一种中短波红外真空与负压微波脉冲喷动联合干燥制备豆类休闲脆粒的方法

摘要

一种中短波红外真空与负压微波脉冲喷动联合干燥制备豆类休闲脆粒的方法，属于果蔬食品加工技术领域。本发明先将豆类进行预处理，即清洗、护色、漂烫或蒸煮、和沥干，然后通过中短波红外真空与负压微波脉冲喷动联合干燥，最后包装得到豆类休闲脆粒。本发明采用中短波红外真空与负压微波脉冲喷动的联合干燥方式，可以缩短干燥时间、降低干燥能耗、提高干燥的均匀性，是一种较有前途的干燥方式。

说明书

技术领域

本发明涉及一种中短波红外真空与负压微波脉冲喷动联合干燥制备豆类休闲脆粒的方法，属于果蔬食品加工技术领域。

背景技术

中短波红外（1~2μm）真空干燥与负压微波脉冲喷动干燥都是在较高的真空度（-0.07~-0.095MPa）下进行食品加工，物料处于真空环境中，在这种相对缺氧的状态下进行食品加工，可以减轻甚至避免氧化作用所带来的危害，例如脂肪酸败、酶促褐变或其它氧化变质等，可以很大限度的保存营养物质。此过程可以减轻甚至避免食品在高温加工中的氧化作用，保持原有产品的色泽、风味及营养成份，因此比较适合休闲食品的加工。

红外线是一种电磁波，主要作用是热作用。物质的分子在吸收红外能后，可使光子的能量转变成分子的振动即转动能量，也可使分子的转动能量发生改变，并且振动光谱有一种加宽振动、转动的作用,能扩大以平衡位置为中心的振幅，加剧其内部的振动。由于电子的运动和分子的振动是处在极高的速度下，这种运动不断使晶格、键团的振动在其相互间产生碰撞、摩擦而快速发热升温。美国试验和材料协会将红外辐射分为近红外（0.75~2.5μm），中红外（2.5~25μm）和远红外（25~1000μm）。研究发现在波长λ=3~15μm红外辐射区内物质有很强的吸收带，这是因为大多数物质在红外波长小于3μm时具有较好的穿透性（即低的吸收率）且水分是吸收红外辐射能的主要物质。本发明中采用的红外线波长在1~2μm，相对于远红外来说具有较好的穿透性，这对于大且厚的物料来说，尽可能的发挥红外辐射的穿透作用是提高干燥效率和品质的关键。

微波是频率在300MHz到300GHz的电磁波，微波干燥具有内部加热、热量传递快，加热时间短等突出优点。同时，微波穿透食品物料内部直接作用于水分子，使物料内部瞬间受热，导致物料内部水分的迅速汽化和迁移，并形成无数微孔通道，产生多孔性的结构，并阻止产品的干缩，从而极大的提高产品的脆性，具有干燥速度快，产品松脆型好等优点，非常适于制作休闲食品。但普通真空微波干燥有不均匀现象产生。为了克服微波干燥的不均匀性，本发明采用负压微波脉冲喷动干燥进行后续干燥，通过间歇性地向干燥腔中通入空气而形成压力差，从而导致物料在内外压差的作用下实现物料的运动，因而实现了微波的均匀加热，避免了烧焦点的出现，提高了产品品质的均匀性并且有一定程度的膨化，具有干燥时间短、生产效率高、产品品质好的优点。

高鹤、易建勇等（2015）研究了不同干燥温度和不同红外功率下番木瓜的中短波红外干燥特性。结果表明：干燥温度对番木瓜干燥速率的影响较大，红外功率对番木瓜干燥速率影响较小；干燥温度和红外功率越高耗时越短，番木瓜中短波红外干燥主要为降速过程。HendersonandPabis模型是番木瓜中短波红外干燥过程的最适模型，能够较好地描述番木瓜中短波红外干燥过程。番木瓜中短波红外干燥的水分有效扩散系数随干燥温度和红外功率的增大而增大。从文中采用中短波红外真空干燥的方法得出干燥的时间最短为2h左右，这与本发明中的干燥时间相比比较长。此外，本发明是在真空的条件下实现物料的干燥，具有营养成分保留率高等优点。

