真空冷冻干燥技术在食品工业中的应用

真空冷冻干燥技术在食品工业中的应用

在真空冷冷冻和干燥过程中，由于食品在低温、缺氧和光照条件下失去水分，干燥后的食品基本上保持了新鲜食品的颜色、香气、味道、形状和有效性，以及蛋白质和维生素等各种营养成分，尤其是易蒸发和过敏成分。只有这样才能最大限度地保持原有的营养成分,有效地防止干燥过程中的氧化、营养成分的转化和状态变化。冻干的制品成海绵状,无干缩、复水性极好,食用方便、含水分极少,包装后可在常温下长时间保存和运输,复水后近似于新鲜食品。真空冷冻干燥法是目前所有干燥方法中最先进的一种技术,是无需任何添加剂和防腐剂,能够保持新鲜食品原有的生物活性及有效成分的最佳冷干和保鲜技术。1冷冻干燥工艺1.1原料前处理对于不同的待干物料,前处理的方法是不同的。根据原料的特点采用相应的处理方法,如蔬菜冷冻干燥的前处理,除进行原料的分选、清洗、切分外,还需进行漂烫。1.2冻结温度和时间在被冻物料比对中,其符合以下几种基预冻有抽真空自身蒸发冻结和用速冻设备冻结两种,为了保证食品的品质,一般选用后者。根据被冻物料的共晶点温度,选择预冻温度;根据被冻物料的结构,形状和大小,选择冻结时间;根据物料的性质,选择预冻速率,预冻工艺直接影响着物料的品质。1.3升华过程控制温度的控制升华干燥在真空装置中进行,因而在升华干燥过程中保持合适的真空度十分重要。为了提高升华速度,缩短产品冻干时间,需要适当提高升华的温度、传热系数以及减少水蒸汽的逸出阻力。升华时的温度受条件的制约:食品冻结部分的温度应低于共晶点温度,否则冻结部分将融化,使已干燥部分构成的骨架刚度下降,变得有粘性而塌陷,封闭了已干燥部分的海绵状微孔,阻止升华继续进行,这时如果供热过量,产品将融化报废。升华中热量的获得是由干燥箱中的加热板以辐射的形式传导给被干燥物的。加热板的温度是根据干燥物的允许最高温度以及传热系数,按照干燥过程的加热曲线而精心控制的。这种曲线称为冷冻干燥曲线,选择合适的曲线是冷冻干燥工艺的关键。1.4吸湿与破碎性真空冷冻干燥食品一般为多孔疏松状,表面积大,易吸湿与破碎。为了便于保存,后处理工艺不容忽视,常用真空包装或充入惰性气体进行包装,以便于长期贮藏。2冷热干燥技术的特点2.1硬脆材料中热敏性物质的氧化由于食品处于低温、低氧、避光等环境中加工,因此,无论是碳水化合物、脂肪、蛋白质或者维生素,其损耗都小,特别是对那些热敏性物质更为突出。2.2食品中水分的变化食品中的水分是由冰转变为水蒸汽,根据平衡原理,供给冰结晶升华的热量,只能使冰升华,不会导致物料温度升高,所以,食品不会发生干缩和干裂现象。另外,食品中的水分在干燥之前,已冻结成冰晶,溶于水中的无机盐被均匀地分配在食品中。当冰晶升华时,无机盐不会随水蒸汽而带到食品表面,所以,冷冻干燥不会产生“表面硬化”现象。2.3在高真空状态下干燥在冻结过程中,食品的温度非常低,酶的活性很小,并且,又在高真空状态下干燥,即氧气的含量极低。冻结干燥的产品,产生酶褐变和非酶褐变的程度都很低。所以,冻结干燥的食品,几乎保持了原来的色泽。2.4因素2:因素每一种食品都有其独特的风味,良好的风味又是构成质量的重要因素之一。冷冻干燥,因干燥温度很低,风味物质损失少,基本保持了原产品的风味。如冷冻干燥的韭菜、香菜,复水后具有韭菜、香菜的风味,而热力干燥的韭菜、香菜,复水后风味很淡。2.5冰升华后国内孔隙结构冷冻干燥食品的多孔性是由于在干燥时,食品的形态固定不变,冰升华后留下的孔隙造成的。这样结构是海绵状多孔结构,孔多、且分布均匀,并无堵塞,复水性好,可以在几秒钟之内恢复到冻干前状态。2.6便于维护和运输冻干食品应进行真空包装或真空充惰气包装,冻干食品可以在常温下长期贮藏,不需要复杂的冷链,且重量轻,便于运输。3冷湿干燥机的组成和结构特点食品真空冷冻干燥设备各系统优化配置,是由一台或多台冻干机及相应的制冷系统、真空系统、热媒循环系统、电气控制系统组成。3.1蒸汽捕集器的冷量控制冻干用冷源包括两部分:预冻结用冷和蒸汽捕集器用冷。预冻是将处理好的物料速冻至心部温度-25℃,为了捕获升华的水蒸气,需要不断地为蒸汽捕集器提供足够的冷量。制冷系统选用氨为制冷工质,双级压缩制冷,采用氨泵强制循环供液。速冻隧道采用土建库或聚氨脂组合库板拼装而成,库内安装轨道与整个工艺轨道衔接,采用落地式冷风机,顶侧吹风,降温速度快,且物料处于回风区,降低了干耗损失。