食品真空冷冻干燥技术

食品真空冷冻干燥研究付西光,董英,马海乐(江苏理工大学生物与环境工程学院,江苏镇江212023)摘要:真空冻干技术是干燥技术领域中科技含量高、涉及知识面广的一种技术,因其产品具有绿色、方便、保健功能,使该技术日受关注．文中阐述了冻干机理与工艺,通过真空冻干与热风干燥产品品质的比较,阐明冻干食品的特殊性,并从设备、工艺及特性三个方面指出真空冷冻干燥存在的问题．关键词:食品;真空;冷冻;干燥随着世界经济的发展,国内外食品市场上发生了很大的变化．其主要特点是无污染的天然绿色食品、高质量的合成功能食品、花样品种繁多的快速方便食品走俏市场．食品除了具有营养,供给人体活动所需能量的功能外,又附加了两个功能,即保健和防病治病的免疫功能．人们在追求食品的色、香、味及口感外,还追求其易食性[1,2]．冻干技术能很好地吻合“绿色食品”、“方便食品”和“保健食品”的三大发展趋势,因此,应积极发展冻干食品工业．在一些发达国家,80%～90%的食品属于方便食品或合成功能食品,仅日本市场上销售的保健食品就有2000多种,欧美国家中可达5000余种[2,3]．中国是一个农业大国,很多农产品的产量在世界上均名列前茅,农业在国民经济中的地位十分重要．但是落后的加工技术大大限制了中国农产品的产后加工技术,阻碍了农产品的商品化的进程,严重影响了中国农业的效益．可以肯定,随着世界经济的不断发展,生活节奏的逐步加快,人们对各种合成食品、快速方便食品的需求量也在迅速增加,特别是对这些食品的质量和花色品种的要求也愈来愈高．显然,这为农产品的深加工、精加工提供了广阔的市场,为提高农产品的效益创造了很好的条件．真空冷冻干燥技术是干燥技术领域中科技含量高、涉及知识面广的一种技术,同时也是干燥方法中设备最复杂、能耗最大、干燥成本最高的一种方法[4-10],但由于其干燥产品的特殊性:冻干食品具有复水性能佳、色泽保持好、营养成分损失少、产品重量轻、便于携带运输、易于长期保存,在品质上远优于其它干制食品的显著优点,使其成为干燥技术研究和发展的前沿[11-13]．1真空冷冻干燥原理及工艺过程1．1干燥原理真空冷冻干燥是将含水物料冻结后,在真空环境下加热,使物料中水分直接升华除去,从而使物料脱水获得冻干制品的过程．真空冷冻干燥属于物理脱水,理解其过程应从水的三相平衡图开始．如图1所示,ＡＢ、ＡＣ和ＡＤ线分别称之为升华曲线、溶解曲线和汽化曲线;三线交点Ａ为固、液、气三相共存的状态,称为三相平衡点,其温度为0.0098℃,压力为610Ｐａ,箭头1、2、3分别表示冰升华成水蒸气、冰融化成水和水气化成水蒸气的过程．升华现象是物质从固态不经液态而直接变成气态的过程,由该图可知,当压力低于610Ｐａ时,不论温度如何变化,水的液态都不能存在,这时如果对冰进行加热,冰只能越过液态直接升华成气态,真空冷冻干燥就是基于此原理．1．2工艺流程食品真空冷冻干燥工艺流程通常包括:预处理→预冻→干燥→后处理(1)预处理其目的是保证优质原料以及利于冻干与贮藏．对于固态食品,应进行清洗、筛分、漂烫、切分．清洗与筛分是保证冻干原料为合格品;漂烫是钝化酶活性的最有效方法,同时漂烫也能除去部分水,以减少干燥负荷;切分利于包装、食用,同时切分尺寸及切口方位也会影响冻干速率．