食品真空冷凍干燥技術(shù)研究

1、食品真空冷凍干燥研究付西光,董董英,馬海樂樂(江蘇理工工大學(xué)生生物與環(huán)環(huán)境工程程學(xué)院,江蘇鎮(zhèn)鎮(zhèn)江21120113)摘要:真真空凍干干技術(shù)是是干燥技技術(shù)領(lǐng)域域中科技技含量高高、涉及及知識(shí)面面廣的一一種技術(shù)術(shù),因其其產(chǎn)品具具有綠色色、方便便、保健健功能,使該技技術(shù)日受受關(guān)注文中闡闡述了凍凍干機(jī)理理與工藝藝,通過(guò)過(guò)真空凍凍干與熱熱風(fēng)干燥燥產(chǎn)品品品質(zhì)的比比較,闡闡明凍干干食品的的特殊性性,并從從設(shè)備、工工藝及特特性三個(gè)個(gè)方面指指出真空空冷凍干干燥存在在的問(wèn)題題關(guān)鍵詞:食食品;真真空;冷冷凍;干干燥隨著世界經(jīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)發(fā)展,國(guó)國(guó)內(nèi)外食食品市場(chǎng)場(chǎng)上發(fā)生生了很大大的變化化其主主要特點(diǎn)點(diǎn)是無(wú)污污染的天天然綠色色

2、食品、高高質(zhì)量的的合成功功能食品品、花樣樣品種繁繁多的快快速方便便食品走走俏市場(chǎng)場(chǎng)食品品除了具具有營(yíng)養(yǎng)養(yǎng),供給給人體活活動(dòng)所需需能量的的功能外外,又附附加了兩兩個(gè)功能能,即保保健和防防病治病病的免疫疫功能人們?cè)谠谧非笫呈称返纳?、香、味味及口感感?還還追求其其易食性性1,2凍干技技術(shù)能很很好地吻吻合“綠色食食品”、“方便食食品”和“保健食食品”的三大大發(fā)展趨趨勢(shì),因因此,應(yīng)應(yīng)積極發(fā)發(fā)展凍干干食品工工業(yè)在一些發(fā)達(dá)達(dá)國(guó)家,80%900%的食食品屬于于方便食食品或合合成功能能食品,僅日本本市場(chǎng)上上銷售的的保健食食品就有有20000多種種,歐美美國(guó)家中中可達(dá)550000余種2,33中中國(guó)是一一個(gè)農(nóng)業(yè)

3、業(yè)大國(guó),很多農(nóng)農(nóng)產(chǎn)品的的產(chǎn)量在在世界上上均名列列前茅,農(nóng)業(yè)在在國(guó)民經(jīng)經(jīng)濟(jì)中的的地位十十分重要要但是是落后的的加工技技術(shù)大大大限制了了中國(guó)農(nóng)農(nóng)產(chǎn)品的的產(chǎn)后加加工技術(shù)術(shù),阻礙礙了農(nóng)產(chǎn)產(chǎn)品的商商品化的的進(jìn)程,嚴(yán)重影影響了中中國(guó)農(nóng)業(yè)業(yè)的效益益可以以肯定,隨著世世界經(jīng)濟(jì)濟(jì)的不斷斷發(fā)展,生活節(jié)節(jié)奏的逐逐步加快快,人們們對(duì)各種種合成食食品、快快速方便便食品的的需求量量也在迅迅速增加加,特別別是對(duì)這這些食品品的質(zhì)量量和花色色品種的的要求也也愈來(lái)愈愈高顯顯然,這這為農(nóng)產(chǎn)產(chǎn)品的深深加工、精精加工提提供了廣廣闊的市市場(chǎng),為為提高農(nóng)農(nóng)產(chǎn)品的的效益創(chuàng)創(chuàng)造了很很好的條條件真空冷凍干干燥技術(shù)術(shù)是干燥燥技術(shù)領(lǐng)領(lǐng)域中科科技含量

