本发明涉及一种激光-超声预处理结合红外冻干改善浆果脆粒抗吸潮和抗黏连的方法，属于果蔬食品加工技术领域。
技术背景
浆果是一类多汁肉质单果的统称，种类繁多，如番茄、葡萄、猕猴桃、树莓、无花果、蓝莓、樱桃、杨桃等。浆果因丰富的维生素、多酚和黄酮类化合物等营养成分而受到人们的喜爱。虽然浆果产量大，但是保质期短，以蓝莓为例，其产量占世界水果产量的85％，但其在室温条件下最多只能保存4天左右。脱水干制技术是延长食物保质期并获得附加值产品常用的方法。考虑对营养价值的保护，真空冻干技术是浆果干制品最好的选择。李所彬(申请号：201610109505.0)公开了一种樱桃冻干工艺。其将樱桃洗净速冻之后进行常规真空冻干脱水，在冻干过程中，冷阱温度控制在-60℃，真空度维持在100pa以下，温度为50～60℃，干燥时长为26h。该发明的樱桃产品保鲜效果好。蔡晓鹏(申请号：201810616836.2)利用计算机升温程序控制加热板温度，终止温度为50～60℃，整个干燥过程保持真空度≤50pa，干燥总时间长约1200～1450min，该发明所制备的蓝莓干果保全了蓝莓营养成分。
然而，以上报道的常规冻干工艺除了能耗大、干燥时间长(20～30h)外，浆果脆粒往往存在表皮破裂或皱缩、内容物(糖类)析出等现象。这是因为浆果含有丰富的糖类导致共晶点很低(-40～-30℃)，在实际工业化生产中，冻干设备内部的真空度和冷阱等条件难以长时间维持浆果的冻结状态。浆果在升华的过程中会伴随着部分冰晶开始融化，从而导致浆果表皮下的内容物具有一定的流动性。蓝莓、葡萄、樱桃等小颗粒浆果都被蜡质的表皮包裹，其会阻碍冻干过程中水蒸气的流动，表皮在内外压差作用下发生破裂，与此同时，内容物在水分迁移的带动下暴露在表皮外。糖类等内容物暴露在表皮外不仅仅影响浆果脆粒的外观，更严重的是，由于冻干浆果含有较多的孔隙，自身含有较高的吸潮能力，糖类的析出会加剧冻干浆果脆粒的吸潮、粘连现象，并伴随着物理化学劣变，进而影响食用品质。
为解决冻干浆果脆粒吸潮和黏连问题，已有一些公开报道。
提高浆果蜡质表皮在冻干前的通透性以及冻干后的完整性，加强表皮对浆果脆粒内容物的包裹。孟宪军等(申请号：201310152698.4)发明了冷冻浆果刺孔机。与常规冻干相比，冻干总时长缩短了4～6h，浆果脆粒外观较完整，但由于刺孔机对浆果内部结构的破坏，导致冻干产品内部结构塌陷，质地坚硬。乔丽萍(申请号：20170566257.7)公开了一种两阶段除蜡技术，其利用水浴式超声清洗(50～500w，40khz，1～2min)和探头超声(500～900w，20～25khz,，1-2min)结合钢珠对浆果进行第一次摩擦除蜡，再采用蒸汽(0.3～0.7mpa，78～95℃，10～15kg/h，30～90s)进行二次除蜡。王成等(申请号：201811002497.5)利用80～85℃的2wt.％氢氧化钠溶液浸泡30s后，立即用冷水冲洗2～3min，使葡萄表皮因为热胀冷缩发生皲裂。肖亚冬等(申请号：201811560205.x)将葡萄放入质量分数为1％氢氧化钠和1％油酸乙酯混合水溶液进行超声处理(60～65℃，40～80hz，5～10min)再利用真空冻干将脆粒的水分含量降至6％以下。以上三种方法在保护蓝莓完整性、不漏汁的情况下能够有效去除蓝莓表面的蜡质，增加蓝莓表皮在冻干过程中的通透性，有效降低了浆果脆粒表皮炸裂现象且质地酥脆，但缺陷是高温处理(80～95℃)或化学物质(氢氧化钠)会对蓝莓中热敏性营养物质造成损害。