王俊等（1999）针对远红外和微波干燥两种干燥方式的特点，即：远红外干燥的前期干燥速度快，水分排除速度快，但其穿透性不强，而微波干燥的穿透性强，在干燥后期可将物料内部难排除的水分及时排除，但微波在干燥前期由于失水速度快而产生排湿困难，从而加大设备的干燥负荷。采用前期红外干燥与后期微波干燥的联合干燥可以解决这一问题，但干燥后期存在着微波干燥的不均匀性的问题。而本发明采用前期红外真空干燥后期负压微波脉冲喷动干燥的方式可以很好的解决干燥的不均匀性的问题。

王洪彩、张慜等（2013）研究了不同干燥方式对香菇干燥的影响，发现热风微波耦合干燥的干燥时间最短，为90min，是一种最节能的干燥方式；其次是中短波红外干燥（MIRD），为200min；热风干燥时间最长为450min。干燥过程中，中短波红外干燥和热风干燥样品表面温度较低且干燥均匀性好；热风微波耦合干燥样品表面温度急剧升高，干燥后期过热现象严重。中短波红外干燥的香菇截面呈多孔性的蜂窝状网状结构，微孔较大且分布均匀，收缩率小，复水性好，且干燥能耗较低，是一种值得推广应用的干燥方式。此外，该研究者还研究了将MIRD分别用作冷冻干燥（FD）的预干燥和后续干燥的联合干燥方式，结果表明MIRD+FD和FD+MIRD两种15min，和FD(6h)+MIRD两种联合干燥方法分别缩短FD干燥时间的30%和33%，节约了FD单位能耗26%和40%。FD产品的外形保持最好，FD+MIRD香菇的色泽、复水能力、感官密度与FD香菇接近，因此，FD+MIRD可用作一种提高MIRD产品品质和降低FD能耗的一种新技术，在以后的实际生产中值得推广。但该论文中采用FD和中短波红外干燥联合干燥香菇，具有干燥时间长，生产成本高等缺点，不利于大规模的工业化生产。

胡庆国（2006）比较了热风干燥、真空冷冻干燥和真空微波干燥对干燥毛豆品质的影响，发现热风与真空微波联合干燥方式不仅可使毛豆的Vc和叶绿素的保留率保持较高水平，在收缩率和复水性等方面和真空微波干燥非常接近，具有较好的脆性和咀嚼性，可使毛豆成为一种独具风味的新型休闲食品。但此论文中采用热风与真空微波联合干燥方式进行干燥毛豆，众所周知，热风干燥有干燥效率低、时间长等缺点。本发明则采用中短波红外真空干燥联合负压微波脉冲喷动干燥来进行，具有干燥效率高，干燥速度快等优点。同时，在真空干燥的基础上实现物料的喷动，从而实现物料的均匀干燥克服了微波干燥的不均匀性的缺点。

王玉川（2013）研究表明负压微波脉冲喷动干燥装置能够明显地提高负压微波干燥均匀度：与转盘式微波真空干燥相比，莴苣颗粒的最大温度差从41℃降低到2.1℃，水分含量、色泽及收缩率的均匀度从7.7%、15.3%、15.9%分别降到1.5%、8.6%、9.4%；与静止式微波冻干相比，莴苣颗粒的最大温度差从44℃降低到5℃，水分含量、色泽及收缩率的均匀度从20.6%、9.6%及19.0%分别降到8.8%、7.5%及8.3%。这表明负压微波脉冲喷动干燥具有很好的干燥均匀性。