4、量高、涉涉及知識(shí)識(shí)面廣的的一種技技術(shù),同同時(shí)也是是干燥方方法中設(shè)設(shè)備最復(fù)復(fù)雜、能能耗最大大、干燥燥成本最最高的一一種方法法4-10,但由由于其干干燥產(chǎn)品品的特殊殊性:凍凍干食品品具有復(fù)復(fù)水性能能佳、色色澤保持持好、營(yíng)營(yíng)養(yǎng)成分分損失少少、產(chǎn)品品重量輕輕、便于于攜帶運(yùn)運(yùn)輸、易易于長(zhǎng)期期保存,在品質(zhì)質(zhì)上遠(yuǎn)優(yōu)優(yōu)于其它它干制食食品的顯顯著優(yōu)點(diǎn)點(diǎn),使其其成為干干燥技術(shù)術(shù)研究和和發(fā)展的的前沿11-131 真空空冷凍干干燥原理理及工藝藝過(guò)程11干干燥原理理真空冷凍干干燥是將將含水物物料凍結(jié)結(jié)后,在在真空環(huán)環(huán)境下加加熱,使使物料中中水分直直接升華華除去,從而使使物料脫脫水獲得得凍干制制品的過(guò)過(guò)程真真空冷凍凍干燥

5、屬屬于物理理脫水,理解其其過(guò)程應(yīng)應(yīng)從水的的三相平平衡圖開開始如如圖1所所示,、和線分分別稱之之為升華華曲線、溶溶解曲線線和汽化化曲線;三線交交點(diǎn)為為固、液液、氣三三相共存存的狀態(tài)態(tài),稱為為三相平平衡點(diǎn),其溫度度為0.00998,壓力力為6110,箭頭頭1、22、3分分別表示示冰升華華成水蒸蒸氣、冰冰融化成成水和水水氣化成成水蒸氣氣的過(guò)程程升華華現(xiàn)象是是物質(zhì)從從固態(tài)不不經(jīng)液態(tài)態(tài)而直接接變成氣氣態(tài)的過(guò)過(guò)程,由由該圖可可知,當(dāng)當(dāng)壓力低低于6110時(shí),不不論溫度度如何變變化,水水的液態(tài)態(tài)都不能能存在,這時(shí)如如果對(duì)冰冰進(jìn)行加加熱,冰冰只能越越過(guò)液態(tài)態(tài)直接升升華成氣氣態(tài),真真空冷凍凍干燥就就是基于于此原理

6、理12工工藝流程程食品真空冷冷凍干燥燥工藝流流程通常常包括:預(yù)處理理預(yù)凍干燥后處理理(1)預(yù)處處理其其目的是是保證優(yōu)優(yōu)質(zhì)原料料以及利利于凍干干與貯藏藏對(duì)于于固態(tài)食食品,應(yīng)應(yīng)進(jìn)行清清洗、篩篩分、漂漂燙、切切分清清洗與篩篩分是保保證凍干干原料為為合格品品;漂燙燙是鈍化化酶活性性的最有有效方法法,同時(shí)時(shí)漂燙也也能除去去部分水水,以減減少干燥燥負(fù)荷;切分利利于包裝裝、食用用,同時(shí)時(shí)切分尺尺寸及切切口方位位也會(huì)影影響凍干干速率對(duì)于液液態(tài)食品品,應(yīng)進(jìn)進(jìn)行滅菌菌與濃縮縮,濃縮縮利用真真空或凍凍結(jié)方法法進(jìn)行,濃縮程程度合理理與否,將直接接影響凍凍干速率率及生產(chǎn)產(chǎn)效率(2)預(yù)凍凍凍結(jié)結(jié)的速率率與最終終溫度影影響

