食品真空冷凍干燥技術研究

1、10/10食品真空冷凍干燥研究付西光,董英,馬海樂(江蘇理工大學生物與環(huán)境工程學院,江蘇鎮(zhèn)江212013)摘要:真空凍干技術是干燥技術領域中科技含量高、涉及知識面廣的一種技術,因其產(chǎn)品具有綠色、方便、保健功能,使該技術日受關注文中闡述了凍干機理與工藝,通過真空凍干與熱風干燥產(chǎn)品品質(zhì)的比較,闡明凍干食品的專門性,并從設備、工藝及特性三個方面指出真空冷凍干燥存在的問題關鍵詞:食品;真空;冷凍;干燥隨著世界經(jīng)濟的進展,國內(nèi)外食品市場上發(fā)生了專門大的變化其要緊特點是無污染的天然綠色食品、高質(zhì)量的合成功能食品、花樣品種繁多的快速方便食品走俏市場食品除了具有營養(yǎng),供給人體活動所需能量的功能外,又附加了兩個

2、功能,即保健和防病治病的免疫功能人們在追求食品的色、香、味及口感外,還追求其易食性1,2凍干技術能專門好地吻合“綠色食品”、“方便食品”和“保健食品”的三大進展趨勢,因此,應積極進展凍干食品工業(yè)在一些發(fā)達國家,80%90%的食品屬于方便食品或合成功能食品,僅日本市場上銷售的保健食品就有2000多種,歐美國家中可達5000余種2,3中國是一個農(nóng)業(yè)大國,專門多農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量在世界上均名列前茅,農(nóng)業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位十分重要然而落后的加工技術大大限制了中國農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)后加工技術,阻礙了農(nóng)產(chǎn)品的商品化的進程,嚴峻阻礙了中國農(nóng)業(yè)的效益能夠確信,隨著世界經(jīng)濟的不斷進展,生活節(jié)奏的逐步加快,人們對各種合成食品、

3、快速方便食品的需求量也在迅速增加,特不是對這些食品的質(zhì)量和花色品種的要求也愈來愈高顯然,這為農(nóng)產(chǎn)品的深加工、精加工提供了寬敞的市場,為提高農(nóng)產(chǎn)品的效益制造了專門好的條件真空冷凍干燥技術是干燥技術領域中科技含量高、涉及知識面廣的一種技術,同時也是干燥方法中設備最復雜、能耗最大、干燥成本最高的一種方法4-10,但由于其干燥產(chǎn)品的專門性:凍干食品具有復水性能佳、色澤保持好、營養(yǎng)成分損失少、產(chǎn)品重量輕、便于攜帶運輸、易于長期保存,在品質(zhì)上遠優(yōu)于其它干制食品的顯著優(yōu)點,使其成為干燥技術研究和進展的前沿11-131 真空冷凍干燥原理及工藝過程11干燥原理真空冷凍干燥是將含水物料凍結(jié)后,在真空環(huán)境下加熱,使

4、物料中水分直接升華除去,從而使物料脫水獲得凍干制品的過程真空冷凍干燥屬于物理脫水,理解其過程應從水的三相平衡圖開始如圖1所示,、和線分不稱之為升華曲線、溶解曲線和汽化曲線;三線交點為固、液、氣三相共存的狀態(tài),稱為三相平衡點,其溫度為0.0098,壓力為610,箭頭1、2、3分不表示冰升華成水蒸氣、冰融化成水和水氣化成水蒸氣的過程升華現(xiàn)象是物質(zhì)從固態(tài)不經(jīng)液態(tài)而直接變成氣態(tài)的過程,由該圖可知,當壓力低于610時,不論溫度如何變化,水的液態(tài)都不能存在,這時假如對冰進行加熱,冰只能越過液態(tài)直接升華成氣態(tài),真空冷凍干燥確實是基于此原理12工藝流程食品真空冷凍干燥工藝流程通常包括:預處理預凍干燥后處理(1

