食品真空冷凍干燥技術(shù)

食品真空冷凍干燥研究付西光,董英,馬海樂(江蘇理工大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院,江蘇鎮(zhèn)江212023)摘要:真空凍干技術(shù)是干燥技術(shù)領(lǐng)域中科技含量高、涉及知識面廣的一種技術(shù),因其產(chǎn)品具有綠色、方便、保健功能,使該技術(shù)日受關(guān)注．文中闡述了凍干機理與工藝,通過真空凍干與熱風(fēng)干燥產(chǎn)品品質(zhì)的比較,闡明凍干食品的特殊性,并從設(shè)備、工藝及特性三個方面指出真空冷凍干燥存在的問題．關(guān)鍵詞:食品;真空;冷凍;干燥隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展,國內(nèi)外食品市場上發(fā)生了很大的變化．其主要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(shù)能很好地吻合“綠色食品”、“方便食品”和“保健食品”的三大發(fā)展趨勢,因此,應(yīng)積極發(fā)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,很多農(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．但是落后的加工技術(shù)大大限制了中國農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)后加工技術(shù),阻礙了農(nóng)產(chǎn)品的商品化的進程,嚴重影響了中國農(nóng)業(yè)的效益．可以肯定,隨著世界經(jīng)濟的不斷發(fā)展,生活節(jié)奏的逐步加快,人們對各種合成食品、快速方便食品的需求量也在迅速增加,特別是對這些食品的質(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、精加工提供了廣闊的市場,為提高農(nóng)產(chǎn)品的效益創(chuàng)造了很好的條件．真空冷凍干燥技術(shù)是干燥技術(shù)領(lǐng)域中科技含量高、涉及知識面廣的一種技術(shù),同時也是干燥方法中設(shè)備最復(fù)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)品的特殊性:凍干食品具有復(fù)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(shù)研究和發(fā)展的前沿[11-13]．1真空冷凍干燥原理及工藝過程1．1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(yīng)從水的三相平衡圖開始．如圖1所示,ＡＢ、ＡＣ和ＡＤ線分別稱之為升華曲線、溶解曲線和汽化曲線;三線交點Ａ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610Ｐａ,箭頭1、2、3分別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(dāng)壓力低于610Ｐａ時,不論溫度如何變化,水的液態(tài)都不能存在,這時如果對冰進行加熱,冰只能越過液態(tài)直接升華成氣態(tài),真空冷凍干燥就是基于此原理．1．2工藝流程食品真空冷凍干燥工藝流程通常包括:預(yù)處理→預(yù)凍→干燥→后處理(1)預(yù)處理其目的是保證優(yōu)質(zhì)原料以及利于凍干與貯藏．對于固態(tài)食品,應(yīng)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影響凍干速率．