经检索与本发明密切相关的专利，具体分析如下：

1、中国发明专利“一种负压微波均匀化喷动干燥装置及应用”，专利权人：江南大学（张慜、王玉川，授权号：ZL201010572843.0），该专利研究了由于物料在负压下能够实现喷动，采用该装置可实现物料在真空微波干燥条件下喷动、旋转、流动，达到物料高效、均匀干燥的目的，同时缩短了干燥时间40%以上，降低了大规模生产的成本。但全程采用负压微波喷动干燥的话，前期定期通入空气来实现物料的喷动对于干燥的均匀性作用不大，且喷动时物料相互之间的碰撞对物料的松脆性也有影响，同时空气会带走一部分热量，造成一定程度的能量浪费。本发明采用中短波红外真空干燥联合负压微波脉冲喷动干燥方式进行，前期物料一直处于高真空的条件下，有利于物料松脆结构的形成，且无外界空气的通入从而实现热量的充分利用。后期采用负压微波喷动干燥又可以实现物料均匀的干燥。该种方式具有干燥效率高，干燥均匀性好的优点。

2、中国发明专利“一种适宜大批量调理食用菌脱水的中短波红外与射频联合干燥的方法”，专利权人：江南大学（张慜、王洪彩、陈卫平、王兆进，申请号：ZL201210537827.7），该发明采用前期中短波红外干燥，后期射频干燥的联合干燥脱水的新方法，射频的穿透性极强，可解决中短波红外干燥后期水分难脱除的问题，且射频干燥时的物料可放置多层，在最大程度保留产品的营养与形状的同时，可以显著缩短干燥时间，降低干燥能耗，节约成本。本发明则采用中短波红外真空干燥联合负压微波脉冲喷动干燥，既可以解决红外干燥后期水分难以脱除的难题，又可以实现后期微波喷动干燥的均匀性问题。

3、中国发明专利“一种利用中短波红外干燥法生产胡萝卜片的方法”，专利权人：中国农业科学院农产品加工研究所（毕金峰、陈芹芹、刘璇、吴昕烨，申请号：CN201310280812.1），该发明采用中短波红外干燥法生产胡萝卜片，红外波长1~4μm，红外灯功率625~1125W、温度为70~90℃、干燥时间为30~60min，具有干燥耗时短、价格低、操作简单、营养成分保留率高等优点。而本发明是在真空条件下实现物料的干燥，具有干燥速度更快的优点。此外后期采用微波干燥可以很好的去除物料内部的水分，干燥效率进一步提高。

4、中国发明专利“一种耐盐蔬菜与海鱼重组休闲脆粒的负压微波喷动制备方法”，专利权人：江苏大丰盐土大地农业科技有限公司、江南大学（朱铖陪、张慜、王灵玉、邵正林，申请号：CN201110252707.8），此发明以冰鲜海鱼和所选耐盐蔬菜为原料，按比例混合，生产的休闲脆粒，色香味俱全。脆粒在负压下实现喷动、旋动，干燥速度快、干燥均匀、干燥效率高，但同时该发明中全程采用负压微波脉冲喷动干燥，前期的喷动对物料干燥的均匀性影响不大，且通入的空气会造成不必要的热量损失。而本发明采用中短波红外真空联合负压微波脉冲喷动的联合干燥方式进行，前期物料处于高真空的条件下，有利于物料松脆结构的形成，且无外界空气的通入从而实现热量的充分利用。后期采用负压微波喷动干燥又可以很好的解决干燥的不均匀性的问题。

5、中国发明专利“一种提高颗粒状果蔬微波干燥均匀性的喷动辅助方法”，专利权人：江南大学、海通食品集团股份有限公司（张慜、孙金才、钟齐丰，专利号：ZL200810244418.1），此发明将预处理后的果蔬放入微波喷动干燥床内，设定好微波功率及进风加热温度，之后调整喷动床的中心进风量及进风角度，物料所接收的微波能比传统的固定或流化形式更为均匀，且干燥效率很高，干燥后的果蔬能最大程度的保留其原有的色泽、外形及营养物质，产品松脆复水性好。而本发明是在后期利用负压条件下实现物料喷动的微波干燥形式，具有干燥效率更高、干燥品质更好的特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产豆类休闲脆粒的分段干燥的新方法。豆类清洗之后，进行护色、漂烫或蒸煮，将预处理后的豆类放入中短波红外真空干燥腔体内，干燥至一定含水量后将其转移到负压微波干燥腔体内实现豆类的后续干燥，从而来生产一种松脆、色泽保留好、营养物质保留率高的豆类休闲食品。

