大豆卵磷脂的真空冷冻干燥工艺研究.docx

大豆卵磷脂的真空冷冻干燥工艺研究顾霞敏 ,魏作君 ,杨亦文 ,任其龙(浙江大学二次资源化工国家专业实验室 , 310027杭州市 )摘要 :以降低大豆卵磷脂产品的含水量为目标 ,对大豆卵磷脂进行了真空冷冻干燥的实验研究 。通过单因素实验 ,探讨了不同预冻温度 、含水量 、冻干时间以及处理量等对卵磷脂产品含水量 的影响 。最佳工艺参数为预冻温度 - 35 ,含水量 50 % ,冻干时间 7 h 及处理量 8. 1 kg /m2 ,得到 的冻干产品含水量低于德国 L ipo id公司产品含水量 。关键词 :大豆卵磷脂 ;冷冻干燥 ;含水量真空冷冻干燥简称冻干 ,即先将湿物料冻结到其共晶点温度以下 ,然后在适当的真空度下 ,使物料 的水分从冰态直接升 华 而除 去的 一 种方 法 1 。物 料在低温和真空条件下干燥 ,可减少和防止物料中 热敏性成分的损失 ,最大限度地保留物料原有的色 、 香 、味和营养成分 ,提高干燥产品的质量 ,产品不变 形 ,适用于易氧化物料的干燥等特点 2 , 3 。卵磷脂即磷脂酰胆碱 ,是由甘油 、胆碱 、磷酸 、脂 肪酸组成的一类含磷脂类物质 4 ,分子中含有大量 不饱和脂肪酸 , 易氧 化形 成 过氧 化物 的 聚合 物 5 。 此外 ,卵磷脂分子具有亲水和疏水双重性 ,使卵磷脂 能与水形 成 W /O 的 胶束 , 产 品不 易 脱水 。为了 降 低卵磷脂的含水量 ,必须寻找一种合适的除水方法 , 既能降低含水量 ,又能防止它不被氧化 ,且能低温操 作 ,以保持它的生物活性 。有关卵磷脂冻干工艺的 研究报道很少 ,因此研究卵磷脂的冻干过程 ,制定产 品的合理工艺参 数 , 对 提高 产品 质量 , 缩 短 冻干 时 间 ,降低能耗 ,促进卵磷脂产品生产均有重要意义 。1 材料与方法1. 1 材料与设备F reezone 6型干燥仓 、冷阱以及配套的控制系统 ,制冷系统 ,真空系统和加热系统 。 ZKF - 1 型卡尔 费休水分测定仪 (浙江大学分析测试中心研制 ) 。1. 2 实验部分1. 2. 1 工艺流程 原料预处理 预冻 干燥 包 装贮藏 。1. 2. 2 操作要点1. 2. 2. 1 原料预处理 大豆卵磷脂样品按照美国 专利 6 由实验室自制 。由于卵磷脂的乳化性能 ,原 料黏度很大 ,水分被卵磷脂包合起来 ,很难除去 。加 入适量的水 ,可将原料稀释 ,把水释放出来 ,以便进 行冻干 。将处理好的原料直接进行预冻 。1. 2. 2. 2 预冻 将装好卵磷脂的容器放入低温冰 箱中 ,按设定的温度进行预冻 。当物料温度达到预 冻温度后 ,再维持 4 h以上 ,以保证物料中的水分完 全冻结 。1. 2. 2. 3 干燥 待冷阱温度降低到 - 45 以下 , 放入预冻好的卵磷脂 ,开启油泵 ,进行抽真空 。当绝 对压力降至 20 Pa时 ,开始对加热板升温 。1. 2. 2. 4 包装贮藏 干燥结束后 ,停止加热及关闭 真空系统 。将冻干 后的 卵 磷脂 迅速 转 移到 密封 袋 中 ,并放入干燥器中贮藏 。1. 3 水分测定方法含水量用卡尔 费休水分测定仪测定 。水当量 的测定 :用微量进样器量取 6 L 去离子水 ,测定需 要的卡尔 费休试剂量 ,计算出水当量 。样品含水 量的测定 :预估样品含水量 ,称取适量的样品 ,放入 样品池中 ,当它充分溶解在甲醇中后 ,测定需要的卡 尔 费休试剂量 。然后根据水当量和样品的质量 , 可以得到一定量的样品中的含水量 。1. 1. 1 原料与试剂原 料 : 大 豆卵 磷脂 实 验室 自制 ,含水量 12 % 20 % , PC含量 85. 2 % (干基 ) 。大豆卵磷脂 标 样 , 德 国 L ipo id 公 司 , PC 含 量 98. 1 % (干基 ) ,含水量 0. 7923 % 。试剂 : 无吡啶卡尔 费 休试剂 (AR ,天津市四友生物医学技术有限公司 ) 。