基于真空冷凍干燥技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用實驗綜述報告

摘要：本文介紹了真空冷凍干燥技術(shù)的概念、原理，闡述了其在食品加工中的應(yīng)用及優(yōu)勢，分析了真空冷凍干燥技術(shù)在實際生產(chǎn)中未普及原因，最后，對今后如何擴大真空冷凍干燥技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用提出了建議。

關(guān)鍵詞：真空冷凍干燥技術(shù);食品加工;應(yīng)用

在食品的運輸與貯藏過程中，如果沒有使用科學(xué)、有效的加工方式進行輔助，那么將會直接導(dǎo)致這些食品的結(jié)構(gòu)、顏色等出現(xiàn)變質(zhì)。各項營養(yǎng)指標(biāo)出現(xiàn)下降等方式，嚴(yán)重的所出現(xiàn)的一些化學(xué)或者物理變化還會導(dǎo)致食者出現(xiàn)不同程度的中毒。對于一些高價值的食品加工過程中，則更應(yīng)當(dāng)通過選擇科學(xué)、有效的保存方式來進行處理。在傳統(tǒng)的食品保存方式中，通常會利用脫水制品干燥的方式，來確保食品的新鮮，但這種工藝對于一些特殊的食品而言，在進行處理的過程中非常容易在低氧、低溫的環(huán)境中出現(xiàn)食品口感的改變。因此，隨著時代的發(fā)展與進步，真空冷凍干燥技術(shù)的出現(xiàn)能夠在傳統(tǒng)的脫水技術(shù)上進行提升與完善，在創(chuàng)新食品領(lǐng)域發(fā)展的同時也為消費者的日常生活帶來了更多可能。

1.真空冷凍干燥的概念

真空冷凍干燥又被稱為“凍干”，在西方國家中被翻譯為Freeze Dried，其簡稱為FD。真空冷凍改造技術(shù)作為真空技術(shù)和冷凍技術(shù)多年發(fā)展的成果，在新型的干燥脫水技術(shù)中異軍突起、為世界食品加工領(lǐng)域帶來了一線生機。它主要是將濕物質(zhì)進行快速冷凍，并通過較低的水蒸氣分壓下，將所產(chǎn)生的冰升華成為蒸汽的一種全新干燥手段。在這個技術(shù)過程中，氣壓通常低于600Pa（即：4.5mmHg），通常被稱為水的三相點。 真空冷凍干燥技術(shù)與其他干燥技術(shù)相比，它的最大特點在于干燥手段與水蒸氣的轉(zhuǎn)變不同。

其優(yōu)點主要體現(xiàn)在：空冷凍干燥技術(shù)能夠有效的提升產(chǎn)品的附加值，在推進中國地方經(jīng)濟的同時，也能夠高度配合國家提出的“農(nóng)副產(chǎn)品加工，必須要有向“高起點、高水平、高標(biāo)準(zhǔn)”的方向進行發(fā)展的宏觀思路。然而在實際工作中，由于真空冷凍干燥食品技術(shù)是一項操作費用與操作成本雙高的工藝，不僅會在時間成本上進行大量投入，同時也對工藝的標(biāo)準(zhǔn)有較高要求。因此在過去的一段時間內(nèi)，這項工藝并沒有被廣泛應(yīng)用，在本世紀(jì)前期歐洲和美國才逐漸將其形成一種固定的體系進行建立，在多年的發(fā)展下我國的真空冷凍干燥食品技術(shù)也得到了一定程度的提升。

2.真空冷凍干燥食品技術(shù)的生產(chǎn)及工作原理

2.1生產(chǎn)原理

真空冷凍干燥食品的生產(chǎn)原理，主要是以水的三種變化為出發(fā)點，通過對水的三種相態(tài)，也就是：液態(tài)、固態(tài)、氣態(tài)進行共存或者轉(zhuǎn)換，來進行一系列的食品加工處理。在真空冷藏干燥食品工藝的應(yīng)用過程中，水的三相點對應(yīng)溫度為0.0098℃、水蒸氣壓為 610.5 Pa， 此種狀態(tài)下，水蒸氣、冰與水實現(xiàn)了三者的平衡與共存。也只有在三相點以下冰才可以直接突破固相形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀唷６@個過程則是被稱為“升華”，同時，在高真空的狀態(tài)下借助這種“升華”現(xiàn)象來對預(yù)先冷凍的視頻中的水分直接通過水蒸氣進行去除，在沒有冰的融化過程中直接實現(xiàn)冷凍與干燥的目的。

