真空冷冻干燥技术在食品中的应用行业资料食品饮料行业资料食品饮料.pdf

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1、真空冷冻干燥技术在食 品中的应用(总4页)-CAL-FENGHAL-(YICAI)-Company One 1 CAL本页仅作为文档封面，使用请直接删除 前言（引言）：真空冷冻干燥是将湿物料冻结到共晶点温度下，使物料中的水 分变成固态冰，然后在较高真空环境下，通过给物料加热，将冰直接升华成水 蒸气，再用真空系统中的水汽凝结器将水蒸气冷凝，从而获得干燥制品的技 术。曲于干燥过程是在低温、真空状态下进行，物料中水分直接从固态升华为 气态，因而可最大限度保持被干物料色、香、味、形状和营养成分，而且干燥 后的制品呈多孔海绵状结构，极易溶于水（其至在冰水中），能够迅速复原，密 封包装后保存期长。II前，

2、真空冷冻干燥技术在生物工程、医药工业、食品工 业、材料科学、农副产品深加丄羡至古旧书画修复和动植物标本制作等领域有 着广泛应用。在食品工业方面，尤其在高价值食品和高附加值食品加工中，真空冷冻干燥是干 燥技术领域科技含量高、涉及知识面广的一门技术，被认为是 H 前最优良、最 为先进的干燥技术之一。山于干燥过程是在低温、真空状态下进行，物料中的 水分直接从固态升华为气态，因而可以最大限度地保持被干物料的色、香、味、形状和营养成分，而且复水性能好。山于该技术具有其他干燥方法所无法 比拟的优点，LHiG 正逐渐应用于很多行业，尤其在食品工业方面。而该技术 下的冻干产品能够很好地吻合“绿色食品”、“保健

3、食品”、“方便食品”三 大发展趋势，因此,冻干食品工业逐渐被人们所关注和亲睐。1.真空冷冻干燥 设备 食品用冻干设备已经实现了大型化，一般都采用自动控制系统，同时为保证冻 干产品的质量和节能，常采用冻干设备和其他干燥设备组合在一起的组合冻干 设备，例如，喷雾冻干设备等等。1.1 真空冷冻干燥机 主要山真空冷冻干燥箱、真空系统、制冷系统、加热系统及自动控制系统等儿 部分组成。干燥箱是一个真空密闭容器，是干燥过程中传热和传质的场所，他 的性能好坏直接影响到冷冻干燥设备的性能。如果带有蒸汽消毒灭菌功能，冻 干箱还应是一个低压内压容器。干燥室的形状主要有圆形和矩形两种。圆形干 燥室操作容易、强度高、制

4、作费用低，但其内部空间利用率低。真空系统包括 机械泵（旋片式真空泵）和增压泵（罗茨真空泵）。真空泵用来抽除系统内空 气水蒸汽。当真空泵工作时，打开隔离阀，真空干燥室内的空气及水蒸汽经过 水蒸汽捕集冷凝器捕获后进入真空泵，山真空泵排气口排岀系统外。为了防止 经水蒸汽捕集冷凝器捕获后抽除的气体中仍含有极少量的水蒸汽进入泵内，系 统配气镇阀。在真空泵的排气口装有油雾捕集器，以防止排出气体中烟雾污染室 内环境。冷阱的作用是将干燥室中的水蒸汽冷凝吸附变成冰，以免进入真空泵,一方面可以减小真空泵的工作负担，另一方面能够保证干燥室具有较低的真空 度。12 真空冻结干燥设备系统组成 真空冷冻干燥系统主要山制冷

