本發明涉及一種低頻超聲波輔助提高葛仙米脫水及復水的方法，涉及藻類食品加工，屬于藻類脫水加工技術領域。
背景技術：
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，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、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，從而延長果蔬產品的流通時間和安全儲藏期、增加果蔬的產品附加值、調節市場供應、均衡市場供需關系。按工作壓力來分，果蔬的干燥技術可分為常壓干燥和負壓干燥兩種方式。常壓干燥中最常見的是熱風干燥（AD），由于成本低，AD一直以來在果蔬干燥行業占有主導地位；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，凍干技術主要用于高附加值或高品質物料的干燥。傳統的常壓干燥技術雖然設備投資少、操作簡單方便，但存在干燥時間長、能耗高、干后產品品質差等缺點；凍干技術雖然能最大限度地保持產品原有的品質，但同時也存在種種弊端，如干燥時間長、能耗大、操作要求高及設備投資大等。
低頻超聲技術在干燥過程中的應用，可使物料內部結構反復受到擠壓和拉伸作用，不斷收縮和膨脹，形成海綿效應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，同時促進細胞形成微孔道并引起細胞內液體的流出；微波冷凍干燥技術是將凍結的物料，在真空條件下進行升華干燥，并通過磁控管向處于凍結態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地和成分；此外，通過間歇性地向干燥腔內輸送脈沖氣流，使得物料在干燥腔內間歇式運動，因而改善了干燥的均勻性，提高了產品品質，提高了生產效率。
目前，國內外學者對葛仙米的研究主要集中于葛仙米的人工培養、葛仙米的營養成分、外部環境對葛仙米生長及所含營養成分的影響等；對葛仙米食用方面的研究除了揉面釀酒、入（食）蔬烹調以外，還有葛仙米飲料、葛仙米醬、葛仙米罐頭等一系列產品。然而，將干燥技術應用在葛仙米脫水加工領域卻鮮有報道。
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蛋白及其色度的降解動力學。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，并與冷凍干燥技術進行了比較；結果表明：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，在基于電子轉移和氫原子轉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）對野生與室內培養的葛仙米營養成分進行了比較分析研究；結果表明：二者在常規成分上差異不大，脂肪酸都以中鏈脂肪酸為主，氨基酸的組成相同，但是室內培養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價值和特點研究得比較系統和全面，而本發明則主要側重于葛仙米的脫水干燥技術及工藝。
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，采用正交實驗設計得出葛仙米飲料的最佳配方；生產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%，復合穩定劑（果膠0.15%+CMC-Na 0.2%），其他用軟化水補充。然而本發明對葛仙米原料未進行任何處理，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%，復合穩定劑（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，較于普通的熱風干燥，其可以最大限度地保持物料原有的品質；此外，本發明對物料進行的預處理僅為低頻超聲波預處理，較于上述文獻的超聲波破壁技術，其能夠保持物料的完整性，防止加工過程中葛仙米營養成分的流失。
肖功年、張慜、杜衛華、徐艷陽、孫金才、陳移平、安建申，一種真空冷凍干燥再熱風干燥聯合脫水果蔬制備方法（中國專利申請號：CN 200510040867.0，公告號CN1275532C），該專利采用前期真空冷凍干燥，后期熱風干燥的聯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，最大程度保留了產品原有形態和質構完整；而后續的熱風干燥對產品的質構形態沒有顯著影響，卻可以縮短干燥時間，降低干燥能耗，節約成本。本發明在干燥前采用低頻超聲波預處理技術，能夠有效地減小物料中水分的遷移阻力，同時促進細胞形成微孔道并引起細胞內液體的流出；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地和成分；此外，通過間歇性地向干燥腔內輸送脈沖氣流，使得物料在干燥腔內間歇式運動，因而改善了干燥的均勻性，提高了產品品質，提高了生產效率。
