果蔬产后将其置于低温环境冷却保存和贮藏,可延长果蔬的保存周期,但解冻后果蔬品质大大降低;真空冷冻干燥技术虽然可以使干燥物料最大限度的保持原有的营养成分,但因干燥时间长,能量消耗大,生产成本高,大大限制了在果蔬加工中的应用。所以探求低能耗的冻干工艺具有十分重要的意义。本研究针对果蔬的冻结过程的工艺优化,研究高压脉冲电场对果蔬冻结阶段的工艺及冻干过程的影响机理,为深入了解果蔬冻结机理和低能耗冻干工艺参数优化提供基础支持。研究内容主要包括:(1)高压脉冲电场预处理对水和溶液的冷冻过程影响研究。选取果蔬内含量较多成分(水、盐和糖溶液)为研究对象,测量高压脉冲电场预处理后水和溶液冻结曲线,通过比较分析,得到高压脉冲电场作用与冻结特性之间的关系。结果表明,适当的高压脉冲电场可以降低水和氯化钠溶液的最低不结晶温度,增大过冷度,延长了溶液处于过冷状态的时间,延迟了成核时间,缩短了相变结晶时间,提高结晶速率,且过冷度越大,结晶速率越大。(2)高压脉冲电场预处理对溶液结晶过程影响研究。在一定程度上,氯化钠溶液和高锰酸钾溶液有相近的理化性质,为直观观测溶液结晶结构,试验选用有色的高锰酸钾溶液代替氯化钠溶液,观测高压脉冲电场预处理后溶液的结晶行为,结果发现,冻结的高锰酸钾溶液颜色变浅,颜色相对均匀,表明溶液结晶时离子不再是被直接析出,而是与水分子一起形成含盐冰。说明高压脉冲电场预处理后改变了溶液中离子析出方式,溶液冻结后纯水冰含量减少,含盐冰比例增加,冰晶尺寸减小,有利于低温保存。(3)高压脉冲电场预处理对溶液物理性质影响研究。以水、氯化钠溶液、葡萄糖和蔗糖溶液为研究对象,观测高压脉冲电场预处理后溶液在固体接触面上的接触角的变化以及葡萄糖和蔗糖溶液旋光性的变化,研究高压脉冲电场对溶液分子间的成键、团聚状态和极性产生的影响。(4)高压脉冲电场预处理对果蔬冻结过程影响的研究。以红薯、土豆、苹果和梨为研究对象,观测高压脉冲电场预处理后果蔬的冷冻过程的变化,获得高压脉冲电场影响果蔬冷冻特性的关系。结果表明,合适剂量的高压脉冲电场处理可以使果蔬的成核温度降低,更快速的通过最大冰晶生成阶段,减缓了冻结过程冰晶对果蔬造成的损伤。(5)高压脉冲电场处理对冻结果蔬解冻物性的影响。对高压脉冲电场处理后解冻的果蔬品质进行分析。结果发现1000v/cm,60μs,15个的HPEF处理较好的保持了红薯的黏着性、弹性、凝聚性和咀嚼性,1250v/cm,90μs,30个和1500v/cm,120μs,45个HPEF处理的都显著降低了红薯的硬度、黏着性和回复性,对红薯的弹性、凝聚性和咀嚼性影响不显著。1000v/cm,60μs,15个处理显著提高了梨的硬度和咀嚼性,1250v/cm,90μs,30个的处理显著提高了解冻苹果的硬度,结果显示冻结过程成核温度越低,通过冰晶生成带时间越短,果蔬品质越好。显示出高压脉冲电场可以提高冻结果蔬的品质。(6)高压脉冲电场处理对果蔬冻结组织结构的影响研究。以红薯为研究对象,冷冻切片后低温观测红薯组织细胞结构,发现不同处理的冷冻红薯的细胞结构均发生了不同程度的变化,高压脉冲电场越强细胞变形程度越大,有的细胞壁多处出现断裂,整个细胞结构发生了坍塌。结果显示,冻结过程过冷度越低,通过冰晶生成带时间越短的果蔬微观结构保持的越好,表明高压脉冲电场预处理可以降低果蔬冻结过程对细胞结构的破坏。(7)高压脉冲电场预处理对提高果蔬冻干速率的机理研究。分析了果蔬的冻干过程,建立了果蔬冻干升华过程的孔隙度变化模型,用格子Boltzmann方法对果蔬冻干过程水分的运移规律进行了分析,得出果蔬微观孔隙结构对水分运移有重要的影响,可应用孔隙度的变化来表达冻干速率。比较高压脉冲电场处理的果蔬冻干后微观孔隙结构的变化,指出高压脉冲电场预处理可以提高冻干速率最根本的原因就是高压脉冲电场作用增强了细胞膜的通透性,使冻干物料在冻干过程中微观多孔结构的孔隙空间增大,加速了水分的运移过程。