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【應用】使用L-200冷凍干燥蘋果切片

步琦 2025-06-26 | 閱讀：577

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冷凍干燥機 L-200

冷凍干燥蘋果切片

凍干應用

簡介

蘋果的味道部分是由許多揮發性化合物所決定的。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，只有少數從蘋果中釋放出來的化合物被確定對感官質量有決定性的影響，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，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活動中物質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，其相對揮發性，干燥溫度和食品的組成。

傳統的干燥方法，如熱風干燥、真空烘箱干燥和曬干，由于熱敏性物質的損失而降低了原食品的質量和味道，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部結構。冷凍干燥是一種升華過程，其中固體顆粒直接轉化為蒸汽形式，而不進入液體形式。另一個重要的優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定的化合物。

凍干食品之所以被認為比其他脫水產品質量更高，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品。它提供了多孔結構的干燥產品，不收縮，保持形態，優越的味道保留，表面積，高產率，長保質期，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，它的優點與其相關的高使用和維護成本直接權衡。

實驗設備

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，轉化多酚，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氧化反應。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，用于監測冷凍干燥過程中的樣品溫度。產品托盤在-30°C的低溫下保存在冷凍室過夜。

4.2 Lyovapor? L-200 參數設置

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

冷凍干燥過程是在裝載步驟開始的，需要設置隔板溫度，例如 -25°C，因為樣品在冷凍柜中凍結。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，以實現低水分含量的最終產品。這一步是實現穩定性和產品保質期的關鍵，通過解吸去除任何殘留的水分，可能會導致降解或變質。詳細信息見圖2。

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

▲ 圖2. 在 Lyovapor? 軟件上設置的一次和二次干燥階段參數

實驗結果和討論

5.1 實驗數據

圖2 描述了冷凍干燥循環的過程。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結束。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，通過去除結合水分來干燥樣品。這種水的量相當低，因此樣品遵循設定的隔板溫度很快。

由于凍干產品一般表現出高度吸濕性，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。