7、真空空凍干食食品的質(zhì)質(zhì)量與凍凍干速率率目前前研究認(rèn)認(rèn)為114-116,速凍有有利于細(xì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)構(gòu)的食品品,可保保持細(xì)胞胞壁的完完整及避避免細(xì)胞胞內(nèi)有機(jī)機(jī)液外溢溢但速速凍不利利于液態(tài)態(tài)食品,速凍易易造成玻玻璃狀凍凍結(jié)體,使凍干干極難進(jìn)進(jìn)行最最終溫度度通常取取其共晶晶點(diǎn)以下下5110,過(guò)高高或過(guò)低低將嚴(yán)重重影響食食品質(zhì)量量與能耗耗(3)干燥燥真空空凍干的的干燥階階段通常常分為兩兩段,即即升華干干燥段與與解吸干干燥段升華干干燥除去去所有的的冰晶體體(物料料中的自自由水),約占占總含水水分的880%90%,它是是凍干過(guò)過(guò)程的主主體,這這一過(guò)程程以冰晶晶不融化化為前提提解吸吸干燥除除去物料料固形物物的物理

8、理、化學(xué)學(xué)吸附水水,這部部分水分分約占110%左左右,這這一過(guò)程程以物料料不過(guò)熱熱變質(zhì)為為前提,為了獲獲得理想想的最終終水分,此過(guò)程程中凍干干室的壓壓強(qiáng)應(yīng)更更低一些些,以保保證脫除除與固體體結(jié)合較較強(qiáng)的吸吸附水17-19至此此,物料料中的水水分已達(dá)達(dá)到要求求,完成成物料的的凍干(4)后處處理該該工藝是是將已凍凍干的物物料,進(jìn)進(jìn)行后期期加工處處理的過(guò)過(guò)程凍凍干食品品是多孔孔疏松狀狀,表面面積大,易吸濕濕與破碎碎,因此此常用真真空包裝裝或充入入惰性氣氣體進(jìn)行行包裝202凍干食食品的品品質(zhì)特點(diǎn)點(diǎn)凍干食品與傳傳統(tǒng)的曬曬干、烘烘干及真真空干燥燥相比,具有如如下特點(diǎn)點(diǎn)(1)凍干干食品最最好地保保存原料料的

9、色、香香、味和和營(yíng)養(yǎng)成成分食食品凍干干是在低低溫、真真空條件件下進(jìn)行行的,酶酶和細(xì)菌菌不滋生生、食品品不變質(zhì)質(zhì)、不氧氧化、營(yíng)營(yíng)養(yǎng)素?fù)p損失少據(jù)報(bào)道道,凍干干對(duì)肉、蛋蛋、豆類類、青菜菜類、甜甜玉米等等食品中中蛋白質(zhì)質(zhì)無(wú)損害害,、胡蘿卜卜素和其其它水溶溶性維生生素僅損損失5%,脂溶溶性維生生素、等完全全不損失失表11列出了了未加任任何保護(hù)護(hù)劑時(shí),新鮮草草菇、凍凍干草菇菇及真空空包裝室室溫貯藏藏3年的的凍干草草菇的氨氨基酸含含量分析析211,表表中值以以1000%新鮮鮮物料為基準(zhǔn),可以看看出,有有9種氨氨基酸在在凍干過(guò)過(guò)程中保保存了994%,在貯藏藏過(guò)程中中約保存存了688%表表2列出出了傳統(tǒng)統(tǒng)烘干或

10、或曬干與與凍干的的活性枸枸杞成分分分析,顯然活活性枸杞杞營(yíng)養(yǎng)成成分高于于傳統(tǒng)枸枸杞由由此可見見,凍干干法保存存食品的的營(yíng)養(yǎng)素素是最高高的(2)凍干干食品很很好地保保持了原原物料的的體積形形態(tài)與色色澤凍干是在凍凍結(jié)狀態(tài)態(tài)下進(jìn)行行的,凍凍干過(guò)程程中的物物理形態(tài)態(tài)、化學(xué)學(xué)和生物物性質(zhì)基基本不變變,干燥燥后物料料呈海綿綿狀,無(wú)無(wú)干縮現(xiàn)現(xiàn)象,因因此凍干干后能保保持原物物料的體體積和形形狀,食食用時(shí)能能很快地地吸水還還原成凍凍干前的的新鮮狀狀態(tài),復(fù)復(fù)水率可可達(dá)900%以上上表33列出凍凍干與熱熱風(fēng)干燥燥的蔬菜菜復(fù)水時(shí)時(shí)間和復(fù)復(fù)水后還還原情況況的比較較,表44列出傳傳統(tǒng)枸杞杞與活性性枸杞感感觀上的的一些差差

