真空-冷冻干燥技术及其在果蔬加工中的应用

真空冷冻干燥技术及其在果蔬加工中的应用摘要：中国是世界蔬菜生产大国，并且水果以鲜食为主，发达国家70%水果都经过了加工处理，随着果蔬加工的飞速发展，真空冷冻干燥作为果蔬加工中不可缺少的环节，同时被广泛应用于果蔬干制中。本文主要介绍了真空冷冻干燥技术的原理和特点、主要设备、生产线的配置，综述了果蔬冻干的生产工艺、操作要点、国内外的发展现状及其在果蔬加工方面的应用。关键词：真空冷冻干燥技术，优点，应用，果蔬加工应用。Abstract:Chinaistheworld'slargestproducerofvegetables,andfruitwithfreshbased,developedcountries70%fruitafterprocessing,withtherapiddevelopmentoffruitandvegetableprocessingandvacuumfreezedryingasafruitandvegetableprocessingisanindispensablelink.Itisalsowidelyusedinfruitandvegetableofdried.Areintroducedinthispapertheprincipleofthevacuumfreezedryingtechnology,mainequipmentandproductionlineconfiguration,summarizesthefruitsandvegetablesfreeze-driedtheproductionprocess,operationpoints,advantagesanddisadvantages,domesticandforeigndevelopmentstatusanditsapplicationintheprocessingoffruitsandvegetables.Keywords:vacuumfreezedryingtechnology,advantages,application,applicationoffruitandvegetableprocessing.1、引言中国是世界果蔬生产大国，苹果产量达1700多万吨，居世界第一位，柑橘产量为1000万吨，居世界第三位。但中国人均水果占有量仅为发达国家的七分之一，且中国水果以鲜食为主。据了解，目前中国果蔬加工量不及l0％，而发达国家70％以上的果蔬都经过了加工处理。随着果蔬加工的飞速发展，干燥作为果蔬加工中不可缺少的环节更将被人们所关注常压高温干燥、真空干燥、微波干燥等都有应用，而相比之下，真空冷冻干燥作为干燥中的重要手段将被更广泛地应用于果蔬干制中。真空冷冻干燥简称冻干，是指将含水物料冷冻成固体，在低温低压条件下利用水的升华性能，使物料低温脱水而达到干燥目的的一种干燥方法。经真空冷冻干燥后的物料，其物理、化学和生物状态基本不变，物质中的营养成分损失很小，结构呈多孔状，其体积与干燥前基本相同，具有理想的速溶性和快速复水性，广泛应用于生物工程、医药工业、食品工业等众多行业。在整个冻干流程中，冻干工艺是最为关键的工艺，冻干机是最为关键的核心设备，因此做好冻干制品的关键集中体现在冻干工艺和冻干机技术。2、真空冷冻干燥原理、冻干过程及组成原理：食品脱水，一般采用两种方式，一种是加热蒸发，另一种是冻结升华。采用冻结升华方式时，水在不同压力和温度下，可呈现为固态(冰)、液态(水)和气态(汽)。升华具备一定的条件，对纯水来说，这个条件大致是气压低于600pa(低真空)，温度低于0℃。