1. 1. 2 仪器与设备 采用 LABCONCO 公司制造的收稿日期 : 2005 - 07 - 10作者简介 :顾霞敏 ( 1981 - ) ,女 ,在读硕士 ; 主要从事天 然产物提取分离方面的研究工作 。通讯联系人 :杨亦文 副教授2006年第 31卷第 6期中国油脂852 结果与讨论2. 1 真空冷冻卵磷脂的工艺参数2. 1. 1 卵磷脂预冻温度的确定 预冻温度对真空 冷冻干燥过程有很大影响 。温度太高 ,物料不能完 全冻结 ,在真空条件下 ,物料容易产生鼓泡现象 ,物 料中的水分不能被完全除去 ;温度太低 ,会增加设备 的能耗 ,从工艺上考虑是不可取的 ,因此需确定一个 合适的预冻温度 。对卵磷脂的预冻温度 ,鉴于实验 室的条件 ,考察了 - 20、- 35 及 - 80 3 个温度 对卵磷脂冻干效果的影响 。取 10 g含水量为 50 %的卵磷脂 3份 ,分别在 -20、- 35 及 - 80 下预冻 6 h后 ,转移到干燥仓中 干燥 。经过 7 h的冻干 ,结果见表 1。表 1 不同预冻温度对卵磷脂冻干效果的影响表 3相同处理量 、不同初始含水量对冻干效果的影响样品水处理量初始含水量冻干产品含水量 ( g) ( g) ( g) ( % ) ( % ) 10. 089. 0217. 9606. 9065. 9645. 0833. 9383. 0861. 96201. 0352. 1103. 0654. 1294. 9756. 1386. 9788. 11910. 0810. 0310. 019. 97110. 0610. 0610. 0210. 0310. 0816. 8225. 3834. 2542. 3950. 8557. 9667. 4774. 4983. 810. 55500. 51930. 50040. 48020. 47720. 54050. 54460. 57820. 6477 1. 037 9. 057 10. 09 91. 45 0. 9255 由表 2和表 3 可以看出 ,考察卵磷脂样品的量相同 ,加入不同量的水 ,总处理量不同时 ,样品含水 量为 49. 78 %时 ,卵磷脂冻干产品的含水量最低 ; 考 察卵磷脂样品的量不同 ,加入的水量也不同 ,但总处 理量相 同 , 经 过 7 h 的 冻 干 , 在 品 初 始 含 水 量 为50185 %时 ,卵磷脂的冻干产品的含水量最低 ,即冻 干效果最好 。综上所述 ,冻干时间为 7 h,卵磷脂样 品的初始含水量为 50 %左右 ,可以得到比较好的冻 干效果 。2. 1. 3 卵磷脂冻干时间的确定 取初始含水量为50. 10 %的卵磷脂样品 7. 820 g, 预冻温 度 - 35 。 在不同的冻干时间取出样品 ,分析其含水量 。实验 结果见图 1。预冻温度 ( )冻干后产品含水量 ( % )- 20- 35- 801. 0480. 50120. 4528在 - 20 预冻的卵磷脂在真空状态下有鼓泡现象 ,且干燥结束后 ,样品干燥不均匀 ; - 35 和 -80 下预 冻 的 卵 磷 脂 , 冻 干 过 程 中 未 发 生 鼓 泡 现 象 ,冻干产品是孔状的固体 。因此 ,从干燥效果和能 耗上考虑 ,确定最佳预冻温度为 - 35 。2. 1. 2 卵磷脂原料含水量的确定 取 2 g左右的 原料 (含水量为 12. 30 % ) 7 份 ,加入不同量的水 ,调 节原料的含水量 。预冻温度为 - 35 。经过 7 h的 冻干 ,结果见表 2。表 2 相同卵磷脂量 、不同初始含水量对冻干效果的影响样品( g)水( g)处理量( g)初始含水量( % )冻干产品含水量( % )2. 0211. 9981. 9722. 0181. 9912. 03400. 5121. 0131. 5062. 0084. 9732. 0212. 5102. 9853. 5243. 9997. 