5、系统、真空系统、加热系统、干燥系统和控制系 统等组成,冷冻干燥室:冷冻干燥室有卧式圆柱形、箱形等类型。干燥室要求能 制冷到-40 C 或更低温度，乂能加热到+50 C 左右。干燥室设计有儿层至十儿 层干燥搁扳，以放置儿十至数口只干燥盘。干燥室装有管道和真空阀门与低温冷 凝器相连，以排除室内的水蒸汽，同时还有管道与交换器、制冷机相连，以获得物 料冰晶升华所需要的热量和低温环境。低温冷凝器:低温冷凝器是一个密封的容 器，用管路与制冷机、真空泵、热交换器相连，以获取低温真空环境和冷凝器内 除霜的热量供给。冷凝器内的温度必须保持低于干燥室内物料的温度，一般冷凝 器内的温度应保持在-40 C 至-50

6、C 左右,使大量的水蒸汽在冷凝器室中凝结 低温冷凝器还设有除霜装置、排出阀、热空气吹入装置等,用来融化凝结的冰霜 和排出内部水分，并将室内吹干。13 真空系统 山冷冻干燥室、低温冷凝器、真空阀门和管道、真空泵和真空仪表等构成冷冻 干燥设备的真空系统，系统要求密封性能好。真空泵采用旋片式或滑阀式油封机 械泵厂也可采多级蒸汽喷射泵的真空系统和采用罗茨泵中间增压-水环泵机组真 空系统。2.真空冷冻干燥工艺 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。因此，研究各种物料的冻干工

7、艺是真空冷冻 干燥技术的关键。真空冷冻干燥一般分为三个阶段：预冻阶段、升华阶段和解析阶段。冻干工艺 必须分结到共晶点温度下使物料中的水分变成固态冰然后在较高真空环境下通过给物料加热将冰直接升华成水蒸气再用真空系统中的水汽凝结器将水蒸气冷凝从而获得干燥制品的技术曲于干燥过程是在低温真空状态下进行物料中水分直接溶于水其至在冰水中能够迅速复原密封包装后保存期长前真空冷冻干燥技术在生物工程医药工业食品工业材料科学农副产品深加丄羡至古旧书画修复和动植物标本制作等领域有着广泛应用在食品工业方面尤其在高价值食品和高附加燥技术之一山于干燥过程是在低温真空状态下进行物料中的水分直接从固态升华为气态因而可以最大限

8、度地保持被干物料的色香形状和营养成分而且复水性能好山于该技术具有其他干燥方法所无法比拟的优点正逐渐应用于很多行业段制定，然后再连成整体，形成温度、压力和时间关系曲线，即冻干曲 线。每处理一种新产品，必须制定一次冻干曲线。2.1 预冻阶段 预冻温度必须低于物料的共晶点温度，最好低 5 C 10 C。物料的冻结过程 是放热过程，需要一定时间。为使全部产品冻结，一般在产品达到规定的预冻 温度后，保持 2 h 左右的时间。冻结过程的关键在于控制食品的冻结速率。冻 结速率直接影响干燥速率和产品质量。慢速冻结时，形成的冰晶晶格较大，冰 晶呈六角对称型，有利于物料中冰晶的升华，但产品品质差；而速冻形成的冰

9、晶呈不规则树枝型或球型，间隙小，升华时阻力大，不利于冻干。所以，需要 摸索出一个合适的冻结速率，以得到较好的物理性状和溶解度，并且利于干燥 过程中的升华。2.2 升华阶段升华，即第一阶段干燥。升华阶段物料的温度应低于共融点温 度。低得太多，升华时间加长，这时升华速率低。高于共融点温度，则产品融 化，出现干缩现象。因此，在生产中应严格控制产品温度低于并接近共融点温 度。升华所需的热量一般来源于搁板，在升华过程中，冻结温度不能超过物料 的共晶点温度，已干燥层的温度不能超过物料的崩解温度。冻干过程的主干燥 阶段一直保持低温状态，二期干燥阶段山于真空度降低，可升高搁板温度使产 品温度升高，但必须低于其

