一种超声波强化远红外辐射的干燥方法
【专利摘要】本发明公开了一种超声波强化远红外辐射的干燥方法，包括同时采用远红外辐射和超声波辐照对待处理物料进行干燥处理。本发明的干燥方法，采用超声波辅助强化远红外辐射干燥，超声波的空化及机械效应对远红外辐射的传热传质速率及钝酶机制产生强化效应，实现对含有敏感酶类物质的物料的同步脱水钝酶，在高效干燥的基础上，避免了物料因酶促褐变引起的有效成分或营养成分流失、外观及质量变差的问题。以金银花为例，采用超声波辅助强化远红外辐射进行协同干燥，可强化含湿固体及空腔内的传热传质速率，增强远红外热效应对多酚氧化酶的同步钝化效率，实现高效、高质得金银花同步脱水钝酶，避免了金银花中绿原酸的流失，提高了金银花干品的质量。
【专利说明】一种超声波强化远红外辐射的干燥方法
【技术领域】
[0001]本发明属于食品药品干燥加工【技术领域】，具体涉及一种超声波强化远红外辐射的干燥方法。
【背景技术】
[0002]干燥是食品及药材保藏的重要手段，也是一项重要的食品/药材加工技术。通过干燥技术，将食品/药材中大部分水分除去，达到降低水分活度、抑制微生物的生长和繁殖、延长食品/药材储藏期的目的。常见的干燥方式有热风干燥、微波干燥、远红外干燥、喷雾干燥、过热蒸汽干燥、真空冷冻干燥等，不同的干燥方法针对不同的物料各有优劣，可根据实际情况自由选择。但是，有很多农作物含有敏感酶类物质，如多酚氧化酶，当干燥受热，细胞组织被破坏后，多酚氧化酶在有氧条件下，临位的酚氧化为醌，醌形成积累后很快聚合为褐色色素，从而引起组织褐变，不仅有损果蔬感官、影响产品运销，还会导致食品风味和品质的下降。多酚氧化酶是发生酶促褐变的主要酶，存在于大多数果蔬、花及植物性药材中，如金银花。
[0003]金银花为忍冬科植物忍冬的花蕾，具有清热解毒、消炎抗菌等作用。新鲜金银花颜色嫩绿，药用价值高，但无法长期贮藏，采后必须及时干燥。金银花保质干燥的关键是采用合适的干燥方式。首先，金银花脱水的关键问题在于花蕊水分扩散缓慢，花蕊水分通过空腔及花瓣与外部环境进行传热传质，质热传递阻力大，而提高干燥温度易造成金银花色泽劣变及有效成分大量损失；其次，金银花质量退化的关键问题在于容易酶促褐变。金银花有效成分绿原酸在常规干燥过程中的损失率达到30%?80%，造成产品药效降低，多酚氧化酶(PPO, polyphenol oxidase)催化的酶促反应是绿原酸损失的主要途径，因此金银花的干燥过程在考虑脱水的同时还要注意钝酶的问题。
[0004]远红外福射(FIR, far-1nfrared radiation)技术是一种高效节能的新型无污染干燥技术。FIR可在干燥过程中同步灭酶杀青，和常规热处理法和化学处理法等灭酶方式相t匕，具有品质保护性好、能源利用率高的优点。然而，有关FIR钝酶机理的研究较少，缺乏成熟的理论依据。FIR干燥并未完全解决金银花花蕊水分扩散速率缓慢的问题，也未能完全抑制金银花表面色泽劣变与药用品质下降，需采用辅助措施来提高内部扩散速率及钝酶效率。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种超声波强化远红外辐射的干燥方法。
[0006]为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是:一种超声波强化远红外辐射的干燥方法，包括同时采用远红外辐射和超声波辐照对待处理物料进行干燥处理。
[0007]所述远红外波长为10?30 μ m。
[0008]所述远红外辐射的辐射源的温度为80?250°C。
[0009]所述远红外辐射的辐射源距待处理物料的距离为5?15cm。[0010]所述超声波的频率为20?200kHz。
[0011]所述超声波的功率为150?400W。
[0012]所述干燥处理的时间为1.5?2.5h。
[0013]所述远红外辐射的辐射源和超声波辐照的辐照源分别位于待处理物料的上下两侦牝同时朝向待处理物料进行辐射或辐照。
[0014]所述远红外辐射的辐射源为远红外辐射板。所述超声波辐照源为固设在超声波换能器上的超声波振动板。
[0015]远红外辐射源和超声波辐照源均为板状结构，两者平行并相对设置，待处理物料平铺成薄层状位于两者之间，可以消除辐射或辐照施加方向对干燥效果的影响，增加辐射或辐照的有效面积，缩短干燥时间。
[0016]所述待处理物料为金银花。
[0017]所述待处理物料的厚度为2?4mm。所述待处理物料为新鲜未开放的金银花，即金银花花苞。
