真空冷凍干燥技術在食品加工中的應用分析

尤春玲

（黑龍江農(nóng)墾農(nóng)業(yè)職業(yè)技術學院，黑龍江 哈爾濱 150001）

引言

真空冷凍干燥技術是目前被世界公認的最先進的食品加工技術。真空冷凍干燥裝置的設計制造等沒有一套成熟的計算方法和檢測標準，真空冷凍干燥食品、果蔬、花卉等也沒有一套現(xiàn)成的預冷工藝，基本上是憑經(jīng)驗。因此，迫切需要加強對這些問題的探討和關注。下文主要探討了真空冷凍干燥技術在食品加工中的應用的綜述及其應用的實踐，最后對真空冷凍干燥技術在食品加工中的應用進行了展望。

1 真空冷凍干燥技術在食品加工中的重要生產(chǎn)工藝和應用現(xiàn)狀的綜述

1.1 真空冷凍干燥原理與特點

1.1.1 真空冷凍干燥的原理

根據(jù)熱力學中的相平衡理論，水的三相點(汽、液、固三相共存)溫度為 0.0098℃，三相點壓力為609.3pa(4.57mm/mg)在水的相變過程中，當壓力低于三相點壓力時，固態(tài)冰可以直接轉化為氣態(tài)的水蒸氣即冰晶升華。真空冷凍干燥即是把含有大量水的物質預先冷凍，使物質中的游離水結晶，凍結成固體，泳后在高真空條件下使物質中的冰晶升華，待冰晶升華后再除去物質中部分吸附水，最終得到殘余水量為1-4%左右的干制品。真空冷凍干燥簡稱為凍干。

1.2 真空冷凍干燥的特點

凍干過程決定了其干制品具有如下特點:

1.2.1 食品干燥是在低溫(-40℃到+55℃)下進行，且處于高真空狀態(tài)，因此，特別適用于熱敏性高和極易氧化的食品的干燥，可以保留新鮮食品的色香味及營養(yǎng)成分。

1.2.2 干制品不失原有的固體骨架結構，保持物料原有的形態(tài)。

1.2.3 凍干制品具有多孔結構，因此，具有很理想的速溶性和快速復水性.復水時，比其它干燥方法生產(chǎn)的食品更接近新鮮食品。

1.2.4 在升華過程中溶于水的可溶性物質就地析出，避免了一般干燥方法中因物料內(nèi)部水份向表面遷移而將無機鹽和營養(yǎng)攜帶到物料表面而造成表面硬化和營養(yǎng)損失的現(xiàn)象。

1.2.5 凍干食品采用真空或充氮包裝和避光保存，可保持5年不變質。與速凍食品相比免除了運輸儲存、銷售過程中耗費很高的冷藏鏈，真空冷凍干燥被認為是生產(chǎn)高品質食品的最好的方法。

1.3 真空冷凍干燥食品的國內(nèi)外研究綜述

凍干技術是前蘇聯(lián)科學家拉巴-斯塔羅仁連茨基1921年發(fā)明的，直到1943年美國首先在制藥工業(yè)領域內(nèi)采用這項新技術，60年代起德國、荷蘭等西歐國家才開始將這項技術用于食品工業(yè)。隨后日、美、英、法和港、臺等一些發(fā)達國家和地區(qū)相繼建立起凍干食品加工廠，目前已達到工業(yè)化生產(chǎn)程度。我國凍干食品起步也較早，自50年代就開始研究凍干技術在食品加工中的應用，并取得了一定成績。70年代北京、大連、上海等地就建立了試驗和生產(chǎn)基地，但由于產(chǎn)品缺乏市場，這些基地被相繼拆除。隨著我國食品工業(yè)的發(fā)展，國際、國內(nèi)市場對凍干食品的需求，人們對凍干食品方便、保健、營養(yǎng)、衛(wèi)生、耐貯藏等特點有了更進一步的認識，并開展了該技術和設備的試驗研究，取得了可喜成果?？偟膩砜矗覈?0年代到80年代后期，在凍干技術和設備方面僅僅限于科研試驗，到了90年代才有了長足的發(fā)展。目前，河南、寧夏、新疆、河北、山東等地已經(jīng)建成或正在籌建一批凍干食品廠，這標志著我國凍干食品市場正在啟動和發(fā)展。

1.4 真空冷凍干燥技術在食品加工中的重要生產(chǎn)工藝研究現(xiàn)狀。

真空凍干食品生產(chǎn)工藝技術是一種非常復雜，下文就近幾年對真空冷凍干燥食品在生產(chǎn)工藝條件中確定的預凍速率、預凍終點溫度、加熱方式和溫度、干燥室真空度及料盤載重量等重要關鍵技術的研究及結果進行綜述。