2.2工作原理

真空冷凍干燥食品的工作原理，主要是通過將物料進行凍結(jié)，直至共晶點溫度下將食品內(nèi)部的水分逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N固態(tài)的冰狀，隨后，將一些預(yù)凍的物料通過投入干燥倉的方式，借助低溫真空環(huán)境來通過加熱板導(dǎo)熱的方式進行熱能供給，對于一些有條件的加工企業(yè)，則是可以通過輻射的方式進行熱能供給，以此實現(xiàn)物料中水分直接升華為水蒸氣的現(xiàn)象。而那些產(chǎn)生出來的水蒸氣，則是由真空泵等工作組，通過集中抽取的方式輸送到捕水倉內(nèi)， 利用-40℃至-45℃的排管外壁進被捕，直到凍干數(shù)值曲線達到規(guī)定要求，方可停止真空抽取與供熱。而在真空冷凍干燥食品加工的工作組中，主要是通過真空冷凍干燥箱（即：凍干箱）、制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)以及加熱系統(tǒng)等多個要素構(gòu)成。

3.真空冷凍干燥食品特點

3.1最大程度保證食品的色香味以及營養(yǎng)成分

真空冷凍干燥技術(shù)，必須是要在高度缺氧與低溫的環(huán)境中開展工作，這就保證了相關(guān)的酶與微生物不再發(fā)揮任何作用，食品也不容易受到氧化，在保證食品的色、香、味不變的前提下，確保其營養(yǎng)成分得到最大程度的保留。通過大量的研究數(shù)據(jù)及試驗表明，通過真空冷凍干燥所制作出的香蕉食品，比其他的微波干燥、熱風(fēng)干燥等效果都要略好。而該項技術(shù)用在肉類、蛋類、豆類、青菜類甚至玉米類等食品的制作中，都能夠保證蛋白質(zhì)最佳質(zhì)量，而胡蘿卜素、維生素C以及其它水溶性維生素的損失率通常不高于5%，脂溶性維生素A、維生素D等更是做到了零損失。以菠菜的真空冷凍干燥技術(shù)為例，經(jīng)過凍干后的菠菜，其維生素C含量可保留在95%以上，而傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥技術(shù)卻只能維持在58%左右，曬干類技術(shù)則只能保留在4%左右[1]。

3.2效保持食品形態(tài)

大多數(shù)的食品在進行脫水前都應(yīng)當(dāng)經(jīng)過凍結(jié)這一環(huán)節(jié)，以此來形成相對穩(wěn)定的骨架，而在脫水之后的食品固體骨架通常都會保持一種不變的形態(tài)，同時其內(nèi)部構(gòu)呈現(xiàn)多孔海綿結(jié)構(gòu)，具有很強的復(fù)水性與速溶性。而近幾年來洋蔥、胡蘿卜等熱風(fēng)干燥復(fù)水時間通常為“41-100”之間，與其相對應(yīng)的冷凍干燥時間則是通常會被控制在“10-11”之間[2]。因此，我們認為凍干的蔬菜不僅復(fù)水時間短，也能夠以最佳狀態(tài)恢復(fù)原有形狀，同時沒有較為明顯的干燥現(xiàn)象發(fā)生。

3.3食品脫水率較高且可以長時間保留

通常情況下，真空冷凍干燥的食品內(nèi)在殘余水分通常在5%-5.1%左右，且這種殘留的水分分布也相對均勻。特別是在真空包裝環(huán)境下，在常溫、低菌群中可以維持數(shù)年不腐爛、不變質(zhì)。

3.4避免了食品表面的硬結(jié)

對于真空冷凍干燥食品而言，由于其經(jīng)過了預(yù)先的凍結(jié)，因此原來那些可以溶于水的無機鹽等溶質(zhì)得到了有效固定，這就保證了在脫水的過程中并沒有因為溶質(zhì)遷移而導(dǎo)致食品表面出現(xiàn)硬化等現(xiàn)象。

4.真空冷凍干燥技術(shù)的應(yīng)用

上個世紀(jì)中葉，真空冷凍干燥食品技術(shù)已經(jīng)從實驗室的研發(fā)階段，逐漸過渡到了小規(guī)模生產(chǎn)階段中。而在多年的演變與發(fā)展過程中，現(xiàn)階段的真空冷凍干燥食品技術(shù)更是得到了前所未有的發(fā)展。在技術(shù)不斷創(chuàng)新與發(fā)展的今天，真空冷凍干燥技術(shù)更是向著規(guī)模化工業(yè)發(fā)展方向邁進。在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新過程中，人們更為注重食品方便快捷、高營養(yǎng)、高品質(zhì)，這種理念的出現(xiàn)使得市場對真空冷凍干燥食品技術(shù)需求不斷增加。

