一种低频超声波辅助提高葛仙米脱水及复水的方法技术领域
本发明涉及一种低频超声波辅助提高葛仙米脱水及复水的方法，涉及藻类食品加
工，属于藻类脱水加工技术领域。
背景技术
葛仙米，俗称水木耳、天仙菜，是一种淡水野生藻类植物，其藻体含有丰富的藻类
淀粉、蛋白质，具有人体所必须的8种氨基酸，同时还富含活性多糖、多种维生素、矿物质、藻
胆素和胡萝卜素，维生素B1、B2也高于一般菌藻类，其丰富的维生素E，使葛仙米具有抗老化、
抗氧化以及抗癌的功能。
干燥，作为果蔬加工领域中最常见的加工单元之一，其目的主要是为了通过降低
果蔬的含水率以及水分活度，抑制微生物的生长、繁殖以及酶的活性，从而延长果蔬产品的
流通时间和安全储藏期、增加果蔬的产品附加值、调节市场供应、均衡市场供需关系。按工
作压力来分，果蔬的干燥技术可分为常压干燥和负压干燥两种方式。常压干燥中最常见的
是热风干燥（AD），由于成本低，AD一直以来在果蔬干燥行业占有主导地位；目前，高水分含
量果蔬脱水干燥中80 %以上干燥方式仍采用AD。负压干燥以冷冻干燥为主，简称冻干（FD），
由于高能耗、高成本的缺陷，冻干技术主要用于高附加值或高品质物料的干燥。传统的常压
干燥技术虽然设备投资少、操作简单方便，但存在干燥时间长、能耗高、干后产品品质差等
缺点；冻干技术虽然能最大限度地保持产品原有的品质，但同时也存在种种弊端，如干燥时
间长、能耗大、操作要求高及设备投资大等。
低频超声技术在干燥过程中的应用，可使物料内部结构反复受到挤压和拉伸作
用，不断收缩和膨胀，形成海绵效应使水分的表面附着力减小，有效地减小食品中水分的迁
移阻力，同时促进细胞形成微孔道并引起细胞内液体的流出；微波冷冻干燥技术是将冻结
的物料，在真空条件下进行升华干燥，并通过磁控管向处于冻结态的待干物料提供升华潜
热，从而除去待干物料中的水分；而低频（915 MHz）微波的使用能够更深地穿透物料的内部
又不致使表面加热过度，缩短了干燥时间，同时又能保持食品的天然质地和成分；此外，通
过间歇性地向干燥腔内输送脉冲气流，使得物料在干燥腔内间歇式运动，因而改善了干燥
的均匀性，提高了产品品质，提高了生产效率。
目前，国内外学者对葛仙米的研究主要集中于葛仙米的人工培养、葛仙米的营养
成分、外部环境对葛仙米生长及所含营养成分的影响等；对葛仙米食用方面的研究除了揉
面酿酒、入（食）蔬烹调以外，还有葛仙米饮料、葛仙米酱、葛仙米罐头等一系列产品。然而，
将干燥技术应用在葛仙米脱水加工领域却鲜有报道。
程超、薛峰等（2014）以葛仙米藻胆蛋白为原料，研究了pH值、温度和光照对其色度
和含量的影响，并且建立葛仙米藻蓝蛋白及其色度的降解动力学。程超、朱玉婷等（2012）研
究了喷雾冷冻干燥对葛仙米藻胆蛋白抗氧化特性的影响，并与冷冻干燥技术进行了比较；
结果表明：喷雾冷冻干燥（SFD）对葛仙米藻胆蛋白的抗氧化特性有一定的影响，在基于电子
转移和氢原子转移的抗氧化测定方法中，SFD与冷冻干燥制备的样品差异不明显。莫开菊、
程超等（2009）研究了葛仙米多糖的溶解性，并以黄原胶为对照，初步研究了葛仙米多糖溶
液的流变特性；结果表明：葛仙米多糖溶解性受温度和浓度的影响比较大，酸可以促进其溶
解而碱则抑制其溶解；同时葛仙米多糖具有较高的黏度和良好的耐盐性和耐酸性。汪兴平、
谢笔钧等（2005）对野生与室内培养的葛仙米营养成分进行了比较分析研究；结果表明：二
者在常规成分上差异不大，脂肪酸都以中链脂肪酸为主，氨基酸的组成相同，但是室内培养
的葛仙米的脂肪酸略低，B族维生素含量很高。以上对葛仙米的营养价值和特点研究得比较
系统和全面，而本发明则主要侧重于葛仙米的脱水干燥技术及工艺。
程超、莫开菊等（2003）以葛仙米为原料，主要研究了葛仙米饮料的加工工艺，采用
正交实验设计得出葛仙米饮料的最佳配方；生产50 kg葛仙米饮料的最佳配方为：葛仙米原
液的添加量为20%，白砂糖10%，柠檬酸0.15%，复合稳定剂（果胶0.15%+CMC-Na 0.2%），其他
用软化水补充。然而本发明对葛仙米原料未进行任何处理，能够较好地保持物料的完整性，
