食品真空凍干技術(shù)的應(yīng)用研究

馮雅 戴浩然 郭少聰 薛清松 何詩行

摘 要：隨著人們?nèi)粘Ｉ钏降奶岣吆拖M觀念的改變，傳統(tǒng)食品工藝已逐漸不能滿足人們的需求，快捷方便、健康安全成為消費者的全新追求。本文主要介紹了食品真空凍干技術(shù)的一些原理和特點，探討了其不足以及市場應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：食品;真空凍干;應(yīng)用

Application of Vacuum Freeze Drying Technology for Food

FENG Ya， DAI Haoran， GUO Shaocong， XUE Qingsong， HE Shihang*

（College of Biology and Food Engineering， Chuzhou University， Chuzhou 239000， China）

Abstract： With the improvement of people’s daily living standards and the change of consumption concept， traditional food technology has gradually been unable to meet people’s needs. Fast and convenient， health and safety become the new pursuit of consumers. This paper mainly introduces some principles and characteristics of food vacuum freeze-drying technology， and discusses its deficiency and market application.

Keywords： food; vacuum freeze drying; application

如今，我國人們的基本生活需求已由過去的吃飽喝好發(fā)生了轉(zhuǎn)換，油炸、膨化食品越來越受到人們的抵觸，而追求健康、時尚、享受等新型需求的食品得到人們的青睞。因此，能極大地保存食品營養(yǎng)成分、又無需任何防腐劑的凍干食品受到越來越多人的歡迎。

1 真空凍干技術(shù)的原理

在水的冰點恒定的情況下，隨著壓強的降低，沸點也會隨之降低。當壓強降到一定，即水的沸點和熔點幾乎一致時，冰可以不經(jīng)過液態(tài)而直接汽化為氣體，該過程稱為升華[1]。而真空冷凍干燥技術(shù)是通過加工工藝對水的3種形態(tài)進行轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)三者間的平衡關(guān)系，并進一步應(yīng)用升華原理，達到食品冷凍的目的[2]。

由于食品在真空凍干處理時處在低溫、真空的環(huán)境下，絕大多數(shù)的生物反應(yīng)會處于停滯狀態(tài)，對熱敏性高和易氧化的食品有良好的干燥效果[3]。真空凍干處理后的物料結(jié)構(gòu)具有多孔性，其速溶性和復(fù)水性效果都很理想。在升華過程中，溶于水的物質(zhì)能夠快速析出，很好地減緩了食品內(nèi)部無機鹽的流失[4]。真空凍干技術(shù)可以去除原料中95%～98%的水分，脫水相對徹底。此外，復(fù)水時相比其他干燥方式，處理后的食品的新鮮度更高。

2 真空凍干技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)如今食品加工中已經(jīng)廣泛運用了真空凍干技術(shù)，幾乎所有食品原料都可進行真空干燥，如加工水產(chǎn)品、果蔬產(chǎn)品。尤其是在營養(yǎng)保健類產(chǎn)品方面，真空凍干技術(shù)起到至關(guān)重要的作用，提高了藥材、蜂蜜、花粉等對原有價值需求極高的產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。例如，真空凍干技術(shù)可將新鮮果蔬加工成脫水果蔬，在去除果蔬中水分的同時，保留住果蔬中的微量元素、維生素等營養(yǎng)成分。食用前將脫水果蔬在水中浸泡，可以最大限度地還原原有的色澤以及口感[5]。同時，真空凍干技術(shù)還有助于提升名貴水產(chǎn)品的檔次品質(zhì)和開拓提升中低檔水產(chǎn)品的銷售渠道與附加值[6]。以營養(yǎng)保健類產(chǎn)品中的藥材三七為例，真空凍干的三七與自然晾曬的相比，其在色澤、顏色、光澤等方面更好，而且人參皂苷Re含量更高[7]。

3 真空凍干技術(shù)的操作流程

真空凍干技術(shù)的操作流程為預(yù)處理→預(yù)凍→冷凍干燥→后處理。

3.1 預(yù)處理

預(yù)處理包括清洗、殺菌、添加試劑等一系列操作，是為了保證原料的質(zhì)量和原料在后續(xù)操作中能夠進行高效反應(yīng)。另外，食品的初始溫度與凍結(jié)后的溫度有著直接關(guān)聯(lián)，因此要進行預(yù)冷處理[8]。由于原料的多樣性，預(yù)處理的操作也不盡相同。例如，在處理果蔬類食物原材，為了避免果蔬中營養(yǎng)和維生素的流失，一般在采摘果蔬后的2～8 h就要對食物進行加工或冷藏。例如，將食品原材料切成片狀時，應(yīng)根據(jù)食品的纖維組織方向進行切割，同時要保證較薄的厚度，從而方便水蒸氣在后續(xù)的處理過程中更好地溢出，讓食品快速凍結(jié)。例如，在牛肉切片的處理過程中，一片厚度為0.1 m的切片牛肉需要10 h左右能夠被完全凍結(jié)，而凍結(jié)一片厚度為0.2 m的切片牛肉則至少需要24 h[9]。