对于液态食品,应进行灭菌与浓缩,浓缩利用真空或冻结方法进行,浓缩程度合理与否,将直接影响冻干速率及生产效率．(2)预冻冻结的速率与最终温度影响真空冻干食品的质量与冻干速率．目前研究认为[14-16],速冻有利于细胞结构的食品,可保持细胞壁的完整及避免细胞内有机液外溢．但速冻不利于液态食品,速冻易造成玻璃状冻结体,使冻干极难进行．最终温度通常取其共晶点以下5～10℃,过高或过低将严重影响食品质量与能耗．烘(3)干燥稿真空冻干劫的干燥阶段粥通常分为两吹段,即升华猛干燥段与解廉吸干燥段．搬升华干燥除荡去所有的冰骆晶体(物料尿中的自由水翁),约占总甘含水分的8魂0%～90欧%,它是冻感干过程的主毁体,这一过耽程以冰晶不赤融化为前提种．解吸干燥场除去物料固管形物的物理烤、化学吸附肯水,这部分旋水分约占1盛0%左右,封这一过程以核物料不过热则变质为前提伸,为了获得渡理想的最终感水分,此过居程中冻干室变的压强应更完低一些,以份保证脱除与车固体结合较考强的吸附水研[17-1行9]．至此说,物料中的侮水分已达到弱要求,完成短物料的冻干躺．蕉(4)后处为理该工艺版是将已冻干淘的物料,进伤行后期加工积处理的过程翁．冻干食品糊是多孔疏松盟状,表面积条大,易吸湿晚与破碎,因熔此常用真空革包装或充入岂惰性气体进俘行包装[2范0]血2冻干食更品的品质特锯点冻条干食品与传班统的晒干、暑烘干及真空拉干燥相比,持具有如下特筝点．冒(1)冻干钥食品最好地竟保存原料的迹色、香、味行和营养成分恶．食品冻干泥是在低温、再真空条件下壮进行的,酶格和细菌不滋野生、食品不巾变质、不氧远化、营养素吓损失少．据予报道,冻干乘对肉、蛋、知豆类、青菜葵类、甜玉米割等食品中蛋咱白质无损害距,ＶＣ、郑β探胡萝卜素和露其它水溶性主维生素仅损邀失5%,脂左溶性维生素优ＶＡ、ＶＤ鞋等完全不损权失．表1列巧出了未加任镰何保护剂时赏,新鲜草菇床、冻干草菇接及真空包装扫室温贮藏3腾年的冻干草革菇的氨基酸距含量分析[萄21],表社中值以10锁0%新鲜物世料为基准,室可以看出,玉有9种氨基冷酸在冻干过号程中保存了算94%,在摄贮藏过程中策约保存了6冬8%．表2睬列出了传统蜂烘干或晒干最与冻干的活块性枸杞成分歪分析,显然淋活性枸杞营上养成分高于弟传统枸杞．密由此可见,辞冻干法保存劝食品的营养莫素是最高的轻．储(2)冻干震食品很好地品保持了原物沃料的体积形惠态与色泽．揉冻干是在冻掌结状态下进废行的,冻干膏过程中的物承理形态、化柄学和生物性春质基本不变连,干燥后物猜料呈海绵状桌,无干缩现屯象,因此冻陆干后能保持啦原物料的体撇积和形状,森食用时能很婆快地吸水还券原成冻干前订的新鲜状态拌,复水率可秧达90%以慈上．表3列葛出冻干与热滨风干燥的蔬步菜复水时间箩和复水后还防原情况的比位较,表4列桂出传统枸杞稍与活性枸杞矩感观上的一渗些差异．浇此可见,冻凉干的复水时涛间短,还原帐成原状,色兵泽好,口感残风味也好,蛛无任何干缩炊现象．等(3)冻干科食品脱水彻寸底,保存期必长,可常温裕下贮藏,运警输方便．冻握干食品的残锁余水分仅为同2%～5%起,且其残余续水分均匀．岂水是细菌繁厨殖生长的必烟要条件,细握菌因无水而货不能生长,才同时采用真者空或充入惰迈性气体包装千,从而使脂瞒肪不易氧化点变质,延长尤保存期．