食品真空冷冻干燥技术研究

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212013)

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,阐明冻干食品的专门性,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

随着世界经济的进展,国内外食品市场上发生了专门大的变化．其要紧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]．冻干技术能专门好地吻合“绿色食品”、“方便食品”和“保健食品”的三大进展趋势,因此,应积极进展冻干食品工业．

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,专门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．然而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,严峻阻碍了中国农业的效益．能够确信,随着世界经济的不断进展,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,特不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、精加工提供了宽敞的市场,为提高农产品的效益制造了专门好的条件．

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专门性: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进展的前沿[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线分不称之为升华曲线、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分不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,这时假如对冰进行加热,冰只能越过液态直接升华成气态,真空冷冻干燥确实是基于此原理．

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．关于固态食品,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阻碍冻干速率．关于液态食品,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,将直接阻碍冻干速率及生产效率．

(2)预冻冻结的速率与最终温度阻碍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幸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℃,过高或过低将严峻阻碍食品质量与能耗．

(3)干燥真空冻干的干燥时期通常分为两段,即升华干燥段与解吸干燥段．升华干燥除去所有的冰晶体(物料中的自由水),约占总含水分的80%～90%,它是冻干过程的主体,这一过程以冰晶不融化为前提．解吸干燥除去物料固形物的物理、化学吸附水,这部分水分约占10%左右,这一过程以物料只是热变质为前提,为

了获得理想的最终水分,此过程中冻干室的压强应更低一些,以保证脱除与固体结合较强的吸附水[17-19]．至此,物料中的水分已达到要求,完成物料的冻干．

(4)后处理该工艺是将已冻干的物料,进行后期加工处理的过程．冻干食品是多孔疏松状,表面积大,易吸湿与破裂,因此常用真空包装或充入惰性气体进行包装[20]

2 冻干食品的品质特点冻

干食品与传统的晒干、烘干及真空干燥相比,具有如下特点．

(1)冻干食品最好地保存原料的色、香、味和营养成分．食品冻干是在低温、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．据报道,冻干对肉、蛋、豆类、青菜类、甜玉米等食品中蛋白质无损害,ＶＣ、β胡萝卜素和其它水溶性维生素仅损失5%,脂溶性维生素ＶＡ、ＶＤ等完全不损失．表1列出了未加任何爱护剂时,新奇草菇、冻干草菇及真空包装室温贮藏3年的冻干草菇的氨基酸含量分析[21],表中值以100%新奇物

料为基准,能够看出,有9种氨基酸在冻干过程中保存了94%,在贮藏过程中约保存了68%．表2列出了传统烘干或晒干与冻干的活性枸杞成分分析,显然活性枸杞营养成分高于传统枸杞．由此可见,冻干法保存食品的营养素是最高的．

(2)冻干食品专门好地保持了原物料的体积形态与色泽．

冻干是在冻结状态下进行的,冻干过程中的物理形态、化学和生物性质差不多不变,干燥后物料呈海绵状,无干缩现象,因此

冻干后能保持原物料的体积和形状,食用时能专门快地吸水还原成冻干前的新奇状态,复水率可达90%以上．表3列出冻干与热风干燥的蔬菜复水时刻和复水后还原情况的比较,表4列出传统枸杞与活性枸杞感观上的一些差异．

此可见,冻干的复水时刻短,还原成原状,色泽好,口感风味也好,无任何干缩现象．

(3)冻干食品脱水完全,保存期长,可常温下贮藏,运输方便．冻干食品的残余水分仅为2%～5%,且其残余水分均匀．水是细菌生殖生长的必要条件,细菌因无水而不能生长,同时采纳真空或充入惰性气体包装,从而使脂肪不易氧化变质,延长保存期．冻干食品可在常温下贮藏、运输与销售,无需建立冷藏链．因冻干设备价格较高,干燥时刻较长,加之能耗大、技术复杂、涉及知识面广,目前还未广泛推广．但由于其干燥产品的专门性,近几年,该种干燥技术在我国食品加工业上开始应用．3国内外现状及进展趋势

真空冻干技术起源于19世纪初,但由于制冷技术与真空技术等限制,直至20世纪初才开始用于干燥生物制品,第二次世界大战中,由于急需人体血浆,真空冻干得以快速进展．战争结束后,在一些发达国家中先后将此技术用于食品加工上,一时刻各类冻干食品厂蜂涌而起,当时有人预言,冻干食品将专门快取代其它干制食品．可由于复杂的设备、巨大的能耗和专门低的生产率,