11、異 此可見,凍凍干的復(fù)復(fù)水時(shí)間間短,還還原成原原狀,色色澤好,口感風(fēng)風(fēng)味也好好,無(wú)任任何干縮縮現(xiàn)象(3)凍干干食品脫脫水徹底底,保存存期長(zhǎng),可常溫溫下貯藏藏,運(yùn)輸輸方便凍干食食品的殘殘余水分分僅為22%55%,且且其殘余余水分均均勻水水是細(xì)菌菌繁殖生生長(zhǎng)的必必要條件件,細(xì)菌菌因無(wú)水水而不能能生長(zhǎng),同時(shí)采采用真空空或充入入惰性氣氣體包裝裝,從而而使脂肪肪不易氧氧化變質(zhì)質(zhì),延長(zhǎng)長(zhǎng)保存期期凍干干食品可可在常溫溫下貯藏藏、運(yùn)輸輸與銷售售,無(wú)需需建立冷冷藏鏈因凍干設(shè)備備價(jià)格較較高,干干燥時(shí)間間較長(zhǎng),加之能能耗大、技技術(shù)復(fù)雜雜、涉及及知識(shí)面面廣,目目前還未未廣泛推推廣但但由于其其干燥產(chǎn)產(chǎn)品的特特殊性,近幾

12、年年,該種種干燥技技術(shù)在我我國(guó)食品品加工業(yè)業(yè)上開始始應(yīng)用國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀狀及發(fā)展展趨勢(shì)真空凍干技技術(shù)起源源于199世紀(jì)初初,但由由于制冷冷技術(shù)與與真空技技術(shù)等限限制,直直至200世紀(jì)初初才開始始用于干干燥生物物制品,第二次次世界大大戰(zhàn)中,由于急急需人體體血漿,真空凍凍干得以以快速發(fā)發(fā)展戰(zhàn)戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束束后,在在一些發(fā)發(fā)達(dá)國(guó)家家中先后后將此技技術(shù)用于于食品加加工上,一時(shí)間間各類凍凍干食品品廠蜂涌涌而起,當(dāng)時(shí)有有人預(yù)言言,凍干干食品將將很快取取代其它它干制食食品可可由于復(fù)復(fù)雜的設(shè)設(shè)備、巨巨大的能能耗和很很低的生生產(chǎn)率,使高價(jià)價(jià)格的凍凍干產(chǎn)品品難以銷銷售660年代代中期,某些真真空凍干干食品廠廠出現(xiàn)倒倒閉和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)

13、產(chǎn)從從此,人人們開始始在凍干干理論上上、設(shè)備備上、工工藝上及及如何選選擇原材材料上進(jìn)進(jìn)行深入入研究據(jù)有關(guān)部門門統(tǒng)計(jì)22,目前前,美國(guó)國(guó)每年消消費(fèi)凍干干食品5500萬(wàn)萬(wàn)噸,日日本1660萬(wàn)噸噸,法國(guó)國(guó)1500萬(wàn)噸,其它國(guó)國(guó)家數(shù)量量也很可可觀日日本每年年需花110000億日元元進(jìn)口凍凍干食品品,日本本、美國(guó)國(guó)及歐洲洲等地每每年約需需凍干大大蒜粉660000噸,可可見凍干干食品的的國(guó)際市市場(chǎng)很大大我國(guó)的凍干干食品起起步較晚晚,近年年來(lái)一些些科研院院所對(duì)某某些產(chǎn)品品進(jìn)行了了凍干工工藝的研研究,東東北大學(xué)學(xué)徐成海海教授對(duì)對(duì)人參的的凍干工工藝進(jìn)行行了深入入系統(tǒng)的的研究,建立了了傳熱傳傳質(zhì)理論論模型,用此模

