本發(fā)明涉及一種低頻超聲波輔助提高葛仙米脫水及復(fù)水的方法，涉及藻類食品加工，屬于藻類脫水加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
葛仙米，俗稱水木耳、天仙菜，是一種淡水野生藻類植物，其藻體含有豐富的藻類淀粉、蛋白質(zhì)，具有人體所必須的8種氨基酸，同時還富含活性多糖、多種維生素、礦物質(zhì)、藻膽素和胡蘿卜素，維生素B1、B2也高于一般菌藻類，其豐富的維生素E，使葛仙米具有抗老化、抗氧化以及抗癌的功能。
干燥，作為果蔬加工領(lǐng)域中最常見的加工單元之一，其目的主要是為了通過降低果蔬的含水率以及水分活度，抑制微生物的生長、繁殖以及酶的活性，從而延長果蔬產(chǎn)品的流通時間和安全儲藏期、增加果蔬的產(chǎn)品附加值、調(diào)節(jié)市場供應(yīng)、均衡市場供需關(guān)系。按工作壓力來分，果蔬的干燥技術(shù)可分為常壓干燥和負(fù)壓干燥兩種方式。常壓干燥中最常見的是熱風(fēng)干燥（AD），由于成本低，AD一直以來在果蔬干燥行業(yè)占有主導(dǎo)地位；目前，高水分含量果蔬脫水干燥中80 %以上干燥方式仍采用AD。負(fù)壓干燥以冷凍干燥為主，簡稱凍干（FD），由于高能耗、高成本的缺陷，凍干技術(shù)主要用于高附加值或高品質(zhì)物料的干燥。傳統(tǒng)的常壓干燥技術(shù)雖然設(shè)備投資少、操作簡單方便，但存在干燥時間長、能耗高、干后產(chǎn)品品質(zhì)差等缺點；凍干技術(shù)雖然能最大限度地保持產(chǎn)品原有的品質(zhì)，但同時也存在種種弊端，如干燥時間長、能耗大、操作要求高及設(shè)備投資大等。
低頻超聲技術(shù)在干燥過程中的應(yīng)用，可使物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)反復(fù)受到擠壓和拉伸作用，不斷收縮和膨脹，形成海綿效應(yīng)使水分的表面附著力減小，有效地減小食品中水分的遷移阻力，同時促進(jìn)細(xì)胞形成微孔道并引起細(xì)胞內(nèi)液體的流出；微波冷凍干燥技術(shù)是將凍結(jié)的物料，在真空條件下進(jìn)行升華干燥，并通過磁控管向處于凍結(jié)態(tài)的待干物料提供升華潛熱，從而除去待干物料中的水分；而低頻（915 MHz）微波的使用能夠更深地穿透物料的內(nèi)部又不致使表面加熱過度，縮短了干燥時間，同時又能保持食品的天然質(zhì)地和成分；此外，通過間歇性地向干燥腔內(nèi)輸送脈沖氣流，使得物料在干燥腔內(nèi)間歇式運(yùn)動，因而改善了干燥的均勻性，提高了產(chǎn)品品質(zhì)，提高了生產(chǎn)效率。
目前，國內(nèi)外學(xué)者對葛仙米的研究主要集中于葛仙米的人工培養(yǎng)、葛仙米的營養(yǎng)成分、外部環(huán)境對葛仙米生長及所含營養(yǎng)成分的影響等；對葛仙米食用方面的研究除了揉面釀酒、入（食）蔬烹調(diào)以外，還有葛仙米飲料、葛仙米醬、葛仙米罐頭等一系列產(chǎn)品。然而，將干燥技術(shù)應(yīng)用在葛仙米脫水加工領(lǐng)域卻鮮有報道。
