食品真空冷冻干燥技术研究36904.docx

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1、食品真空冷冻干燥研究付西光,董董英,马海乐乐(江苏理工工大学生生物与环环境工程程学院,江苏镇镇江21120113)摘要:真真空冻干干技术是是干燥技技术领域域中科技技含量高高、涉及及知识面面广的一一种技术术,因其其产品具具有绿色色、方便便、保健健功能,使该技技术日受受关注文中阐阐述了冻冻干机理理与工艺艺,通过过真空冻冻干与热热风干燥燥产品品品质的比比较,阐阐明冻干干食品的的特殊性性,并从从设备、工工艺及特特性三个个方面指指出真空空冷冻干干燥存在在的问题题关键词:食食品;真真空;冷冷冻;干干燥随着世界经经济的发发展,国国内外食食品市场场上发生生了很大大的变化化其主主要特点点是无污污染的天天然绿色色

2、食品、高高质量的的合成功功能食品品、花样样品种繁繁多的快快速方便便食品走走俏市场场食品品除了具具有营养养,供给给人体活活动所需需能量的的功能外外,又附附加了两两个功能能,即保保健和防防病治病病的免疫疫功能人们在在追求食食品的色色、香、味味及口感感外,还还追求其其易食性性1,2冻干技技术能很很好地吻吻合“绿色食食品”、“方便食食品”和“保健食食品”的三大大发展趋趋势,因因此,应应积极发发展冻干干食品工工业在一些发达达国家,80%900%的食食品属于于方便食食品或合合成功能能食品,仅日本本市场上上销售的的保健食食品就有有20000多种种,欧美美国家中中可达550000余种2,33中中国是一一个农业

3、业大国,很多农农产品的的产量在在世界上上均名列列前茅,农业在在国民经经济中的的地位十十分重要要但是是落后的的加工技技术大大大限制了了中国农农产品的的产后加加工技术术,阻碍碍了农产产品的商商品化的的进程,严重影影响了中中国农业业的效益益可以以肯定,随着世世界经济济的不断断发展,生活节节奏的逐逐步加快快,人们们对各种种合成食食品、快快速方便便食品的的需求量量也在迅迅速增加加,特别别是对这这些食品品的质量量和花色色品种的的要求也也愈来愈愈高显显然,这这为农产产品的深深加工、精精加工提提供了广广阔的市市场,为为提高农农产品的的效益创创造了很很好的条条件真空冷冻干干燥技术术是干燥燥技术领领域中科科技含量

4、量高、涉涉及知识识面广的的一种技技术,同同时也是是干燥方方法中设设备最复复杂、能能耗最大大、干燥燥成本最最高的一一种方法法4-10,但由由于其干干燥产品品的特殊殊性:冻冻干食品品具有复复水性能能佳、色色泽保持持好、营营养成分分损失少少、产品品重量轻轻、便于于携带运运输、易易于长期期保存,在品质质上远优优于其它它干制食食品的显显著优点点,使其其成为干干燥技术术研究和和发展的的前沿11-131 真空空冷冻干干燥原理理及工艺艺过程11干干燥原理理真空冷冻干干燥是将将含水物物料冻结结后,在在真空环环境下加加热,使使物料中中水分直直接升华华除去,从而使使物料脱脱水获得得冻干制制品的过过程真真空冷冻冻干燥

5、属属于物理理脱水,理解其其过程应应从水的的三相平平衡图开开始如如图1所所示,、和线分分别称之之为升华华曲线、溶溶解曲线线和汽化化曲线;三线交交点为为固、液液、气三三相共存存的状态态,称为为三相平平衡点,其温度度为0.00998,压力力为6110,箭头头1、22、3分分别表示示冰升华华成水蒸蒸气、冰冰融化成成水和水水气化成成水蒸气气的过程程升华华现象是是物质从从固态不不经液态态而直接接变成气气态的过过程,由由该图可可知,当当压力低低于6110时,不不论温度度如何变变化,水水的液态态都不能能存在,这时如如果对冰冰进行加加热,冰冰只能越越过液态态直接升升华成气气态,真真空冷冻冻干燥就就是基于于此原理