食品中含的不是纯水，升华的压力和温度都有所降低。而真空冷冻干燥就是采用这种速冻升华脱水的办法。只要预先将食品速冻到共熔点温度以下，然后对盛装食品的容器抽真空，则食品中的冰即可升华而脱出，从而得到干燥脱水食品。冻干过程是由周围逐渐向内部进行的，干燥层逐渐增厚，并形成多孔结构。升华吸热，需要在最后阶段补充热量，通过干燥层不断传递给冻结部分，在干燥与冻结分界的升华面上，水分子得到加热后，脱离升华面，沿毛细孔跑到周围环境中，而周围环境中的气压因低于升华面上的饱和蒸汽压，这样就造成一个小分子向外迁移的动力。在干燥过程中,食物必须处于真空冷冻状态，且需维持物品温度低于三相点温度。冻干过程：根据其原理，真空冷冻干燥工艺的冻干过程可分成预冻、升华干燥和解析干燥3个阶段。预冻：该过程固化了物料中的自由水，是为了保证物质的主要性能不变，并且使干燥后的产品形态与干燥前相同，防止物料在抽真空干燥时起泡、收缩或溶质移动。升华干燥（又称为第1阶段干燥）：是将冻结后的产品置于密闭的真空容器中加热，其中的冰晶就会升华成水蒸气逸出，从而使物料脱水干燥。此阶段能除去全部水分的90%左右。解析干燥又称为第2阶段干燥：是将物料的毛细管壁和极性基团上吸附的小部分水分蒸发，这部分未被冻结的水属于结合水，能量很高，因而此阶段要尽量提高干燥温度且保持冻干室的高真空。经过第2阶段干燥，产品中含水量在%～4%。组成：真空冷冻干燥机(简称冻干机)主要由真空冷冻干燥箱(简称冻干箱)、真空系统、制冷系统、加热系统及自动控制系统等几部分组成。3、真空冻干技术的优点及应用冻干燥与其他干燥方法相比有着显著的优点：（1）干燥在低温下进行，对热敏性物质特别适用，使其不致变性或失去活力；(2)冻干食品中的营养成分和风味物质损失少，可最大限度地保留食品原有的营养、味道、芳香和颜色；(3)真空低温下微生物生长和酶作用无法进行，使物料保持原来性质状态;(4)在真空条件下，易氧化物质得到了保护；(5)物质在冻结下干燥，干燥后体积几乎不变，不会发生收缩现象，物质呈疏松多孔海绵状，加水后溶解迅速，几乎立即恢复原来性质，其品质与新鲜品基本相同或完全相同；(6)干燥时排除95%以上的水分，制品重量轻，适合于长途运输。常温下可存放3～5年，若采用真空或充氮包装可保存数10年。冷冻干燥食品除了在航天、航海、军事、野外作业等特殊环境下发挥作用外，正广泛运用于方便食品、保健食品以及儿童食品生产。真空冻干技术的应用加工工业现状果蔬储藏加工中应用真空冷冻干燥技术，在中国发展起步较晚。20世纪60年代后期才开始在北京、上海等地建立一些实验性冻干设施。直至上世纪80年代后期，冻干食品的生产在中国才有较大发展，青岛第二食品厂率先引进日本冻干设备，生产冻干葱、冻干姜片等。近几年，由于国际国内市场对冻干食品的需求量越来越大。目前，山东、江苏、

浙江、湖南、新疆、福建等地相继建成了一批冻干食品厂，引进了一些国外的真空冷冻干燥生产线，主要是小批量生产，用于出口，产量还比较低。目前中国生产的冷冻干燥果蔬食品主要有：大蒜片、胡萝卜、土豆等20多个品种，年产量不足3000吨。主要用于供应特殊部门和出口，投入国内市场的很少，家庭消费基本是空白。目前，中国真空冷冻干燥果蔬深加工设施与技术水平较低，难以满足行业发展需要，大型、高速的成套设备长期大量依赖进口。据2000年的数字显示，进口设备占国内在用设备的40％以上。生产企业规模小、实力不强、经济效益不高；冷冻干燥果蔬食品生产缺乏冻干工艺的技术支持；质量控制环节薄弱；发展带有盲目性等。