真空冷冻干燥技术在食品中的应用及发展

真空冷冻干燥技术在食品中的应用及发展摘要：真空冷冻干燥技术（简称冻干技术）是在真空低温环境下，研究被冻干物料内外传热传质过程、特点和规律的科学。它是一门跨学科的复杂技术。冻干技术的发展需要真空、制冷、加热、液压、自动控制等技术的支持；冻干技术的应用涉及到生物工程、医药工程、食品工程、材料工程等领域。近些年来，冻干技术在高新技术领域中的应用倍受人们关注，这说明冻干技术的应用不但量大面广，而且进入了高精尖的行列。关键词：真空冷冻干燥技术；原理；食品工业；应用前景VacuumfreezedryingtechnologyinfoodapplicationsanddevelopmentAbstract：thevacuumfreezedryingtechnology(abbreviationfreeze-drytechnology)invacuumcryogenicenvironment,studyoffreezedriedmaterialandheatandmasstransferprocess,characteristicsandlawsofscience.Itisaninterdisciplinaryfieldofcomplextechnology.Freezedrytechnologydevelopmentneedsofvacuum,refrigeration,heating,hydraulic,automaticcontrolandothertechnicalsupport;freeze-driedtechnologyapplicationrelatedtobiologicalengineering,pharmaceuticalengineering,foodengineering,materialsengineering.Inrecentyears,freezedryingtechniqueinthefieldofhightechnologyapplicationtimesgetpeopleattention,thefreeze-dryingtechnologyapplicationnotonlyquantitybeddingfaceiswide,andenteredtheadvancedranks.Keywords:vacuumfreezedryingtechnology;principle;foodindustry;applicationprospect食品在加工、贮藏和运输中会发生各种物理的、化学的和生物的变化。这些变化会改变食品的颜色和结构，也会发生使芳香物质变质、营养成分下降的生物化学反应。这些物理的和生物化学的变化会导致食品品质和加工效率的降低［1-。］为了延长食品的储存时间，人们自古就会利用各种方法使水分从食品中脱出，并随科学的发展创造出很多的脱水技术，如：热风干燥、冷风干燥、喷雾干燥、真空冷冻干燥等。在以上几种干燥技术中，针对食品保鲜和保质期而言真空冷冻干燥尤为重要。真空冷冻干燥简称冻干，又名升华干燥，是将需干燥的物料在低温下先行冻结至其共熔点以下，使物料中的水分变成固态的冰，然后在适当的真空环境下，在适当的真空度下逐渐升温，使冰直接升华为水蒸气而除去,再利用真空系统中的冷凝器（捕水器）将水蒸汽冷凝，使物料低温脱水而达到干燥目的的一种技术。从而获得干燥的制品。与其他干燥方法相比,具有药品不变质、易长期储存、药剂定量准确、脱水彻底、易复水再生、易进行无菌操作、利于热敏性药物保持活性、挥发成分损失少等优点;但也存在设备要求高、投资大、干燥速率低、时间长、能耗高、产品成本高等缺点和不足。目前，真空冷冻干燥技术主要应用在医药、食品、新材料研制等领域。