14、模型預(yù)測(cè)測(cè)的凍干干時(shí)間與與實(shí)測(cè)結(jié)結(jié)果較好好吻合;華中理理工大學(xué)學(xué)姚愛如如、郭亮亮等分別別利用自自制的凍凍干機(jī)分分析了凍凍干參數(shù)數(shù)對(duì)凍干干速率的的影響;中國(guó)農(nóng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)牛江研研究了草草菇的凍凍干工藝藝;吉林林大學(xué)對(duì)對(duì)凍干鹿鹿茸進(jìn)行行了化學(xué)學(xué)成分的的分析研研究真真空冷凍凍干燥技技術(shù)被國(guó)國(guó)內(nèi)外認(rèn)認(rèn)為是生生產(chǎn)高品品質(zhì)脫水水食品的的最好的的加工方方法因因此,凍凍干食品品在國(guó)際際市場(chǎng)的的價(jià)格是是熱風(fēng)干干燥食品品的46倍,且其產(chǎn)產(chǎn)量以每每年300%的速速度遞增增,正成成為國(guó)際際貿(mào)易的的大宗食食品凍干技術(shù)可可加工任任何食品品、藥品品,大致致分類如如下:蔬菜類:如如蘑菇、蘆蘆筍、芹芹菜、辣辣椒、白白蔥、蒜蒜片、

15、姜姜、胡蘿蘿卜、菜菜花、荷荷蘭豆、卷卷心菜等等水果類:荔荔枝、龍龍眼、香香蕉、桔桔子、草草莓、水水蜜桃、櫻櫻桃、蘋蘋果、梨梨等魚肉類:蝦蝦仁、蛇蛇肉、甲甲魚、牛牛肉、豬豬肉、火火腿等方便面食品品:碗仔仔面、盒盒裝便餐餐、嬰兒兒食品、旅旅游食品品、老年年食品、軍軍用食品品、宇航航食品等等調(diào)味品類:湯料、果果醬、調(diào)調(diào)理料、香香料等其他類:茶茶葉、速速溶咖啡啡、中藥藥材、動(dòng)動(dòng)物膠原原蛋白、人人參、酶酶素、血血清、菌菌種、生生物制品品等221,223-226食品真空凍凍干存在在的問(wèn)題題真空凍干的的食品若若作為普普通消費(fèi)費(fèi)食品仍仍然存在在成本高高的問(wèn)題題,尤其其在我國(guó)國(guó)食品市市場(chǎng)上很很難見到到真空凍凍干

16、食品品目前前我國(guó)真真空凍干干食品主主要還是是作為特特殊用途途的食品品,如守守島部隊(duì)隊(duì)、登山山探險(xiǎn)、旅旅游、禮禮品和保保健品等等,因其其價(jià)格昂昂貴,普普通消費(fèi)費(fèi)者無(wú)法法承受若使凍凍干食品品為人們們廣泛接接受,必必須從兩兩個(gè)方面面考慮:一是從從消費(fèi)者者方面考考慮,人人們必須須具有較較高的生生活水平平才肯花花錢買方方便與享享受;另另一方面面是凍干干食品廠廠,必須須使其技技術(shù)不斷斷完善,生產(chǎn)成成本不斷斷降低,使凍干干食品在在市場(chǎng)上上具有競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)力技術(shù)的的完善應(yīng)應(yīng)從兩個(gè)個(gè)途徑入入手:一一是改善善凍干設(shè)設(shè)備及工工藝,使使其節(jié)能能降耗;二是選選擇合理理的凍干干原料,使其具具有高附附加值目前我我國(guó)真空空凍干很很