1.4.1 預冷速率和預冷終點溫度。①預冷速率優(yōu)化凍結過程會產(chǎn)生不同粒度的冰晶而直接影響升華干燥速度，陳儀南等人的研究結果表述了結冰速率與冰晶形狀和數(shù)量之間的相互關系，對于大部分屬于塊狀、條狀、片狀的果蔬原料，在傳統(tǒng)的慢式冷凍干燥工藝條件下制成的食品品質劣化，而在真空冷凍干燥工藝條件下制成的食品，食品可基本保持原有的品質，實踐表明適當?shù)睦鋬龇绞剑A冷凍預凍速率既不影響產(chǎn)品質量，又可加快干燥速率。②預凍終點溫度優(yōu)化凍干食品在升華干燥時，物料有部分液體存在，在真空下會迅速蒸發(fā)，造成液體濃縮，營養(yǎng)成分流失，產(chǎn)品體積縮小。因此預凍終點溫度一般要求低于物料共晶點溫度（食品物料中水分全部凍結的溫度，可用電阻法測定，預凍終點溫度可避免凍溫過低或過高，造成冷凍能耗過高或影響產(chǎn)品質量，一般要求低于物料共晶點溫度5℃－10℃左右。

1.4.2 加熱方式與溫度。食品凍干則大多采用輻射供熱方式，該方式將裝有物料的托盤置于兩輻射加熱板中間，熱量由上下兩加熱板（隔板）以輻射的形式傳給物料，其供熱溫度（隔板溫度）在水分升華階段必須以維持物料冰層不超過共融點（完全凍結的食品，當溫度升高到某一點時，開始出現(xiàn)冰晶熔化的溫度點，可用電阻法測定為最高限，否則會嚴重影響凍干過程和凍干食品的質量和外觀。因此，在特定的傳熱方式下，干燥過程的升華和解吸過程，只有采用合理的加熱溫度才能在保證制品質量的前提下，縮短干燥時間，提高干燥效率，從而降低能耗。

1.4.3 干燥室真空度。干燥室真空度的高低與升華、解吸過程的傳熱、傳質速率關系密切，干燥過程同時進行著熱量傳遞（傳熱）和質量傳遞（傳質－蒸氣排除）兩個過程。穩(wěn)定的真空度對應著干燥倉內(nèi)食品穩(wěn)定的升華溫度，也決定了凍干食品殘余的含水量。在干燥過程中，升華受傳熱還是傳質控制是很多種因素影響的，二者可互為轉化。由此，必須權衡傳熱、傳質的平衡關系，經(jīng)過實驗獲得有利于傳熱和傳質的最佳干燥室真空度的數(shù)值。

1.4.4 料盤裝載量。干燥時，單位面積料盤上被干燥食品的濕重裝載量是決定干燥時間的重要因素，一般情況下，物料堆積的厚度愈薄，傳熱和傳質速度越快，干燥時間愈短。但是，物料厚度薄則單位凍干面積上每批次干燥的物料少，對提高單位凍干面積和單位時間產(chǎn)量不利。因此，單位面積料盤所裝載的物料量應根據(jù)加熱方式和物料的種類以及干燥效率綜合而定，一般控制在10－20mm為宜。

2 真空冷凍干燥技術在食品加工方面的應用與實踐

目前適合用真空冷凍干燥加工的食品有近百種，包含了大部分的果蔬、水產(chǎn)、肉禽等。由于凍干技術有著特有的優(yōu)勢，對于營養(yǎng)保健類食品更是熱衷于采用這一技術，如人參、鮮蜜、鹿茸、花粉等等，同時為了改善一些粉狀食品的理化特性通常也要利用該項技術。如速溶飲料就是采用凍干技術、膜分離技術及超濾技術生產(chǎn)的，產(chǎn)品有速溶茶、速溶咖啡等。

2.1 即溶食用粉體的制備

即溶食用粉體如咖啡、速溶茶等已形成相當?shù)墓I(yè)生產(chǎn)規(guī)模，而且市場需求還在不斷增長，規(guī)模還有進一步擴大的趨勢。利用真空冷凍干燥技生產(chǎn)的凍干咖啡是目前世界上品質最佳、風味和口感最好的速溶咖啡，它徹底避免了噴霧干燥咖啡或凝聚增香咖啡生產(chǎn)中高溫干燥過程對咖啡品質的損害，完好地保留了炒磨咖啡的風味和口感，速溶咖啡的品質從此得到很大的提高。凍干咖啡的生產(chǎn)流程包括:預處理→炒→磨碎→萃取→真空濃縮→真空冷凍干燥。

此外，冷凍干燥技術在茶飲料的制作上也得到了應用。隨著科學技術的發(fā)展，人們生活水平的提高，傳統(tǒng)的用開水泡茶這單一的飲茶模式已難以滿足人們生活的多種要求和快節(jié)奏生活的需求。飲用方便、無需倒茶渣的速溶茶及各種茶飲料應運而生。速溶茶的一般工藝流程:茶葉→拼配→浸提→凈化→濃縮→預凍結→凍干→包裝。如速溶烏龍茶的整條生產(chǎn)線，其生產(chǎn)流程:多功能提取罐→過濾→精濾裝置→平衡罐→超濾裝置→反滲透裝置→儲液輸送罐→自動罐注機→速凍庫→真空冷凍干燥箱→制粉→包裝。