10、崩解温度，这样有利于减低残留的少量水分。在干 燥过程中，当产品温度与加热搁板温度接近，干燥箱内压力与捕水器压力接近 且两者差值维持不变时，可以判断干燥结束。2.3 解析阶段 解析，即第二阶段干燥。在解析阶段物料内不存在冻结区，物料温度可迅速上 升到最高许可温度，并在该温度下一直维持到冻干结束。板层温度（冻干曲线 的温度）一般略高于产品温度，具体值与冻干机有关，由实验获得。解析阶段 的压力一般在 20 Pa-30 Pao 冻干的最后阶段真空度可以高些。解析时间山产 品的品种和形状、残水含量的要求、冻干机的性能决定。解析阶段水汽凝结器 的温度会因水蒸气量小而下降，当冻干室压力下降到 20Pa附近，

11、有利于水蒸气 从产品中逸岀，但此时产品需迅速升温，所需热量多，压力太低不利于传热，此时也可采用调压升华法加速解析。3.包装 冻干食品的包装很关键。由于冻干食品是在低温低压下加工，所得到的冻干食 品组织呈多孔状，总表面积比原来扩大了 100150 倍，与水分和氧气的接触机 会大大增加了，所以要在真空条件下或在充满干燥饬性气体的密封包装袋中保 存；当需要粉碎与分包装时，也应在充溢氮气的环境中、相对湿度低于 40%、温度低于 25 C 的条件下进行。为保持干燥食品含水量在 5%以下，包装袋内应放 入干燥剂以吸附微量水分。包装材料以透气性差、强度高、颜色深的为好。包 装完毕后抽真空封口，以利于长期贮存

12、。4.真空干燥应注意的问题 4.1 冻结温度应保证在三相点以下。否则在真空环境中，液体沸腾会使产品表 面凹凸不平。4.2 升华干燥过程中,保持足够的真空度。真空度不够或供热不足可能导致成 品水分升华不完全,含水量偏高。4.3 供热太快，受热不均匀或预冻不完全，则会在升华过程中，使产品部分液化,在减压条件下产生喷瓶现象，使制品表面不平整。4.4 保持升华温度不变。4.5 速冻过程要快，越快，生成的冰晶越小，对物品结构影响越小。3.2.6 复水和使用复水方法影响到某些食品的最终感官质量。生肉类制品在复 水时，要求加入肉类软化剂。5冻干食品的现状及存在问题 食品冷冻干燥技术在 20 世纪 50 年代

13、，已从实验研究发展到小规模生产。而后 随着术结到共晶点温度下使物料中的水分变成固态冰然后在较高真空环境下通过给物料加热将冰直接升华成水蒸气再用真空系统中的水汽凝结器将水蒸气冷凝从而获得干燥制品的技术曲于干燥过程是在低温真空状态下进行物料中水分直接溶于水其至在冰水中能够迅速复原密封包装后保存期长前真空冷冻干燥技术在生物工程医药工业食品工业材料科学农副产品深加丄羡至古旧书画修复和动植物标本制作等领域有着广泛应用在食品工业方面尤其在高价值食品和高附加燥技术之一山于干燥过程是在低温真空状态下进行物料中的水分直接从固态升华为气态因而可以最大限度地保持被干物料的色香形状和营养成分而且复水性能好山于该技术具

14、有其他干燥方法所无法比拟的优点正逐渐应用于很多行业突破，研究成果及专利的不断涌现，乂向工业化、实用化发展，很多国 家都建立了大型的冻干食品加工企业。山于消费观念和消费水平的局限，食品 冻干一度陷入低潮。近 20 年来，人们对加工食品的消费理念向方便、营养保 健、高品质等方向发展，对冻干食品的需求就不断增加。上世纪 70 年代，全 球冻干食品的产量仅为 20 万 t左右，而如今产量已超 1000 万仁 且呈上升的 势头。在日本和美国的脱水食品市场上，冻干食品所占份额已超过 50 陰 在欧 洲市场的消费也很可观。我国冻干食品生产起步较晚，到上世纪 90 年代才有 较大规模的生产，主要面向一些特殊部

