真空冻干食品的历史与现状

真空冻干食品的历史与现状

1冻干食品的发展真空冷冻是一项古老的现代技术。这项技术的应用可以追溯到20世纪初。1909年，沙克应用了真空冷冻技术，以保存细菌、病毒和血清。1935年,弗洛斯道夫和默德首次在真空冻干过程中采用供给升华热的方法,使这项技术提高了一大步。到1940年,冻干血浆开始进入市场。二战期间,由于战争的需要,大大促进了冻干技术在制备血浆和抗生素方面的应用和发展。将冻干技术应用于食品脱水,技术难度较大,直到20世纪60年代初,才从实验研究发展到小规模生产。冻干食品具有非常好的品质,市场需求量越来越大,因而促进了冻干技术的不断改进,生产能力的不断提高,生产成本的不断下降。现在全世界冻干食品的年产量已达数千万吨。在冻干食品的发展初期,由于产量低,价格贵,仅限于宇航、远洋航行、极地考察、山区作业等特殊工作人员享用。在20世纪80年代后,冻干食品的品种和数量都迅猛增长。现在,不仅对绝大部分的蔬菜、水果、肉食、水产品都可进行冻干,而且对牛奶、豆浆、果汁、菜汁、蜂蜜等也可冻干。现在,在食品工业原料、烹饪原料、土特产品、调味品、补品、饮料、休闲食品等各个方面,都出现了日益增多的冻干产品。近些年来,冻干食品又发展到一个更高的层次,已见报导的有:(1)冻干方便面。不仅调料是冻干的,而且面条也是冻干的,还按营养需求搭配足量的冻干蔬菜。(2)冻干汤料。用冻干的调味品、蔬菜、鸡蛋等合理搭配,即冲即食,方便可口。(3)粉末蔬菜。冻干技术与超微粉碎技术相结合,把各种蔬菜制成极易消化吸收的超微粉末,加入面条、饼干、糕点、糖果、饮料等,制成新一代保健食品,极宜幼儿和老人食用。(4)颗粒蔬菜。日本人将冻干的油菜、菠菜、萝卜叶、芹菜、碗豆、胡萝卜、南瓜、雪里红等混合制成颗粒,这种素食颗粒含有丰富的叶绿素、胡萝卜素、各种维生素和矿物营养素等天然营养物质,又有鲜美的味道,极宜病人或营养不良者食用。真空冻干食品的生产在我国起步较晚,上规模的冻干食品生产线,到20世纪80年代后期才出现,而且设备还是进口的。到90年代初期,我国才开始从事食品冻干技术的开发和冻干设备的制造。近三、五年来,冻干食品产业从沿海到内地发展较快,已有大约三十几条生产线,但生产规模大都较小,干品年总产量大约只有两、三千吨。从国内外市场需求情况来看,我国的冻干食品产业的发展前景极其广阔。2食品的冻干—食品的冻干原理及品质将含水的新鲜食品脱水成为干品,可实现的方式有两种:一是加热蒸发,另一是冻结升华。人们常见的晒干、晾干、烤干等,都属于加热蒸发方式。冻结升华方式在日常生活中是不常见的。众所周知,水有三态:固态的冰,液态的水,气态的汽,三态可以随温度和压力的不同而相互变化。冰直接转化为气叫“升华”。从原理上讲,生产冻干食品的过程是:先在低温条件下让食品冻结(食品内水分形成微小冰晶),然后再在低气压(真空状态)条件下让冰晶升华脱走,从而获得干燥食品。真空冻干食品与用其它方式生产的脱水食品相比,具有许多不可比拟的优点,可以简单概括为:营养成分、形状、颜色、味道与鲜品基本相同,而且复水性特好。这是因为:(1)物料在真空条件下脱水——物料处于缺氧环境中,不仅易氧化的成分不致氧化变质,而且还能抑制某些细菌的有害作用。(2)物料在低温状态下脱水——物料处于低温状态下,在脱水过程中,不仅热敏成分不致破坏,而且色泽和芳香物质损失极少。(3)物料在冻结状态下脱水——物料冻结后形状得到固定,组成物料的物质形成骨架,细小的的冰晶夹在其间。在升华过程中,冰晶升华脱走后,不仅物料骨架保持原状,而且冰晶位置形成极易吸水的微孔。