6、理12工工艺流程程食品真空冷冷冻干燥燥工艺流流程通常常包括:预处理理预冻干燥后处理理(1)预处处理其其目的是是保证优优质原料料以及利利于冻干干与贮藏藏对于于固态食食品,应应进行清清洗、筛筛分、漂漂烫、切切分清清洗与筛筛分是保保证冻干干原料为为合格品品;漂烫烫是钝化化酶活性性的最有有效方法法,同时时漂烫也也能除去去部分水水,以减减少干燥燥负荷;切分利利于包装装、食用用,同时时切分尺尺寸及切切口方位位也会影影响冻干干速率对于液液态食品品,应进进行灭菌菌与浓缩缩,浓缩缩利用真真空或冻冻结方法法进行,浓缩程程度合理理与否,将直接接影响冻冻干速率率及生产产效率(2)预冻冻冻结结的速率率与最终终温度影影响

7、真空空冻干食食品的质质量与冻冻干速率率目前前研究认认为114-116,速冻有有利于细细胞结构构的食品品,可保保持细胞胞壁的完完整及避避免细胞胞内有机机液外溢溢但速速冻不利利于液态态食品,速冻易易造成玻玻璃状冻冻结体,使冻干干极难进进行最最终温度度通常取取其共晶晶点以下下5110,过高高或过低低将严重重影响食食品质量量与能耗耗(3)干燥燥真空空冻干的的干燥阶阶段通常常分为两两段,即即升华干干燥段与与解吸干干燥段升华干干燥除去去所有的的冰晶体体(物料料中的自自由水),约占占总含水水分的880%90%,它是是冻干过过程的主主体,这这一过程程以冰晶晶不融化化为前提提解吸吸干燥除除去物料料固形物物的物理

8、理、化学学吸附水水,这部部分水分分约占110%左左右,这这一过程程以物料料不过热热变质为为前提,为了获获得理想想的最终终水分,此过程程中冻干干室的压压强应更更低一些些,以保保证脱除除与固体体结合较较强的吸吸附水17-19至此此,物料料中的水水分已达达到要求求,完成成物料的的冻干(4)后处处理该该工艺是是将已冻冻干的物物料,进进行后期期加工处处理的过过程冻冻干食品品是多孔孔疏松状状,表面面积大,易吸湿湿与破碎碎,因此此常用真真空包装装或充入入惰性气气体进行行包装202冻干食食品的品品质特点点冻干食品与传传统的晒晒干、烘烘干及真真空干燥燥相比,具有如如下特点点(1)冻干干食品最最好地保保存原料料的

9、色、香香、味和和营养成成分食食品冻干干是在低低温、真真空条件件下进行行的,酶酶和细菌菌不滋生生、食品品不变质质、不氧氧化、营营养素损损失少据报道道,冻干干对肉、蛋蛋、豆类类、青菜菜类、甜甜玉米等等食品中中蛋白质质无损害害,、胡萝卜卜素和其其它水溶溶性维生生素仅损损失5%,脂溶溶性维生生素、等完全全不损失失表11列出了了未加任任何保护护剂时,新鲜草草菇、冻冻干草菇菇及真空空包装室室温贮藏藏3年的的冻干草草菇的氨氨基酸含含量分析析211,表表中值以以1000%新鲜鲜物料为基准,可以看看出,有有9种氨氨基酸在在冻干过过程中保保存了994%,在贮藏藏过程中中约保存存了688%表表2列出出了传统统烘干或

10、或晒干与与冻干的的活性枸枸杞成分分分析,显然活活性枸杞杞营养成成分高于于传统枸枸杞由由此可见见,冻干干法保存存食品的的营养素素是最高高的(2)冻干干食品很很好地保保持了原原物料的的体积形形态与色色泽冻干是在冻冻结状态态下进行行的,冻冻干过程程中的物物理形态态、化学学和生物物性质基基本不变变,干燥燥后物料料呈海绵绵状,无无干缩现现象,因因此冻干干后能保保持原物物料的体体积和形形状,食食用时能能很快地地吸水还还原成冻冻干前的的新鲜状状态,复复水率可可达900%以上上表33列出冻冻干与热热风干燥燥的蔬菜菜复水时时间和复复水后还还原情况况的比较较,表44列出传传统枸杞杞与活性性枸杞感感观上的的一些差差