程超、薛峰等（2014）以葛仙米藻膽蛋白為原料，研究了pH值、溫度和光照對其色度和含量的影響，并且建立葛仙米藻藍(lán)蛋白及其色度的降解動力學(xué)。程超、朱玉婷等（2012）研究了噴霧冷凍干燥對葛仙米藻膽蛋白抗氧化特性的影響，并與冷凍干燥技術(shù)進(jìn)行了比較；結(jié)果表明：噴霧冷凍干燥（SFD）對葛仙米藻膽蛋白的抗氧化特性有一定的影響，在基于電子轉(zhuǎn)移和氫原子轉(zhuǎn)移的抗氧化測定方法中，SFD與冷凍干燥制備的樣品差異不明顯。莫開菊、程超等（2009）研究了葛仙米多糖的溶解性，并以黃原膠為對照，初步研究了葛仙米多糖溶液的流變特性；結(jié)果表明：葛仙米多糖溶解性受溫度和濃度的影響比較大，酸可以促進(jìn)其溶解而堿則抑制其溶解；同時葛仙米多糖具有較高的黏度和良好的耐鹽性和耐酸性。汪興平、謝筆鈞等（2005）對野生與室內(nèi)培養(yǎng)的葛仙米營養(yǎng)成分進(jìn)行了比較分析研究；結(jié)果表明：二者在常規(guī)成分上差異不大，脂肪酸都以中鏈脂肪酸為主，氨基酸的組成相同，但是室內(nèi)培養(yǎng)的葛仙米的脂肪酸略低，B族維生素含量很高。以上對葛仙米的營養(yǎng)價值和特點研究得比較系統(tǒng)和全面，而本發(fā)明則主要側(cè)重于葛仙米的脫水干燥技術(shù)及工藝。
程超、莫開菊等（2003）以葛仙米為原料，主要研究了葛仙米飲料的加工工藝，采用正交實驗設(shè)計得出葛仙米飲料的最佳配方；生產(chǎn)50 kg葛仙米飲料的最佳配方為：葛仙米原液的添加量為20%，白砂糖10%，檸檬酸0.15%，復(fù)合穩(wěn)定劑（果膠0.15%+CMC-Na 0.2%），其他用軟化水補(bǔ)充。然而本發(fā)明對葛仙米原料未進(jìn)行任何處理，能夠較好地保持物料的完整性，同時減少了葛仙米中營養(yǎng)成分在加工過程中的流失。
汪興平、潘思軼等（2003）以葛仙米為原料，主要研究了葛仙米羹的加工工藝，采用正交實驗設(shè)計得出葛仙米羹的最佳配方為：葛仙米的用量為0.1%，甜玉米的用量為1.5%，蔗糖為8%，復(fù)合穩(wěn)定劑（0.1%黃原膠+0.1%卡拉膠）為2%，其余部分為軟化水。然而本發(fā)明所采用的干燥方式為脈沖噴動微波（915 MHz）真空冷凍干燥，較于普通的熱風(fēng)干燥，其可以最大限度地保持物料原有的品質(zhì)；此外，本發(fā)明對物料進(jìn)行的預(yù)處理僅為低頻超聲波預(yù)處理，較于上述文獻(xiàn)的超聲波破壁技術(shù)，其能夠保持物料的完整性，防止加工過程中葛仙米營養(yǎng)成分的流失。
肖功年、張慜、杜衛(wèi)華、徐艷陽、孫金才、陳移平、安建申，一種真空冷凍干燥再熱風(fēng)干燥聯(lián)合脫水果蔬制備方法（中國專利申請?zhí)枺篊N 200510040867.0，公告號CN1275532C），該專利采用前期真空冷凍干燥，后期熱風(fēng)干燥的聯(lián)合干燥脫水的新方法，真空冷凍干燥在干燥前期脫去大部分水分，最大程度保留了產(chǎn)品原有形態(tài)和質(zhì)構(gòu)完整；而后續(xù)的熱風(fēng)干燥對產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)形態(tài)沒有顯著影響，卻可以縮短干燥時間，降低干燥能耗，節(jié)約成本。本發(fā)明在干燥前采用低頻超聲波預(yù)處理技術(shù)，能夠有效地減小物料中水分的遷移阻力，同時促進(jìn)細(xì)胞形成微孔道并引起細(xì)胞內(nèi)液體的流出；采用脈沖噴動微波真空冷凍干燥，低頻（915 MHz）微波的使用能夠更深地穿透物料的內(nèi)部又不致使表面加熱過度，縮短了干燥時間（2~2.5 h），同時又能保持食品的天然質(zhì)地和成分；此外，通過間歇性地向干燥腔內(nèi)輸送脈沖氣流，使得物料在干燥腔內(nèi)間歇式運(yùn)動，因而改善了干燥的均勻性，提高了產(chǎn)品品質(zhì)，提高了生產(chǎn)效率。