同时减少了葛仙米中营养成分在加工过程中的流失。
汪兴平、潘思轶等（2003）以葛仙米为原料，主要研究了葛仙米羹的加工工艺，采用
正交实验设计得出葛仙米羹的最佳配方为：葛仙米的用量为0.1%，甜玉米的用量为1.5%，蔗
糖为8%，复合稳定剂（0.1%黄原胶+0.1%卡拉胶）为2%，其余部分为软化水。然而本发明所采
用的干燥方式为脉冲喷动微波（915 MHz）真空冷冻干燥，较于普通的热风干燥，其可以最大
限度地保持物料原有的品质；此外，本发明对物料进行的预处理仅为低频超声波预处理，较
于上述文献的超声波破壁技术，其能够保持物料的完整性，防止加工过程中葛仙米营养成
分的流失。
肖功年、张慜、杜卫华、徐艳阳、孙金才、陈移平、安建申，一种真空冷冻干燥再热风
干燥联合脱水果蔬制备方法（中国专利申请号：CN 200510040867.0，公告号CN1275532C），
该专利采用前期真空冷冻干燥，后期热风干燥的联合干燥脱水的新方法，真空冷冻干燥在
干燥前期脱去大部分水分，最大程度保留了产品原有形态和质构完整；而后续的热风干燥
对产品的质构形态没有显著影响，却可以缩短干燥时间，降低干燥能耗，节约成本。本发明
在干燥前采用低频超声波预处理技术，能够有效地减小物料中水分的迁移阻力，同时促进
细胞形成微孔道并引起细胞内液体的流出；采用脉冲喷动微波真空冷冻干燥，低频（915
MHz）微波的使用能够更深地穿透物料的内部又不致使表面加热过度，缩短了干燥时间（2~
2.5 h），同时又能保持食品的天然质地和成分；此外，通过间歇性地向干燥腔内输送脉冲气
流，使得物料在干燥腔内间歇式运动，因而改善了干燥的均匀性，提高了产品品质，提高了
生产效率。
杨方银、姜晓文、黄少波，陈亦辉、惠迪，一种热风干燥脱水调理莴苣片的加工方法
（中国专利授权号：ZL 200910101525.3），该发明采用箱式热风干燥机对莴苣片进行分段干
燥处理。在第三阶段中，利用低温强风除去部分毛细结合水和结合水，防止产品吸潮，并适
当降低莴苣品温，避免产品变色焦化。而本发明采用脉冲喷动微波（915 MHz）真空冷冻干
燥，其可以尽快形成并固定果蔬原有形态，有效保留了产品质构完整和复水快的特点；而后
续的热风干燥对产品的质构形态没有显著影响，却可以缩短干燥时间。
张慜、王玉川，一种负压微波均匀化喷动干燥装置及应用（中国专利授权号：ZL
201010572843.0），该专利研究了由于物料在负压下能够实现喷动，采用该装置可实现物料
在真空微波干燥条件下喷冻、旋转、流动，达到物料高效、均匀干燥的目的，同时缩短了干燥
时间40%以上，降低了大规模生产的成本，此专利主要侧重于喷动干燥装置的设计，对其应
用的参数描述较少。而本发明不仅能控制微波的功率、喷动频率、真空度，使用低频微波
（915 MHz）可以达到更佳的干燥效果。
张晓喻、刘刚、张宏、范辉建、黄春萍、姜唯唯，一种微波真空冷冻干燥制备芒果干
的方法（中国专利申请号：CN 201210586527.8），该专利选取新鲜芒果为原料，清洗、去皮、
去核、制片、预冷12~24 h，将冻结后的芒果片置于真空微波冻干机中进行干燥，微波功率
0.5 kW，升华干燥阶段的真空度为30~70 Pa，温度0~30℃的条件下处理7~10 h，干燥结束后
冷却，抽真空冲氮包装，即得冻干芒果片。工艺简单合理，可充分的保留芒果的食品组织结
构，营养成分和风味物质基本不变，冻干产品具有复水性好，质量轻，可常温贮藏。而本发明
采用脉冲喷动微波（915 MHz）真空冷冻干燥-热风干燥联合干燥法，能够有效地缩短干燥时
间；此外，低频（915 MHz）微波的使用能够更深地穿透物料的内部又不致使表面加热过度，
保持食品的天然质地和成分；通过间歇性地向干燥腔内输送脉冲气流，使得物料在干燥腔
内间歇式运动，因而改善了干燥的均匀性，提高了产品品质，提高了生产效率。
张慜、王洪彩、陈卫平，一种适宜大批量调理食用菌脱水的中短波红外与射频联合
干燥的方法（中国专利申请号：CN 201210537827.7），该专利采用前期中短波红外干燥，后
