一种高糖分水果高质量速冻及高复原性解冻的复

本发明涉及高糖分水果高质量速冻及高复原性解冻的复合方法，属于食品冷冻加工。背景技术：1、冷冻水果是将新鲜的水果经过一系列加工处理制成速冻制品，能保持水果原有风味、色泽和营养成分。冷冻水果延长了水果的贮藏期，便于长途运输，满足不同地区、不同季节的消费需求。然而，冷冻后的水果组织细胞往往受到不可逆的伤害。一方面冷冻形成的坚硬冰晶能够刺穿水果细胞造成机械损伤，解冻后的水果出现汁液流失现象；另一方面，冷冻会产生浓缩效应。在冻结过程中，液态水逐渐变成固态冰，自由水含量减少，导致细胞中离子浓度增加。这会增加细胞内生化反应的速率，加速产品的变质。在这些不利作用下，冷冻水果在解冻后往往出现品质劣变严重，不能够直接消费。2、速冻被认为是提升冷冻产品品质的有效途径。关于食品的速冻，现有技术有鼓风冻结，平板接触冻结，液氮冷冻，液体浸渍冷冻等，这些技术通过采用不同的原理来提升食品的冷冻速率，降低冷冻过程中形成的冰晶体尺寸，从而减小冷冻对食品品质的破坏。魏军(专利号：cn201410319088.3)公开了一种接触式平板冻结机，冷冻箱体为双层夹心结构，采用不锈钢聚氨酯夹心不锈钢板。该发明具有使用方便，换热速度快，隔热性能好，耐腐蚀性能好的优点。刘晓杰等(专利号：201510060546.0)公开了一种隧道型液氮速冻机，可以实现样品的连续液氮速冻，并能够有效降低液氮的用量。陈藤楠等(专利号：cn202022594299.1)公开了一种水果加工冷冻用液态速冻机，该装置能够实现对水果的液态速冻，有利于后期对冷冻的水果进行提取与放置作用，并通过在通孔板上设置的多个放置槽，有利于对冷冻水果的分隔放置作用。这些发明技术及设备尽管能够实现食品的速冻，但用于水果冷冻，对于大部分水果品种来说，并不能够有效保持冷冻解冻后的水果品质，冷冻解冻破坏仍然非常严重。3、在速冻基础上，近年来为了获得更好的冷冻效应，越来越多的研究集中于使用物理领域技术协助冷冻和解冻操作，如超声，微波，远红外线，高压，电场，磁场，射频，等等。与单纯速冻解冻相比，有效的物理场辅助或协同应用进一步提高了速冻解冻食品的产品质量，有利于在冻结过程中形成更加均匀、细小的冰晶。mok等(2015，emerging pulsedelectric field(pef)and static magnetic field(smf)combination technology forfood freezing)从冰晶的角度研究了静磁场对冷冻0.9％nacl溶液的影响，结果显示静磁场使得相变时间缩短，冰晶变小。tang等研究不同磁场对樱桃(tang，2020，effects ofdifferent magnetic fields on the freezingparameters ofcherry)和蓝莓(tang，2020，effects ofthe magnetic field on the freezingprocess ofblueberry)冷冻参数的影响。结果显示，磁场的应用可在一定程度上降低汁液流失。在磁场作用下，细胞内形成了均匀的冰晶。与对照相比，10mt的静磁场辅助冷冻使得冷冻樱桃平均冰晶尺寸减少了67％，冷冻蓝莓平均冰晶尺寸减少了33.6％。梁东武等(专利申请号：cn201510353383.5)发明了一种冷冻食品的解冻方法，将冷冻食品置于可微波容器中，加入所述冷冻食品0.5-1倍重量的水，进行微波解冻。此方法可实现对日常各种冷冻食品的快速而均匀解冻。然而，以上研究及专利仅仅是针对单一冷冻技术的开发和应用，物理场冷冻或解冻技术的单一应用并不能够实现水果的高质量冷冻和高复原性解冻。