楊方銀、姜曉文、黃少波，陳亦輝、惠迪，一種熱風(fēng)干燥脫水調(diào)理萵苣片的加工方法（中國專利授權(quán)號：ZL 200910101525.3），該發(fā)明采用箱式熱風(fēng)干燥機(jī)對萵苣片進(jìn)行分段干燥處理。在第三階段中，利用低溫強(qiáng)風(fēng)除去部分毛細(xì)結(jié)合水和結(jié)合水，防止產(chǎn)品吸潮，并適當(dāng)降低萵苣品溫，避免產(chǎn)品變色焦化。而本發(fā)明采用脈沖噴動微波（915 MHz）真空冷凍干燥，其可以盡快形成并固定果蔬原有形態(tài)，有效保留了產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)完整和復(fù)水快的特點；而后續(xù)的熱風(fēng)干燥對產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)形態(tài)沒有顯著影響，卻可以縮短干燥時間。
張慜、王玉川，一種負(fù)壓微波均勻化噴動干燥裝置及應(yīng)用（中國專利授權(quán)號：ZL 201010572843.0），該專利研究了由于物料在負(fù)壓下能夠?qū)崿F(xiàn)噴動，采用該裝置可實現(xiàn)物料在真空微波干燥條件下噴凍、旋轉(zhuǎn)、流動，達(dá)到物料高效、均勻干燥的目的，同時縮短了干燥時間40%以上，降低了大規(guī)模生產(chǎn)的成本，此專利主要側(cè)重于噴動干燥裝置的設(shè)計，對其應(yīng)用的參數(shù)描述較少。而本發(fā)明不僅能控制微波的功率、噴動頻率、真空度，使用低頻微波（915 MHz）可以達(dá)到更佳的干燥效果。
張曉喻、劉剛、張宏、范輝建、黃春萍、姜唯唯，一種微波真空冷凍干燥制備芒果干的方法（中國專利申請?zhí)枺篊N 201210586527.8），該專利選取新鮮芒果為原料，清洗、去皮、去核、制片、預(yù)冷12~24 h，將凍結(jié)后的芒果片置于真空微波凍干機(jī)中進(jìn)行干燥，微波功率0.5 kW，升華干燥階段的真空度為30~70 Pa，溫度0~30℃的條件下處理7~10 h，干燥結(jié)束后冷卻，抽真空沖氮包裝，即得凍干芒果片。工藝簡單合理，可充分的保留芒果的食品組織結(jié)構(gòu)，營養(yǎng)成分和風(fēng)味物質(zhì)基本不變，凍干產(chǎn)品具有復(fù)水性好，質(zhì)量輕，可常溫貯藏。而本發(fā)明采用脈沖噴動微波（915 MHz）真空冷凍干燥-熱風(fēng)干燥聯(lián)合干燥法，能夠有效地縮短干燥時間；此外，低頻（915 MHz）微波的使用能夠更深地穿透物料的內(nèi)部又不致使表面加熱過度，保持食品的天然質(zhì)地和成分；通過間歇性地向干燥腔內(nèi)輸送脈沖氣流，使得物料在干燥腔內(nèi)間歇式運(yùn)動，因而改善了干燥的均勻性，提高了產(chǎn)品品質(zhì)，提高了生產(chǎn)效率。