3.2 預(yù)凍

預(yù)凍是為了將原料中的液態(tài)水凍結(jié)，降低原料在真空凍干時破損、皺縮的程度以及營養(yǎng)物質(zhì)的流失，確保凍干后的產(chǎn)品理化性質(zhì)和凍干前保持一致。由于原料在空氣中極易被氧化而導(dǎo)致變質(zhì)，且原料自身的初始溫度也會對凍結(jié)設(shè)定的平均溫度帶來不可忽略的影響。因此，原料的預(yù)凍處理需做到科學(xué)嚴謹。預(yù)凍處理中大致要考慮3個因素，即時間、溫度、速率。預(yù)凍要保證液態(tài)冷凍徹底，以防在凍干抽真空時因為受力不均而產(chǎn)生破損，溶質(zhì)流失。一般在達到預(yù)凍最低溫度的1～2 h后即可開始抽真空[10]。預(yù)凍處理使原料中的水分更好地溢出，進一步提高了原料的凍干效率。

3.3 冷凍干燥

冷凍干燥即凍干，是整個過程中最重要、最復(fù)雜的步驟。凍干分為升華干燥和解析干燥兩步[11]。升華干燥是將已經(jīng)完成預(yù)凍的原料在真空裝置中進行加熱，除去升華出來的水分。由于固體水升華后會留下空隙，所以凍干產(chǎn)品具有良好的復(fù)水性。但通過升華干燥只能去除原料中90%的水分。在原料中，仍有一部分存在于毛細組織中的水分未被凍結(jié)。若要提升除水率，還要經(jīng)過解析干燥，將裝置內(nèi)的溫度提升到產(chǎn)品所能接受的最高溫度，并一直維持到凍干結(jié)束，使殘留的水分蒸發(fā)為水蒸氣。同時，凍干裝置處于高度真空狀態(tài)，通過內(nèi)外氣體壓強產(chǎn)生的推動力讓水蒸氣逸出來。經(jīng)過解析干燥后，產(chǎn)品水分的殘留一般只有0.5%～4.0%[12]。食品在真空凍干的過程中主要是吸收熱量的，目前凍干加熱的方式有傳導(dǎo)加熱、微波加熱和輻射加熱3種[13]。

3.4 后處理

包裝的目的是便于食品的運輸和儲藏。凍干食品具有多孔疏松結(jié)構(gòu)，雖然讓其自身有了極佳的復(fù)水性，但同時也讓自身變得極易氧化和易滋生微生物。因此，凍干食品的包裝和殺菌處理更加嚴格。包裝材料方面，大體根據(jù)食品特點和運輸要求，凍干食品的包裝通常要求無氧、防水、避光，因此可以選用滿足以上3點的鍍鋁薄膜、PET和PP復(fù)合材料[14]。包裝形式可采用真空包裝或充氣（氮氣或二氧化碳）包裝。凍干食品的殺菌方法一般采用紫外線殺菌和輻射殺菌，滅菌效果良好，主要針對絕大多數(shù)的細菌、病菌。其中紫外線殺菌能在很短的時間內(nèi)達到幾乎100%的殺菌率[15]。此外，紫外線和輻射殺菌系統(tǒng)不存在有毒、易燃的安全隱患，具有較高的性價比，且成本較低。

4 真空凍干技術(shù)的不足

目前我國真空凍干技術(shù)發(fā)展的主要趨勢是如何在降低成本的同時保證食品的營養(yǎng)價值，而食品真空凍干技術(shù)目前還存在較多問題。

4.1 凍干設(shè)備落后

目前國內(nèi)生產(chǎn)的真空凍干機，其作業(yè)方式仍為間歇式，且類型單一化，裝備自動化、智能化程度低，整體性能較為落后，導(dǎo)致能耗高、時間長、效率低，并不適合凍干性質(zhì)差異很大的食品物料[16]。