真空冷冻干燥技术1.1真空冷冻干燥技术原理真空冷冻干燥属于物理脱水，理解其过程应从水的三项平衡图开始。如图I所示:PUS2.2lx!0TPUS2.2lx!0T610.50OOfiQfi J74图1 水的三相点示意图当压力高于610.5Pa时，水从固态冰开始，水等压加热升温的结果是先经过液态再达到气态。当压力低于610.5Pa时，水从固态冰加热升温的结果是直接由固态转化为气态。这样，可将物料先冷冻，然后在真空状态下对其加热，使物料中的水分由固态直接转化为水蒸气蒸发出来，达到干燥的目的。这就是真空冷冻干燥的基本原理。1.2真空冷冻干燥工艺流程及设备真空冷冻干燥包括有干燥系统、真空系统、制冷系统、加热系统及控制系统等。工艺流程为：预处理(原料一品选一清洗一分切)一冻结一升华干燥一真空包装一成品。其中冻结和升华干燥是加工的关键工序。.真空冷冻干爆工艺流程囹主要设备为冷冻干燥箱(冻干箱)、冷凝器、制冷压缩机、真空泵、各种阀门及控制仪主华表等。真空冷冻干燥技术的应用2.1真空冷冻干燥在食品行业的应用食品真空冷冻干燥是在低温、真空条件下进行的，酶和细菌不滋生、食品不变质、不氧化、营养素损失少［3］。真空冷冻干燥技术，对各种各样的含水食品都可脱水。现在市场上的采用冻干食品种类繁多，如蔬菜、水果、肉类、水产、饮品、药材等。升华脱水的冻干食品，与蒸发脱水的热干食品不可避免地出现收缩、硬化、色变、营养成分严重破坏，并且难以复水等现象。而冻干食品的优异品质，可以简单概括为：形状、颜色、口味和营养成分都同鲜品基本上一样，而且复水性好［4"2.1.1食用菌加工在真空冷冻干燥前，先对产品进行前处理，指食用菌的选料、清洗、切分、漂烫、杀菌、添加反应抑制和抗氧化剂。其目的是清楚杂物，清除霉菌引起的变质，防止脂肪氧化及酵母引起的化学变化，使之易升华干燥。在前处理中应避免加热过度。在冷冻干燥过程中，组织结构厚而细密的菇，如香菇、猴头菌，其干燥速度慢，需要切片处理，可相对加速冷冻干燥速度；而组织结构疏松的菇，如竹荪、金针菇、冰晶界面后移快，不需切片处理，可直接冷冻干燥。只有把前处理做好，才能产出高品质的冻干食用菌食品［5-们。经过前处理的食用菌，需要冻结后再升华干燥，冻结温度必须低于食物中溶液的三相点温度。要速冻，冻结时间短，蛋白质处于凝聚和浓缩状态，冻结得越快，物品中结晶越小，对食用菌组织，尤其对毛细管，破坏就小。冻结可在升华干燥室中进行，批量大时，可采用专用速冻设备［7］。冻结后的物品须迅速进行真空升华干燥，要求真空度很快达到升华压力，保持升华压力低于三相点压力。在升华过程中，由于物品中的热量不断被升华热带走，如不能及时供给升华热，物品的温度就不断降低。为此，在整个升华过程中，要供给升华热能来维持升华温度不变⑻。2.1.2在香味、调味食品中的应用咖啡、茶以及各种香、调味料满足人们的嗜好及对香味、滋味的感官要求。由于有效成分的不稳定性，使用传统的干燥方法难以满足这一点。真空冷冻干燥低温、高真空度的加工方式使其在该领域很快找到了用武之地，并且产品深受大众的喜爱，生产规模不断扩大，在同类产品中的比例不断提高。2.1.3水产品加工我国传统的名贵海产品加工制品，如干贝、海参、鱼翅、海米等，几乎都是采用干制的方法加工而成的.研究表明，采用传统的自然风干或人工热风干燥加工上述海产品时，水溶性及热敏性等营养养活性物质有一定损失，同时,制品的体积缩小严重，复水较难，还易出现表面结壳龟裂脂肪氧化，导致产品表面变色等质量缺陷，影响了制品质量的均一性和耐藏性。如果采用真空冷冻技术代替传统方法来加工海珍品，将会有效克服上述不足，不仅可以保证制成品品质的均一性,还可改善其外观和内在品质，提高经济效益。2.1.4在保健食品和方便食品中的应用真空冷冻干燥制品能良好地保存加工原料的营养保健成分以及色、香、味、形。这一优良性能在方便快餐食品中体现有为出色，表现出了强劲的发展势头，如日本的方便食品中约有50%是冷冻干燥食品。2.2真空冷冻干燥在医药行业的应用药品冷冻干燥主要包括西药和中药两部分。西药冷冻干燥在国内已经得到一定的发展，很多较大型的制药厂都有冷冻干燥设备。在针剂方面，冷冻干燥工艺采用的比较多，提高了药品质量和贮存期限，给医患双方都带来了利益。但目前冻干药品的品种不多，产品价格高，干燥工艺不先进。在重要方面，目前还只局限在人参、鹿茸、山药、冬虫夏草等少量中药材的冻干，大量的中成药还没有采用冻干工艺，与国外差距较大。