15、门和出口，家庭消费尚处于空白。我国 农副产品资源丰富，劳动力成本低廉，有明显的价格优势，吸引着国外商家前 来釆购。近年来，为满足国内食品冻干的发展需要，科技工作者研制出国产的冻干设 备，开发新的冻干工艺，提高我国食品岀口的档次，获得较高的附加值，形成 新的经济增长点。食品冻干的种类很多，并且不断推广到食品加工的各个领域 中，其中包括：方便食品领域。高档次的方便面和方便米饭，以及方便调料；即食汤料领域。各种冻干蔬菜、冻干肉类、水产品、冻干调味品以及经过合 理调配而制成的各种汤料（可即冲即饮）；颗料蔬菜领域。多种蔬菜粉碎混合，冻干后成颗料，营养丰富，味道好，食 用方便，适合老人小孩食用；粉末蔬菜领

16、域。将冻干技术与超微粉碎技术相结合，将蔬菜水果制成易消化 的粉末，制成保健品；速溶饮品领域。有冻干咖啡、速溶茶等；营养保健品领域。冻干人参、冻干鹿茸、冻干蜂蜜、冻干蜂王浆粉、冻干花 粉、牛初乳、芦荟粉等。我国食品冻干系统丄程起步较晚，在冻干技术和冻干设备制造等方面与先进国 家有一定的差距，例如能耗相对较高，冻干周期较长，冻干食品质量参差不齐 等问题。不过，值得欣慰的是，在我国技术人员的努力下，这种差距在不断缩 小，而且在某些领域已经领先，如在脱水蔬菜方面。另外，我们已建立了相应 的检测方法和食品标准，严格把好产品质量关。6.发展新方向 虽然微波加热方式 L1 前并未广泛应用于食品冻干，但与传统

17、冷冻干燥相比有着 其独特的优点，所以微波真空冷冻干燥是真空冻干技术的发展方向。它具有如 下优点：能董有效地保护原料色香味等有效成分。传统冻干能保留 70%以上，而微波 冻干可达 97%以上，称为不变性干燥，其产品品质与传统冻干相似，其至优于 传统冻干。干燥速度快，不受形状、厚度影响。微波加热有着穿透性加热和选择性加热 的特点，物料厚度越厚越能体现其加热性能上的优点。节能降耗，热效率高，理论计算可高达 94%。然而，tl 前微波冻干存在着一些技术问题，制约了该技术的应用，如微波加热 在 l-50Pa范用内有微波放电的趋势，冻结层的过热融化，非均匀加热，还有成 本高。这些问题有待于进一步的解决。常

18、压流化床吸附冷冻干燥是在低温下利用吸附剂的强吸湿作用,使环境蒸汽压 远小于升华界面的饱和蒸汽压，达到脱水干燥效果；与流态化技术的结果，促 进了干燥过程的进行。该技术始于 20 世纪 70 年代，经过长期的摸索，其可行 性已经被证实。该方法保留了冷冻干燥的优点，改变了捕集水汽的方法，因而 比真空冷冻干燥节能，设备简单，投入成本低。Wolf 和 Gibert 在对土豆片的 研究得出，用这种方法加工的产品的品质与真空冷冻干燥方法的相似，且节约 能量约 1/3,但干燥周期较长。近来研究表明，这种干燥方法使产品融化、坍 塌的可能性增大。结到共晶点温度下使物料中的水分变成固态冰然后在较高真空环境下通过给物

19、料加热将冰直接升华成水蒸气再用真空系统中的水汽凝结器将水蒸气冷凝从而获得干燥制品的技术曲于干燥过程是在低温真空状态下进行物料中水分直接溶于水其至在冰水中能够迅速复原密封包装后保存期长前真空冷冻干燥技术在生物工程医药工业食品工业材料科学农副产品深加丄羡至古旧书画修复和动植物标本制作等领域有着广泛应用在食品工业方面尤其在高价值食品和高附加燥技术之一山于干燥过程是在低温真空状态下进行物料中的水分直接从固态升华为气态因而可以最大限度地保持被干物料的色香形状和营养成分而且复水性能好山于该技术具有其他干燥方法所无法比拟的优点正逐渐应用于很多行业因此，该技术还在研究阶段，其理论研究、数学模型还不完善，如何缩