[0018]超声波(US)的空化效应、机械效应和热效应可促致酶分子构象发生变化，从而影响其催化活性的变化，但其对酶活的作用具有双面性。合理的构象变化可使酶活力增高，而破坏性的变化则降低酶的催化活力，较低强度的US处理可导致酶分子能量的增加并引起酶分子构象的微小变化，使酶分子的超微结构更具柔性、更合理，从而表现出较高的催化活性；而在较高强度的US作用下，表现出酶活力明显下降。例如，在90°C热处理下实现过氧化物酶90%失活需要70s，而采用US对90°C热处理钝酶进行强化，达到同样的失活率仅需5s。因此，低强度US会刺激酶活，高强度US能钝化酶活。实验证明，功率为135W以上的超声波可使多酚氧化酶的活力下降；超声波功率为135W以下时，多酚氧化酶的活力随超声功率的增加先增加后下降，因此，为使US结合热处理可产生良好的钝酶效果，本发明将超声波的功率设定为150?400W。
[0019]本发明的超声波强化远红外辐射的干燥方法，在远红外辐射板对待处理物料进行辐射的同时，进行超声波辐照强化；物料上方远红外辐射板发出的FIR能量透过金银花花瓣对其内部进行加热，而超声湍动效应使空腔原来的自然对流传热变为强制对流传热，改善了花蕊受热情况。远红外辐射将内部的水分加热的同时，超声振动着金银花，使金银花内部的水分也跟着振动，加快花蕊及空腔的水分扩散，从而提高其传质传热效果，达到同步脱水钝酶的目的。
[0020]本发明的超声波强化远红外辐射的干燥方法，包括同时采用远红外辐射和超声波辐照对待处理物料进行干燥处理，采用超声波辅助强化远红外辐射干燥，超声波的空化及机械效应对远红外辐射的传热传质速率及钝酶机制产生强化效应，实现对含有敏感酶类物质的物料的同步脱水钝酶，在高效干燥的基础上，避免了物料因酶促褐变引起的有效成分或营养成分流失、外观及质量变差的问题。以具有中空结构及容易酶促褐变的金银花为例，在远红外辐射干燥的基础上，采用超声波辅助强化进行协同干燥，使热效应、空化效应、机械效应、冲击效应有机结合，可强化金银花含湿固体及空腔内的传热传质速率，增强远红外热效应对多酚氧化酶的同步钝化效率，实现高效、高质得金银花同步脱水钝酶，缩短了干燥时间，有效避免了金银花单独使用远红外辐射干燥时绿原酸的流失及色泽劣变和药用品质的下降，提高了金银花干品的质量和药用价值。【具体实施方式】
[0021 ] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。
[0022]实施例1
[0023]本实施例的超声波强化远红外辐射的干燥方法，是将新鲜未开放的金银花(待处理物料)平铺在物料网盘上，物料厚度为2?4mm，同时采用远红外辐射和超声波辐照对待处理物料进行干燥处理；具体为:
[0024]远红外辐射板位于物料网盘的上方，朝向待处理物料从上往下进行辐射；超声波辐照源(超声波振动板)位于物料网盘的下方，朝向待处理物料从下往上进行辐照，远红外辐射板的辐射面与超声波辐照源的辐照面相对设置。
[0025]其中，远红外辐射板的温度为80°C ;辐射距离(远红外辐射板的辐射面至待处理物料上表面的距离)为5cm，远红外波长为10?30 μ m ;超声波的频率为20kHz，超声波的功率为400W。
[0026]本实施例的超声波强化远红外辐射的干燥方法，使金银花达到脱水率为98.375%所需要的干燥时间为2.2h ;干燥后的金银花绿原酸质量含量为3.67%。
[0027]实施例2
[0028]本实施例的超声波强化远红外辐射的干燥方法，是将新鲜未开放的金银花(待处理物料)平铺在物料网盘上，物料厚度为2?4mm，同时采用远红外辐射和超声波辐照对待处理物料进行干燥处理；具体为:
[0029]远红外辐射板位于物料网盘的上方，朝向待处理物料从上往下进行辐射；超声波辐照源(超声波振动板)位于物料网盘的下方，朝向待处理物料从下往上进行辐照，远红外辐射板的辐射面与超声波辐照源的辐照面相对设置。
[0030]其中，远红外辐射板的温度为90°C ;辐射距离(远红外辐射板的辐射面至待处理物料上表面的距离)为10cm，远红外波长为10?30 μ m ;超声波的频率为100kHz，超声波的功率为300W。
[0031]本实施例的超声波强化远红外辐射的干燥方法，使金银花达到脱水率为98.3%所需要的干燥时间为1.97h ;干燥后的金银花绿原酸质量含量为3.8%。
[0032]实施例3
[0033]本实施例的超声波强化远红外辐射的干燥方法，是将新鲜未开放的金银花(待处理物料)平铺在物料网盘上，物料厚度为2?4mm，同时采用远红外辐射和超声波辐照对待处理物料进行干燥处理；具体为:
[0034]远红外辐射板位于物料网盘的上方，朝向待处理物料从上往下进行辐射；超声波辐照源(超声波振动板)位于物料网盘的下方，朝向待处理物料从下往上进行辐照，远红外辐射板的辐射面与超声波辐照源的辐照面相对设置。
