废弃卤虫资源冷冻干燥加工工艺的优化研究.pdf
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1、第 9 卷 第 3 期2023 年 6 月生物化工Biological Chemical EngineeringVol.9 No.3Jun.2023文章编号:2096-0387(2023)03-05废弃卤虫资源冷冻干燥加工工艺的优化研究闫东科1*,李陇梅1,王永苓2,李雪3,李德超1,童文辉1(1.天津职业大学 生物与环境工程学院,天津 300410;2.天津海友佳音生物科技股份有限公司,天津 300350;3.杰科(天津)生物医药有限公司,天津 300467)摘 要:目的:为了充分发挥和利用多种保护剂的应用优势,有效解决卤虫虫体资源浪费产业困境,现提出一套废弃卤虫资源冷冻干燥加工工艺优化方案
2、。方法:采用单因素试验对卤虫的真空冷冻干燥工艺参数进行优化,分析卤虫的预冻时间、预冻温度、最大加热板温度和真空度 4 个因素对冻干卤虫品质的影响,并对优化后工艺的应用效果进行考察。结果:单因素优化后的卤虫真空冷冻干燥工艺参数为预冻时间 4 h、预冻温度-30、最大加热板温度 55、真空度 30 Pa。在该工艺参数下,卤虫冻干制品中的二十二碳六烯酸(DHA)、二十碳五烯酸(EPA)和维生素 C 含量要比卤虫常规冷冻制品中同类物质的含量高出 10%以上,并可显著提高(3%18%)其他种类营养物质的含量。本研究建立的卤虫冻干工艺,其能耗相比常规卤虫冻干能耗降低10%以上,冻干速率提高15%以上。结论
3、:本文提出的冻干工艺在卤虫幼体发育的各时期均可对EPA、DHA和维生素C起到显著的保留效果。关键词:卤虫资源;冷冻干燥;营养成分;保留效果中图分类号:S963.21 文献标识码:AOptimizationofFreeze-DryingProcessingTechnologyforWasteArtemiaResourcesYAN Dongke1*,LI Longmei1,WANG Yongling2,LI Xue3,LI Dechao1,TONG Wenhui1(1.College of Biological and Environmental Engineering,Tianjin Vocat
4、ional Institute,Tianjin 300410,China;2.Tianjin Ocean Pal Carol Biotech Co.,Ltd.,Tianjin 300350,China;3.JECHO Biopharmaceuticals Co.,Ltd.,Tianjin 300467,China)Abstract:Objective:In order to give full play to and make use of the application advantages of various protective agents and effectively solve
5、 the industrial dilemma of waste of Artemia resources,a set of optimization scheme for freeze-drying processing technology of waste Artemia resources is proposed.Methods:The single factor test is used to optimize the vacuum freeze-drying process parameters of Artemia,and the effects of four factors,
6、including the pre-freezing time,pre-freezing temperature,maximum heating plate temperature and vacuum degree,on the quality of freeze-drying Artemia are analyzed,and the application effect of the optimized process is also investigated.Results:The single factor optimized vacuum freeze-drying process
7、parameters for Artemia are pre-freezing time of 4 hours,pre-freezing temperature of-30 ,maximum heating plate temperature of the shelf of 55 ,and vacuum degree of 30 Pa.Under this process parameter,the content of docosahexaenoic acid(DHA),eicosapentaenoic acid(EPA)and vitamin C in artemia freeze-dri
8、ed products is more than 10%higher than those of the same substances in artemia conventional frozen products,and can significantly increase the contents of other nutrients(3%18%).The energy consumption of the Artemia freeze-drying process established in this study is reduced by more than 10%and the
9、freeze-drying rate is increased by more than 15%compared with the conventional freeze-drying process.Conclusions:The freeze-drying process proposed in this paper can significantly retain EPA,DHA and vitamin C at all stages of the larval development of Artemia.Keywords:Artemia resources;freeze drying