對于液態(tài)食品,應(yīng)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,將直接影響凍干速率及生產(chǎn)效率．(2)預(yù)凍凍結(jié)的速率與最終溫度影響真空凍干食品的質(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避免細胞內(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5～10℃,過高或過低將嚴重影響食品質(zhì)量與能耗．烘(3)干燥稿真空凍干劫的干燥階段粥通常分為兩吹段,即升華猛干燥段與解廉吸干燥段．搬升華干燥除蕩去所有的冰駱晶體(物料尿中的自由水翁),約占總甘含水分的8魂0%～90歐%,它是凍感干過程的主毀體,這一過耽程以冰晶不赤融化為前提種．解吸干燥場除去物料固管形物的物理烤、化學(xué)吸附肯水,這部分旋水分約占1盛0%左右,封這一過程以核物料不過熱則變質(zhì)為前提伸,為了獲得渡理想的最終感水分,此過居程中凍干室變的壓強應(yīng)更完低一些,以份保證脫除與車固體結(jié)合較考強的吸附水研[17-1行9]．至此說,物料中的侮水分已達到弱要求,完成短物料的凍干躺．蕉(4)后處為理該工藝版是將已凍干淘的物料,進傷行后期加工積處理的過程翁．凍干食品糊是多孔疏松盟狀,表面積條大,易吸濕晚與破碎,因熔此常用真空革包裝或充入豈惰性氣體進俘行包裝[2范0]血2凍干食更品的品質(zhì)特鋸點凍條干食品與傳班統(tǒng)的曬干、暑烘干及真空拉干燥相比,持具有如下特箏點．冒(1)凍干鑰食品最好地竟保存原料的跡色、香、味行和營養(yǎng)成分惡．食品凍干泥是在低溫、再真空條件下壯進行的,酶格和細菌不滋野生、食品不巾變質(zhì)、不氧遠化、營養(yǎng)素嚇損失少．據(jù)予報道,凍干乘對肉、蛋、知豆類、青菜葵類、甜玉米割等食品中蛋咱白質(zhì)無損害距,ＶＣ、鄭β探胡蘿卜素和露其它水溶性主維生素僅損邀失5%,脂左溶性維生素優(yōu)ＶＡ、ＶＤ鞋等完全不損權(quán)失．表1列巧出了未加任鐮何保護劑時賞,新鮮草菇床、凍干草菇接及真空包裝掃室溫貯藏3騰年的凍干草革菇的氨基酸距含量分析[萄21],表社中值以10鎖0%新鮮物世料為基準,室可以看出,玉有9種氨基冷酸在凍干過號程中保存了算94%,在攝貯藏過程中策約保存了6冬8%．表2睬列出了傳統(tǒng)蜂烘干或曬干最與凍干的活塊性枸杞成分歪分析,顯然淋活性枸杞營上養(yǎng)成分高于弟傳統(tǒng)枸杞．密由此可見,辭凍干法保存勸食品的營養(yǎng)莫素是最高的輕．儲(2)凍干震食品很好地品保持了原物沃料的體積形惠態(tài)與色澤．揉凍干是在凍掌結(jié)狀態(tài)下進廢行的,凍干膏過程中的物承理形態(tài)、化柄學(xué)和生物性春質(zhì)基本不變連,干燥后物猜料呈海綿狀桌,無干縮現(xiàn)屯象,因此凍陸干后能保持啦原物料的體撇積和形狀,森食用時能很婆快地吸水還券原成凍干前訂的新鮮狀態(tài)拌,復(fù)水率可秧達90%以慈上．表3列葛出凍干與熱濱風(fēng)干燥的蔬步菜復(fù)水時間籮和復(fù)水后還防原情況的比位較,表4列桂出傳統(tǒng)枸杞稍與活性枸杞矩感觀上的一滲些差異．澆此可見,凍涼干的復(fù)水時濤間短,還原帳成原狀,色兵澤好,口感殘風(fēng)味也好,蛛無任何干縮炊現(xiàn)象．等(3)凍干科食品脫水徹寸底,保存期必長,可常溫裕下貯藏,運警輸方便．凍握干食品的殘鎖余水分僅為同2%～5%起,且其殘余續(xù)水分均勻．豈水是細菌繁廚殖生長的必?zé)熞獥l件,細握菌因無水而貨不能生長,才同時采用真者空或充入惰邁性氣體包裝千,從而使脂瞞肪不易氧化點變質(zhì),延長尤保存期．凍龍干食品可在摧常溫下貯藏鵲、運輸與銷撒售,無需建理立冷藏鏈．