真空冷凍干燥食品加工工藝的研究

張婷婷

摘? 要：真空冷凍干燥技術(shù)在食品加工中得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)分析真空冷凍干燥食品加工工藝基本原理和基本流程，分析真空冷凍干燥技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用，分析冷凍干燥技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)進(jìn)一步探討并改進(jìn)應(yīng)用真空冷凍技術(shù)進(jìn)行不同食品加工的工藝，進(jìn)一步探討冷凍干燥技術(shù)的不同組合，合理運(yùn)用凍干技術(shù)加工食品，獲得品優(yōu)質(zhì)高的食物制品。

關(guān)鍵詞：真空冷凍干燥技術(shù)? 基本原理? 基本流程? 加工工藝? 食品加工

Abstract： Vacuum freeze-drying technology has been widely used in food processing. By analyzing the basic principles and procedures of vacuum freeze-drying food processing technology， analyzing the application of vacuum freeze-drying technology in food processing， and analyzing the development of freeze-drying technology， we should further explore and improve the application of vacuum freezing technology for different food processing processes ， Further explore the different combinations of freeze-drying technology， rationally use freeze-drying technology， and obtain high-quality food products.

Key Words： Vacuum freeze-drying technology; Basic principle; Basic process; Processing technology; Food processing

真空冷凍干燥是將含有水分的物料預(yù)先凍結(jié)成固體，然后在真空狀態(tài)下從冰晶狀態(tài)直接升華為水蒸氣的一種干燥方法，即利用冰晶升華的原理，在高度真空的環(huán)境下，將食品物料的水分直接從冰固體升華為蒸汽。真空冷凍干燥食品加工工藝將真空干燥物料中的水分是在液態(tài)下轉(zhuǎn)化為汽態(tài)干制食品，為目前最先進(jìn)的能夠保留食品原有營(yíng)養(yǎng)成分、顏色和味道，便于運(yùn)輸和儲(chǔ)藏，且復(fù)水性好的食品加工技術(shù)。真空冷凍干燥技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)凍干技術(shù)，是真空技術(shù)與冷凍技術(shù)相結(jié)合的新型干燥脫水技術(shù)，在食品工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，應(yīng)用該技術(shù)獲得的凍干食品有效提高了食品質(zhì)量和附加值，與綠色食品、保健食品、方便食品三大食品發(fā)展趨勢(shì)相吻合，凍干食品逐漸受到人們關(guān)注和青睞。

1? 基本原理和流程

1.1 基本原理

水有可以相互轉(zhuǎn)換和共存固液氣三種相態(tài)，真空冷凍干燥技術(shù)基本原理是基于三種相態(tài)的變化。水、冰和水蒸氣在溫度和水蒸氣壓分別為0.0098℃和610.5Pa（三相點(diǎn)）時(shí)可共存且相互平衡，冰在三相點(diǎn)以下時(shí)可由固相直接升華為氣相。在高真空狀態(tài)下，利用升華原理不經(jīng)過(guò)冰的融化，直接將預(yù)先凍結(jié)食品中的水分轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵舛怀?，達(dá)到冷凍干燥的目的。

1.2 基本流程

前處理、預(yù)凍、速凍、真空脫水干燥、后處理為真空冷凍干燥食品加工工藝的基本流程，這是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。

前處理。為清除雜質(zhì)，便于升華干燥，應(yīng)對(duì)固態(tài)食品原料進(jìn)行選料、清洗、切分、燙漂、裝盤(pán)等預(yù)處理;真空低溫濃縮或冷凍濃縮是對(duì)液態(tài)食品原料的預(yù)處理方法。

預(yù)凍。為便面影響產(chǎn)品質(zhì)量，預(yù)凍食品物料的溫度、時(shí)間和速度應(yīng)合理掌握。一般將低于物料共熔點(diǎn)5～10℃左右作為預(yù)凍溫度，預(yù)凍時(shí)間應(yīng)充分（低于共熔點(diǎn)溫度后約2h），預(yù)凍速度應(yīng)由實(shí)驗(yàn)確定，一般控制在每分鐘下降1～4℃為宜。

速凍。要求凍結(jié)速度快凍結(jié)時(shí)間短，終了溫度在-30℃左右，終了中心溫度在共晶點(diǎn)以下，這可迅速固化食品中的水分，減輕機(jī)械損壞細(xì)胞的程度，避免蛋白質(zhì)變質(zhì)，使凍干食品形態(tài)與凍干前相同，避免抽真空時(shí)出現(xiàn)的起泡、收縮、濃縮等現(xiàn)象。

真空脫水干燥。食品物料凍結(jié)后要迅速進(jìn)行升華干燥，即在真空條件下食品吸熱并及時(shí)供給熱能維持升華溫度，使食品中的冰晶轉(zhuǎn)化為水蒸氣從其表面逸出;升華干燥后要提高溫度至45℃左右進(jìn)行解析干燥，當(dāng)料溫與板溫趨于一致時(shí)可結(jié)束干燥過(guò)程，這可清除食品中少量較牢固的結(jié)合水，達(dá)到成品水分含量。整個(gè)過(guò)程約需8～9h。