浆果的蜡质表皮虽然加大了干燥成本，但是其在浆果贮存期间产生了很好的防潮作用，因此应该在保证降低能耗和干燥时间的前提下，尽量减小对表皮的破坏程度。本发明利用激光对浆果的表皮进行处理，以减少水分在升华时所遇到的阻碍。而且，激光发射器可以将光束被准直呈小点，允许特定的、非接触破坏而不会对临界区域造成过度伤害，其有利于保持浆果外观尽量完整，减缓了糖类破皮而出导致的吸潮现象，且不会造成汁液流失、化学残留、耗费劳动力、热损失等问题。
利用浸渍或者涂抹等方法在浆果表面包裹一层防止吸潮黏连的保护膜。李邻渭等(刘邻渭,等.水果脆片的可食性涂膜防潮[j].西北农林科技大学学报(自然科学版),1996(02):108-110.)在冻干水果脆片表面进行双层涂膜处理(1％～3％甲基纤维素水溶液和33％长链混合酯乙醇)后再进烘干(70～80℃)。虽然该方法使水果脆片的吸潮速度降低5倍，但涂膜工艺繁琐，需要涂膜两次、涂膜的厚度和均匀性要求高，不适合工业化生产且多次高温烘干不利于营养成分的保留。本发明采用激光结合超声技术，预处理过程自动化且在常温下进行。张慜等(授权号：zl201210396975.1)将苹果、梨等新鲜水果片进行两种不同浸渍处理后再结合负压脉冲微波进行后期短时干燥，从而发明了一种改善水果脆片脆度和粘连的方法。其中，水果片在0.01％～6.0％白砂糖、0.01％～5.0％氯化钙、0.01％～2.0％果胶和0.01％～2.0％黄原胶组合的水溶液进行真空渗透处理，达到保脆的目的；在0.01％～10％麦芽糊精和0.01％～10％乳糖组合的水溶液种浸泡10～30min，达到防粘连的目的。本发明主要针对含有蜡质表皮的浆果且要保证浆果脆粒的完整型，浆果不能进行切割处理。所以，上述针对切割脆片的发明方法无法解决由于蜡质表皮阻碍而影响在浸渍和干燥过程中传质过程。在本发明中，浆果表皮利用激光进行精确加工后，以大豆蛋白为介质进行超声处理。超声波能够破坏细胞壁，增加细胞膜和液泡的通透性，进而能够增加传热传质效率。乔宇等(申请号：201910257542.x)先将浆果低温冷冻处理后进行超高压(100mpa，5min)结合超声(100w，20khz，20℃，10min)处理。最后置于真空冷冻干燥机中进行干燥以制备浆果脆片。结果表明，该方法可改善浆果色泽，促进浆果风味释放，缩短真空冷冻干燥时间、干燥速率提高了6g/(h.kg)；能耗降低了4kw*h/kg。本发明将激光与超声波技术相结合不仅可以缩短干燥时间、减少能耗，而且还可以促进大豆分离蛋白与浆果之间更好的传质和结合作用，进而提高浆果的共晶点和玻璃化转变温度，减少糖类等物质暴露的亲水基团，提高浆果脆粒的防潮和防粘连的能力。
微波、红外辅助常规冻干工艺，减缓传统冻干产品多孔结构产生的吸潮现象。汲美花等(申请号：201811012215.x)将新鲜葡萄先利用微波真空技术(3kpa，0.9w/g，5min)进行预干燥后再进行常规冻干，其使冻干时间缩短了10％且产品具有较低的吸湿性；毕金峰等(申请号：201610671717.8)利用中短波红外干燥箱(2.7μm，1350w，70℃，132min)对浆果进行预脱水再进行常规冻干，结果发现，与常规干燥相比，红外辅助冻干浆果的吸湿率降低了2％～4％。考虑到微波快速脱水能力在表皮低渗透性的情况下会发生表皮炸裂、内容物析出现象以及微波加热不均匀的问题。且张慜、黄略略等(授予号：zl201010522767.2)发现在水果片在解析阶段采用微波干燥技术，该水果脆片无膨化、硬度高，无法作为休闲食品。故本发明将采用红外辅助常规冻干进行干燥，且将红外代替常规冻干中的加热板作为冻干过程中唯一的加热源。