期射频干燥的联合干燥脱水的新方法，射频的穿透性极强，可解决中短波红外干燥后期水
分难脱除的问题，且射频干燥时的物料可放置多层，在最大程度保留产品的营养与形状的
同时，可以显著缩短干燥时间，降低干燥能耗，节约成本。本发明则先采用脉冲喷动微波
（915 MHz）真空冷冻干燥，待物料干燥至湿基含水率20%~25 %后进行热风干燥，总体干燥时
间短，物料干燥效果更佳。
张慜、孙金才、杜卫华、杨方银、罗国向，一种综合改善热风脱水蔬菜脱水和复水性
能的方法（中国专利申请号：CN 200310112747.8），该专利采用热风预干燥后平板挤压和真
空后干燥处理来提高脱水蔬菜的复水性能；其主要是在物料干燥后通过优化复水方式来提
高产品的复水性能。本发明通过低频超声波预处理技术对物料内部结构进行修饰，来改善
和提高干制葛仙米的复水性能。
张慜、王应强、陈卫星，一种快速复水的均匀脱水鱼丸的联合干燥制作方法（中国
专利申请号：CN 201110378109.5），该专利采用对鱼丸进行热风预干燥，紧接着进行负压微
波喷动干燥的均匀脱水的联合干燥制作方法，制得鱼丸形状和色泽保留完好，复水速度较
快，仅3~5 min。本发明使用的低频（915 MHz）微波能够更深地穿透物料的内部又不致使表
面加热过度，同时真空冷冻干燥又能够保持食品的天然质地和成分；此外，低频超声波辅助
葛仙米的干燥和脱水过程，能够显著地缩短时间，技术上具有显著的创新性。
黄旭辉、张龙涛、曾绍校、郑宝东、张怡、苏晓芳、曾诚，一种超声波辅助干贝复水的
方法（中国专利申请号：CN 201410162675.6），在干贝泡发的过程中同时辅以超声波处理来
提高复水速率；该方法改善了干贝的质构，降低了残留的重金属含量，较大程度地保留了干
贝的营养物质。本发明不仅辅以超声波处理来提高效率，而且通过低频超声波预处理来减
小葛仙米脱水干燥过程中水分的迁移阻力，同时促进细胞形成微孔道并引起细胞内液体的
流出。
张钟元、刘宗博、李大婧、刘春泉、江宁，一种超声波预处理提高远红外干燥双孢菇
复水性能的方法（中国专利申请号：CN 201510297408.4），该专利采用超声波预处理联合远
红外干燥双孢菇片，改变双孢菇片内部结构，降低双孢菇结构特性变化，增加双孢菇干制品
的复水性能。而本发明不仅辅以低频超声波预处理来提高干燥效率，而且辅以超声波缩短
物料的复水时间（10 min），改善物料的质构（弹性 0.932 mm/mm）。
发明内容
本发明的目的是提供一种低频超声波辅助提高葛仙米脱水及复水的方法，涉及藻
类脱水加工领域，属于藻类食品加工技术领域，也可应用于各类高水分含量、高胶质的果蔬
脱水加工。
本发明的技术方案：一种低频超声波辅助提高葛仙米脱水的方法，以新鲜葛仙米
为原料，将葛仙米进行选料分级、清洗去杂、低频超声波预处理、沥干、冷冻、脉冲喷动低频
微波（915 MHz）结合真空冷冻干燥、热风干燥、包装贮藏、快速复水；具体步骤如下：
（1）选料分级和清洗去杂：挑选新鲜饱满、颜色均匀，大小一致，无机械损伤的葛仙米为
原料；将选料合适的葛仙米进行清洗去杂；
（2）低频超声波预处理：对步骤（1）所得葛仙米进行低频超声波预处理；超声波的频率
为25~30kHz，功率为200~250W，处理时间5~12min，葛仙米与水料液质量比为1:4；
（3）沥干冷冻：对步骤（2）所得葛仙米进行清洗后沥干，将其置于-30℃的低温冰箱中冷
冻1h；
（4）脉冲喷动低频微波真空冷冻干燥：对步骤（3）所得物料进行脉冲喷动低频微波真空
冷冻干燥；磁控管工作频率为915 MHz，微波功率2~3W/g，喷动时间2s，喷动间隔300~360s，
干燥时间2~2.5h，干燥至湿基含水率20%~25%；
（5）热风干燥：对步骤（4）所得葛仙米进行热风干燥，干燥温度60~65℃，干燥时间0.5~
1.0h，干燥至实际含水率6%以下；
（6）包装贮藏：将步骤（5）所得的脱水物料进行充氮铝箔袋包装。
步骤（2）所述低频超声波预处理，超声波的频率为25kHz，功率为200W，处理时间