11、异 此可见,冻冻干的复复水时间间短,还还原成原原状,色色泽好,口感风风味也好好,无任任何干缩缩现象(3)冻干干食品脱脱水彻底底,保存存期长,可常温温下贮藏藏,运输输方便冻干食食品的残残余水分分仅为22%55%,且且其残余余水分均均匀水水是细菌菌繁殖生生长的必必要条件件,细菌菌因无水水而不能能生长,同时采采用真空空或充入入惰性气气体包装装,从而而使脂肪肪不易氧氧化变质质,延长长保存期期冻干干食品可可在常温温下贮藏藏、运输输与销售售,无需需建立冷冷藏链因冻干设备备价格较较高,干干燥时间间较长,加之能能耗大、技技术复杂杂、涉及及知识面面广,目目前还未未广泛推推广但但由于其其干燥产产品的特特殊性,近几

12、年年,该种种干燥技技术在我我国食品品加工业业上开始始应用3 国内外现状状及发展展趋势真空冻干技技术起源源于199世纪初初,但由由于制冷冷技术与与真空技技术等限限制,直直至200世纪初初才开始始用于干干燥生物物制品,第二次次世界大大战中,由于急急需人体体血浆,真空冻冻干得以以快速发发展战战争结束束后,在在一些发发达国家家中先后后将此技技术用于于食品加加工上,一时间间各类冻冻干食品品厂蜂涌涌而起,当时有有人预言言,冻干干食品将将很快取取代其它它干制食食品可可由于复复杂的设设备、巨巨大的能能耗和很很低的生生产率,使高价价格的冻冻干产品品难以销销售660年代代中期,某些真真空冻干干食品厂厂出现倒倒闭和

13、转转产从从此,人人们开始始在冻干干理论上上、设备备上、工工艺上及及如何选选择原材材料上进进行深入入研究据有关部门门统计22,目前前,美国国每年消消费冻干干食品5500万万吨,日日本1660万吨吨,法国国1500万吨,其它国国家数量量也很可可观日日本每年年需花110000亿日元元进口冻冻干食品品,日本本、美国国及欧洲洲等地每每年约需需冻干大大蒜粉660000吨,可可见冻干干食品的的国际市市场很大大我国的冻干干食品起起步较晚晚,近年年来一些些科研院院所对某某些产品品进行了了冻干工工艺的研研究,东东北大学学徐成海海教授对对人参的的冻干工工艺进行行了深入入系统的的研究,建立了了传热传传质理论论模型,用

14、此模模型预测测的冻干干时间与与实测结结果较好好吻合;华中理理工大学学姚爱如如、郭亮亮等分别别利用自自制的冻冻干机分分析了冻冻干参数数对冻干干速率的的影响;中国农农业大学学牛江研研究了草草菇的冻冻干工艺艺;吉林林大学对对冻干鹿鹿茸进行行了化学学成分的的分析研研究真真空冷冻冻干燥技技术被国国内外认认为是生生产高品品质脱水水食品的的最好的的加工方方法因因此,冻冻干食品品在国际际市场的的价格是是热风干干燥食品品的46倍,且其产产量以每每年300%的速速度递增增,正成成为国际际贸易的的大宗食食品冻干技术可可加工任任何食品品、药品品,大致致分类如如下:蔬菜类:如如蘑菇、芦芦笋、芹芹菜、辣辣椒、白白葱、蒜蒜

15、片、姜姜、胡萝萝卜、菜菜花、荷荷兰豆、卷卷心菜等等水果类:荔荔枝、龙龙眼、香香蕉、桔桔子、草草莓、水水蜜桃、樱樱桃、苹苹果、梨梨等鱼肉类:虾虾仁、蛇蛇肉、甲甲鱼、牛牛肉、猪猪肉、火火腿等方便面食品品:碗仔仔面、盒盒装便餐餐、婴儿儿食品、旅旅游食品品、老年年食品、军军用食品品、宇航航食品等等调味品类:汤料、果果酱、调调理料、香香料等其他类:茶茶叶、速速溶咖啡啡、中药药材、动动物胶原原蛋白、人人参、酶酶素、血血清、菌菌种、生生物制品品等221,223-2264 食品真空冻冻干存在在的问题题真空冻干的的食品若若作为普普通消费费食品仍仍然存在在成本高高的问题题,尤其其在我国国食品市市场上很很难见到到真