本发明的技术方案：一种中短波红外真空与负压微波脉冲喷动联合干燥制备豆类休闲脆粒的方法，先将豆类进行预处理，即清洗、护色、漂烫或蒸煮、和沥干，然后通过中短波红外真空与负压微波脉冲喷动联合干燥，最后包装得到豆类休闲脆粒。

其具体步骤为：

（1）预处理：

a、清洗：选取豆类，进行解冻、清洗；

b、护色：对于需要护色的绿色豆类,将其在质量浓度为0.1%~0.5%抗坏血酸和0.8%~1%的碳酸钠混合水溶液中浸泡30~50min进行护色处理；对于不需要护色的干制豆类，则不需要经过护色；

c、漂烫或蒸煮：

将经过护色的绿色豆类在90~95℃下于质量浓度为0.6%~1%的D-异抗坏血酸钠溶液和0.01%~0.03%的醋酸锌水溶液中进行联合漂烫处理3~8min；

或将干制豆类于水中浸泡1~3h，之后用沸水蒸煮5~10min；

d、沥干：将步骤c得到的豆类沥干待用；

（2）中短波红外真空干燥：对步骤（1）所得预处理后的豆类进行中短波红外真空干燥20~30min，至豆类物料含水量为45%~50%；中短波红外波长为1~2μm，真空度设为-0.094MPa，物料温度控制采用红外加热管进行，温度设定为60~80℃，物料与红外加热管的距离为18cm；

（3）负压微波脉冲喷动干燥：对步骤（2）所得豆类进行负压微波脉冲喷动干燥，直至物料含水率在5%以下；在0至10~20min时，微波功率设定在3~4W/g，喷动频率设为每间隔28~38s喷动2s，真空度波动范围在-0.07~-0.094MPa，且恢复时间为10s；其后微波功率设定为1~2W/g，喷动频率设为间隔18s喷动2s，继续干燥15~30min；

（4）包装：对步骤（3）所得物料进行真空铝箔袋包装，即得产品豆类休闲脆粒。

所述产品豆类休闲脆粒脆度范围在1643~1865g。

本发明的有益效果：本发明通过中短波红外真空干燥豆类至一定含水量，再通过负压微波脉冲喷动干燥制成最终产品，可明显缩短干燥时间、降低干燥能耗、提高微波干燥的均匀性，从以下几个方面得到了验证：

干燥时间的缩短：本发明采用前期中短波红外真空干燥，后期负压微波脉冲喷动干燥的联合干燥脱水的新方法，微波的穿透性较强，可解决中短波红外干燥穿透性差，易形成表面膜导致后期物料中心水分不易散失的难题，且负压微波脉冲喷动干燥可以通过喷动的形式实现物料的运动，从而实现均匀的干燥。采用此种联合干燥方式，比采用完整的负压微波喷动干燥的干燥时间缩短5%~10%，比中短波红外真空干燥缩短30%~43%。

干燥能耗的降低：单位干制品能耗为9.38~10.31kwh/kg，而采用完整的负压微波脉冲喷动干燥，所需能耗为10.36~11.78kwh/kg。采用完整的中短波红外真空干燥，能耗为13.23~17.68kwh/kg。

干燥的均匀性：

1）温度分布的均匀性：使用红外成像仪进行干燥后物料的成像分析，此种联合干燥方式所得的产品无冷热点出现，温度分布较为均匀，相比之下传统的真空微波干燥的产品则会出现较多的冷热点，部分产品出现焦化现象。