[0035]其中，远红外辐射板的温度为250°C ;辐射距离(远红外辐射板的辐射面至待处理物料上表面的距离)为15cm，远红外波长为10?30 μ m ;超声波的频率为150kHz，超声波的功率为200W。
[0036]本实施例的超声波强化远红外辐射的干燥方法，使金银花达到脱水率为98.25%所需要的干燥时间为1.53h ;干燥后的金银花绿原酸质量含量为3.6%。[0037]实施例4
[0038]本实施例的超声波强化远红外辐射的干燥方法，是将新鲜未开放的金银花(待处理物料)平铺在物料网盘上，物料厚度为2~4mm，同时采用远红外辐射和超声波辐照对待处理物料进行干燥处理；具体为:
[0039]远红外辐射板位于物料网盘的上方，朝向待处理物料从上往下进行辐射；超声波辐照源(超声波振动板)位于物料网盘的下方，朝向待处理物料从下往上进行辐照，远红外辐射板的辐射面与超声波辐照源的辐照面相对设置。
[0040]其中，远红外辐射板的温度为200°C ;辐射距离(远红外辐射板的辐射面至待处理物料上表面的距离)为15cm，远红外波长为10~30 μ m ;超声波的频率为200kHz，超声波的功率为150W。
[0041]本实施例的超声波强化远红外辐射的干燥方法，使金银花达到脱水率为98.5%所需要的干燥时间为2.42h ;干燥后的金银花绿原酸质量含量为3.54%。
[0042]实验例
[0043]本实验例对采用实施例1-4的方法干燥处理后的金银花进行检测。
[0044]脱水率的检测方法:利用多点热电偶(精度0.1°C )检测金银花表面及内部的温度变化，利用称重传感器(精度0.02g)定期测量物料重量，根据物料重量计算脱水率，并记录达到规定脱水率所需要的时间。
[0045]绿原酸的提取与检测方法包括下列步骤:
[0046](I)称取金银花粉末0.4g，置于50ml具塞锥形瓶中，加入30ml体积浓度为50%的甲醇溶液，放置5min，25°C超声30min，然后过滤至100mL容量瓶中；再重复提取I次，合并滤液，并用体积浓度为50%的甲醇溶液定容至刻度，得溶液A ;
[0047](2)取溶液AlOml，稀释至25ml容量瓶中，为供试品溶液；
[0048](3)采用高效液相色谱对供试品溶液进行检测，进样量为10 μ 1，测其峰面积，并由回归方程计算绿原酸的含量。
[0049]检测结果如表1所示。
[0050]其中，对比例1-1、2-1、3-1、4_1的干燥方法为单独使用超声波辐照进行干燥处理，具体技术参数分别同实施例1-4 ;对比例1-2、2-2、3-2、4-2的干燥方法为单独使用远红外辐射进行干燥处理，具体技术参数分别同实施例1-4。
[0051]其中，脱水率表示除去的水分占新鲜金银花中水分的比例。新鲜金银花的干基含水率为400%或以上；干基含水率=湿物料中水分的质量/湿物料的绝干料的质量。
[0052]表1采用实施例1-4的方法干燥处理后的金银花检测结果
[0053]
【权利要求】
1.一种超声波强化远红外辐射的干燥方法，其特征在于:包括同时采用远红外辐射和超声波辐照对待处理物料进行干燥处理。
2.根据权利要求1所述的超声波强化远红外辐射的干燥方法，其特征在于:所述远红外辐射的辐射源的温度为80?250°C。
3.根据权利要求1所述的超声波强化远红外辐射的干燥方法，其特征在于:所述远红外辐射的辐射源距待处理物料的距离为5?15cm。
4.根据权利要求1所述的超声波强化远红外辐射的干燥方法，其特征在于:所述超声波的频率为20?200kHz。
5.根据权利要求1所述的超声波强化远红外辐射的干燥方法，其特征在于:所述超声波的功率为150?400W。
6.根据权利要求1所述的超声波强化远红外辐射的干燥方法，其特征在于:所述干燥处理的时间为1.5?2.5h。
7.根据权利要求1所述的超声波强化远红外辐射的干燥方法，其特征在于:所述远红外辐射的辐射源和超声波辐照的辐照源分别位于待处理物料的上下两侧，同时朝向待处理物料进行辐射或辐照。
8.根据权利要求7所述的超声波强化远红外辐射的干燥方法，其特征在于:所述远红外辐射的辐射源为远红外辐射板。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的超声波强化远红外辐射的干燥方法，其特征在于:所述待处理物料为金银花。
10.根据权利要求9所述的超声波强化远红外辐射的干燥方法，其特征在于:所述待处理物料的厚度为2?4mm。
【文档编号】A23L3/26GK104000277SQ201410190556
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】刘云宏, 苗帅, 吴建业, 张玉先, 孙军杰 申请人:河南科技大学