8min，料液比1:4。
步骤（4）中的喷动过程中，干燥腔内压力范围为60~1300Pa；当物料喷动时，微波加
热自动停止，当干燥腔内压力恢复到正常值60Pa时，微波加热自动启动。
步骤（4）中微波的功率为2W/g，喷动时间2s，喷动间隔300s。
所得低频超声波辅助脱水后的葛仙米的复水方法，步骤如下：将脱水的葛仙米在
水或牛奶中进行复水处理，水温75~80℃，或牛奶温度85~90℃，超声波的频率为40kHz，功率
为200W，复水时间5-12min。
所述葛仙米的复水方法，在于复水处理，超声波的频率为40kHz，功率为200W，复水
时间10min。
本发明也同样适用于高水分含量、高胶质的果蔬脱水干燥，一些对外形要求高的
果蔬如蓝莓、草莓、荔枝等原料，其在应用时所体现的优越性更加显著。
本发明与现有技术相比较，主要有如下的有益效果：
（1）采用微波冷冻干燥技术，在真空条件下通过磁控管向处于冻结态的待干物料提供
升华潜热，除去待干物料中的水分，缩短了干燥时间；
（2）低频（915 MHz）微波的使用能够更深地穿透物料的内部又不致使表面加热过度，保
持食品的天然质地和成分；
（3）通过间歇性地向干燥腔内输送脉冲气流，使得物料在干燥腔内间歇式运动，因而改
善了干燥的均匀性，提高了产品品质，提高了生产效率；
（4）低频超声波在葛仙米脱水及复水过程中应用，能够有效地减小物料中水分的迁移
阻力，促进细胞形成微孔道并引起细胞内液体的流出，同时能够显著地缩短物料复水时间
（由50 min缩短至10 min），且复原后的物料颗粒饱满（复原率达96.35%），弹性（变形样品在
去除压力后恢复到变形前的高度比值）0.932 mm/mm。
具体实施方式
实施例1：低频超声波辅助脉冲喷动微波（915 MHz）真空冷冻干燥-热风联合干燥
葛仙米的加工及其干制品复水（复水介质：水）
挑选新鲜饱满、颜色均匀，大小基本一致，无机械损伤的葛仙米（1kg，含水率98%湿基）
为原料，清洗去杂，而后将葛仙米进行低频超声波预处理，频率为25kHz，功率为200W，处理
时间8min，葛仙米与水料液质量比1:4；将预处理后的葛仙米进行清洗后沥干，置于-30℃低
温冰箱中冷冻1h；将冷冻后的物料进行脉冲喷动微波（915 MHz）真空冷冻干燥，微波功率设
置为3 W/g，喷动时间2s，喷动间隔300s，干燥时间2h，物料干燥至湿基含水率25%；再采用热
风干燥，干燥温度设置为65℃，干燥时间0.5h，干燥至湿基含水率6%以下；将脱水后的物料
进行充氮铝箔袋包装。联合干燥的时间（3h左右）比普通的热风干燥（6 h左右）缩短了50%。
对脱水物料进行复水处理的过程中，水温75~80℃，超声波的频率为40kHz，功率为200W，复
水时间10min。复水后的物料大小均匀，物料颗粒饱满（复水率达96.35%），弹性0.932mm/mm。
实施例2：低频超声波辅助脉冲喷动微波（915MHz）真空冷冻干燥-热风联合干燥葛
仙米的加工及其干制品复水（复水介质：87.5%的鲜牛奶）
颜色均匀，大小基本一致，无机械损伤的葛仙米（1kg，含水率98%湿基）为原料，清洗去
杂，而后将葛仙米进行低频超声波预处理，频率为25kHz，功率为200W，处理时间8min，料液
比1:4；将预处理后的葛仙米进行清洗后沥干，置于-30℃低温冰箱中冷冻1h；将冷冻后的物
料进行脉冲喷动微波（915MHz）真空冷冻干燥，微波功率设置为3W/g，喷动时间2s，喷动间隔
300s，干燥时间2.5h，物料干燥至湿基含水率20%；再采用热风干燥，干燥温度设置为60℃，
干燥时间1h，干燥至湿基含水率6%以下；将脱水后的物料进行充氮铝箔袋包装。联合干燥的
时间（3h左右）比普通的热风干燥（6h左右）缩短了50%。对脱水物料进行复水处理的过程中，
牛奶温度85~90℃，超声波的频率为40kHz，功率为200W，复水时间10min。复水后的物料大小
均匀，物料颗粒饱满（复水率达92.15%），弹性0.883 mm/mm。