張慜、王洪彩、陳衛(wèi)平，一種適宜大批量調(diào)理食用菌脫水的中短波紅外與射頻聯(lián)合干燥的方法（中國專利申請?zhí)枺篊N 201210537827.7），該專利采用前期中短波紅外干燥，后期射頻干燥的聯(lián)合干燥脫水的新方法，射頻的穿透性極強(qiáng)，可解決中短波紅外干燥后期水分難脫除的問題，且射頻干燥時的物料可放置多層，在最大程度保留產(chǎn)品的營養(yǎng)與形狀的同時，可以顯著縮短干燥時間，降低干燥能耗，節(jié)約成本。本發(fā)明則先采用脈沖噴動微波（915 MHz）真空冷凍干燥，待物料干燥至濕基含水率20%~25 %后進(jìn)行熱風(fēng)干燥，總體干燥時間短，物料干燥效果更佳。
張慜、孫金才、杜衛(wèi)華、楊方銀、羅國向，一種綜合改善熱風(fēng)脫水蔬菜脫水和復(fù)水性能的方法（中國專利申請?zhí)枺篊N 200310112747.8），該專利采用熱風(fēng)預(yù)干燥后平板擠壓和真空后干燥處理來提高脫水蔬菜的復(fù)水性能；其主要是在物料干燥后通過優(yōu)化復(fù)水方式來提高產(chǎn)品的復(fù)水性能。本發(fā)明通過低頻超聲波預(yù)處理技術(shù)對物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，來改善和提高干制葛仙米的復(fù)水性能。
張慜、王應(yīng)強(qiáng)、陳衛(wèi)星，一種快速復(fù)水的均勻脫水魚丸的聯(lián)合干燥制作方法（中國專利申請?zhí)枺篊N 201110378109.5），該專利采用對魚丸進(jìn)行熱風(fēng)預(yù)干燥，緊接著進(jìn)行負(fù)壓微波噴動干燥的均勻脫水的聯(lián)合干燥制作方法，制得魚丸形狀和色澤保留完好，復(fù)水速度較快，僅3~5 min。本發(fā)明使用的低頻（915 MHz）微波能夠更深地穿透物料的內(nèi)部又不致使表面加熱過度，同時真空冷凍干燥又能夠保持食品的天然質(zhì)地和成分；此外，低頻超聲波輔助葛仙米的干燥和脫水過程，能夠顯著地縮短時間，技術(shù)上具有顯著的創(chuàng)新性。
黃旭輝、張龍濤、曾紹校、鄭寶東、張怡、蘇曉芳、曾誠，一種超聲波輔助干貝復(fù)水的方法（中國專利申請?zhí)枺篊N 201410162675.6），在干貝泡發(fā)的過程中同時輔以超聲波處理來提高復(fù)水速率；該方法改善了干貝的質(zhì)構(gòu)，降低了殘留的重金屬含量，較大程度地保留了干貝的營養(yǎng)物質(zhì)。本發(fā)明不僅輔以超聲波處理來提高效率，而且通過低頻超聲波預(yù)處理來減小葛仙米脫水干燥過程中水分的遷移阻力，同時促進(jìn)細(xì)胞形成微孔道并引起細(xì)胞內(nèi)液體的流出。
張鐘元、劉宗博、李大婧、劉春泉、江寧，一種超聲波預(yù)處理提高遠(yuǎn)紅外干燥雙孢菇復(fù)水性能的方法（中國專利申請?zhí)枺篊N 201510297408.4），該專利采用超聲波預(yù)處理聯(lián)合遠(yuǎn)紅外干燥雙孢菇片，改變雙孢菇片內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低雙孢菇結(jié)構(gòu)特性變化，增加雙孢菇干制品的復(fù)水性能。而本發(fā)明不僅輔以低頻超聲波預(yù)處理來提高干燥效率，而且輔以超聲波縮短物料的復(fù)水時間（10 min），改善物料的質(zhì)構(gòu)（彈性 0.932 mm/mm）。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種低頻超聲波輔助提高葛仙米脫水及復(fù)水的方法，涉及藻類脫水加工領(lǐng)域，屬于藻類食品加工技術(shù)領(lǐng)域，也可應(yīng)用于各類高水分含量、高膠質(zhì)的果蔬脫水加工。