后處理。出倉(cāng)時(shí)機(jī)為倉(cāng)內(nèi)真空度達(dá)到大氣壓力，出倉(cāng)后立即檢查、稱(chēng)量并采用真空或充氮包裝干燥后的食品，避免吸收大量的水分和氧氣。包裝時(shí)，應(yīng)選用密閉性好、強(qiáng)度高、顏色深的包裝材料，其中防治干燥劑，維持干制食品含水量在5%以下。

2? 真空冷凍干燥技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用

2.1 山楂冷凍干燥工藝及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究

張采瓊等[1]研究表明，凍干山楂最佳工藝為物料厚度75mm，升溫速率3.0℃/h，預(yù)凍時(shí)間6h，解析溫度60℃;枸櫞酸在25～2500μg/mL范圍內(nèi)線(xiàn)性關(guān)系良好，平均回收率為96.72%，RSD為1.19%，說(shuō)明優(yōu)選的山楂真空冷凍干燥工藝穩(wěn)定可行，建立的高效液相色譜法靈敏快捷，準(zhǔn)確度高，可用于控制山楂凍干飲片的質(zhì)量。

2.2 真空冷凍干燥香椿揮發(fā)性成分分析

孫曉健等[2]研究表明，對(duì)凍干處理前后的與香椿特征性風(fēng)味有關(guān)的揮發(fā)性有機(jī)硫化物進(jìn)行分析比較，發(fā)現(xiàn)凍干后與香椿風(fēng)味有關(guān)的硫化丙烯、3，4-二甲基噻吩、2，5-二甲基噻吩、2-巰基-3，4-二甲基-2，3-二氫噻吩等物質(zhì)含量無(wú)明顯變化，為應(yīng)用該技術(shù)儲(chǔ)藏香椿提供一定理論基礎(chǔ)。

2.3 對(duì)玉木耳粉粉體特性和營(yíng)養(yǎng)成分的影響

梁曉君等[3]研究表明，真空冷凍干燥玉木耳粉營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量保存效果最好，其次為微波真空干燥，熱風(fēng)干燥對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損耗較大，超微粉碎在一定程度上能提高玉木耳粉營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的溶出率，說(shuō)明玉木耳真空冷凍干燥超微粉較適合用作功能食品深加工原料。

2.4 魷魚(yú)干復(fù)水特性研究

余銘等[4]研究表明，真空冷凍干燥的魷魚(yú)干水分含量和氧化程度均為最低，電鏡掃描圖顯示魷魚(yú)干肌纖維內(nèi)部有大量疏松多孔的蜂窩狀結(jié)構(gòu);復(fù)水率指標(biāo)顯示，真空冷凍干燥復(fù)水最快;復(fù)水過(guò)程，部分結(jié)合水向不易流動(dòng)水遷移，不易流動(dòng)水含量顯著增加，且占比90%以上，自由水含量也有所提升;低場(chǎng)核磁共振分析表明真空冷凍干燥的魷魚(yú)干復(fù)水效果最好，復(fù)水后可截留更多的自由水。熱泵干燥的魷魚(yú)干復(fù)水效果與自然干燥的接近，熱風(fēng)干燥的復(fù)水最差。干燥方式對(duì)干制品復(fù)水效果影響顯著，真空冷凍干燥和熱泵干燥技術(shù)有利于水產(chǎn)品干制。

2.5 不同干燥方式對(duì)黃瓜質(zhì)構(gòu)特性的影響

楊佳敏[5]研究顯示，真空冷凍干燥后黃瓜的含水率最高，樣品干燥后體積收縮率最小，色澤最接近新鮮黃瓜的顏色，復(fù)水時(shí)間最短，復(fù)水性最好，但冷凍干燥時(shí)間最長(zhǎng)、耗能最多;熱風(fēng)干燥過(guò)程所需的時(shí)間最短，干燥速率最快;熱風(fēng)干燥的黃瓜干復(fù)水后干硬度和咀嚼性最大，黏性最小;真空冷凍干燥的黃瓜干硬度和咀嚼性小，黏聚性最大，可見(jiàn)應(yīng)用該技術(shù)制的黃瓜干品質(zhì)最好，熱風(fēng)干燥所得的黃瓜干品質(zhì)最差，自然干燥的黃瓜干品質(zhì)得不到保證。

