4真空冷冻干燥技术食品的特点

浅谈真空冷冻干燥技术的研究进展

王燕

摘要：通过水的三相点示意图，阐述真空冷冻干燥的基本原理。介绍真空冷冻干燥技术的工艺流程，真空冷冻干燥技术的特点及其在水产品上的应用及在食品工业上的应用，并对真空冷冻干干燥技术的发展趋势及问题提出展望。

关键词真空冷冻干燥原理工艺流程应用

1 前言

冷冻干燥过程是通过调节冻干机的板层控制温度，将物料真空冷冻到共晶点温度以下，在保证物料中水分完全冻结成小冰晶的情况下，对冷阱进行降温，当降至适当温度时，使用真空泵对箱体抽真空，使箱体内部维持较低的真空度，这一过程使物料中的水分由固态冰直接升华成气态水蒸气。然后再用真空系统的捕水器将水蒸气冷凝，降低物料中的水分含量，从而获得干燥脱水制品的高新干燥技术[1]。真空冷冻干燥技术也会发在食品方面，冻干食品被认为是高档的脱水食品，占方便食品的比例越来越大，并广泛应用到食品工业的各个领域。同时，该技术的冷冻干燥产品能够很好地吻合“绿色食品”、“保健食品”、“方便食品”、三大食品的发展趋势，因此冷冻干燥食品逐渐人们关注。

2 真空冷冻干燥技术的原理

真空冷冻干燥基本原理是基于水的三种变化，即固态、液态和气态，三相态既可以相互转换也可以共存[2]。是把物料预先快速冻结，使物料中的水分变成固态的冰，然后在适当的真空度下，将物料中的水分从固态升华成为气态，再以解析干燥除去部分结合水，从而达到低温脱水干燥的目的[3]。冷冻干燥过程分为预冻、升华干燥、解析干燥3个过程。

从图1的带箭头的线可以清楚地看出：

(1)当压力高于610.5Pa时，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冰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[4]。

3 真空冷冻干燥加工工艺与优点

不同产品，由于其品种、成分、含水量、共晶点和崩解温度等的差异，所需要的冻干工艺也不同。同一种样品，使用不同的冻干机或同一冻干机不同的装机容量，其冻干工艺也是有差别的[5]。

3.1 真空冻干食品生产工艺的过程

真空冻干食品生产工艺共分四个步骤，即前处理、速冻、升华干燥和后处理，这四步生产流程，可由相应设备组成的生产线来完成。

3.1.1 前处理

即对需要干燥食品的预处理，包括选料、清洗、切分、漂烫、杀菌等。

3.1.2 速冻

将经过前处理的物料进行迅速降温冻结，冻结的越快，物料中冰结晶越小，对物料结构组织破坏越小，且冻结时间短，蛋白质在凝聚和浓缩作用下，不会发生质变。

3.1.3 升华干燥

将速冻后的食品送入真空升华干燥仓进行干燥，要求真空度要很快达到升华压力，并及时供给升华热，来维持升华温度不变。

3.1.4 后处理

即对干燥后的物品进行挑选、计量、包装。

3.2 真空冷冻干燥技术具备以下优点[6]：

(1)对热敏性物质特别适用，因为冷冻干燥在低温下进行。如蛋白质、微生物之类不会发生变性或失去生物活力。

(2)在低温干燥时，物质中的一些挥发性成分损失小，适合一些化学产品、药品和食品的干燥等。

(3)在冷冻干燥过程中，微生物的生长和酶的作用无法进行。因此能保持原来的性状。

(4)在冻结的状态后干燥机体几乎不变，保持了原来的结构。不会发生浓缩现象。

(5)干燥后的物质疏松多孔，呈海绵状，加水后溶解速度完全，几乎立即恢复原状。

(6)在真空条件下进行，氧气极少，因此一些易氧化的物质得到保护。

(7)物质可长期保存不导致变质。

4 真空冷冻干燥技术食品的特点

在真空冷冻干燥过程下，果蔬中的水会迅速形成冰晶的形态，避免了果蔬内部水向其表面毛细流动迁移而导致可溶性物质和营养物流失。其不破坏组织结构，复水性极好，最大限度地保持原有的色、香、味。冷冻干燥后的果蔬可使一些热敏性或极易氧化氮的物质损失大大的减少，保存了物质中的维生素、蛋白质、碳水化合物等营养成分，在国外研究资料表明，保存1-2年的冷冻干燥食品的营养可以完全代替新鲜食品[7]。在包装上，真空冷冻干燥食品均可采用真空包装或冲氮包装，避

光保存。由于含水量很少，运输、销售时不用低温保藏，并且保存期限长。脱水彻底后，重量减轻，方便运输，可在常温下保管。是一种家用方便的食品[8]。

5 在食品上的应用

20世纪50年代，食品冷冻干燥已从实验研究应用到小规模生产，随着技术的不断突破，又向规模工业化发展。近年人们越来越注重加工食品的方便、营养保健和高品质，因此对冻干食品的需求不断增加。几乎所有的食品原料，果蔬、肉禽、蛋等都可以进行真空冷冻干燥加工[9]。

真空冷冻干燥的食品有以下几种类：

蔬菜类：葱、蒜、蘑菇、香菜、芦笋、胡萝卜、黄花菜、豌豆、洋葱等。

水果类：香蕉、苹果、草莓、哈密瓜、菠萝等。

肉禽类：猪肉、牛肉、羊肉、鸡肉等。

健类：人参、鹿茸、蜂王浆、蜂蜜、花粉、蟹粉等[10]。

5.1 真空冷冻干燥技术在龙眼的应用

龙眼果实风味独特、富含粗纤维、维生素A、维生素B1、维生素B2、维生素C、烟酸、酒石酸、蛋白质、脂肪、矿物质等[11]。有很高的营养价值和保健功能，历来受人们喜爱。龙眼皮薄多汁，含糖高但酸度低，成熟季节高温多湿，采后果极易腐烂，“果多难卖，果贱伤农”的现象时常发生。

利用当前食品加工的一种新技术真空冷冻干燥技术。冷冻食品能较好地保持食品原来的形状，减少食品色、香、味及营养成分的损失，有较好的速溶性和快速复水性，食用简便。同时，冻干食品还具有脱水彻底、质量轻、适合长途运输及长期保存。

5.2 真空冷冻干燥技术在胡萝卜的应用

胡萝卜是最常见的一种营养蔬菜，属二年草本作物。俗称土人参，具有极高营养价值和神奇疗效功能。胡萝卜含有丰富的维生素、粗蛋白、还有微量元素、胡萝卜素为主要营养成分，在场频的营养成份上分析胡萝卜汁和胡萝卜泥中的维生素C 的含量与番茄的相当。

以胡萝卜为原料，应用真空冷冻干燥方法进行加工，能良好的保存产品Vc、胡萝卜素等。研究表明胡萝卜的真空冻干产品工业化生产提供一定的技术依据[12]。