冻龙干食品可在摧常温下贮藏鹊、运输与销撒售,无需建理立冷藏链．卡因冻干设备敞价格较高,房干燥时间较鬼长,加之能颜耗大、技术坛复杂、涉及流知识面广,掏目前还未广旬泛推广．但易由于其干燥厅产品的特殊往性,近几年贞,该种干燥匆技术在我国吸食品加工业景上开始应用蓬．净国内外现状雅及发展趋势纵真空冻干技难术起源于1桥9世纪初,锦但由于制冷乒技术与真空法技术等限制扣,直至20浩世纪初才开料始用于干燥卫生物制品,涨第二次世界菌大战中,由决于急需人体容血浆,真空酬冻干得以快峰速发展．战拢争结束后,塔在一些发达好国家中先后明将此技术用陈于食品加工衣上,一时间咐各类冻干食讨品厂蜂涌而牵起,当时有秘人预言,冻究干食品将很婆快取代其它嚼干制食品．献可由于复杂把的设备、巨翼大的能耗和运很低的生产令率,使高价浪格的冻干产洽品难以销售本．60年代帽中期,某些已真空冻干食飘品厂出现倒群闭和转产．欲从此,人们重开始在冻干目理论上、设选备上、工艺写上及如何选继择原材料上回进行深入研脆究．茅据有关部门庭统计[22摘],目前,警美国每年消谅费冻干食品耍500万吨罚,日本16听0万吨,法惨国150万说吨,其它国建家数量也很武可观．日本您每年需花1肺000亿日资元进口冻干末食品,日本鹊、美国及欧锣洲等地每年郑约需冻干大膜蒜粉600瑞0吨,可见喘冻干食品的弄国际市场很油大．背我国的冻干喇食品起步较宅晚,近年来掠一些科研院佣所对某些产句品进行了冻林干工艺的研贤究,东北大废学徐成海教美授对人参的垫冻干工艺进见行了深入系榆统的研究,尺建立了传热钳传质理论模薯型,用此模乱型预测的冻心干时间与实犁测结果较好旁吻合;华中皆理工大学姚掘爱如、郭亮科等分别利用抹自制的冻干口机分析了冻式干参数对冻剂干速率的影嫁响;中国农涂业大学牛江捆研究了草菇材的冻干工艺英;吉林大学诉对冻干鹿茸龟进行了化学丹成分的分析矛研究．真空黑冷冻干燥技避术被国内外纤认为是生产服高品质脱水暮食品的最好净的加工方法岁．因此,冻煎干食品在国雾际市场的价堆格是热风干帝燥食品的4档～6倍,且相其产量以每舅年30%的航速度递增,厕正成为国际走贸易的大宗形食品．六冻干技术可辽加工任何食锦品、药品,撇大致分类如玉下:疑蔬菜类:如歪蘑菇、芦笋卷、芹菜、辣孩椒、白葱、预蒜片、姜、炒胡萝卜、菜污花、荷兰豆屋、卷心菜等村．镰水果类:荔勉枝、龙眼、湖香蕉、桔子象、草莓、水同蜜桃、樱桃陪、苹果、梨免等．争鱼肉类:虾啄仁、蛇肉、舅甲鱼、牛肉伸、猪肉、火泪腿等．炉方便面食品投:碗仔面、副盒装便餐、芝婴儿食品、拖旅游食品、蒜老年食品、尾军用食品、捆宇航食品等迟．观调味品类:撕汤料、果酱焰、调理料、减香料等．隶其他类:茶幻叶、速溶咖隶啡、中药材精、动物胶原老蛋白、人参酱、酶素、血呼清、菌种、咸生物制品等鉴[21,2心3-26]率．昌食品真空冻踪干存在的问发题累真空冻干的旺食品若作为滑普通消费食住品仍然存在细成本高的问摘题,尤其在荷我国食品市阁场上很难见煎到真空冻干营食品．目前衫我国真空冻战干食品主要丈还是作为特暮殊用途的食藏品,如守岛叶部队、登山锄探险、旅游垃、礼品和保宣健品等,因滋其价格昂贵叮,普通消费惜者无法承受渐．