单一加工处理难以全面解决带蜡质表皮浆果在冻干过程中的问题，本发明利用激光技术、大豆分离蛋白结合超声技术以及红外喷动冻干技术以在不影响感官品质以及营养物质的前提下解决常规冻干能耗大、干燥时间长、浆果脆粒吸湿性大、黏连等现象。
技术实现要素：
本发明的目的旨在通过对浆果常规冻干加工工艺进行改造以降低浆果脆粒产品的吸潮、粘连能力以及减少干燥时间和能耗，同时不影响产品已有的良好品质，如风味、颜色、营养价值等。
本发明的技术方案：
一种激光-超声预处理结合红外冻干改善浆果脆粒抗吸潮和抗黏连的方法，主要步骤为：
(1)浆果预处理：对浆果进行挑选、洗净、沥干；
(2)激光打孔处理：利用激光打孔仪在步骤(1)浆果的表皮上进行处理，穿透深度仅刚能破坏浆果表皮而不伤及果肉；
(3)超声处理：按照料液质量比为1:4，将步骤(2)处理后的浆果放入35％(w/w)大豆分离蛋白溶液中，随后将上述混合液利用超声设备进行处理；
(4)冲洗、沥干：超声完成后，将浆果捞出，用清水淋洗直至表面无肉眼可见的大豆蛋白溶液即可并沥干水分；
(5)速冻：经过步骤(4)处理后的浆果放入-80℃超低温冰箱中冷冻12h，为后续的冻干脱水处理提供原料；
(6)干燥：从超低温冰箱中取出经过步骤(5)处理的浆果，并将其快速放入红外喷动冻干设备中进行冻干；直至样品的含水率降至5％以下；
(7)杀菌：紫外辐照杀菌；
(8)包装：将步骤(7)完成杀菌操作的浆果制品用铝箔袋进行封装。
所述步骤(1)具体过程：挑选无腐烂、无虫蛀的浆果，用清水洗净原料表面的泥土及杂质，沥干，等待后续激光处理；所述的浆果是表皮带有蜡质的浆果，例如番茄、樱桃、蓝莓、葡萄和树莓等。
所述步骤(2)中，将直径为0.5～1mm的圆作为一个元素，设计每横排和竖排含有5～8个元素的矩阵图形，且每个元素之间的距离为2～3mm，将该矩阵作为打孔的模板。
所述步骤(2)中，激光打孔的操作参数为：浆果距离激光发生器15～20cm，功率20～50w，频率40～60hz，速度30～60m/s，加工次数1～2次。
所述步骤(3)中，超声设备为三频数控超声设备，超声处理的操作参数：超声功率100～200w，频率45～100khz，温度20～25℃，时间25～40min。
所述步骤(4)中，清水淋洗时间大约5～10s，水分沥干时间0.5～1h。
所述步骤(6)中，冷阱温度保持在-42～-36℃，干燥舱内的真空度为80～100pa。红外管呈竖状排列在干燥舱两侧内壁以及舱内中央处。红外光源波长为2.4～3.0μm，辐照功率为0.7～0.9w/cm2，喷动间隔为15～20min，喷动时长为0.3～0.5s。
所述步骤(6)中，升温程序设置为在升华阶段浆果中心温度以2～3℃/h的升温速率上升至0℃，在解析阶段过程中舱内温度设置为40～50℃并保持10～20h，直至干制品含水量低于5％。
本发明的有益效果：
1、激光打孔技术对浆果的蜡质表皮实现了精确加工，在尽量减少对浆果外观以及营养品质破坏的前提下，增加了浆果表皮冻干前的通透性以及冻干后的完整性，节约了冻干能耗以及干燥时间。