5、)預處理其目的是保證優(yōu)質(zhì)原料以及利于凍干與貯藏關于固態(tài)食品,應進行清洗、篩分、漂燙、切分清洗與篩分是保證凍干原料為合格品;漂燙是鈍化酶活性的最有效方法,同時漂燙也能除去部分水,以減少干燥負荷;切分利于包裝、食用,同時切分尺寸及切口方位也會阻礙凍干速率關于液態(tài)食品,應進行滅菌與濃縮,濃縮利用真空或凍結(jié)方法進行,濃縮程度合理與否,將直接阻礙凍干速率及生產(chǎn)效率(2)預凍凍結(jié)的速率與最終溫度阻礙真空凍干食品的質(zhì)量與凍干速率目前研究認為14-16,速凍有利于細胞結(jié)構(gòu)的食品,可保持細胞壁的完整及幸免細胞內(nèi)有機液外溢但速凍不利于液態(tài)食品,速凍易造成玻璃狀凍結(jié)體,使凍干極難進行最終溫度通常取其共晶點以下510

6、,過高或過低將嚴峻阻礙食品質(zhì)量與能耗(3)干燥真空凍干的干燥時期通常分為兩段,即升華干燥段與解吸干燥段升華干燥除去所有的冰晶體(物料中的自由水),約占總含水分的80%90%,它是凍干過程的主體,這一過程以冰晶不融化為前提解吸干燥除去物料固形物的物理、化學吸附水,這部分水分約占10%左右,這一過程以物料只是熱變質(zhì)為前提,為了獲得理想的最終水分,此過程中凍干室的壓強應更低一些,以保證脫除與固體結(jié)合較強的吸附水17-19至此,物料中的水分已達到要求,完成物料的凍干(4)后處理該工藝是將已凍干的物料,進行后期加工處理的過程凍干食品是多孔疏松狀,表面積大,易吸濕與破裂,因此常用真空包裝或充入惰性氣體進行

7、包裝202凍干食品的品質(zhì)特點凍干食品與傳統(tǒng)的曬干、烘干及真空干燥相比,具有如下特點(1)凍干食品最好地保存原料的色、香、味和營養(yǎng)成分食品凍干是在低溫、真空條件下進行的,酶和細菌不滋生、食品不變質(zhì)、不氧化、營養(yǎng)素損失少據(jù)報道,凍干對肉、蛋、豆類、青菜類、甜玉米等食品中蛋白質(zhì)無損害,、胡蘿卜素和其它水溶性維生素僅損失5%,脂溶性維生素、等完全不損失表1列出了未加任何愛護劑時,新奇草菇、凍干草菇及真空包裝室溫貯藏3年的凍干草菇的氨基酸含量分析21,表中值以100%新奇物料為基準,能夠看出,有9種氨基酸在凍干過程中保存了94%,在貯藏過程中約保存了68%表2列出了傳統(tǒng)烘干或曬干與凍干的活性枸杞成分分析

8、,顯然活性枸杞營養(yǎng)成分高于傳統(tǒng)枸杞由此可見,凍干法保存食品的營養(yǎng)素是最高的(2)凍干食品專門好地保持了原物料的體積形態(tài)與色澤凍干是在凍結(jié)狀態(tài)下進行的,凍干過程中的物理形態(tài)、化學和生物性質(zhì)差不多不變,干燥后物料呈海綿狀,無干縮現(xiàn)象,因此凍干后能保持原物料的體積和形狀,食用時能專門快地吸水還原成凍干前的新奇狀態(tài),復水率可達90%以上表3列出凍干與熱風干燥的蔬菜復水時刻和復水后還原情況的比較,表4列出傳統(tǒng)枸杞與活性枸杞感觀上的一些差異 此可見,凍干的復水時刻短,還原成原狀,色澤好,口感風味也好,無任何干縮現(xiàn)象(3)凍干食品脫水完全,保存期長,可常溫下貯藏,運輸方便凍干食品的殘余水分僅為2%5%,且其