4.1在果蔬加工中的應(yīng)用

作為農(nóng)業(yè)大國的中國，我們擁有豐富的蔬菜資源與水果資源，但由于我們的技術(shù)水平有限，在多年的發(fā)展中，中國的農(nóng)產(chǎn)品一直處于一種技術(shù)含量低的初級加工階段中。真空冷凍干燥食品的出現(xiàn)，則是將整個市場的銷售收入提高到了5-11倍之間，不僅拓寬了市場容量，同時對消費者的購買習(xí)慣進行了積極引導(dǎo)，在經(jīng)濟層面獲取了較高的附加值和效益。不僅如此，真空冷凍干燥食品的出現(xiàn)還能夠有效提升整個出口食品的層次，在突破傳統(tǒng)果蔬加工手段弊端的同時，科研工作者和技術(shù)專家也整理出了相關(guān)的工藝參數(shù)。例如：梨和棗的共晶點為-2.5 ℃-3 ℃、當(dāng)擱板溫度每增加10 ℃的時候，其凍干時間就會相應(yīng)減少2小時，而厚度則是每增加2 mm，相應(yīng)凍干時間則增加2.3-2.5小時，通過導(dǎo)入0.2-2.5 %的維生素C進行護色，可以實現(xiàn)原果的風(fēng)味、色澤、形態(tài)與凍干時間的最佳平衡，不僅制作實踐短，同時生產(chǎn)經(jīng)濟成本低廉，為相關(guān)果蔬的批量化、工業(yè)化生產(chǎn)提供強有力的支撐[3]。

4.2在水產(chǎn)品加工中的應(yīng)用

真空冷凍干燥技術(shù)在水產(chǎn)品加工中同樣也取得了較好成果，特別是在近幾年的發(fā)展中，真空冷凍干燥食品加工工藝下的水產(chǎn)品加工更是成為提升綜合經(jīng)濟效益與附加值的核心渠道。而在實際的工作中，相關(guān)從業(yè)者更是要從不斷提高水產(chǎn)品凍干效果與質(zhì)量的角度，來進行水產(chǎn)品的營養(yǎng)價值和綜合利用率提高。通過大量的研究與實踐表明，對于鹽漬海參和凍干海參而言，其最佳的冷凍溫度應(yīng)該是在-25℃左右，真空度在11pa-20Pa之間，而凍干最終溫度在保持60℃的條件下，二者的理化指標(biāo)與感官指標(biāo)等參數(shù)均無較為明顯的差別[4]。

5.真空冷凍干燥技術(shù)在食品加工應(yīng)用的前景

與二戰(zhàn)時期所發(fā)明的真空冷凍干燥技術(shù)相比，21世紀(jì)的真空冷凍干燥食品加工工藝更是為人們的生活方式、營養(yǎng)節(jié)奏、飲食特點進行了有效轉(zhuǎn)變，而真空冷凍干燥食品加工工藝更是憑借其獨到的綠色營養(yǎng)、高附加值等特點，在競爭激烈的市場大環(huán)境中分得一杯羹[5]。在未來的發(fā)展中更是要向著高效、高質(zhì)、低成本的角度進行發(fā)展，最大程度上推動市場領(lǐng)域的發(fā)展。

6.結(jié)語

綜上所述，真空冷凍干燥食品技術(shù)已經(jīng)在我國多個領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，并取得了一定成果。但在實際的生產(chǎn)中，我們也必須清楚的認識到這種加工方式所存在的一些弊端，例如生產(chǎn)設(shè)備的投資較大、人工成本以及產(chǎn)品能耗較高等問題都制約了該項技術(shù)的順利發(fā)展[6]。因此，在實際的工作與研發(fā)過程中，我們必須要通過大量的科研實驗，在確保產(chǎn)品質(zhì)量與工藝先進的同時，最大程度上合理降低生產(chǎn)成本與能耗，在不斷創(chuàng)新生產(chǎn)技術(shù)工藝的過程中，對真空冷凍干燥食品進行全新的領(lǐng)域研究。只有這樣，我們的工藝才能夠為國家的經(jīng)濟發(fā)展和國民生活水平提供本質(zhì)提升，為社會發(fā)展帶來全新助力。

參考文獻：

[1]趙怡紅，左銀虎.真空冷凍干燥技術(shù)在食品加工中的研究和應(yīng)用綜述[J].常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院報，2007，（03）：47-49.

[2]周慶珠，李文津.真空冷凍干燥技術(shù)在食品加工方面的應(yīng)用與實踐[J].食品科學(xué)，1996，17（7）： 14-17.

[3]韓娜.真空冷凍干燥技術(shù)研究進展[J].食品工程，2007，（03）：28-29.（03）：28-29.

[4]李志平.真空冷凍干燥技術(shù)分析研究及應(yīng)用[J].四川食品與發(fā)酵，2005，41（3）： 51- 54.

[5].郭樹國，蔣愛國，王麗艷.基于品質(zhì)和能耗的獼猴桃真空冷凍干燥工藝優(yōu)化[J].食品研究與開發(fā)，2019（4）：108-112.

[6]王宇偉.國內(nèi)冷凍干燥食品發(fā)展?fàn)顩r[J].糧油食品， 2002，（01）： 21-22.

基金項目：安徽高校自然科學(xué)基金項目《霍山石斛加工過程中非酶促褐變研究》（KJ2019A0626）;皖西學(xué)院校級質(zhì)量工程項目（2016wxxy28）。

作者簡介：張敏（1980-）.女，碩士，講師，研究方向：食品科學(xué)。