4、真空冷冻干燥技术在果蔬加工中的应用及目前存在的问题在果蔬加工中的应用真空冷冻干燥法能最大程度保持物料的颜色、形状、组织成分，如，维生素C可获得高品质的干制品，在蔬菜、水果、等均有研究应用。．1南瓜营养丰富，药用价值高，具有降血糖、降血脂、预防心血管病、防癌抗癌、解毒驱虫、延缓衰老、减肥等多种保健功效。南瓜具有较好的加工适应性，南瓜粉是其中的一类产品。南瓜脱水后制成粉，不仅方便贮存和运输，而且由于干物质的浓缩，所以营养价值有所提高。范明月等采用热风干燥、真空干燥、真空冷冻干燥3种方式干燥南瓜，超微粉碎，研究南瓜粉的物化特性及其抗氧化活性，实验结果表明：真空冷冻干燥的溶解性、持水力、持油力最大，但流动性及容重最小，具有较好的物化特性，能很好地保留抗氧化物质的活性。真空冷冻干燥南瓜粉的营养品质高于热风干燥及真空干燥的南瓜超微粉。．2近些年来，胡萝卜除鲜食和制汁外，也广泛着力于胡萝卜干制品如胡萝卜膨化脆片、胡萝卜粉等，胡萝卜干燥制品因为风味浓郁，营养成分富集、携带方便而具有广阔的市场前景。陈瑞娟等采用固相微萃取/气相色谱-质谱(SPME/GC-MS)联用技术，分别对胡萝卜鲜样及四种不同干燥胡萝卜粉的香气成分进行测定与分析。结果表明:胡萝卜鲜样的主要芳香成冷干燥能够最大程度的保留了鲜样胡萝卜的香气组分，同时酯类物质含量增高。经过热风干燥、中短波红外干燥以及真空干燥后萜烯类物质损失较多，新生成了醛类、酮类及其他化合物。．3紫甘薯叶含有丰富的胡萝卜素、维生素以及Fe、Ca等矿物质元素，并且还含有氨基酸、多糖、黄酮类物质。具有很高的营养价值，由于紫甘薯叶呼吸作用和蒸腾作用强烈，采后不耐贮运，营养成分迅速散失，不利于紫甘薯叶大规模地生产加工。孙莉等为了对采后紫甘薯叶进行充分的开发利用，提高农副产品的附加值及利用率，研究了紫甘薯叶真空冷冻干燥的最佳工艺参数。．4猕猴桃含有丰富的维生素C，每100g果肉中维生素C的含量高达100mg以上，有“维生素C之王”的美誉。但猕猴桃的保鲜相对较为困难，在常温条件下极易发生腐烂变质，干制是延长猕猴桃保存期有效方法之一真空冷冻干燥技术可最大限度地保持猕猴桃原有的营养成分和形状，且便于远运和长期贮藏。郭树国等为了提高猕猴桃干制品质量和降低干燥过程中的能耗，以猕猴桃切片作为研究对象，进行了真空冷冻干燥试验，并确定了猕猴桃切片真空冷冻干燥工艺的最优参数组合。．5除此之外，真空冷冻干燥技术也用于龙眼，香蕉，香菇，蚕豆，黄瓜，枣粉，桑葚果粉等加工方面，并且经相关科研人员已经研究出各种产品真空冷冻干燥最佳的工艺参数。目前存在的问题果蔬加工业是中国农产品加工业中具有明显比较优势和国际竞争力的行业，也是中国食品工业重点发展的行业。目前，中国果蔬贮运保鲜与加工技术总体水平取得了阶段性进展，果蔬采后加工业发展迅猛，初加工问题已基本得到解决，市场供应丰富。中国果品总贮量占总产量的25％以上，商品化处理量约为10％，果品加工转化能力约为6％，蔬菜加工转化能力约为10％。果蔬采后损耗率降至25％-30％，基本实现大宗果蔬商品南北调运与长期供应。果蔬汁、果蔬罐头等深加工业也得到了长足的发展，步入了新的历史阶段。然而，由于中国果蔬加工业起步较晚，产后减损增值工程技术研究与开发及产业化发展的严重滞后，使果蔬加工业总体水平比发达国家落后20年，且滞后于自身产业的发展需求。目前，中国果蔬资源利用率较低，加工技术水平与工艺设备落后、粗加工产品多而附加值低等问题始终制约着中国果蔬加工业和农业的整体发展。其中存在的最主要问题就是果蔬采后商品化处理水平低，加工转化能力差。美国等发达国家果蔬采后商品化处理率达80％以上，水果总贮量占总产量的50％左右。