9、殘余水分均勻水是細菌生殖生長的必要條件,細菌因無水而不能生長,同時采納真空或充入惰性氣體包裝,從而使脂肪不易氧化變質(zhì),延長保存期凍干食品可在常溫下貯藏、運輸與銷售,無需建立冷藏鏈因凍干設備價格較高,干燥時刻較長,加之能耗大、技術復雜、涉及知識面廣,目前還未廣泛推廣但由于其干燥產(chǎn)品的專門性,近幾年,該種干燥技術在我國食品加工業(yè)上開始應用國內(nèi)外現(xiàn)狀及進展趨勢真空凍干技術起源于19世紀初,但由于制冷技術與真空技術等限制,直至20世紀初才開始用于干燥生物制品,第二次世界大戰(zhàn)中,由于急需人體血漿,真空凍干得以快速進展戰(zhàn)爭結(jié)束后,在一些發(fā)達國家中先后將此技術用于食品加工上,一時刻各類凍干食品廠蜂涌而起,當

10、時有人預言,凍干食品將專門快取代其它干制食品可由于復雜的設備、巨大的能耗和專門低的生產(chǎn)率,使高價格的凍干產(chǎn)品難以銷售60年代中期,某些真空凍干食品廠出現(xiàn)倒閉和轉(zhuǎn)產(chǎn)從此,人們開始在凍干理論上、設備上、工藝上及如何選擇原材料上進行深入研究據(jù)有關部門統(tǒng)計22,目前,美國每年消費凍干食品500萬噸,日本160萬噸,法國150萬噸,其它國家數(shù)量也專門可觀日本每年需花1000億日元進口凍干食品,日本、美國及歐洲等地每年約需凍干大蒜粉6000噸,可見凍干食品的國際市場專門大我國的凍干食品起步較晚,近年來一些科研院所對某些產(chǎn)品進行了凍干工藝的研究,東北大學徐成海教授對人參的凍干工藝進行了深入系統(tǒng)的研究,建立了

11、傳熱傳質(zhì)理論模型,用此模型預測的凍干時刻與實測結(jié)果較好吻合;華中理工大學姚愛如、郭亮等分不利用自制的凍干機分析了凍干參數(shù)對凍干速率的阻礙;中國農(nóng)業(yè)大學牛江研究了草菇的凍干工藝;吉林大學對凍干鹿茸進行了化學成分的分析研究真空冷凍干燥技術被國內(nèi)外認為是生產(chǎn)高品質(zhì)脫水食品的最好的加工方法因此,凍干食品在國際市場的價格是熱風干燥食品的46倍,且其產(chǎn)量以每年30%的速度遞增,正成為國際貿(mào)易的大宗食品凍干技術可加工任何食品、藥品,大致分類如下:蔬菜類:如蘑菇、蘆筍、芹菜、辣椒、白蔥、蒜片、姜、胡蘿卜、菜花、荷蘭豆、卷心菜等水果類:荔枝、龍眼、香蕉、桔子、草莓、水蜜桃、櫻桃、蘋果、梨等魚肉類:蝦仁、蛇肉、甲

12、魚、牛肉、豬肉、火腿等方便面食品:碗仔面、盒裝便餐、嬰兒食品、旅游食品、老年食品、軍用食品、宇航食品等調(diào)味品類:湯料、果醬、調(diào)理料、香料等其他類:茶葉、速溶咖啡、中藥材、動物膠原蛋白、人參、酶素、血清、菌種、生物制品等21,23-26食品真空凍干存在的問題真空凍干的食品若作為一般消費食品仍然存在成本高的問題,尤其在我國食品市場上專門難見到真空凍干食品目前我國真空凍干食品要緊依舊作為專門用途的食品,如守島部隊、登山探險、旅游、禮品和保健品等,因其價格昂貴,一般消費者無法承受若使凍干食品為人們廣泛同意,必須從兩個方面考慮:一是從消費者方面考慮,人們必須具有較高的生活水平才肯花鈔票買方便與享受;另一