(4)水分子由表及里脱走——物料内的冰晶升华脱走,是从表面开始逐步深向内部的,因而水汽通道总是畅通的。另外,冰晶升华时只有水分子脱走,溶解于水中的溶质仍保留于原处,水汽通道不会受到堵塞,也不会因溶质外移而引起物料收缩和硬化。3冷私系统和冷罐冻干设备主要包括对物料进行冻结的速冻库和进入升华脱水的干燥仓以及为它们建立工作条件的制冷、真空、加热等辅助系统。干燥仓是最核心的设备,它的结构能满足对已冻结的物料在其中升华脱水的要求。中国科学院兰州近代物理研究所1993年开发的JDG系列冻干机的干燥仓,都是卧式圆筒,圆筒中部有多层能产生热辐射的加热板。多层料盘可插入多层加热板之间,不与加热板接触,水汽冷阱可以放在仓内两侧,也可以放在仓外。制冷系统要为速冻库和水汽冷阱供给足够的冷量。真空系统能为干燥仓内建立必要的低气压。加热系统要向加热板供给必需的热量。水汽冷阱能捕获由物料升华出的水汽。盛于料盘中的物料,先在速冻库中冻结,再送入干燥仓。仓内建立低气压条件后,物料中的冰晶便可升华。升华脱出的水汽,不断被水汽冷阱捕获。要加快升华速度,需要有控制地向物料供给升华热。这里的升华热是由加热板以辐射的方式传给物料的。发展中国的冻干食品产业,必须开发中国的食品冻干设备。中国科学院兰州近代物理研究所利用几十年研制加速器的技术积累,瞄准国际先进水平,1993年开发了JDG系列食品冻干机,经甘肃省科委组织专家鉴定,其技术性能为国内领先。自1996年以来,已在山东、河南、陕西、甘肃等地建了十多条生产线,共已装配了JDG60型、90型、100F和200F型冻干机30多套。目前,已建的冻干生产线冻干面积2956m我国现有冻干食品生产线总装料面积约10000m中国科学院兰州近代物理研究所开发的JDG系列食品冻干机及生产线,已由国家科学技术部先后编入《国家科技成果重点推广指南项目(2001)》和《2001年国家级火炬计划项目》。4冷冻食品的生产工艺4.1冻干机转速运行一条冻干食品生产线可视生产规模大小,由一套或数套冻干机组成,每套冻干机有各自的水气冷阱、真空系统、加热系统和监控系统,一般1个速冻库每次可冻结1个干燥仓的物料,为便于生产调度,每3个干燥仓配1个速冻库较为恰当。生产线的全部设备和安装设备的车间要根据生产流程合理布局。4.2物料的后处理冻干食品的生产流程,主要有4个部分:(1)前处理,(2)速冻,(3)升华脱水,(4)后处理。运料天轨循环于精处理车间、冻干车间和后处理车间。物料经粗处理和精处理后,计量装盘并放入物料架。物料架沿天轨推进速冻库,冻结后沿天轨推进干燥仓,脱水后再沿天轨推到后处理车间,卸料后的空架推回到前处理车间,进入下一个循环。干品在后处理车间进行筛选、挑选、包装,然后送入干品库。(1)前处理工作分粗处理和精处理。对不同的物料,前处理的具体内容是不尽相同的,所用的设备也不完全一样。一般来说,如果加工蔬菜,粗处理主要是对原料进行挑选、摘枯、去皮、洗泥等;而精处理主要是进一步清洗、切割、杀菌、防氧化、漂烫、甩干、装盘等。所需基本设备,主要是台案、水槽、切菜机、甩干机等。(2)速冻的操作比较简单,即在速冻库温度达到-30℃左右情况下,将满载料盘的料架推进速冻库即可。要根据物料的品种、形状和重量,来适当掌握冻结时间。(3)在干燥仓内进行升华脱水这一步是最关键的。对不同的物料有不同的升华工艺要求。(4)后处理的内容主要是筛选、挑选、包装。筛选是把干品中的太大和太小者筛出,挑选是从干品中挑出少量品质不合格者。包装可用大袋或小袋,可充气或抽空,这取决于客户的要求。