4、水果的冷冻解冻往往需要结合其自身品种特点开发相应的工艺，结合先进的速冻技术来完成。张慜等(专利申请号：cn201810126391.x)公开了一种冷冻调理蔬菜再次加工后品质提升的方法，通过变功率射频结合低频超声波快速低温解冻、添加冷冻保护剂、微波烹饪、真空冷却、变频率微波复热方式减少二次或三次加工过程对冷冻蔬菜的破坏，既维持蔬菜清香味、口味正宗，又充分保留了蔬菜的营养品质。该发明主要针对于调理蔬菜的冷冻和解冻，其中冷冻采用的是常规速冻技术，冷冻品质难以保持。5、崔建伟(专利申请号：cn02104069.9)提供一种利用低温速冻技术将桃、杏等不易保存的水果及时制成冷冻半成品再进行系列冷加工，制成纯天然风味和色彩的水果制品，总体技术方案是鲜水果经冷冻处理后的半成品进行冻干脱水后再加工制成包括水果干、水果脆片、造型果脯及其它果蔬制品。该发明根据水果的特点加工成冷冻干制品，工艺中未涉及到本发明所采用冷冻和解冻技术，和本发明不同。6、张慜等(专利申请号：cn200510039034.2)公开了一种提高速冻调理果蔬品质的玻璃化贮藏方法，将调理后的原料再进行液氮或液态二氧化碳快速深度冷冻，使原料温度迅速降到所需温度，然后进行包装。然后将冻好的原料放在使用-40.8℃的冷冻柜中进行冷藏(温度调整在物料玻璃化转变温度以下)。采用本发明进行保存的冷冻果蔬具有贮藏时间长，保鲜效果好等特点。和本发明相比，该专利冷冻的是整果或果块，解冻后必然会出现组织软化汁液流失等现状，且该发明并未涉及到解冻方法，冷冻技术也和本发明不同。7、孙雅莉等(专利申请号：cn201110224019.0)公开了一种含热带水果混合果肉的冷冻果汁的制备方法，包括原料水果的分级挑选、清洗，用二溴海因消毒，在90-95℃漂烫30秒，漂烫后的水果去皮切丁或挖取果肉，在速冻机速冻至-30℃后配制混合果肉，再与由果葡糖浆、异麦芽酮糖糖浆、复合磷酸盐、复合有机酸和纯净水配制成的混合糖浆混合，经检验、分装得成品。和本发明相比，该发明并未涉及到解冻方法，冷冻技术也和本发明不同。8、王永涛等(专利申请号：cn201810446885.6)提供了一种液氮结合高静压处理的果蔬浆速冻方法，对高静压处理后的果蔬浆进行液氮速冻处理，从而避免传统速冻中前处理品质劣变严重、速冻中形成冰晶大、质构受损严重、解冻后品质下降严重等问题。然而，该发明未涉及到针对果蔬特点进行冷冻前成分调节，和本发明工艺不同，所述冷冻方法成本高。9、以上专利均未涉及到针对于高糖水果的特点研发的冷冻和解冻工艺，提升产品品质。10、磁性纳米材料是一种处于1～100nm的磁性材料，不仅具有普通纳米材料的小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应和量子尺寸效应等性质，还具备特殊的磁性特征，包括超顺磁性、高矫顽力以及磁化率。超顺磁性指的是在外磁场作用下磁性纳米颗粒的状态，与顺磁体在外磁场的反应类似，只是吸引力更大，因此称为“超顺磁性”，故磁性纳米颗粒可以很容易在外部磁场的存在下被引导，从而改善并控制其分布。磁性纳米材料引入亲水基团可以通过氢键等作用力和水分亲和从而达到影响水分状态的目的。目前，磁性纳米粒子在生物医学上有研究报道，在食品工业上也偶有报道。cao等人(2012，food relatedapplications of magnetic iron oxide nanoparticles:enzyme immobilization,protein purification,and food analysis)综述了磁性纳米材料在食品工业上的相关应用，显示了磁性纳米fe3o4在酶固定、蛋白质纯化和食品分析中均有应用潜力。