3.2仓内真空度调整真空系统是由二套抽空机组和一套维持机组组成,抽空机组可在15min以内将干燥仓内真空度从大气压抽至133Pa,以避免物料表面溶化;维持机组确保在整个冻干过程中,仓内真空度维持在13~133Pa工艺所要求的真空度。该系统还包括:真空管道、真空阀、法兰、接头和控制装置。3.3热媒系统组成该系统由一个热媒加热罐和一套热媒循环温控回路组成,向仓体内的加热板供热,并根据不同的冻干工艺曲线精确控制加热板温度,控温范围为常温至120℃。热媒在该系统内处于封闭循环,由热媒泵驱动。可编程智能温度调节器可存贮多种食品冻干曲线,根据冻干工艺曲线自动控温,热媒循环系统还包括以下主要部件。(1)热媒加热罐用于贮存热媒,热媒用蒸汽加热,包括罐体、蒸汽加热器及相关的管道、阀门、液位计、测温点等。(2)蒸汽换热器通过强制循环将蒸汽与热媒进行换热,以提供加热板所需热量。(3)热媒循环泵用于系统中热媒的强制循环,该系统还包括相应的各种管道、阀门、法兰、接头等。3.4冻干过程监控和显示电气控制系统的功能是对冻干机的各个重要参数进行测量、显示和记录,并根据预制的冻干工艺曲线驱动各系统执行元件对冻干过程进行精确控制,对所发生的故障报警且自动实施应急处理。控制系统由控制柜和测量变送元件组成,用于干燥过程电气设备控制测量、控制、记录、报警和监测。采用彩色触摸屏显示和控制,采用西门子电气进行过程控制和数据收集。在触摸屏上可进行手动操作,在系统运行过程中,能随时在触摸屏上修改和设置控制参数,能显示设备工作状态和系统流程,系统出故障时能报警并立即实施保护。可编程智能控制仪表以PLC为核心,监测、控制和管理整个冻干工艺流程,使全套设备的工作达到和谐与统一。可编程智能温控仪表可存贮多种食品冻干工艺曲线,根据不同物料可方便地选择相应的冻干曲线。一体化报警和故障处理系统可在冻干过程任何阶段对故障状态报警和显示,并准确作出保护动作。冻干过程中的真空度、加热板温度、物品温度、重量和蒸汽捕集器温度等数据,在触摸屏上适时显示,并将整个冻干过程的各项数据存储记忆在其内部,作为生产过程记录备查。特别是称重装置,可使操作者直接有效地在线观察和判断物料的干燥程度。4其他系统4.1干燥仓后至包装卸盘物料由装盘开始经速冻隧道至干燥仓干燥,再由干燥仓出来至包装挑选处卸盘为止。工艺路线中全有悬挂物料小车用的轨道,该系统包括悬架导轨、料架小车、物料托盘部分。4.2喷淋除霜器干燥仓每批次干燥过程结束后,对蒸汽捕集器进行热水喷淋除霜。该系统包括:除霜热水池、热水泵及喷淋、排水和吹干管路、阀门、法兰、接头等,除霜水池配有自动控温控制装置。4.3给排水系统用于真空系统、热媒循环系统、除霜系统的有关气动阀门的驱动气源,提供蒸汽捕集器除霜后吹干用压缩空气。4.4蒸汽捕集器设计布置在干燥仓外部,自成一体,用于捕集升华出来的水蒸气。冷凝面由热浸锌无缝钢管制成,特殊设计的蒸汽捕集器保证了制冷和结霜的高效率。每批次冻干结束后进行除霜,喷淋除霜水由除霜系统提供。5食品的冻干加工真空冷冻干燥技术的应用范围是非常广泛的,只要是含水、无毒、无腐蚀性的物质都可以运用冻干技术将其制成干品。目前,应用冻干技术最为广泛的是食品行业、生物制药行业、医疗行业、保健品行业等。几乎所有的农副产品,如肉、禽、蛋、水产品、蔬菜、瓜果等都可以制成冻干食品,药品、生物制品等也都使用冻干技术制成脱水制品。冻干食品正广泛应用于方便食品、汤料加工、速溶饮品、营养保健品以及军需、野外作业、登山、宇航等特殊行业。目前,冻干技术常用于干燥下列冻干食品:(1)烹饪食品类肉、禽、蛋、蔬菜类;(2)土特产品类蘑菇、魔芋、黄花菜、蕨菜、香椿芽等;(3)调味品类葱、姜、蒜、香料等;(4)速溶饮品类咖啡、果珍、速溶茶等;(5)营养保健品类甲鱼粉、花粉、人参、鹿茸、鹿血、羊胎盘、山药及各种中草药等;(6)水果类菠萝、香蕉、草莓、哈密瓜、杏、桃、葡萄等。我国冻干食品工业刚刚起步,冻干食品的综合开发及应用还处于初级阶段。市场上冻干食品的花色品种很少,冻干食品在方便食品、汤料加工、速溶饮品、营养保健食品等行业,以及登山、军需、野外作业等特殊行业都未得到广泛的应用,不能满足人民日益增长的物质要求。随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高,生活节奏的加快,人们对食品的需求从温饱型向营养型、方便型转化,越来越需要各种营养丰富,卫生方便的功能食品。冻干食品以其独特的优点已逐步被人们认识和接受。目前,市场上的冻干食品主要有以下两大类。(1)作为最终产品直接面向消费者的冻干食品,包括:营养保健品如冻干蜂王浆粉、活性人参、甲鱼粉、蛇粉等;调味