卡因凍干設(shè)備敞價格較高,房干燥時間較鬼長,加之能顏耗大、技術(shù)壇復(fù)雜、涉及流知識面廣,掏目前還未廣旬泛推廣．但易由于其干燥廳產(chǎn)品的特殊往性,近幾年貞,該種干燥匆技術(shù)在我國吸食品加工業(yè)景上開始應(yīng)用蓬．凈國內(nèi)外現(xiàn)狀雅及發(fā)展趨勢縱真空凍干技難術(shù)起源于1橋9世紀初,錦但由于制冷乒技術(shù)與真空法技術(shù)等限制扣,直至20浩世紀初才開料始用于干燥衛(wèi)生物制品,漲第二次世界菌大戰(zhàn)中,由決于急需人體容血漿,真空酬凍干得以快峰速發(fā)展．戰(zhàn)攏爭結(jié)束后,塔在一些發(fā)達好國家中先后明將此技術(shù)用陳于食品加工衣上,一時間咐各類凍干食討品廠蜂涌而牽起,當(dāng)時有秘人預(yù)言,凍究干食品將很婆快取代其它嚼干制食品．獻可由于復(fù)雜把的設(shè)備、巨翼大的能耗和運很低的生產(chǎn)令率,使高價浪格的凍干產(chǎn)洽品難以銷售本．60年代帽中期,某些已真空凍干食飄品廠出現(xiàn)倒群閉和轉(zhuǎn)產(chǎn)．欲從此,人們重開始在凍干目理論上、設(shè)選備上、工藝寫上及如何選繼擇原材料上回進行深入研脆究．茅據(jù)有關(guān)部門庭統(tǒng)計[22摘],目前,警美國每年消諒費凍干食品耍500萬噸罰,日本16聽0萬噸,法慘國150萬說噸,其它國建家數(shù)量也很武可觀．日本您每年需花1肺000億日資元進口凍干末食品,日本鵲、美國及歐鑼洲等地每年鄭約需凍干大膜蒜粉600瑞0噸,可見喘凍干食品的弄國際市場很油大．背我國的凍干喇食品起步較宅晚,近年來掠一些科研院傭所對某些產(chǎn)句品進行了凍林干工藝的研賢究,東北大廢學(xué)徐成海教美授對人參的墊凍干工藝進見行了深入系榆統(tǒng)的研究,尺建立了傳熱鉗傳質(zhì)理論模薯型,用此模亂型預(yù)測的凍心干時間與實犁測結(jié)果較好旁吻合;華中皆理工大學(xué)姚掘愛如、郭亮科等分別利用抹自制的凍干口機分析了凍式干參數(shù)對凍劑干速率的影嫁響;中國農(nóng)涂業(yè)大學(xué)牛江捆研究了草菇材的凍干工藝英;吉林大學(xué)訴對凍干鹿茸龜進行了化學(xué)丹成分的分析矛研究．真空黑冷凍干燥技避術(shù)被國內(nèi)外纖認為是生產(chǎn)服高品質(zhì)脫水暮食品的最好凈的加工方法歲．因此,凍煎干食品在國霧際市場的價堆格是熱風(fēng)干帝燥食品的4檔～6倍,且相其產(chǎn)量以每舅年30%的航速度遞增,廁正成為國際走貿(mào)易的大宗形食品．六凍干技術(shù)可遼加工任何食錦品、藥品,撇大致分類如玉下:疑蔬菜類:如歪蘑菇、蘆筍卷、芹菜、辣孩椒、白蔥、預(yù)蒜片、姜、炒胡蘿卜、菜污花、荷蘭豆屋、卷心菜等村．鐮水果類:荔勉枝、龍眼、湖香蕉、桔子象、草莓、水同蜜桃、櫻桃陪、蘋果、梨免等．爭魚肉類:蝦啄仁、蛇肉、舅甲魚、牛肉伸、豬肉、火淚腿等．爐方便面食品投:碗仔面、副盒裝便餐、芝嬰兒食品、拖旅游食品、蒜老年食品、尾軍用食品、捆宇航食品等遲．觀調(diào)味品類:撕湯料、果醬焰、調(diào)理料、減香料等．隸其他類:茶幻葉、速溶咖隸啡、中藥材精、動物膠原老蛋白、人參醬、酶素、血呼清、菌種、咸生物制品等鑒[21,2心3-26]率．昌食品真空凍蹤干存在的問發(fā)題累真空凍干的旺食品若作為滑普通消費食住品仍然存在細成本高的問摘題,尤其在荷我國食品市閣場上很難見煎到真空凍干營食品．目前衫我國真空凍戰(zhàn)干食品主要丈還是作為特暮殊用途的食藏品,如守島葉部隊、登山鋤探險、旅游垃、禮品和保宣健品等,因滋其價格昂貴叮,普通消費惜者無法承受漸．若使凍干泥食品為人們揪廣泛接受,幟必須從兩個清方面考慮:遣一是從消費狹者方面考慮蛾,人們必須來具有較高的桃生活水平才警肯花錢買方濾便與享受;趟另一方面是扣凍干食品廠荒,必須使其叢技術(shù)不斷完送善,生產(chǎn)成媽本不斷降低遍,使凍干食恰品在市場上送具有競爭力呈．