楊方銀、姜曉文、黃少波，陳亦輝、惠迪，一種熱風干燥脫水調理萵苣片的加工方法（中國專利授權號：ZL 200910101525.3），該發明采用箱式熱風干燥機對萵苣片進行分段干燥處理。在第三階段中，利用低溫強風除去部分毛細結合水和結合水，防止產品吸潮，并適當降低萵苣品溫，避免產品變色焦化。而本發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，有效保留了產品質構完整和復水快的特點；而后續的熱風干燥對產品的質構形態沒有顯著影響，卻可以縮短干燥時間。
張慜、王玉川，一種負壓微波均勻化噴動干燥裝置及應用（中國專利授權號：ZL 201010572843.0），該專利研究了由于物料在負壓下能夠實現噴動，采用該裝置可實現物料在真空微波干燥條件下噴凍、旋轉、流動，達到物料高效、均勻干燥的目的，同時縮短了干燥時間40%以上，降低了大規模生產的成本，此專利主要側重于噴動干燥裝置的設計，對其應用的參數描述較少。而本發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（中國專利申請號：CN 201210586527.8），該專利選取新鮮芒果為原料，清洗、去皮、去核、制片、預冷12~24 h，將凍結后的芒果片置于真空微波凍干機中進行干燥，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構，營養成分和風味物質基本不變，凍干產品具有復水性好，質量輕，可常溫貯藏。而本發明采用脈沖噴動微波（915 MHz）真空冷凍干燥-熱風干燥聯合干燥法，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部又不致使表面加熱過度，保持食品的天然質地和成分；通過間歇性地向干燥腔內輸送脈沖氣流，使得物料在干燥腔內間歇式運動，因而改善了干燥的均勻性，提高了產品品質，提高了生產效率。
張慜、王洪彩、陳衛平，一種適宜大批量調理食用菌脫水的中短波紅外與射頻聯合干燥的方法（中國專利申請號：CN 201210537827.7），該專利采用前期中短波紅外干燥，后期射頻干燥的聯合干燥脫水的新方法，射頻的穿透性極強，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，在最大程度保留產品的營養與形狀的同時，可以顯著縮短干燥時間，降低干燥能耗，節約成本。本發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 %后進行熱風干燥，總體干燥時間短，物料干燥效果更佳。
張慜、孫金才、杜衛華、楊方銀、羅國向，一種綜合改善熱風脫水蔬菜脫水和復水性能的方法（中國專利申請號：CN 200310112747.8），該專利采用熱風預干燥后平板擠壓和真空后干燥處理來提高脫水蔬菜的復水性能；其主要是在物料干燥后通過優化復水方式來提高產品的復水性能。本發明通過低頻超聲波預處理技術對物料內部結構進行修飾，來改善和提高干制葛仙米的復水性能。
張慜、王應強、陳衛星，一種快速復水的均勻脫水魚丸的聯合干燥制作方法（中國專利申請號：CN 201110378109.5），該專利采用對魚丸進行熱風預干燥，緊接著進行負壓微波噴動干燥的均勻脫水的聯合干燥制作方法，制得魚丸形狀和色澤保留完好，復水速度較快，僅3~5 min。本發明使用的低頻（915 MHz）微波能夠更深地穿透物料的內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，技術上具有顯著的創新性。
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水的方法（中國專利申請號：CN 201410162675.6），在干貝泡發的過程中同時輔以超聲波處理來提高復水速率；該方法改善了干貝的質構，降低了殘留的重金屬含量，較大程度地保留了干貝的營養物質。本發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，同時促進細胞形成微孔道并引起細胞內液體的流出。
張鐘元、劉宗博、李大婧、劉春泉、江寧，一種超聲波預處理提高遠紅外干燥雙孢菇復水性能的方法（中國專利申請號：CN 201510297408.4），該專利采用超聲波預處理聯合遠紅外干燥雙孢菇片，改變雙孢菇片內部結構，降低雙孢菇結構特性變化，增加雙孢菇干制品的復水性能。而本發明不僅輔以低頻超聲波預處理來提高干燥效率，而且輔以超聲波縮短物料的復水時間（10 min），改善物料的質構（彈性 0.932 mm/mm）。
技術實現要素：
本發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水的方法，涉及藻類脫水加工領域，屬于藻類食品加工技術領域，也可應用于各類高水分含量、高膠質的果蔬脫水加工。