所需基本设备主要有挑选台、筛选机、金属探测器、包装机等。4.3按照各阶段的不同发展阶段整个冻干过程可分3个阶段:冻结阶段、升华阶段、解析阶段。所谓冻干工艺,就是正确掌握真空度、冷阱温度、加热板温度和物料温度,使物料尽快脱水。(1)冻结温度对物料共晶点的影响物料在速冻库中冻结,一般要冻到共晶点以下10℃左右或更低。各种物料的共晶点的温度是不相同的,多数蔬菜和水果的共晶点在-2℃左右,一般冻到-20℃左右即可。为合理掌握冻结温度,应该对物料共晶点进行认真测量。在合适的冻结温度下,一定要把物料冻透,如果因未冻透而在物料内部仍存有少量液体,则在真空条件下这些液体便会蒸发,从而引起物料变形。冻结的速度也要合理掌握,一般经1～2小时或更长时间达到冻结温度,再保留1～2小时使之冻透。(2)物料在冷高和压下的分布干燥仓内恰当的低气压(真空度)是实现升华的必要条件。要建立这个条件,水汽冷阱的温度应比物料温度低约10℃,并且使仓内气压处于物料冰晶饱和蒸汽压与冷阱霜层表面饱和蒸汽压之间。只有这样,从物料升华出的水汽才能不断脱走,而且不断被冷阱捕获。如果仓内气压过高(真空度过低),高于物料饱和蒸汽压,则升华无法进行。如果仓内气压过低(真空度过高),低于冷阱霜层饱和蒸汽压,则冷阱不再捕获蒸汽。升华进入中后期,蒸汽量逐渐减少,仓内真空度一般处于几十帕,冷阱热负荷变小,冷量供给可以适当减少。(3)物化结合水的筛选在升华阶段结束后,物料中的机械结合水已不存在,但物化结合水还未脱出。物化结合水尚处于液态,可能为微生物繁殖和产生化学反应提供条件。为改善干品贮存的稳定性和延长保存期,必须尽量把物化结合水排出。排出的方法是进一步提高物料温度,进入解析阶段,使这部分水分子获得足够能量从吸附中解析出来。5食品深加工领域科技合作国际市场供不应求,国内冻干食品工业尚处于发展初期,产量还很低,却引来了外商向我国市场的大量求购。这既有国际市场对冻干食品供不应求的外因,也有我国冻干食品生产成本极低的内因。我国应充分利用西部大开发的机遇,大力发展冻干食品,把西部地区丰富的农副产品深加工增值、外销创汇。冻干食品在国际市场的价格是热风干燥脱水食品的5～10倍,为国际贸易的大宗食品。冻干食品虽然生产成本较高,但销售价格更高,效益很好。如去年外商收购价(人民币·元/kg冻干品):牛肉130、羊肉180、胡萝卜130、大葱140、枸杞240、菠菜160、百合200、蘑菇260、草莓180、洋葱130、青辣椒190、红辣椒210、大蒜片60～100、蒜苗130。高科技能帮助我们实现高附加值。加工冻干食品,规模越大生产成本越低,效益越高。如每年各以100天加工大蒜片、胡梦卜丁、酱牛肉3个产品,则需冻干面积200m我国是农业大国,有丰富的蔬菜、肉食及水产资源,将此类食品资源加工成冻干食品,采用国产的冻干加工设备,其价格仅为进口设备的1/4。抓住西部大开发的机遇,开发冻干蔬菜、冻干牛肉等大众食品出口,是一项前景看好、利润大、风险小的出口创汇项目。长期以来,我国的农牧产品一直徘徊在出口原料和初级加工阶段,给人一种技术含量低的总体感觉。通过开发冻干蔬菜和肉食等,将提高我国出口食品的档次,获得较高的附加值(每公斤冻干菜按品种为100～300元)。我国各地都有一些当地的名优特产品,经过用冻干工艺加工后,就成为高档脱水的名优特产品。目前,我国生产的冻干食品,主要包括:汤料、虾仁、半成品(如鸡蛋粉)、保健品(如冻干人参)及方便面辅料(如方便面中的脱水菜、肉丁)等,年产量不足10000吨。据专家预测,到20