新鲜红枣经超声波预处理(浸泡在水中，红枣与水的质量比1:6，热辅助温度80℃，超声波设备输出功率为400w，频率为28khz，预处理8min)。将热风干燥机温度预热至55℃，放入预处理后的红枣进行热风干燥，风速为1.5m/s，每隔30min测定红枣含水量，当红枣水分含量低于35％(以湿基计)时停止干燥，获得干红枣。

所述干燥时间为1590min，有效水分扩散系数为8.47(deff，10^-11m²/s)，干红枣中维生素c含量为6.85mg/gdw(干基)，干红枣抗氧化活性为6.86mgvce/gdw(干基)。

实施例5

新鲜红枣经超声波预处理(浸泡在水中，红枣与水的质量比1:8，热辅助温度65℃，超声波设备输出功率为550w，频率为65khz，预处理12min)。将热风干燥机温度预热至65℃，放入预处理后的红枣进行热风干燥，风速为2.0m/s，每隔30min测定红枣含水量，当红枣水分含量低于35％(以湿基计)时停止干燥，获得干红枣。

所述干燥时间为1500min，有效水分扩散系数为8.61(deff，10^-11m²/s)，干红枣中维生素c含量为7.01mg/gdw(干基)，干红枣抗氧化活性为7.02mgvce/gdw(干基)。

由以上结果和附图1-4可以看出：传统超声波预处理方法(对比例4-6)与未预处理的对比例1-3相比，在相同的热风干燥温度和风速条件下，干燥时间方面无明显降低、有效水分扩散系数和抗氧化方面无明显提升。而本发明的实施例1-3利用热辅助超声波预处理方法相比于未预处理的对比例1-3，在相同的热风干燥温度和风速条件下，干燥时间最高可以减少10％，有效水分扩散系数最高可提升19％，干红枣中维生素c含量最高可提升32％，干红枣抗氧化活性最高可提升8％。红枣表面本身带有的天然果蜡，这是一种脂类成分，是在红枣表面生成的植物保护层，它可以有效地防止外界微生物、农药等入侵果肉，起到保护作用；然而该蜡质保护层在干燥中会阻挡红枣内部水分向外扩散，从而影响红枣的干燥速率。

如图5所示，单独超声波预处理时，对红枣表面无明显影响，当采用热辅助超声波预处理时，超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质，水中超声波在液体中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡，存在于液体中的微小气泡(空化核)在声场的作用下振动，当声压达到一定值时，气泡迅速增长，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，在其周围产生上千个大气压力，在热辅助的作用下，蜡质保护层被乳化，进而破坏不溶性的蜡质保护层，使它们分散于水中，脱离红枣表皮，在表面形成较多的孔洞和裂缝，从而提高红枣干燥的有效水分扩散系数，降低干燥时间，进而减少干燥过程中活性物质的热降解，提高抗氧化活性。因此，本发明一种采用热辅助超声波预处理提高干燥红枣品质的方法可提高干红枣干燥速率，降低干燥能耗，提高干燥红枣品质。

最后，本发明可用其他的不违背本发明的精神和主要特征的具体形式来概述。因此，无论从那一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

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