00712. 3030. 1942. 0649. 7856. 3374. 510. 81260. 74800. 66300. 31450. 45870. 5126图 1 冻干时间对卵磷脂冻干效果的影响由图 1可以看出 ,卵磷脂产品的含水量在开始4 h 几 乎 成 线 性 急 速 下 降 ; 4 6 h 缓 慢 下 降 , 从11912 %下降到 0. 5053 % ; 6 h后 ,几乎趋于稳定 , 7 h 的时候含水量为 0. 4721 % ,变化幅度不大 。由图 1 还可看出 ,前 4 h冻干处于升华干燥阶段 , 4 h之后 , 则处于解析干燥阶段 。因此 ,从工艺上考虑 ,卵磷脂 的最佳冻干时间可选为 7 h。2. 1. 4 卵磷脂样品单位处理量的确定 在底面积 为 19. 25 cm2 的容器中按表 4 分别放入不同质量的 含水量为 49. 97 %的卵磷脂样品 ,在 - 35 下预冻 后 ,经过 7 h的冻干 ,最后产品取样分析含水量 ,结 2. 059 10. 03 12. 09 85. 06 0. 7158 考虑到处理量不同时样品厚度不同会影响传热和传质过程 ,可能会对冻干效果产生影响 ,因此考察 了处理总量相同 ,但初始含水量不同对卵磷脂冻干 效果的影响 。取不同质量的卵磷脂样品 (含水量为16. 82 % ) 10份 ,加入不同量的水 , 总处理量控制在10 g,经过 7 h冻干后 ,结果见表 3。86中国油 脂2006年第 31卷第 6期果见表 4。表 4 单位处理量对卵磷脂冻干效果的影响通过单因素实验 ,确定大豆卵磷脂冻干的最佳工艺参数为 ,预冻温度 - 35 ,含水量 50 % ,处理量28. 1 kg /m ,冻干时间 7 h,得到的冻干产品含水量低于德国 L ipo id公司产品含水量 。卵磷脂质量 ( g) 单位处理量 ( kg /m2 ) 冻干产品含水量 ( % )5. 30011. 5815. 6121. 082. 7536. 0168. 10910. 950. 32530. 55740. 76731. 310 26. 47 13. 75 2. 951 表 4表明 ,冻干产品的含水量随单位处理量的增大而增大 。处理量越少 ,产品的含水量越小 ,考虑 到设备的处理能力 ,故在实际生产中 ,并不是物料越 少越好 。从表 4 可见 , 单位处理量为 8. 109 kg /m2 时 ,冻干产品的含水量为 0. 7673 % , 而单位处理量 为 10. 95 kg /m2 时 ,产品的含水量为 1. 310 % 。即在 其他条件相同的情况下 ,单位处理量决定于产品的 含水量要求 。当要求产品含水量小于国际市场同类 产品的含水量 ( 0. 7923 % )时 ,卵磷脂的单位处理量 可取 8. 1 kg /m2 。2. 2 卵磷脂冻干曲线考察含水量为 49. 97 %的卵磷脂 15. 61 g (即处 理量为 8. 1 kg /m2 ) ,在 - 35 下预冻后 ,进行 7 h的 冻干 ,将冻干仓温度 ,绝对压力 ,冷阱温度随时间的 变化记录下来 ,得到了卵磷脂操作条件下的冻干曲 线 (见图 2 ) 。在此操作条件下 ,冻干产品的含水量 为 0. 7673 % , 低 于 德 国 L ipo id 公 司 产 品 含 水 量 ( 017923 % ) 。3 结 论图 2 大豆卵磷脂的冻干曲线参考文献 :李艳聪 ,李书环. 真空冷冻干燥技术及其在食品加工中的应用 J . 天津农学院学报 , 2003, 10 (1) : 42 - 45. 江家伍 ,徐伟君 . 提高真空冷冻干燥速率的研究 J . 包装与食品机械 , 2002, 20 ( 2) : 4 - 8.高福成 . 冻干食品 M . 北京 : 中国轻工 业出版社 ,1998.O so l A. 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