tasgin等人(2020，immobilization ofpurified pectin lyase from acinetobacter calcoaceticusonto magnetic carboxymethyl cellulose nanoparticles and its usability in foodindustry)的研究指出纯化的果胶裂解酶可以被固定在磁性纳米fe3o4磁化的羧甲基纤维素上，然后添加到果汁中可用于果汁的纯化。选用此材料固定酶具有生物相容性高，安全无毒，成本低廉的优势。以上研究显示了磁性纳米fe3o4可以用于食品工业中，然而未见有在食品冷冻方面的应用和研究。技术实现思路1、本发明的技术目的是针对高糖分水果的特点，开发一种高糖分水果高质量速冻及高复原性解冻的复合方法。2、本发明的技术方案：3、一种高糖分水果高质量速冻及高复原性解冻的复合方法，主要包括下列步骤：4、(1)原料水果挑选：选择大小均一、无病虫害和机械损伤、无腐烂变质、色泽正常、成熟度适中、适宜冷冻加工的新鲜高糖分水果作为原料；5、(2)水果预处理：对挑选后的水果进行清洗、去皮、去核处理，并根据需要进行分切，以满足后续处理要求；6、(3)中短波红外表面加热：将预处理后的水果平铺于中短波红外干燥箱内进行短时表面辐照脱水；7、(4)冰点测定：取样采用电导率仪测定水果的冰点；8、(5)近冰点预冻：将水果置于冷冻柜内，设置冷冻柜温度为水果冰点温度，对水果进行预冻；9、(6)低分子糖渗：配制低分子混合糖浆渗透脱水护色液，并置于上述冷冻柜内预冷，将预冻后的水果样品置于所述渗透脱水护色液中处理30min，捞出沥干水分；10、(7)打浆及磁性纳米颗粒mnp混合：将渗透脱水护色后的水果打碎，混入磁性纳米颗粒并进行均质，制成均匀的果浆，在此过程中加入冷冻保护剂；11、(8)玻璃化转变温度调节：采用差示扫描量热法测定步骤(7)调制果浆的玻璃化转变温度tg，将调制的复配糖加入果浆中，提升果浆的tg至-28℃以内；12、(9)制模：将果浆倒入不同形状模具中，其形状有三角形、四方形、圆形、五角形等；13、(10)低温等离子体冷杀菌处理：将制模后的果浆置于低温等离子体冷杀菌装置的两个电极之间，在工作频率50～100hz、电压100～150kv的高压电场条件下进行冷杀菌处理；14、(11)一次速冻成模：将冷杀菌后模具连同果浆一起放入磁场辅助液化二氧化碳速冻机内进行液化二氧化碳喷淋速冻，至温度为-5℃～-10℃，得到速冻成型水果块；15、(12)真空包装：将速冻成型水果块从模具上取下，进行真空包装；16、(13)二次冻结：将包装后的水果块置于浸渍速冻设备中进行二次冻结，完成液体浸渍二次冷冻；所述浸渍冷冻液组成为混和5％氯化钠(v:v)，5％甘油(v:v)的乙醇；17、(14)冻藏：置于-20℃冷冻室贮藏；18、(15)高复原性解冻：将冷冻贮藏的水果块取出进行分段式高复原性解冻；所述高复原性解冻包括控温电磁耦合辅助解冻、变频微波快解和低温等离子体辅助解冻。19、所述步骤(3)中短波红外辐照功率选择300w，波长4～5μm，辐照5次，每次辐照时长30s，间隔3min。20、所述步骤(5)中近冰点预冻时间控制为8～12h，温度为红外表面辐照脱水后的水果冰点。21、所述步骤(6)中低分子混合糖浆渗透脱水护色液组成为质量分数50～60％低分子混合糖浆，1～3％异抗坏血酸钠，0.5～1％氯化钙，0.5～1％食用盐，1～2％柠檬酸钠，0.05～0.1％植酸；所述低分子混合糖浆为70～90％果葡糖浆添加阿洛酮糖、异麦芽酮糖和海藻糖混合而成；将水果样品和低分子混合糖浆渗透脱水护色液按照料液比1:5将水果样品分批投入浸渍。