16、空冻冻干食品品目前前我国真真空冻干干食品主主要还是是作为特特殊用途途的食品品,如守守岛部队队、登山山探险、旅旅游、礼礼品和保保健品等等,因其其价格昂昂贵,普普通消费费者无法法承受若使冻冻干食品品为人们们广泛接接受,必必须从两两个方面面考虑:一是从从消费者者方面考考虑,人人们必须须具有较较高的生生活水平平才肯花花钱买方方便与享享受;另另一方面面是冻干干食品厂厂,必须须使其技技术不断断完善,生产成成本不断断降低,使冻干干食品在在市场上上具有竞竞争力技术的的完善应应从两个个途径入入手:一一是改善善冻干设设备及工工艺,使使其节能能降耗;二是选选择合理理的冻干干原料,使其具具有高附附加值目前我我国真空空

17、冻干很很不完善善,具体体表现如如下:(1) 冻干设备方方面冻冻干设备备类型单单一,性性能落后后,工作作可靠性性差,开开发制造造混乱目前我我国生产产的真空空冻干机机绝大部部分仍是是仿制七七、八十十年代国国外产品品,其作作业方式式为间歇歇式,冻冻干室由由冷热间间隔的多多层搁板板组成该种冻冻干机在在生物领领域及医医药领域域确实发发挥很大大作用,但用来来冻干性性质差异异很大的的食品物物料很不不合理国外食食品冻干干搁板面面积均为为几十平平方米,有的逾逾千平方方米,作作业方式式有连续续式和间间歇式而国内内生产的的冻干机机搁板面面积基本本在十平平方米以以下,因因此,许许多单位位不得不不并用几几台设备备进行生

18、生产,造造成冻干干食品成成本增加加真空空冻干涉涉及干燥燥、真空空、食品品、生物物等技术术,国外外在冻干干机生产产上已经经形成专专业化生生产厂家家,技术术力量全全面、雄雄厚,如如、等国国内生产产的冻干干机泄漏漏比较突突出,工工艺水平平低,达达不到技技术要求求(2) 冻干工艺方方面目目前对冻冻干工艺艺的研究究多集中中在小型型冻干实实验机上上冻干某某些具体体物料的的样品,而多数数研究又又都集中中在工艺艺参数对对冻干速速率影响响上,将将其作为为多变量量因素进进行研究究,而这这些研究究工作脱脱离了食食品冻干干工艺过过程的特特点,对对冻干工工艺参数数及其之之间的关关系缺乏乏系统的的分析其研究究结果无无法为

19、食食品冻干干厂制定定食品冻冻干工艺艺,更不不能为冻冻干机生生产厂家家在冻干干设备工工程设计计过程作作参考(3) 冻干特性方方面在在制定冻冻干工艺艺时应注注意冻干干原料的的特点:一是具具有细胞胞结构的的食品,该类食食品在冻冻干时应应注意冻冻干速率率及冻结结温度,试验表表明,冻冻结速率率慢易使使细胞壁壁破裂,汁液外外溢,使使冻干产产品质量量下降,绝大多多数果蔬蔬食品都都是细胞胞结构食食品;二二是具有有芳香气气味的食食品,如如何保留留其风味味不被破破坏,目目前研究究认为,慢冻有有利于风风味物质质的保留留;三是是无细胞胞结构也也无芳香香风味的的食品,应以其其中活性性生物存存活率为为指标,特别注注意解吸

20、吸干燥段段的温度度2555结论冻干食品虽虽尚未普普及,但但各研究究工作者者均从不不同角度度提高冻冻干工艺艺及设备备的研究究水平,随着我我国经济济步伐的的不断加加快,相相信目前前仅作为为保健和和特殊用用途的冻冻干食品品必将成成为大宗宗食品当然,食品冻冻干仍存存在许多多有待研研究的问问题,如如何解决决产品价价值与加加工成本本的比例例关系是是该技术术发展的的关键,仍需今今后多学学科配合合进行系系统地解解决参考文文献1李李正明.二十一一世纪饮饮食主旋旋律绿色色食品.食品信信息,119944,166(133):227-2292霞霞杰.应大力力发展特特殊营养养食品.食品信信息,119944,155(144

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