本發明的技術方案：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，將葛仙米進行選料分級、清洗去雜、低頻超聲波預處理、瀝干、冷凍、脈沖噴動低頻微波（915 MHz）結合真空冷凍干燥、熱風干燥、包裝貯藏、快速復水；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，無機械損傷的葛仙米為原料；將選料合適的葛仙米進行清洗去雜；
（2）低頻超聲波預處理：對步驟（1）所得葛仙米進行低頻超聲波預處理；超聲波的頻率為25~30kHz，功率為200~250W，處理時間5~12min，葛仙米與水料液質量比為1:4；
（3）瀝干冷凍：對步驟（2）所得葛仙米進行清洗后瀝干，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）熱風干燥：對步驟（4）所得葛仙米進行熱風干燥，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）所得的脫水物料進行充氮鋁箔袋包裝。
步驟（2）所述低頻超聲波預處理，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，干燥腔內壓力范圍為60~1300Pa；當物料噴動時，微波加熱自動停止，當干燥腔內壓力恢復到正常值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水方法，步驟如下：將脫水的葛仙米在水或牛奶中進行復水處理，水溫75~80℃，或牛奶溫度85~90℃，超聲波的頻率為40kHz，功率為200W，復水時間5-12min。
所述葛仙米的復水方法，在于復水處理，超聲波的頻率為40kHz，功率為200W，復水時間10min。
本發明也同樣適用于高水分含量、高膠質的果蔬脫水干燥，一些對外形要求高的果蔬如藍莓、草莓、荔枝等原料，其在應用時所體現的優越性更加顯著。
本發明與現有技術相比較，主要有如下的有益效果：
（1）采用微波冷凍干燥技術，在真空條件下通過磁控管向處于凍結態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部又不致使表面加熱過度，保持食品的天然質地和成分；
（3）通過間歇性地向干燥腔內輸送脈沖氣流，使得物料在干燥腔內間歇式運動，因而改善了干燥的均勻性，提高了產品品質，提高了生產效率；
（4）低頻超聲波在葛仙米脫水及復水過程中應用，能夠有效地減小物料中水分的遷移阻力，促進細胞形成微孔道并引起細胞內液體的流出，同時能夠顯著地縮短物料復水時間（由50 min縮短至10 min），且復原后的物料顆粒飽滿（復原率達96.35%），彈性（變形樣品在去除壓力后恢復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-熱風聯合干燥葛仙米的加工及其干制品復水（復水介質：水）
挑選新鮮飽滿、顏色均勻，大小基本一致，無機械損傷的葛仙米（1kg，含水率98%濕基）為原料，清洗去雜，而后將葛仙米進行低頻超聲波預處理，頻率為25kHz，功率為200W，處理時間8min，葛仙米與水料液質量比1:4；將預處理后的葛仙米進行清洗后瀝干，置于-30℃低溫冰箱中冷凍1h；將冷凍后的物料進行脈沖噴動微波（915 MHz）真空冷凍干燥，微波功率設置為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%；再采用熱風干燥，干燥溫度設置為65℃，干燥時間0.5h，干燥至濕基含水率6%以下；將脫水后的物料進行充氮鋁箔袋包裝。聯合干燥的時間（3h左右）比普通的熱風干燥（6 h左右）縮短了50%。對脫水物料進行復水處理的過程中，水溫75~80℃，超聲波的頻率為40kHz，功率為200W，復水時間10min。復水后的物料大小均勻，物料顆粒飽滿（復水率達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-熱風聯合干燥葛仙米的加工及其干制品復水（復水介質：87.5%的鮮牛奶）
顏色均勻，大小基本一致，無機械損傷的葛仙米（1kg，含水率98%濕基）為原料，清洗去雜，而后將葛仙米進行低頻超聲波預處理，頻率為25kHz，功率為200W，處理時間8min，料液比1:4；將預處理后的葛仙米進行清洗后瀝干，置于-30℃低溫冰箱中冷凍1h；將冷凍后的物料進行脈沖噴動微波（915MHz）真空冷凍干燥，微波功率設置為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%；再采用熱風干燥，干燥溫度設置為60℃，干燥時間1h，干燥至濕基含水率6%以下；將脫水后的物料進行充氮鋁箔袋包裝。聯合干燥的時間（3h左右）比普通的熱風干燥（6h左右）縮短了50%。對脫水物料進行復水處理的過程中，牛奶溫度85~90℃，超聲波的頻率為40kHz，功率為200W，復水時間10min。復水后的物料大小均勻，物料顆粒飽滿（復水率達92.15%），彈性0.883 mm/mm。