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簡介

冷凍干燥是一種溫和的干燥方法，可用于保存食品而不改變其外觀或風味。冷凍干燥過程包括將食品樣品預凍，然后對凍結樣品施加精準的真空控制。在這種條件下，食品中的水分會升華，因此樣品最終會干燥。在食品應用中，冷凍干燥常用于生產速溶咖啡和干燥保存水果、蔬菜或草藥。

設備

• BUCHI Lyovapor? L-200 Pro

• BUCHI Lyovapor? 軟件

• 深冷冰箱，溫度 -40°C，tritec HANNOVER

• 不銹鋼托盤

• Mettler Toledo HR73 鹵素水分分析儀

試劑與耗材

• 新鮮的香蕉

實驗過程

4.1 樣品準備

將香蕉切成 5mm 厚的切片，并將這 11 片香蕉切片放置在不銹鋼托盤上（圖1），然后在深冷冰箱中過夜，溫度為 -40℃。另外也可以使用 -20℃ 的冰箱。

4.2 設置 Lyovapor? L-200

在深凍24小時后，香蕉片被轉移到冷凍干燥機 Lyovapor? L-200 中進行冷凍干燥，設置如 表1 所示。

表1. Lyovapor? L-200 中香蕉片冷凍干燥的設置

設置的貨架溫度在初級和次級干燥結束時不應超過 25℃（溫度設定點）。使用 Lyovapor? 軟件編程的初級和次級干燥過程步驟如 表2 所示。在初級干燥階段，從樣品中去除基質溶劑，在這種情況下水通過升華去除。在次級干燥階段，通過去解吸附溶劑來干燥樣品。

表2. 初級干燥步驟的參數,設置在 Lyovapor? 軟件上

4.3 鹵素水分分析

香蕉干燥后（見 圖2），分析了三個香蕉片的剩余水分含量，以評估干燥效率。因此樣品在30秒內被研磨在研缽中并轉移到水分分析儀中。水分分析采用鹵素水分天平，其參數列于 表3，判定標準 5 是指在 1mg/140s 以內沒有更多的變化。

表3. 水分分析儀設置

實驗結果和討論

5.1 凍干香蕉片的外觀評價

圖1 和 圖2 分別展示了凍干前后的托盤上的香蕉片。所有 11 片香蕉片都顯示出均勻的凍干結構和外觀。在干燥過程中，沒有觀察到它們的尺寸和形態有任何變化。

5.2 凍干香蕉片的水分分析

為了確定 Lyovapor? L-200 的干燥效率，使用鹵素水分分析儀分析了三個香蕉片的剩余水分含量。表4 顯示了凍干后測量的水分含量和干燥效率的結果。

表4. Lyovapor? L-200 上凍干后水分分析的結果

所有分析的樣本在凍干過程后含水量均小于等于3.14%。香蕉的初始水分含量為76.97% ± 1.24%（n=3）。因此，在Lyovapor? L-200上應用描述的凍干方法導致水分去除率至少為95.92%

總的來說，將凍干過程應用于如香蕉片等食品，具有以下優缺點：

優勢：

• 在低溫和低壓條件下進行冷凍干燥是一種有效的方法，可以保持食品的顏色、氣味、風味和熱敏感的營養素

• 消除食品表面的硬化

• 冷凍干燥的食品具有多孔結構，易于復水或溶解。它可以直接食用或復水后食用

• 由于冷凍干燥的食品含水量極低，因此密度相對較小，易于運輸。冷凍干燥的食品在室溫下可以長期保存，而運輸成本遠低于冷凍食品

• 冷凍干燥過程中不向食品中添加任何添加劑

劣勢：

• 如果直接暴露在空氣中，凍干食品會迅速吸水復水，導致食品品質下降

• 凍干產品必須真空包裝或用氮氣進行真空包裝，包裝材料不得允許水蒸氣滲透

• 在運輸和銷售過程中，由于其疏松多孔的結構，凍干食品很容易碎成粉末或開裂

• 凍干是一個耗時耗能的過程，導致生產成本更高

實驗結論

使用Lyovapor? L-200，成功實現了香蕉水分去除的高效干燥。

參考文獻

1. G. W. Oetjen; Freeze drying; Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (2004).

2. H. Tse-Chao Hua, L. Bao-Lin, Z. Hua; Freeze drying of Pharmaceutical and Food Products,

3. Woodhead Publishing Series in Food Science, Technology and Nutrition, pages 141–169 (2010).

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