17、不完善善,具體體表現(xiàn)如如下:凍干設(shè)備方方面凍凍干設(shè)備備類型單單一,性性能落后后,工作作可靠性性差,開開發(fā)制造造混亂目前我我國(guó)生產(chǎn)產(chǎn)的真空空凍干機(jī)機(jī)絕大部部分仍是是仿制七七、八十十年代國(guó)國(guó)外產(chǎn)品品,其作作業(yè)方式式為間歇歇式,凍凍干室由由冷熱間間隔的多多層擱板板組成該種凍凍干機(jī)在在生物領(lǐng)領(lǐng)域及醫(yī)醫(yī)藥領(lǐng)域域確實(shí)發(fā)發(fā)揮很大大作用,但用來(lái)來(lái)凍干性性質(zhì)差異異很大的的食品物物料很不不合理國(guó)外食食品凍干干擱板面面積均為為幾十平平方米,有的逾逾千平方方米,作作業(yè)方式式有連續(xù)續(xù)式和間間歇式而國(guó)內(nèi)內(nèi)生產(chǎn)的的凍干機(jī)機(jī)擱板面面積基本本在十平平方米以以下,因因此,許許多單位位不得不不并用幾幾臺(tái)設(shè)備備進(jìn)行生生產(chǎn),造造成凍干

18、干食品成成本增加加真空空凍干涉涉及干燥燥、真空空、食品品、生物物等技術(shù)術(shù),國(guó)外外在凍干干機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)上已經(jīng)經(jīng)形成專專業(yè)化生生產(chǎn)廠家家,技術(shù)術(shù)力量全全面、雄雄厚,如如、等國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)產(chǎn)的凍干干機(jī)泄漏漏比較突突出,工工藝水平平低,達(dá)達(dá)不到技技術(shù)要求求凍干工藝方方面目目前對(duì)凍凍干工藝藝的研究究多集中中在小型型凍干實(shí)實(shí)驗(yàn)機(jī)上上凍干某某些具體體物料的的樣品,而多數(shù)數(shù)研究又又都集中中在工藝藝參數(shù)對(duì)對(duì)凍干速速率影響響上,將將其作為為多變量量因素進(jìn)進(jìn)行研究究,而這這些研究究工作脫脫離了食食品凍干干工藝過(guò)過(guò)程的特特點(diǎn),對(duì)對(duì)凍干工工藝參數(shù)數(shù)及其之之間的關(guān)關(guān)系缺乏乏系統(tǒng)的的分析其研究究結(jié)果無(wú)無(wú)法為食食品凍干干廠制定定食品

19、凍凍干工藝藝,更不不能為凍凍干機(jī)生生產(chǎn)廠家家在凍干干設(shè)備工工程設(shè)計(jì)計(jì)過(guò)程作作參考凍干特性方方面在在制定凍凍干工藝藝時(shí)應(yīng)注注意凍干干原料的的特點(diǎn):一是具具有細(xì)胞胞結(jié)構(gòu)的的食品,該類食食品在凍凍干時(shí)應(yīng)應(yīng)注意凍凍干速率率及凍結(jié)結(jié)溫度,試驗(yàn)表表明,凍凍結(jié)速率率慢易使使細(xì)胞壁壁破裂,汁液外外溢,使使凍干產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量量下降,絕大多多數(shù)果蔬蔬食品都都是細(xì)胞胞結(jié)構(gòu)食食品;二二是具有有芳香氣氣味的食食品,如如何保留留其風(fēng)味味不被破破壞,目目前研究究認(rèn)為,慢凍有有利于風(fēng)風(fēng)味物質(zhì)質(zhì)的保留留;三是是無(wú)細(xì)胞胞結(jié)構(gòu)也也無(wú)芳香香風(fēng)味的的食品,應(yīng)以其其中活性性生物存存活率為為指標(biāo),特別注注意解吸吸干燥段段的溫度度2555結(jié)論凍干食品雖雖尚未普普及,但但各研究究工作者者均從不不同角度度提高凍凍干工藝藝及設(shè)備備的研究究水平,隨著我我國(guó)經(jīng)濟(jì)濟(jì)步伐的的不斷加加快,相相信目前前僅作為為保健和和特殊用用途的凍凍干食品品必將成成為大宗宗食品當(dāng)