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

Vacuum freeze drying technology in food applications and development Abstract：the vacuum freeze drying technology (abbreviation freeze-dry technology) in vacuum cryogenic environment, study of freeze dried material and heat and mass transfer process, characteristics and laws of science.It is an interdisciplinary field of complex technology.Freeze dry technology development needs of vacuum, refrigeration, heating, hydraulic, automatic control and other technical support; freeze-dried technology application related to biological engineering, pharmaceutical engineering, food engineering, materials engineering.In recent years, freeze drying technique in the field of high technology application times get people attention, the freeze-drying technology application not only quantity bedding face is wide, and entered the advanced ranks.

Key words: vacuum freeze drying technology; principle; food industry; application prospect

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[1-2]。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。

1.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：

(1)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。

(2)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→品选→清洗→分切）→冻结→升华干燥→真空包装→成品。其中冻结和升华干燥是加工的关键工序。

主要设备为冷冻干燥箱（冻干箱）、冷凝器、制冷压缩机、真空泵、各种阀门及控制仪表等。

2.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[5-6]。

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[8]。

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