2）产品品质的均匀性：通过肉眼检查物料干燥之后的色泽、收缩率等，每个颗粒的外表、色泽均匀一致，且颗粒之间的亮度值、红绿值和黄度值之间差别较小（在4%之内），且干燥后的颗粒之间的收缩率的差异在4%以内，这表明干燥之后的产品的形状也是均匀的。

综合而论，本发明采用中短波红外真空与负压微波脉冲喷动的联合干燥方式，可以缩短干燥时间、降低干燥能耗、提高干燥的均匀性，是一种较有前途的干燥方式。

具体实施方式

实施例1中短波红外真空与负压微波脉冲喷动联合干燥制备青毛豆脆粒

选取3kg的速冻的青毛豆进行解冻、清洗，在质量浓度为0.5%的抗坏血酸和0.8%碳酸钠组合水溶液中浸泡30min，再结合95℃温度下0.6%D-异抗坏血酸钠溶液和0.03%的醋酸锌水溶液中进行联合漂烫处理3min；取出沥干表面水分后放在真空红外物料盘上，中短波红外波长为1~2μm，真空度设为-0.094MPa，物料温度控制采用红外加热管进行，温度设定为65℃，物料与红外加热管的距离为18cm，干燥20min至物料水分含量在45%左右；取出物料进行负压微波脉冲喷动干燥：0~10min微波功率设定在3.5W/g，未喷动时真空度设定在-0.094MPa，喷动频率为间隔28s喷动2s，真空度波动范围在-0.07MPa~-0.094MPa且恢复时间大约为10s。其后微波功率设定为1.5W/g，喷动频率设为间隔18s喷动2s，继续干燥20min直至物料含水率在5%以下。

干燥后毛豆松脆度为1643~1648g，而且绿色鲜亮，可作为一种很好的休闲食品。

实施例2中短波红外真空干燥与负压微波联合干燥制备蚕豆脆粒

选取3kg的速冻的蚕豆进行解冻、清洗，在质量浓度为0.5%的抗坏血酸和1%碳酸钠组合水溶液中浸泡50min，再结合90℃下1%D-异抗坏血酸钠溶液和0.03%的醋酸锌溶液中进行联合漂烫处理8min；取出沥干表面水分后放在真空红外物料盘上，中短波红外波长为1~2μm，真空度设为-0.094MPa，物料温度控制采用红外加热管进行，温度设定为75℃，物料与红外加热管的距离为18cm，干燥30min至物料水分含量在45%左右；取出物料进行负压微波脉冲喷动干燥：0~20min微波功率设定在3.0W/g，未喷动时真空度设定在-0.094MPa，喷动频率为间隔38s喷动2s，真空度波动范围在-0.07MPa~-0.094MPa且恢复时间大约为10s。其后微波功率设定为1.5W/g，喷动频率设为间隔18s喷动2s，继续干燥30min直至物料含水率在5%以下。

干燥后蚕豆断裂力为1843~1865g,绿色鲜亮，可作为一种很好的休闲食品。

实施例3中短波红外真空与负压微波脉冲喷动联合干燥制备黄豆脆粒

选取3kg的黄豆于水中浸泡1h，之后用沸水蒸煮5min左右；取出沥干表面水分后放在真空红外物料盘上，中短波红外波长为1~2μm，真空度设为-0.094MPa，物料温度控制采用红外加热管进行，温度设定为80℃，物料与红外加热管的距离为18cm，干燥20min至物料水分含量在45%左右；取出物料进行负压微波脉冲喷动干燥：0~15min微波功率设定在3W/g，未喷动时真空度设定在-0.094MPa，喷动频率为间隔38s喷动2s，真空度波动范围在-0.07MPa~-0.094MPa且恢复时间大约为10s。其后微波功率设定为2W/g，喷动频率设为间隔18s喷动2s，继续干燥15min直至物料含水率在5%以下。

干燥后黄豆松脆度为1743~1749g，而且产品呈现均匀的金黄色，可作为一种很好的休闲食品。