若使冻干泥食品为人们揪广泛接受,帜必须从两个清方面考虑:遣一是从消费狭者方面考虑蛾,人们必须来具有较高的桃生活水平才警肯花钱买方滤便与享受;趟另一方面是扣冻干食品厂荒,必须使其丛技术不断完送善,生产成妈本不断降低遍,使冻干食恰品在市场上送具有竞争力呈．技术的完睁善应从两个弦途径入手:昆一是改善冻袄干设备及工签艺,使其节篮能降耗;二敲是选择合理跟的冻干原料炉,使其具有爆高附加值．浙目前我国真润空冻干很不昨完善,具体沃表现如下:商冻干设备方让面．冻干设敏备类型单一吓,性能落后允,工作可靠醒性差,开发唯制造混乱．虽目前我国生可产的真空冻他干机绝大部浩分仍是仿制胃七、八十年搞代国外产品验,其作业方抢式为间歇式砖,冻干室由默冷热间隔的苏多层搁板组财成．该种冻都干机在生物巧领域及医药刑领域确实发孙挥很大作用地,但用来冻筋干性质差异么很大的食品奴物料很不合衡理．国外食秩品冻干搁板窑面积均为几控十平方米,偏有的逾千平渴方米,作业苦方式有连续长式和间歇式鱼．而国内生换产的冻干机胜搁板面积基裹本在十平方羡米以下,因词此,许多单瞧位不得不并澡用几台设备袄进行生产,行造成冻干食姜品成本增加韵．真空冻干牙涉及干燥、夸真空、食品供、生物等技沃术,国外在她冻干机生产宽上已经形成上专业化生产查厂家,技术惹力量全面、贷雄厚,如Ａ良ｔａｌａｓ海、Ｅｄｗａ蹦ｒｄｓ、Ｌ幅ｅｙｂｏｌ千ｄ等．国内殃生产的冻干方机泄漏比较病突出,工艺奥水平低,达士不到技术要惊求．斧冻干工艺方仗面．目前对泪冻干工艺的谈研究多集中橡在小型冻干划实验机上冻坐干某些具体百物料的样品捷,而多数研顾究又都集中去在工艺参数明对冻干速率哑影响上,将呢其作为多变杂量因素进行召研究,而这浊些研究工作辅脱离了食品换冻干工艺过盘程的特点,需对冻干工艺楚参数及其之轮间的关系缺化乏系统的分唱析．其研究键结果无法为遭食品冻干厂休制定食品冻隆干工艺,更洗不能为冻干蚀机生产厂家漫在冻干设备朵工程设计过亚程作参考．出冻干特性方注面．在制定代冻干工艺时擦应注意冻干佣原料的特点拐:一是具有激细胞结构的品食品,该类但食品在冻干恋时应注意冻仁干速率及冻馒结温度,试葡验表明,冻腰结速率慢易舱使细胞壁破魂裂,汁液外愿溢,使冻干输产品质量下筛降,绝大多浩数果蔬食品佩都是细胞结竭构食品;二啊是具有芳香积气味的食品忠,如何保留剂其风味不被蹈破坏,目前绒研究认为,远慢冻有利于淋风味物质的乘保留;三是越无细胞结构醒也无芳香风颈味的食品,允应以其中活晨性生物存活赵率为指标,笛特别注意解武吸干燥段的炒温度[25漫]．5结论袍冻干食品虽恐尚未普及,象但各研究工哪作者均从不篮同角度提高脖冻干工艺及币设备的研究糕水平,随着伞我国经济步且伐的不断加唇快,相信目晶前仅作为保拾健和特殊用逗途的冻干食灿品必将成为小大宗食品．竹当然,食品赌冻干仍存在认许多有待研原究的问题,兽如何解决产冷品价值与加损工成本的比眨例关系是该缘技术发展的栋关键,仍需辱今后多学科俘配合进行系晕统地解决．侧参考文夸献见[1]李特正明.二十匀一世纪饮食征主旋律世———怖绿色食品[块Ｊ].食品网信息,19握94,16腊(13):那27-29闻．俭[2]霞宇杰.应大牌力发展特殊凑营养食品[桶Ｊ].食品哑信息,1头994,1尊5(14)壁:15-1述7.贿[秩3]李躁宏.世界食渐品的发展趋