10、;nutritional composition;retention effect基金项目:天津市 2022 年企业科技特派员项目(22YDTPJC00280)。通信作者:闫东科(1989),男,河南周口人,硕士,讲师,研究方向为食品生物技术。E-mail:Z。卤虫营养价值丰富,中后期卤虫幼体及其成虫的营养价值要高于滞育卵孵化出的用于饲养水产苗种的期无节幼体。根据相关人员前期在天津渤海湾、新疆艾比湖与巴里坤湖、山东东营及威海等卤虫产地第 3 期55闫东科等:废弃卤虫资源冷冻干燥加工工艺的优化研究的考察调研,发现因为养殖水体中的各期卤虫幼体及其成体体长较大不适宜作为水产苗种的开口饵料,且其质量不
11、稳定,运输贮存和加工费用较高,所以各地的养殖单位只捕捞卤虫滞育卵进行生产销售1。而在将虫卵打捞出水体后,大量的卤虫虫体废弃在水中,在入冬前后只能任其死亡腐烂。例如,某卤虫增养殖个体户每年就有 1 200 t 鲜活卤虫被废弃在水中无法利用,折合成干重可达 60 t2。上述现象不仅造成了卤虫虫体资源浪费,增养殖水体也遭到了极大污染。因此,开发利用废弃卤虫虫体资源已迫在眉睫,可通过创新技术手段解决卤虫虫体资源浪费的产业困境。真空冷冻干燥是在真空状态下使用冷冻装置将物料冷冻到共晶点以下,利用升华原理除去物料中的水分3。该方法较好地保存了物料活性成分,同时样品具有脱水率高、存储期长、质量轻、复水快等优点
12、,目前已广泛应用于食品、医疗和军工领域。真空冷冻干燥加工工艺过程主要包括样品前处理样品预冻样品速冻样品真空干燥。为了保障真空冷冻干燥加工工艺实施效果,本文提出将真空冷冻干燥技术应用到鲜活卤虫冷冻中,通过优化真空搅拌蒸发、返料混合、真空搅拌烘干 3 个环节的相关工艺参数,提高冻干卤虫营养成分的保留效果。1 材料与方法1.1 材料与仪器1.1.1 材料试验所用到的卤虫卵属于典型的塘沽卤虫卵,由天津海友佳音生物科技股份有限公司提供。1.1.2 仪器与设备SZG-500 型干燥机,常州市倍成干燥设备工程有限公司;DWL-90 型螺杆式空气压缩机,德耐尔节能科技股份有限公司;Pilot-ES 型冻干机,
13、北京浮美通仪器有限公司;WZ300 型强制循环蒸发器,江阴市卓云科技有限公司。1.2 试验方法1.2.1 卤虫卵的孵化卤虫卵的孵化在盛有人工海水的容器中进行,卵孵化密度为 3 5 g/L,孵化温度为 25 30,孵化水盐质量分数为 1%3%,孵化水 pH 为 8 9,孵化时的光照强度以 1 000 lx 烛光为宜,采用连续光照最佳,孵化水中的溶解氧可低至 1 mg/L,连续充氧使溶解氧接近饱和状态4。卤虫卵的孵化进程首先是 6 h 的吸水期,12 h 后进入破壳冒出期,14 h 后进入伞期,20 24 h 后大量 I 龄无节幼体出现,而后经历龄无节幼体、拟成虫期幼体和成虫等阶段。卤虫从孵化到性
14、成熟最短需 8 d,一般需 14 21 d5。1.2.2 卤虫的真空冷冻干燥卤虫的真空冷冻干燥过程主要有以下3个步骤:(1)真空搅拌蒸发,将装有卤虫的蒸发器放入冰箱中进行冷冻处理,设置预冻温度与预冻时间,然后将其放置到 40 恒温箱中进行干燥处理,使卤虫含水量降至 75%6;(2)返料混合,在一定的加热板温度下,将真空搅拌蒸发所得的含水量为 75%的卤虫与已完全烘干的卤虫粉以(1.0 0.8)(1.0 1.2)的质量比混合,经搅拌均匀并分散成疏松状态且平均含水量为37%的卤虫7-8;(3)真空搅拌烘干,将返料混合所得物料在一定的真空度下进行烘干,直至卤虫完全烘干。1.2.3 单因素冷冻干燥试验
15、设计采取单因素试验,对卤虫的真空冷冻干燥工艺参数进行优化,分析卤虫的预冻时间(1 h、2 h、3 h、4 h、5 h)、预冻温度(-20、-25、-30、-35、-40)、最大加热板温度(25、35、45、55、65)和真空度(10 Pa、20 Pa、30 Pa、40 Pa、50 Pa)4 个因素对冻干卤虫品质的影响,以卤虫二十二碳六烯酸(DHA)、二十碳五烯酸(EPA)和维生素 C 的含量变化情况为技术评价指标,确定影响冻干效果因素的最佳水平9。1.2.4 指标测定及评价1.2.4.1 指标测定DHA、EPA 含量的测定参照 食品安全国家标准 保健食品中-亚麻酸、二十碳五烯酸、二十二碳五烯酸
16、和二十二碳六烯酸的测定(GB 284042012)10;维生素 C 含量的测定参照 食品安全国家标准 婴幼儿食品和乳品中维生素 C 的测定(GB 5413.182010)11;表 1 中其他指标的测定参照食品安全国家标准 食品中脂肪酸的测定(GB 5009.1682016)12。1.2.4.2 评价方法采用综合评价方法进行真空冻干工艺优化评价,综合评价因子(W)、维生素 C 的相对含量(XVc)、56生物化工2023 年DHA 相对含量(YDHA)、EPA 相对含量(ZEPA)按式(1)(4)计算。W=XVc0.2+YDHA0.4+ZEPA0.4(1)XVc=冻干前卤虫维 C 含量/冻干后卤虫
17、维 C 含量(2)YDHA=冻干前卤虫DHA含量/冻干后卤虫DHA含量(3)ZEPA=冻干前卤虫EPA含量/冻干后卤虫EPA含量(4)2 结果与分析2.1 冷冻干燥工艺单因素试验结果2.1.1 预冻时间对卤虫冻干制品综合评价因子的影响在预冻温度为-30,搁板最大加热板温度为45,真空度为 30 Pa 条件下,考察预冻时间对卤虫冻干制品综合评价因子的影响,结果见图 1。预冻时间在 4 h 以内时,综合评价因子呈递增趋势,预冻 4 h时值最大,为 2.96;但当预冻时间增加至 5 h 时,综合评价因子降低。由此得到最佳预冻时间为 4 h。123450.00.51.01.52.02.53.03.54
18、.0综合评价因子预冻时间/h图 1 不同预冻时间对卤虫冻干制品综合评价因子的影响2.1.2 预冻温度对卤虫冻干制品综合评价因子的影响在预冻时间为4 h,搁板最大加热板温度为45,真空度为 30 Pa 条件下,考察预冻温度对卤虫冻干制品综合评价因子的影响,结果见图 2。由图 2 可知,随着预冻温度的降低,卤虫冻干制品的综合评价因子先增大后减小,预冻温度为-30 时最大,为 2.97。由此得到最佳预冻温度为-30。卤虫冻干制品的共晶点为-24.2,当预冻温度高于或近似等于共晶点温度时,如-20 或-25,卤虫冻干制品中的水分不能完全冻结并以冰的形式升华,制品干燥过程会出现冒泡、崩解等现象,导致 E
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