现代果蔬采后保鲜处理与商品化处理技术、“冷链”技术、现代果蔬加工技术等已广泛应用于该产业，并建立了完善的产业技术管理体系，果蔬产后经商品化处理和深加工可增值2-3倍。而中国果蔬商品化处理量仅占总产量的10％，果蔬产后贮运、保鲜等商品化处理与发达国家相比差距更大，普遍存在着粗加工产品多而高附加值产品少、中低档产品多而高档产品少、劣质产品多而优质产品少、老产品多而新产品少等弊端，尤其是特色资源的加工程度很低，远不能满足市场需求果蔬加工转化能力仅分别为6％和10％左右。5、未来真空冷冻干燥技术的发展趋势随着全球生态环境日益恶化，无污染的绿色食品越来越受到人们的欢迎；人们生活节奏日益加快，对饮食用餐越来越要求方便快捷；随着现代人高血脂、高血压、糖尿病、心脑血管疾病的发病率的不断上升，人们对改变不合理的饮食结构的愿望越来越强。真空冷冻干燥技术能很好适应“绿色食品”、“方便食品”、“保健食品”

的三大发展趋势。中国不仅果蔬等农副产品的价格低，而且劳力价格也低，因而生产真空冷冻干燥食品的成本也远比其他国家低得多。这种低成本，对外商产生了巨大的吸引力。据国家海关总署、国家商检局统计，进入上世纪90年代，中国脱水蔬菜每年出口量以30％的速度增加，中国脱水蔬菜出口量约占世界总量的2／3。由于真空冷冻干燥技术的广泛应用及其产品的热销，国际市场对高档次高品质的真空冻干果蔬食品在数量和品种上需求均较大，因此，通过应用真空冷冻干燥这一高新技术进行加工，将提高中国果蔬出口食品的档次，获得较高的附加值，将会形成国民经济新的增长点。对不发达的边远山区，可大力发展果蔬农业的深加工，增加出口创汇，从而形成我们自己的前景好、利润大的出口创汇支柱产业。无论从果蔬贮藏加工工业发展的三大趋势看，或从国外市场和国内市场对冻干食品，尤其是果蔬产品的巨大需求看，抓紧机遇，积极发展中国冻干食品工业都是大有作为的。参考文献：[1]乔晓玲，闫祝炜，张原飞，等．食品真空冷冻干燥技术研究进展［J］．食品科学，2008，29(5):469－474．[2]江兆清,周然.鱼及肉制品真空冻干技术研究现状[J].肉类研究,2012,07:39-43.[3]黄亚辉,梁金华,陈益才.真空冷冻干燥技术对单丛茶品质影响的研究[J].广东茶业,2011,06:18-20.[4]朱红英,初众,吴桂苹,魏来,赵建平,宗迎.青胡椒真空冷冻干燥工艺研究[J].食品与机械,2012,04:213-216.[5]朱克庆,吕少芳.真空冷冻干燥技术在方便水饺中的应用[J].粮食加工,2010,04:46-48.[6]范明月,吴昊,朱俊向,张宏斌,甄天元,王成荣.干燥方式对南瓜粉物化特性及抗氧化活性的影响[J].中国食品学报,2013,12:109-114.[7]陈瑞娟,毕金峰,陈芹芹,刘璇,吴昕烨,周沫,周禹含.不同干燥方式对胡萝卜粉香气成分的影响[J].食品与发酵工业,2013,09:70-76.[8]叶磊,郜海燕,周拥军,陈杭君,穆宏磊.热风干燥与真空冷冻干燥对桑葚果粉品质的影响比较[J].食品与发酵工业,2014,02:155-159.[9]陈仪男.龙眼真空冷冻干燥工艺优化[J].农业工程学报,2008,09:244-248.[10]孙曙光,张新明,商显德,陈月起,王梅玉,尹风祝.真空冷冻干燥技术在金丝小枣冻干纯粉生产中的应用[J].山东食品发酵,2012,01:38-40.[11]孙曙光,何皎,冀利,刘丽萍,商显德,陈月起,王梅玉,尹风祝.金丝小枣真空冷冻干燥粉的工业化生产[J].食品与发酵科技,2012,04:64-66[12]张力伟.香菇真空冷