2.2.1在药品处理中的应用在冻干溶液配方中，通常情况下，水是唯一的溶剂，但这仅限于在水溶液中可容而且稳定的物料。有些物料不溶于水，无法制成水溶液；还有些物料，虽然溶于水，但是水溶液不稳定，在很短的时间内就发生降解，失去活性。近年来，有机溶剂或者有机溶剂/水共溶剂常常用于冻干。邮寄溶剂能够溶解难容或不溶于水的物料，增强溶液或冻干品的稳定性，提高速率，降低复水时间等等。在化学工业中，氢氧化铜是有名的催化剂、媒染剂、赭色剂和人造丝颜料。氢氧化铜的许多性质与其粒子的大小密切相关，近年来，纳米粒子的研究已经逐步深入，纳米氢氧化铜如同其它尺寸进入纳米量级的粒子一样，具有许多特殊的性能，如体积效应、表面效应等，与普通氢氧化铜相比具有更高的表面活性、触杀性，其制备和应用有着广阔的前景W0］。真空冷冻干燥技术的发展有需要的技术都是有生命力的。真空冷冻干燥技术应用量大、面广，食品工业、医药卫生事业是与人类生活、健康密切相关的行业，人类要生存、发展离不开这两个行业。冻干技术是迄今为止最为先进的干燥技术。由于冻干工艺是在低温、真空状态下的升华干燥，可完整保留被加工物料的色、香、味及营养成分。我国农副产品冷冻干燥及冻干后深加工食品将具有很大的发展潜力uh。但是国内应用还较少，发展相对缓慢。有些人甚至不知道不了解真空冷冻干燥技术。近年来，国内食品冻干机发展较快，生产厂家较多，质量、性能及规格型号各不相同。但是冷冻干燥剂还是具有广阔的发展空间。但无论是国产设备还是引进设备，食品冻干机共同的缺点是价格昂贵、耗能高、收回投资慢。因此降低成本、减少能耗是冻干机今后的主要方向[12]。真空冷冻干燥有着广阔的发展前景，在中国市场上的需求量也日益增加。国内相关厂商，应该在仿造学习国外现今冷冻干燥技术的同时，加大科研投入，开发出属于自己的品牌产品，并能高效、节能，满足广大使用者需求[13]。医药用冻干机已经基本成熟，国内也制定了相应技术标准。有关厂家生产的医药用冻干机，已能代替进口设备。其压盖、清洗、消毒灭菌等功能齐全产品质量和自动化程度较高，只是水分在线测量仪和个别电器元件等尚需进口。食品冻干机发展较快，生产厂家较多,质量、性能、规格型号各不相同。前几年多从国外引进，近几年已经基本国产化了。真空冷冻干燥一直被认为是最昂贵的一种干燥方法。由于其设备投资成本高，生产过程中能耗高，致使一些厂家望而止步。就单纯的生产成本而言，它比气流干燥要高出4-8倍。因此冻干食品的销售价格也高得多，是热风干燥的3-4倍，是冷冻食品的7-8倍[14。冻干食品作为食品工业的发展方向，已经引起我国科研部门及食品行业的高度重视。随着我国冻干技术和冻干设备的不断完善，相信我国的冻干食品必将于不久的将来在国际市场上占有重要席位。参考文献：RATTIC.Hotairandfreeze-dryingofhigh-valuefoods:areview[J].JournalofFoodEngineering,2001,49:311-319.CHIRIFEJ,BUERAM.Acriticalreviewofsomenon-equilibriumsituationsandglasstransitiononwateractivityvaluesoffoodsinmicro-biologicalgrowthrange[J].JournalofFoodEngineering,1995,25:531-552.孔凡真.真空冷冻干燥技术-开辟食品加工领域新天地.市场报，1999.1-8.童军茂，马玉林.我国冻干食品的现状和前景展望[J].粮油及食品机械，2001,(3):5-7.项敏，秦兆虎.冻干食品在食用菌深加工的应用.中国食用菌，1995,42.姜延舟，孙宏波.香菇真空冷冻干燥工艺的研究.中国食用菌，1998,(l):39-40陈合，赵燕，秦俊哲，等.食用菌真空冷冻干燥工艺研究[J].食品工业科技，2005,26(4)：104-106梦芹，等.冷冻真空法加工鲜三七的试验[J].中药材，1997，20(5)：237.