13、方面是凍干食品廠,必須使其技術不斷完善,生產(chǎn)成本不斷降低,使凍干食品在市場上具有競爭力技術的完善應從兩個途徑入手:一是改善凍干設備及工藝,使其節(jié)能降耗;二是選擇合理的凍干原料,使其具有高附加值目前我國真空凍干專門不完善,具體表現(xiàn)如下:凍干設備方面凍干設備類型單一,性能落后,工作可靠性差,開發(fā)制造混亂目前我國生產(chǎn)的真空凍干機絕大部分仍是仿制七、八十年代國外產(chǎn)品,其作業(yè)方式為間歇式,凍干室由冷熱間隔的多層擱板組成該種凍干機在生物領域及醫(yī)藥領域確實發(fā)揮專門大作用,但用來凍干性質(zhì)差異專門大的食品物料專門不合理國外食品凍干擱板面積均為幾十平方米,有的逾千平方米,作業(yè)方式有連續(xù)式和間歇式而國內(nèi)生產(chǎn)的凍干機

14、擱板面積差不多在十平方米以下,因此,許多單位不得不并用幾臺設備進行生產(chǎn),造成凍干食品成本增加真空凍干涉及干燥、真空、食品、生物等技術,國外在凍干機生產(chǎn)上差不多形成專業(yè)化生產(chǎn)廠家,技術力量全面、雄厚,如、等國內(nèi)生產(chǎn)的凍干機泄漏比較突出,工藝水平低,達不到技術要求凍干工藝方面目前對凍干工藝的研究多集中在小型凍干實驗機上凍干某些具體物料的樣品,而多數(shù)研究又都集中在工藝參數(shù)對凍干速率阻礙上,將其作為多變量因素進行研究,而這些研究工作脫離了食品凍干工藝過程的特點,對凍干工藝參數(shù)及其之間的關系缺乏系統(tǒng)的分析其研究結(jié)果無法為食品凍干廠制定食品凍干工藝,更不能為凍干機生產(chǎn)廠家在凍干設備工程設計過程作參考凍干特

15、性方面在制定凍干工藝時應注意凍干原料的特點:一是具有細胞結(jié)構(gòu)的食品,該類食品在凍干時應注意凍干速率及凍結(jié)溫度,試驗表明,凍結(jié)速率慢易使細胞壁破裂,汁液外溢,使凍干產(chǎn)品質(zhì)量下降,絕大多數(shù)果蔬食品差不多上細胞結(jié)構(gòu)食品;二是具有芳香氣味的食品,如何保留其風味不被破壞,目前研究認為,慢凍有利于風味物質(zhì)的保留;三是無細胞結(jié)構(gòu)也無芳香風味的食品,應以其中活性生物存活率為指標,特不注意解吸干燥段的溫度255結(jié)論凍干食品雖尚未普及,但各研究工作者均從不同角度提高凍干工藝及設備的研究水平,隨著我國經(jīng)濟步伐的不斷加快,相信目前僅作為保健和專門用途的凍干食品必將成為大宗食品因此,食品凍干仍存在許多有待研究的問題,如何解決產(chǎn)品價值與加工成本的比例關系是該技術進展的關鍵,仍需今后多學科配合進行系統(tǒng)地解決參考文獻1李正明.二十一世紀飲食主旋律綠色食品.食品信息,1994,16(13):27-292霞杰.應大力進展專門營養(yǎng)食品.食品信息,1994,15(14):15-17.3李宏.世界食品的進展趨勢.食品信息,1994,14(46):31-33.4徐日椿.我國冷凍干燥食品的進展和對策.食品研究與開發(fā),1987(4):23-27.5韓孝請.獼猴桃冷凍干燥工藝探討.食品科學,1990(1):27-30.6咸