技術(shù)的完睜善應(yīng)從兩個弦途徑入手:昆一是改善凍襖干設(shè)備及工簽藝,使其節(jié)籃能降耗;二敲是選擇合理跟的凍干原料爐,使其具有爆高附加值．浙目前我國真潤空凍干很不昨完善,具體沃表現(xiàn)如下:商凍干設(shè)備方讓面．凍干設(shè)敏備類型單一嚇,性能落后允,工作可靠醒性差,開發(fā)唯制造混亂．雖目前我國生可產(chǎn)的真空凍他干機絕大部浩分仍是仿制胃七、八十年搞代國外產(chǎn)品驗,其作業(yè)方搶式為間歇式磚,凍干室由默冷熱間隔的蘇多層擱板組財成．該種凍都干機在生物巧領(lǐng)域及醫(yī)藥刑領(lǐng)域確實發(fā)孫揮很大作用地,但用來凍筋干性質(zhì)差異么很大的食品奴物料很不合衡理．國外食秩品凍干擱板窯面積均為幾控十平方米,偏有的逾千平渴方米,作業(yè)苦方式有連續(xù)長式和間歇式魚．而國內(nèi)生換產(chǎn)的凍干機勝擱板面積基裹本在十平方羨米以下,因詞此,許多單瞧位不得不并澡用幾臺設(shè)備襖進行生產(chǎn),行造成凍干食姜品成本增加韻．真空凍干牙涉及干燥、夸真空、食品供、生物等技沃術(shù),國外在她凍干機生產(chǎn)寬上已經(jīng)形成上專業(yè)化生產(chǎn)查廠家,技術(shù)惹力量全面、貸雄厚,如Ａ良ｔａｌａｓ海、Ｅｄｗａ蹦ｒｄｓ、Ｌ幅ｅｙｂｏｌ千ｄ等．國內(nèi)殃生產(chǎn)的凍干方機泄漏比較病突出,工藝奧水平低,達士不到技術(shù)要驚求．斧凍干工藝方仗面．目前對淚凍干工藝的談研究多集中橡在小型凍干劃實驗機上凍坐干某些具體百物料的樣品捷,而多數(shù)研顧究又都集中去在工藝參數(shù)明對凍干速率啞影響上,將呢其作為多變雜量因素進行召研究,而這濁些研究工作輔脫離了食品換凍干工藝過盤程的特點,需對凍干工藝楚參數(shù)及其之輪間的關(guān)系缺化乏系統(tǒng)的分唱析．其研究鍵結(jié)果無法為遭食品凍干廠休制定食品凍隆干工藝,更洗不能為凍干蝕機生產(chǎn)廠家漫在凍干設(shè)備朵工程設(shè)計過亞程作參考．出凍干特性方注面．在制定代凍干工藝時擦應(yīng)注意凍干傭原料的特點拐:一是具有激細胞結(jié)構(gòu)的品食品,該類但食品在凍干戀時應(yīng)注意凍仁干速率及凍饅結(jié)溫度,試葡驗表明,凍腰結(jié)速率慢易艙使細胞壁破魂裂,汁液外愿溢,使凍干輸產(chǎn)品質(zhì)量下篩降,絕大多浩數(shù)果蔬食品佩都是細胞結(jié)竭構(gòu)食品;二啊是具有芳香積氣味的食品忠,如何保留劑其風(fēng)味不被蹈破壞,目前絨研究認為,遠慢凍有利于淋風(fēng)味物質(zhì)的乘保留;三是越無細胞結(jié)構(gòu)醒也無芳香風(fēng)頸味的食品,允應(yīng)以其中活晨性生物存活趙率為指標(biāo),笛特別注意解武吸干燥段的炒溫度[25漫]．5結(jié)論袍凍干食品雖恐尚未普及,象但各研究工哪作者均從不籃同角度提高脖凍干工藝及幣設(shè)備的研究糕水平,隨著傘我國經(jīng)濟步且伐的不斷加唇快,相信目晶前僅作為保拾健和特殊用逗途的凍干食燦品必將成為小大宗食品．竹當(dāng)然,食品賭凍干仍存在認許多有待研原究的問題,獸如何解決產(chǎn)冷品價值與加損工成本的比眨例關(guān)系是該緣技術(shù)發(fā)展的棟關(guān)鍵,仍需辱今后多學(xué)科俘配合進行系暈統(tǒng)地解決．側(cè)參考文夸獻見[1]李特正明.二十勻一世紀飲食征主旋律世———怖綠色食品[塊Ｊ].食品網(wǎng)信息,19握94,16臘(13):那27-29聞．儉[2]霞宇杰.應(yīng)大牌力發(fā)展特殊湊營養(yǎng)食品[桶Ｊ].食品啞信息,1頭994,1尊5(14)壁:15-1述7.賄[秩3]李躁宏.世界食漸品的發(fā)展趨