本發(fā)明的技術(shù)方案：一種低頻超聲波輔助提高葛仙米脫水的方法，以新鮮葛仙米為原料，將葛仙米進(jìn)行選料分級、清洗去雜、低頻超聲波預(yù)處理、瀝干、冷凍、脈沖噴動低頻微波（915 MHz）結(jié)合真空冷凍干燥、熱風(fēng)干燥、包裝貯藏、快速復(fù)水；具體步驟如下：
（1）選料分級和清洗去雜：挑選新鮮飽滿、顏色均勻，大小一致，無機(jī)械損傷的葛仙米為原料；將選料合適的葛仙米進(jìn)行清洗去雜；
（2）低頻超聲波預(yù)處理：對步驟（1）所得葛仙米進(jìn)行低頻超聲波預(yù)處理；超聲波的頻率為25~30kHz，功率為200~250W，處理時間5~12min，葛仙米與水料液質(zhì)量比為1:4；
（3）瀝干冷凍：對步驟（2）所得葛仙米進(jìn)行清洗后瀝干，將其置于-30℃的低溫冰箱中冷凍1h；
（4）脈沖噴動低頻微波真空冷凍干燥：對步驟（3）所得物料進(jìn)行脈沖噴動低頻微波真空冷凍干燥；磁控管工作頻率為915 MHz，微波功率2~3W/g，噴動時間2s，噴動間隔300~360s，干燥時間2~2.5h，干燥至濕基含水率20%~25%；
（5）熱風(fēng)干燥：對步驟（4）所得葛仙米進(jìn)行熱風(fēng)干燥，干燥溫度60~65℃，干燥時間0.5~1.0h，干燥至實際含水率6%以下；
（6）包裝貯藏：將步驟（5）所得的脫水物料進(jìn)行充氮鋁箔袋包裝。
步驟（2）所述低頻超聲波預(yù)處理，超聲波的頻率為25kHz，功率為200W，處理時間8min，料液比1:4。
步驟（4）中的噴動過程中，干燥腔內(nèi)壓力范圍為60~1300Pa；當(dāng)物料噴動時，微波加熱自動停止，當(dāng)干燥腔內(nèi)壓力恢復(fù)到正常值60Pa時，微波加熱自動啟動。
步驟（4）中微波的功率為2W/g，噴動時間2s，噴動間隔300s。
所得低頻超聲波輔助脫水后的葛仙米的復(fù)水方法，步驟如下：將脫水的葛仙米在水或牛奶中進(jìn)行復(fù)水處理，水溫75~80℃，或牛奶溫度85~90℃，超聲波的頻率為40kHz，功率為200W，復(fù)水時間5-12min。
所述葛仙米的復(fù)水方法，在于復(fù)水處理，超聲波的頻率為40kHz，功率為200W，復(fù)水時間10min。
本發(fā)明也同樣適用于高水分含量、高膠質(zhì)的果蔬脫水干燥，一些對外形要求高的果蔬如藍(lán)莓、草莓、荔枝等原料，其在應(yīng)用時所體現(xiàn)的優(yōu)越性更加顯著。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，主要有如下的有益效果：
（1）采用微波冷凍干燥技術(shù)，在真空條件下通過磁控管向處于凍結(jié)態(tài)的待干物料提供升華潛熱，除去待干物料中的水分，縮短了干燥時間；
（2）低頻（915 MHz）微波的使用能夠更深地穿透物料的內(nèi)部又不致使表面加熱過度，保持食品的天然質(zhì)地和成分；