20、短干燥 时间都有待解决。7.真空冻干技术在食品加工中的应用及发展前景 因为冷冻干燥的本质就是去水，所以该过程不适合高脂肪含量食品的处理，否 则会使食品腐败。冷冻干燥的优点：对不耐热的物质来说，其活力的破坏和 损失最小；形成一层有孔的脆性结构；快速并完全复水；具有无菌过滤 液体的能冻干产品的种类（按品种分）蔬菜类：蘑姑、辣椒、姜蒜、胡萝卜等;水果类：香蕉、苹果、草莓、桔子、水蜜桃等；鱼、肉类：猪肉、牛肉、虾仁、海虾、海带、海参、贝类等；方便食品类：碗仔面、盒装便餐、婴儿食品、旅游食品、军用食品等；调味品类：汤料、果酱、香料等；饮料类：速溶咖啡、速溶茶等。中草药类：人参、冬虫夏草、山药、生物制品等

21、；营养品类：蜂蜜、蜂 王浆、屮鱼、龟类等。冻干食品具有方便、营养和绿色的优异品质。在国外冻 干的方便、休闲、风味食品受到广大消费者的喜欢。冻干食品在国际市场的价 格是热风干燥食品的 46 倍，是速冻食品的 78 倍，且其产量正以每年 30%的速度递增。据有关部门统计，LJ 前，美国每年消费冻干食品 500 t,日本 160 万 t,法国 150 万 t o 日本每年需花 1 000亿日元进口冻干食品，日本、美国 及欧洲等地每年均需冻干大蒜粉 6 000 t，可见冻干食品的国际市场很大，且正 成为国际食品贸易的大宗贸易。全球的冻干食品产量从 70年代的 20 多万 t 上升到现在的数千万 t o

22、 随着人们生活水平的提高和环境污染的恶化,对冻干 食品的需求会逐年上升,生产真空冷冻食品会成为食品加工的一个新热点，高真 空冻结干燥装置的应用也会越来越广泛。结论：我国现已成功入世，为农产品 出口带来了良好机遇，同时也对食品加工提岀了更高的要求，过去出口配额的限 制已经成为历史,非关税的技术壁垒给企业带来了新的挑战。如何融入国际大市 场参与国际竞争,需要相关产业的共同努力。随着真空冷冻干燥技术和设备研究 的不断完善,真空冷冻干燥食品已经成为 21 世纪食品工业的发展方向。当然，食 品的冷冻干燥以及这一技术的载体-真空冷冻干燥技术仍有很多尚待研究 的问题，如何从冷冻干燥设备和能量利用两方面综合考

23、虑冻干过程解决产品价值 与加工成本的比例关系是该技术发展的关键，今后仍需低温、真空领域的工作者 进行深入系统的研究。结到共晶点温度下使物料中的水分变成固态冰然后在较高真空环境下通过给物料加热将冰直接升华成水蒸气再用真空系统中的水汽凝结器将水蒸气冷凝从而获得干燥制品的技术曲于干燥过程是在低温真空状态下进行物料中水分直接溶于水其至在冰水中能够迅速复原密封包装后保存期长前真空冷冻干燥技术在生物工程医药工业食品工业材料科学农副产品深加丄羡至古旧书画修复和动植物标本制作等领域有着广泛应用在食品工业方面尤其在高价值食品和高附加燥技术之一山于干燥过程是在低温真空状态下进行物料中的水分直接从固态升华为气态因而可以最大限度地保持被干物料的色香形状和营养成分而且复水性能好山于该技术具有其他干燥方法所无法比拟的优点正逐渐应用于很多行业