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(shī)行

（滁州學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，安徽滁州 239000）

如今，我國(guó)人們的基本生活需求已由過(guò)去的吃飽喝好發(fā)生了轉(zhuǎn)換，油炸、膨化食品越來(lái)越受到人們的抵觸，而追求健康、時(shí)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(yíng)養(yǎng)成分、又無(wú)需任何防腐劑的凍干食品受到越來(lái)越多人的歡迎。

1 真空凍干技術(shù)的原理

在水的冰點(diǎn)恒定的情況下，隨著壓強(qiáng)的降低，沸點(diǎn)也會(huì)隨之降低。當(dāng)壓強(qiáng)降到一定，即水的沸點(diǎn)和熔點(diǎn)幾乎一致時(shí)，冰可以不經(jīng)過(guò)液態(tài)而直接汽化為氣體，該過(guò)程稱為升華[1]。而真空冷凍干燥技術(shù)是通過(guò)加工工藝對(duì)水的3 種形態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)三者間的平衡關(guān)系，并進(jìn)一步應(yīng)用升華原理，達(dá)到食品冷凍的目的[2]。

由于食品在真空凍干處理時(shí)處在低溫、真空的環(huán)境下，絕大多數(shù)的生物反應(yīng)會(huì)處于停滯狀態(tài)，對(duì)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(guò)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(wú)機(jī)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(duì)徹底。此外，復(fù)水時(shí)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(yùn)用了真空凍干技術(shù)，幾乎所有食品原料都可進(jìn)行真空干燥，如加工水產(chǎn)品、果蔬產(chǎn)品。尤其是在營(yíng)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(duì)原有價(jià)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(shí)，保留住果蔬中的微量元素、維生素等營(yíng)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(shí)，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(yíng)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(jìn)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(jìn)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(yíng)養(yǎng)和維生素的流失，一般在采摘果蔬后的2 ～8 h 就要對(duì)食物進(jìn)行加工或冷藏。例如，將食品原材料切成片狀時(shí)，應(yīng)根據(jù)食品的纖維組織方向進(jìn)行切割，同時(shí)要保證較薄的厚度，從而方便水蒸氣在后續(xù)的處理過(guò)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(guò)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(shí)破損、皺縮的程度以及營(yíng)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(huì)對(duì)凍結(jié)設(shè)定的平均溫度帶來(lái)不可忽略的影響。因此，原料的預(yù)凍處理需做到科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。預(yù)凍處理中大致要考慮3個(gè)因素，即時(shí)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(shí)因?yàn)槭芰Σ痪a(chǎn)生破損，溶質(zhì)流失。一般在達(dá)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(jìn)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(gè)過(guò)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(jìn)行加熱，除去升華出來(lái)的水分。由于固體水升華后會(huì)留下空隙，所以凍干產(chǎn)品具有良好的復(fù)水性。但通過(guò)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(xì)組織中的水分未被凍結(jié)。若要提升除水率，還要經(jīng)過(guò)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(shí)，凍干裝置處于高度真空狀態(tài)，通過(guò)內(nèi)外氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的推動(dòng)力讓水蒸氣逸出來(lái)。經(jīng)過(guò)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(guò)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(yùn)輸和儲(chǔ)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(shí)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(yán)格。包裝材料方面，大體根據(jù)食品特點(diǎn)和運(yùn)輸要求，凍干食品的包裝通常要求無(wú)氧、防水、避光，因此可以選用滿足以上3 點(diǎn)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?dú)饣蚨趸迹┌b。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(duì)絕大多數(shù)的細(xì)菌、病菌。其中紫外線殺菌能在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)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(jià)比，且成本較低。

4 真空凍干技術(shù)的不足

目前我國(guó)真空凍干技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)是如何在降低成本的同時(shí)保證食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而食品真空凍干技術(shù)目前還存在較多問(wèn)題。

4.1 凍干設(shè)備落后

目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的真空凍干機(jī)，其作業(yè)方式仍為間歇式，且類型單一化，裝備自動(dòng)化、智能化程度低，整體性能較為落后，導(dǎo)致能耗高、時(shí)間長(zhǎng)、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(lái)看，缺乏科學(xué)冷凍干燥工藝曲線，有些工作人員對(duì)凍干工藝中的真空凍干原理存在知識(shí)誤區(qū)，導(dǎo)致設(shè)備和能源方面會(huì)存在浪費(fèi)[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(huì)因此遭受損失[18]。

4.4 理論與技術(shù)較為落后

目前我國(guó)的真空凍干基礎(chǔ)理論研究與國(guó)外相比還存在一定的差距，即缺乏對(duì)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(wú)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(shí)應(yīng)用到生產(chǎn)中，是當(dāng)下急需解決的問(wèn)題。

隨著國(guó)際食品生產(chǎn)對(duì)衛(wèi)生要求的不斷重視，HACCP 系統(tǒng)越來(lái)越受到青睞，我國(guó)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(shí)施了這一體系[19]。如何創(chuàng)新凍干裝備、縮短凍干時(shí)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(wèn)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(lái)，結(jié)合當(dāng)今社會(huì)生活中人們所關(guān)注的事物，如健康、時(shí)尚、方便等熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行開發(fā)，為真空凍干技術(shù)找到全新的、緊跟時(shí)代步伐的研究方向。

5 真空凍干產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)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(diǎn)是將各種富含營(yíng)養(yǎng)素的水果、谷物、蔬菜為原料，通過(guò)粉碎、復(fù)配、重組等手段，以天然營(yíng)養(yǎng)配比為指導(dǎo)，從而制造出具有多維度營(yíng)養(yǎng)功能的真空凍干產(chǎn)品。②四代真空凍干產(chǎn)品為營(yíng)養(yǎng)健康設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)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(chǎng)的應(yīng)用范圍更廣。③五代真空凍干產(chǎn)品為精準(zhǔn)個(gè)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(jìn)的科技手段，采用了大數(shù)據(jù)分析手段，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、個(gè)性化營(yíng)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(shì)必將成為未來(lái)凍干產(chǎn)品市場(chǎng)的發(fā)展方向。

6 結(jié)語(yǔ)

食品真空凍干技術(shù)應(yīng)用廣泛，且對(duì)我國(guó)未來(lái)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(jìn)行更深入的研究。總之，隨著研究的不斷深入和市場(chǎng)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。