2、大豆蛋白结合超声技术不但具有渗透脱水、节约成本的作用而且其可以与浆果内部的糖类结合进而提高浆果的共晶点和玻璃化转变温度，减少浆果亲水位点数量。完整表皮的包裹、亲水位点数量的减少以及红外冻干技术的加入极大提高了冻干浆果产品在贮存过程中的抗潮和抗黏连的能力。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：联合处理改善蓝莓脆粒抗吸潮和抗黏连的方法
(1)浆果预处理：挑选无腐烂、无虫蛀的蓝莓，用清水洗净原料表面的泥土及杂质，沥干，等待后续激光处理；
(2)激光打孔处理：将直径为0.5mm的圆作为一个元素，设计每横排和竖排含有5个元素的矩阵图形，且每个元素之间的距离为2mm。将该矩阵图形作为模板，利用激光打孔仪在步骤(1)蓝莓的表皮进行处理。蓝莓距离激光发生器15cm，功率30w，频率60hz，速度40m/s，加工次数为1次；
(3)超声处理：将步骤(2)的蓝莓放入35％(w/w)大豆分离蛋白溶液中，前者与后者的料液质量比为1:4，随后将上述混合液利用kq-300vdv型三频数控超声设备进行处理。超声功率200w，频率45khz，温度20℃，时间30min；
(4)冲洗、沥干：超声完成后，将蓝莓捞出，清水淋洗时间大约5s，水分沥干时间为1h；
(5)速冻：经过步骤(4)处理后的蓝莓放入-80℃超低温冰箱中冷冻12h，为后续的冻干脱水处理提供原料；
(6)干燥：从超低温冰箱中取出经过处理的蓝莓并将其快速放入红外喷动冻干设备中进行冻干。红外波长为3.0μm，辐照功率为0.7w/cm2。干燥初期蓝莓中心温度以3℃/h的升温速率上升至0℃，喷动间隔为20min，喷动时长为0.5s；随后，舱内温度设置为45℃并保持12h，此时喷动间隔为15min，喷动时长为0.3s。冷阱温度保持在-40℃，干燥舱内的真空度为80pa。
(7)杀菌：紫外辐照杀菌；
(8)包装：将步骤(7)完成杀菌操作的蓝莓制品用铝箔袋进行封装。
案例结果：
表1蓝莓冻干产品物理性质以及营养品质的比较
结果证明，本发明冻干工艺对常规冻干工艺来讲是一种相对高效的加工工艺，其使干燥时间缩短了5h，能耗约降低了8kw*h/kg。从蓝莓冻干产品的品质来讲，与常规冻干工艺相比，产品外观完整率高、质地酥脆，总酚含量(以没食子酸当量算)、黄酮含量(以芦丁当量算)分别为9.11±0.43mg/g、0.39±0.01mg/g，除此之外，联合处理使蓝莓脆粒的黏连度下降约20％，在温度为25℃，湿度为75％的条件下，蓝莓冻干产品的吸湿率降低了9％左右。
实施例2：联合处理改善樱桃番茄脆粒抗吸潮和抗黏连的方法
(1)浆果预处理：挑选无腐烂、无虫蛀的樱桃番茄，用清水洗净原料表面的泥土及杂质，沥干，等待后续激光处理；
(2)激光打孔处理：将直径为0.5mm的圆作为一个元素，设计每横排和竖排含有8个元素的矩阵图形，且每个元素之间的距离为3mm。将该矩阵图形作为模板，利用激光打孔仪在步骤(1)番茄的表皮进行打孔。樱桃番茄距离激光发生器15cm，功率40w，频率60hz，速度30m/s，加工次数为1次；
(3)超声处理：将步骤(2)的樱桃番茄放入35％(w/w)大豆分离蛋白溶液中，前者与后者的质量比为1:4，随后将上述混合液利用kq-300vdv型三频数控超声设备进行处理。超声功率200w，频率45khz，温度25℃，时间40min；