4.2 凍干工藝的不合理

從食品真空凍干工藝的合理性來看，缺乏科學(xué)冷凍干燥工藝曲線，有些工作人員對凍干工藝中的真空凍干原理存在知識誤區(qū)，導(dǎo)致設(shè)備和能源方面會存在浪費[17]。

4.3 產(chǎn)品品質(zhì)易降低

由于真空凍干產(chǎn)品在脫水之后，結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)海綿狀且疏松多孔，外觀變得蓬松，表面積變得更大，導(dǎo)致真空凍干產(chǎn)品易吸潮、易破碎。此外，與其他干燥方式相比，凍干產(chǎn)品顏色較淺且易發(fā)生褪色，產(chǎn)品的外觀品質(zhì)也會因此遭受損失[18]。

4.4 理論與技術(shù)較為落后

目前我國的真空凍干基礎(chǔ)理論研究與國外相比還存在一定的差距，即缺乏對凍干基礎(chǔ)理論及其相關(guān)理論的系統(tǒng)研究。傳統(tǒng)的凍干理論已逐漸無法指導(dǎo)現(xiàn)代的生產(chǎn)作業(yè)，因此盡快完善凍干理論并及時應(yīng)用到生產(chǎn)中，是當下急需解決的問題。

隨著國際食品生產(chǎn)對衛(wèi)生要求的不斷重視，HACCP系統(tǒng)越來越受到青睞，我國也在加緊制定相關(guān)法規(guī)，部分企業(yè)也已經(jīng)根據(jù)相關(guān)政策逐步實施了這一體系[19]。如何創(chuàng)新凍干裝備、縮短凍干時間、提高干燥效率和降低用工成本，已成為真空凍干技術(shù)繼續(xù)突破的核心問題。今后也可將真空凍干技術(shù)與食品深加工緊密聯(lián)系起來，結(jié)合當今社會生活中人們所關(guān)注的事物，如健康、時尚、方便等熱點問題進行開發(fā)，為真空凍干技術(shù)找到全新的、緊跟時代步伐的研究方向。

5 真空凍干產(chǎn)品的發(fā)展趨勢

當前真空凍干產(chǎn)品大體分為3代，分別為三、四、五代真空凍干產(chǎn)品[18]。①三代真空凍干產(chǎn)品為重組產(chǎn)品。凍干水果酸奶塊是新型凍干產(chǎn)品的典型，其特點是將各種富含營養(yǎng)素的水果、谷物、蔬菜為原料，通過粉碎、復(fù)配、重組等手段，以天然營養(yǎng)配比為指導(dǎo)，從而制造出具有多維度營養(yǎng)功能的真空凍干產(chǎn)品。②四代真空凍干產(chǎn)品為營養(yǎng)健康設(shè)計制造的產(chǎn)品。這代產(chǎn)品在三代真空凍干產(chǎn)品的基礎(chǔ)上突出了特殊性，是針對特殊人群、特殊用途、特殊環(huán)境而研制的新型產(chǎn)品。其產(chǎn)品的攝入方式較三代有了更多的選擇，而且結(jié)合方式也不僅局限于食品，實現(xiàn)了水果、蔬菜、谷物與藥物的結(jié)合。因此，該代真空凍干產(chǎn)品較三代產(chǎn)品市場的應(yīng)用范圍更廣。③五代真空凍干產(chǎn)品為精準個性化定制產(chǎn)品。這代產(chǎn)品是目前最前沿的真空凍干產(chǎn)品，利用了最先進的科技手段，采用了大數(shù)據(jù)分析手段，以實現(xiàn)精準、個性化營養(yǎng)健康調(diào)控的目的。較前兩代真空凍干產(chǎn)品，更加注重產(chǎn)品的功效、文化、品味等屬性，食品的呈現(xiàn)方式也更加多樣化、現(xiàn)代化。該代真空凍干產(chǎn)品勢必將成為未來凍干產(chǎn)品市場的發(fā)展方向。

6 結(jié)語

食品真空凍干技術(shù)應(yīng)用廣泛，且對我國未來的食品保鮮發(fā)展起到了重要的作用，在設(shè)備、工藝、理論層次中還有必要進行更深入的研究?？傊?，隨著研究的不斷深入和市場的不斷發(fā)展，食品真空凍干技術(shù)將具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

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通信作者：何詩行（1989—），女，黑龍江佳木斯人，博士，講師。研究方向：食品加工機械與設(shè)備。E-mail：shh_he@126.com。