2.6 真空冷凍干燥馬鈴薯雪花全粉及即食馬鈴薯泥加工工藝

薛海[6]研究表明：（1）升華干燥真空度和溫度分別為100Pa和76℃，解析干燥真空度和溫度分別為70Pa和45℃，裝料量7.5kg/m2為真空冷凍干燥馬鈴薯雪花全粉的最佳工藝條件，其凍干速率為11.262%/h;（2）獲得的雪花全粉顆粒均一，表面褶皺較小，可保留的結(jié)晶度較高，結(jié)構(gòu)較少破壞;糊化度相對(duì)較低，具有較高的焓值和較好的熱穩(wěn)定性;（3）即食馬鈴薯泥的最佳配方：基料為馬鈴薯雪花全粉，食鹽、味精、胡椒粉、香菜末和蔥油的添加百分比分別為1.5%、1.0%、0.3%、6.0%和6.0%;（4）即食馬鈴薯泥最佳復(fù)水比為1：5，色度變化較小，馬鈴薯泥的品質(zhì)和雪花全粉復(fù)水性?xún)?yōu)于熱風(fēng)干燥全粉;（5）即食馬鈴薯泥復(fù)水前呈均一的淺黃色雪花片狀或粉末狀，水分、灰分、還原糖、砷、鉛含量分別為7.81%、0.47%、0.187%、0.1mg/kg、0.1mg/kg，菌落總數(shù)2cfu/g，致病菌未檢出;復(fù)水成泥后呈淡黃棕色，質(zhì)地均一細(xì)膩，馬鈴薯香氣濃郁，咸度適宜。

2.7 在新品種桑果干制備中的應(yīng)用

真空冷凍干燥技術(shù)在果桑新品種桑果干制備的最佳工藝參數(shù)為干燥溫度50℃、真空度20Pa、干燥時(shí)間72h，3個(gè)品種桑果含水率分別為2.97%、3.03%、2.56%，原花青素保留率分別為73.86%、76.32%、70.55%，具有很好的應(yīng)用前景[7]。

2.8 生姜真空冷凍干燥方便制品工藝技術(shù)

切片厚度12mm，預(yù)凍溫度和時(shí)間分別為-40℃和2h，姜片和姜絲冷凍干燥時(shí)間分別為16h和19h為最佳工藝參數(shù)，在此條件下得到優(yōu)質(zhì)的凍干生姜制品具有較好的復(fù)水性能、感官品質(zhì)和耐儲(chǔ)藏性能[8]。

3? 冷凍干燥技術(shù)的發(fā)展

3.1 超聲波噴霧-冷凍干燥技術(shù)

超聲波噴霧-冷凍干燥制備的粉體能更好地保留高湯總體風(fēng)味[9]。利用超聲波噴霧-冷凍干燥制備的粉體呈球型顆粒狀，粒徑較小，含水量低，堆積密度小，溶解性好，粉體具有較好的粒形;經(jīng)超聲波噴霧-冷凍干燥處理的樣品相比于真空冷凍干燥和噴霧干燥處理的樣品在揮發(fā)性化合物種類(lèi)和含量上都能更好的還原樣品的總體風(fēng)味，為進(jìn)一步制備風(fēng)味更優(yōu)的海鮮湯汁粉末提供理論性基礎(chǔ)[10]。

3.2 微波真空冷凍干燥技術(shù)

研究顯示[11]，狀態(tài)最為活躍的自由水在干燥過(guò)程中最先被除去，在90～180min內(nèi)脫除的速率最快;提高微波功率能夠加快水分遷移的速度，有利于干燥的進(jìn)行;微波功率為400W和500W時(shí)，蛋清粉峰值溫度較高從而引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)由有序變?yōu)闊o(wú)序;增大微波功率，雞蛋清凝膠結(jié)構(gòu)的孔道和孔徑也隨之增加，結(jié)構(gòu)也變得較為疏松，為微波真空冷凍干燥雞蛋清粉提供參考。

3.3 熱板-微波聯(lián)合真空冷凍干燥技術(shù)

熱板-微波聯(lián)合真空冷凍干燥茭白工藝優(yōu)化的研究表明，加熱板溫度為30℃、脫水轉(zhuǎn)換點(diǎn)為72%、微波功率為3kW為最優(yōu)的熱板-微波聯(lián)合凍干工藝參數(shù)[12]。

綜上所述，真空冷凍干燥技術(shù)在食品加工中得到廣泛應(yīng)用。為保證新鮮食物色香味及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不損失，一般應(yīng)選擇熱敏性高、極易氧化的食品作為物料，以保持物料原有形態(tài)結(jié)構(gòu)，具有良好的復(fù)水性，提高制品質(zhì)量和檔次。應(yīng)進(jìn)一步探討并改進(jìn)應(yīng)用真空冷凍技術(shù)進(jìn)行不同食品加工的工藝，進(jìn)一步探討冷凍干燥技術(shù)的不同組合，合理運(yùn)用凍干技術(shù)，獲得品優(yōu)質(zhì)高的食物制品，滿(mǎn)足人民群眾不斷增長(zhǎng)的物質(zhì)生活需要的新型食品。

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