(4)冲洗、沥干：超声完成后，将樱桃番茄捞出，清水淋洗时间大约5s，水分沥干时间为0.5h；
(5)速冻：经过步骤(4)处理后的樱桃番茄放入-80℃超低温冰箱中冷冻12h；
(6)干燥：从超低温冰箱中取出经过处理的樱桃番茄并将其快速放入红外喷动冻干设备中进行冻干。红外波长为2.4μm，辐照功率为0.9w/cm2。干燥初期樱桃番茄中心温度以3℃/h的升温速率上升至0℃，喷动间隔为20min，喷动时长为0.4s；随后，舱内温度设置为50℃并保持15h，此时喷动间隔为15min，喷动时长为0.3s。冷阱温度保持在-40℃，干燥舱内的真空度为100pa。
(7)杀菌：紫外辐照杀菌；
(8)包装：将步骤(7)完成杀菌操作的樱桃番茄制品用铝箔袋进行封装。
案例结果：
表2樱桃番茄冻干产品物理性质以及营养品质的比较
结果证明，本发明冻干工艺对常规冻干工艺来讲是一种相对高效的加工工艺，其使干燥时间缩短了8h,能耗约降低了9kw*h/kg。从樱桃番茄冻干产品的品质来讲，与常规冻干工艺相比，产品外观完整率高、质地酥脆，vc含量为5.74±0.03mg/100g，除此之外，联合处理使蓝莓脆粒的黏连度下降约17％，在温度为25℃，湿度为85％的条件下，樱桃番茄冻干产品的吸湿率降低了12％左右。
实施例3：联合处理改善草莓脆粒抗吸潮和抗黏连的方法
(1)浆果预处理：挑选无腐烂、无虫蛀的草莓，用清水洗净原料表面的泥土及杂质，沥干，等待后续激光处理；
(2)激光打孔处理：将直径为1mm的圆作为一个元素，设计每横排和竖排含有5个元素的矩阵图形，且每个元素之间的距离为3mm。将该矩阵图形作为模板，利用激光打孔仪在步骤(1)草莓表面进行打孔。草莓距离激光发生器15cm，功率20w，频率40hz，速度60m/s，加工次数为1次；
(3)超声处理：将步骤(2)的草莓放入35％(w/w)大豆分离蛋白溶液中，前者与后者的质量比为1:4，随后将上述混合液利用kq-300vdv型三频数控超声设备进行处理。超声功率200w，频率45khz，温度25℃，时间25min；
(4)冲洗、沥干：超声完成后，将草莓捞出，清水淋洗大约5s，水分沥干时间为0.5h；
(5)速冻：经过步骤(4)处理后的草莓放入-80℃超低温冰箱中冷冻12h，为后续的冻干脱水处理提供原料；
(6)干燥：从超低温冰箱中取出经过处理的草莓并将其快速放入红外喷动冻干设备中进行冻干。红外波长为3.0μm，辐照功率为0.7w/cm2。干燥初期草莓中心温度以2℃/h的升温速率上升至0℃，喷动间隔为20min，喷动时长为0.5s；随后，舱内温度设置为40℃并保持18h，此时喷动间隔为15min，喷动时长为0.3s。冷阱温度保持在-40℃，干燥舱内的真空度为80pa。
(7)杀菌：紫外辐照杀菌；
(8)包装：将步骤(7)完成杀菌操作的草莓制品用铝箔袋进行封装。
案例结果：
表3草莓冻干产品物理性质以及营养品质的比较
结果证明，本发明冻干工艺对常规冻干工艺来讲是一种相对高效的加工工艺，其使干燥时间缩短了6h,能耗约降低了5kw*h/kg。从樱桃番茄冻干产品的品质来讲，与常规冻干工艺相比，产品外观完整率高、质地酥脆，vc含量为36.43±0.03mg/100g，除此之外，联合处理使草莓脆粒的黏连度下降约8％，在温度为15℃，湿度为75％的条件下，樱桃番茄冻干产品的吸湿率降低了9％左右。