2.2 功能有效成分的保護

許多保健作用良好的食品原料，往往在生產(chǎn)加工過程中，由于技術條件和一些理化參數(shù)的不穩(wěn)定，使得其中的功能成分被破壞或損失。在這類食品的加工時，就極需要運用高新技術手段克服這一難題，目前采用的高新技術手段有膜過濾分離、微膠囊化、輻照技術、超臨界萃取、食品生物技術、高壓加工、無菌包裝以及真空冷凍干燥等等。如奶牛初乳含有豐富的免疫活性物質，其中免疫球蛋白、乳鐵蛋白、溶菌酶等免疫活性成分含量高于常乳的幾十倍至幾千倍，是目前最理想的保健食品添加劑。由于其活性難于加工保存，對加工技術提出了較高要求。

蘆薈中含有黃酮類化合物、多糖及其他營養(yǎng)成分，具有增強免疫功能、抑菌消炎、鎮(zhèn)靜止痛、促進傷口愈合、恢復機體生理機能、促進血液循環(huán)等多種藥理作用。將蘆薈鮮葉進行深度加工，在得到穩(wěn)定化的凝膠汁和濃縮汁的基礎上，進行真空冷凍干燥得到蘆薈冷凍干粉，可作為加工化妝品、保健品、食品、藥品等產(chǎn)品的原料。

3 真空冷凍干燥技術在食品加工中的應用展望

凍干食品是一個高科技、高附加值的食品開發(fā)項目。目前，世界上共有規(guī)模較大的凍干食品企業(yè)約130家。生產(chǎn)真空冷凍干燥設備的廠家也很多。整體技術，結構形式較先進的有丹麥、德國、日本、英國、瑞典等幾家大公司。

長期以來我國的農(nóng)牧產(chǎn)品一直徘徊在出口原料或初級加工階段，技術含量低，而我國凍干食品工業(yè)尚處在發(fā)展初期，產(chǎn)量還比較低。而我國是農(nóng)業(yè)大國，有豐富的蔬菜、肉食、水產(chǎn)資源等，同時，我國凍干食品生產(chǎn)成本較低，由此引來國外商家的大量求購。因此，通過應用真空冷凍干燥這一高新技術進行食品加工，將提高我國出口食品的檔次獲得較高的附加值，將會形成國民經(jīng)濟新的增長點。而在目前西部大開發(fā)的大好機遇下，對不發(fā)達的邊遠山區(qū)，可大力發(fā)展農(nóng)業(yè)的深加工，增加出口創(chuàng)匯，從而形成我們自己的前景好、利潤大的出口創(chuàng)匯支柱產(chǎn)業(yè)。

隨著我國人民生活水平的提高，對食品的要求也發(fā)生了質的變化。人們開始購買更多精美昂貴的食品，特別是高品質的嬰兒食品和功能食品，而這些高品質食品的生產(chǎn)大多采用凍干技術。另外，我國食品資源非常豐富，如豬肉、雞肉、蔥、大蒜、胡蘿卜、青辣椒等食品的產(chǎn)量均為世界第一，香菇、蘑菇、草菇、木耳、銀耳五大菌類食品，年產(chǎn)量高達58.5萬噸，如果能加工成凍干食品，銷往國際市場，其經(jīng)濟效益必將十分可觀。再者，我國的海產(chǎn)品、調味品(香菜、姜)、果蔬、茶葉、名貴中藥材、植物蛋白等資源也極其豐富，有的(如人參、蜂皇漿、冬蟲草)在國內(nèi)、外還享有較高聲譽，是發(fā)展凍干食品極為有利的物質基礎。同時，生活節(jié)奏的加快，也使得快速方便食品越來越受到消費者(尤其是家庭主婦)的青睞。因此，發(fā)展凍干食品前途無量。

結束語

我國是食品生產(chǎn)大國，食品工業(yè)的發(fā)展離不開高新技術加工手段，同類產(chǎn)品用不同方法生產(chǎn)加工，產(chǎn)品品質和市場前景會有很大的差異。我國現(xiàn)已成功入世，為農(nóng)產(chǎn)品出口帶來了良好機遇，同時也對食品加工提出了更高的要求，過去出口配額的限制已經(jīng)成為歷史，非關稅的技術壁壘給企業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)。如何融入國際大市場參與國際競爭，需要相關產(chǎn)業(yè)的共同努力。我國凍干食品的加工業(yè)存在最大的問題是國內(nèi)凍干設備的落后，極大地制約了這類產(chǎn)品的迅速發(fā)展。因此，凍干食品相關產(chǎn)業(yè)廠家應該在未雨綢繆時及早做好準備。

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[2]童軍茂等.我國凍干食品的現(xiàn)狀和前景展望[J].制冷技術，2003年.

[3]孔凡真.真空凍干食品市場前景廣闊[J].包裝與食品機械，2003年.