（3）通過間歇性地向干燥腔內(nèi)輸送脈沖氣流，使得物料在干燥腔內(nèi)間歇式運(yùn)動，因而改善了干燥的均勻性，提高了產(chǎn)品品質(zhì)，提高了生產(chǎn)效率；
（4）低頻超聲波在葛仙米脫水及復(fù)水過程中應(yīng)用，能夠有效地減小物料中水分的遷移阻力，促進(jìn)細(xì)胞形成微孔道并引起細(xì)胞內(nèi)液體的流出，同時能夠顯著地縮短物料復(fù)水時間（由50 min縮短至10 min），且復(fù)原后的物料顆粒飽滿（復(fù)原率達(dá)96.35%），彈性（變形樣品在去除壓力后恢復(fù)到變形前的高度比值）0.932 mm/mm。
具體實施方式
實施例1：低頻超聲波輔助脈沖噴動微波（915 MHz）真空冷凍干燥-熱風(fēng)聯(lián)合干燥葛仙米的加工及其干制品復(fù)水（復(fù)水介質(zhì)：水）
挑選新鮮飽滿、顏色均勻，大小基本一致，無機(jī)械損傷的葛仙米（1kg，含水率98%濕基）為原料，清洗去雜，而后將葛仙米進(jìn)行低頻超聲波預(yù)處理，頻率為25kHz，功率為200W，處理時間8min，葛仙米與水料液質(zhì)量比1:4；將預(yù)處理后的葛仙米進(jìn)行清洗后瀝干，置于-30℃低溫冰箱中冷凍1h；將冷凍后的物料進(jìn)行脈沖噴動微波（915 MHz）真空冷凍干燥，微波功率設(shè)置為3 W/g，噴動時間2s，噴動間隔300s，干燥時間2h，物料干燥至濕基含水率25%；再采用熱風(fēng)干燥，干燥溫度設(shè)置為65℃，干燥時間0.5h，干燥至濕基含水率6%以下；將脫水后的物料進(jìn)行充氮鋁箔袋包裝。聯(lián)合干燥的時間（3h左右）比普通的熱風(fēng)干燥（6 h左右）縮短了50%。對脫水物料進(jìn)行復(fù)水處理的過程中，水溫75~80℃，超聲波的頻率為40kHz，功率為200W，復(fù)水時間10min。復(fù)水后的物料大小均勻，物料顆粒飽滿（復(fù)水率達(dá)96.35%），彈性0.932mm/mm。
實施例2：低頻超聲波輔助脈沖噴動微波（915MHz）真空冷凍干燥-熱風(fēng)聯(lián)合干燥葛仙米的加工及其干制品復(fù)水（復(fù)水介質(zhì)：87.5%的鮮牛奶）
顏色均勻，大小基本一致，無機(jī)械損傷的葛仙米（1kg，含水率98%濕基）為原料，清洗去雜，而后將葛仙米進(jìn)行低頻超聲波預(yù)處理，頻率為25kHz，功率為200W，處理時間8min，料液比1:4；將預(yù)處理后的葛仙米進(jìn)行清洗后瀝干，置于-30℃低溫冰箱中冷凍1h；將冷凍后的物料進(jìn)行脈沖噴動微波（915MHz）真空冷凍干燥，微波功率設(shè)置為3W/g，噴動時間2s，噴動間隔300s，干燥時間2.5h，物料干燥至濕基含水率20%；再采用熱風(fēng)干燥，干燥溫度設(shè)置為60℃，干燥時間1h，干燥至濕基含水率6%以下；將脫水后的物料進(jìn)行充氮鋁箔袋包裝。聯(lián)合干燥的時間（3h左右）比普通的熱風(fēng)干燥（6h左右）縮短了50%。對脫水物料進(jìn)行復(fù)水處理的過程中，牛奶溫度85~90℃，超聲波的頻率為40kHz，功率為200W，復(fù)水時間10min。復(fù)水后的物料大小均勻，物料顆粒飽滿（復(fù)水率達(dá)92.15%），彈性0.883 mm/mm。