22、所述步骤(7)中混入的磁性纳米颗粒为羧基包覆的fe3o4磁性纳米粒子，所述磁性纳米颗粒添加量为0.05～0.1％；加入的冷冻保护剂为海藻糖和食用甘油，所述海藻糖和食用甘油提前按照质量比10:1的比例混合均匀，然后按照0.3～1％质量分数加入到打浆水果样品。23、所述步骤(8)所述复配糖为果葡糖浆、麦芽糖、蔗糖按照1:0.5:0.5组成的混合糖。24、所述步骤(11)一次速冻所用磁场为静磁场，强度为30～100mt；所述静磁场均匀分布在样品周围，调控磁性纳米粒子亲和水分子在果浆微观内部均匀分布；所述液化二氧化碳喷射后相变迅速带走样品周围热量迅速，水果样品中心温度在1min内降至-5℃以下。25、所述步骤(13)所述浸渍速冻设备采用双压缩机对腔体内冷冻液进行二次制冷，使冷冻液温度降至-80℃以下；速冻腔体下端装置有循环泵及叶轮搅动，使得浸渍冷冻室内液体不断被循环，从而以极快的速度带走样品表面的温度，样品热量交换迅速。26、所述步骤(15)高复原性解冻为三段式解冻，首先在冻藏温度～-5℃区间进行低温电磁耦合辅助解冻；接着在-5℃～-1℃进行变频微波快解；最后在-1℃～4℃进行低温等离子体辅助解冻。27、所述电磁耦合辅助解冻技术为静磁场协同磁感应电场协同辅助解冻；所用静磁场场强为10～50mt，通过磁场纳米粒子控制解冻中冰晶体的生长和重结晶；所用磁感应电场强度为1～5kv/cm，加大冷冻果块内外间的势能差，促进解冻传热；所述低温为4℃；所述微波快解为采用915mhz和2450mhz变频微波交替处理，交替时间为1～3min；所述低温等离子体辅助解冻工作频率50～100hz、电压50～100kv的电场条件下进行等离子体解冻处理。28、有益效果29、本发明提供了一种高糖分水果高质量速冻及高复原性解冻的复合方法，具有以下有益效果：30、1、本发明通过添加羧基包覆的fe3o4磁性纳米粒子(mnp)联合磁场辅助冷冻，能够有效抑制冷冻过程中大的冰晶形成及解冻过程中的重结晶现象，有效提升了冷冻产品的品质。31、2、本发明冷冻方法采用的中短波红外表面加热预处理后再进行低温条件下糖渗可以能促进并有效实现高糖分水果的预脱水，抑制后续冷冻过程中大的冰晶体的形成。糖的富集还能提升样品的玻璃化转变温度tg，有助于后续步骤中对玻璃化温度的调节。此外，糖渗液体还能够对冷冻水果起到护色的作用。32、3、本发明通过复配糖及磁性纳米颗粒对打浆处理的果浆进行玻璃化温度调节，使得冷冻过程及后续冻藏都容易处于玻璃化转变温度以下，冷冻样品品质温度不宜变质。33、4、本发明采用二次冻结方式，一次冻结采用磁场辅助液体二氧化碳喷淋急冻，冷冻速率快，样品内形成冰晶细小且均匀，可以完成样品的速冻成模。二次冻结采用抗冷冻液体浸渍速冻，冷冻速率快，能耗低。结合前面样品预处理，可以实现高糖分水果的高质量速冻。34、5、本发明高复原性解冻联合低温电磁耦合技术、多频微波快解和低温等离子体辅助解冻技术对冷冻的高糖分水果进行解冻，微波电场交替处理使得解冻水果内外受热均匀，多频微波可以避免解冻水果受热过度，磁场联合磁性纳米粒子作用有效控制了解冻过程中冰晶体生长和重结晶。低温等离子体技术控制解冻过程中产品的品质下降。联合解冻技术解冻速度快，解冻品质高，冷冻产品复原性高。35、6、采用本发明的速冻和解冻方法，可以实现高糖水果最大限度地保持原有的色、香、味以及营养成分，水果复原性高，并大大延长了冷冻高糖分水果的贮藏期。