真空冷凍干燥食品加工工藝的研究

摘 要：真空冷凍干燥食品加工工藝在我國的應用非常普遍，隨著近些年該技術水平的提高和各項輔助設備的完善，各種食品保存時間越來越長，物流規模也越來越大。但是，真空冷凍干燥食品加工仍然存在一定的問題，需要引起相關人員的重視。本文簡單分析了真空冷凍干燥食品加工工藝中存在的問題及其原因，并提出相應的優化方法，希望對該工藝的發展有所幫助。

關鍵詞：真空;冷凍干燥食品;加工工藝

Abstract：Vacuum freeze-drying food processing technology is very common in China， with the improvement of this technical level and the improvement of auxiliary equipment in recent years， a variety of food preservation time is getting longer and longer， logistics scale is also growing. However， vacuum freeze-dried food processing still has some problems， need to attract the attention of relevant personnel. This paper briefly analyzes the problems of vacuum freeze-drying food processing technology， analyzes the reasons， and puts forward the corresponding optimization methods， hoping to help the development of this process.

Key words：Vacuum; Frozen and dried food; Processing process

中圖分類號：TS205

真空冷凍干燥食品加工工藝是在世界范圍內得到廣泛認可的食品加工技術，它是將食品冷凍，在保證食品原有外觀和味道的基礎上，對其進行運輸、儲藏的方法[1-5]。該技術不僅能大大增加物流運輸的距離，確保食物在運達更遠的地點之后仍然不會腐敗變質，還能保證食品原有的營養價值。在禽肉類、海鮮類食品的運輸中十分常見。

1 真空冷凍干燥食品加工在食品加工中的應用現狀

1.1 真空冷凍干燥原理

真空冷凍干燥是根據熱力學中的相平衡理論實現的。水的三相點（汽、液、固三相共存）溫度為0.009 8 ℃，三相點壓力為609.3 Pa。在水的壓力低于三相點時，固態的冰可以直接轉化為氣態的水蒸氣，這一現象稱為冰晶升華。真空冷凍干燥是把含有大量水分的食品進行預凍，讓食品中游離的水分變成結晶，冷凍成固體，然后在真空環境中使冰晶升華，接下來去除食品中的部分吸附水，最終得到殘余水量為1%～4%的干燥食品。

1.2 真空冷凍干燥特點

真空冷凍干燥食品加工技術在應用的過程中需要嚴格控制溫度，尤其在凍干的過程中，需要將溫度控制在-40～-55 ℃。在加工時，環境必須處于高度真空狀態，這種加工技術能夠較好地保持熱敏感度高、容易氧化的食品的營養價值，能最大限度地保留食品的口感，而且食品原有的結構在干燥之后也不會受到破壞，能夠較好地保留食品原有的形狀。另外，利用真空冷凍干燥技術加工過的食品表面具有多孔結構，所以通常具有較好的復水性，能夠快速吸水，保證新鮮程度。在升華的過程中，溶于水的物質還能夠快速析出，能夠很好地阻止食品內部的無機鹽流失。不僅如此，真空冷凍干燥技術由于是對食品進行真空包裝或者充氮包裝，在避光常溫環境中，食品的保質期通常較長，一般可以達到5年左右，大大延長了食品的保存時間。

1.3 真空冷凍干燥在國內外的研究進展

真空冷凍干燥技術最早起源于前蘇聯，1943年在美國制藥工業中應用之后，才在世界范圍內普及開來。直到20世紀60年代，這項技術才應用在食品中，隨即世界各國開始建立自己的真空冷凍干燥食品加工廠，并逐漸將這一技術工業化。時至今日，該技術已經相當成熟，在食品加工中幾乎成為不可或缺的一種。我國在20世紀70年代建立了試驗基地，但由于當時市場對這一技術的接受度不高，這些基地隨后逐漸被拆除。隨著我國食品工業的發展，以及人們對真空冷凍干燥食品需求的增加，這一技術重新在我國煥發出生機，我國已經有越來越多的企業開始應用這一技術，逐漸取得了令人滿意的成果。

1.4 真空冷凍干燥技術在食品加工中的影響因素

真空冷凍干燥食品加工技術在應用的過程中，會受到一些因素的影響：①預冷速率。預冷過程中，食品會產生冰晶，這些冰晶會影響干燥速度。研究結果表明，結冰的速度和冰晶狀態和數量之間有直接的關系，而且在對大多呈條狀、塊狀的果蔬類食品使用真空冷凍干燥技術時，食品基本上可以保持原有的品質，與傳統的慢速冷凍相比，不僅不會造成食品品質下降，還能保證口感。②預凍終點溫度。食品內的液體會在真空下快速蒸發，造成食品體積收縮、營養流失，所以在預凍時，一定要嚴格控制溫度，使溫度保持在食品的共晶點溫度以下，通常低于共晶點溫度5～10 ℃為佳。

2 現階段真空冷凍干燥食品加工工藝應用中存在的問題

2.1 冷凍恒溫得不到保證

真空冷凍干燥食品加工技術需要對食品進行預凍，食品在凍結的過程中，凍結時間和溫度的差異，會導致食品冷凍情況不佳的現象。而且隨著物流鏈的延長，在運輸的過程中，食品的保存環境有可能發生變化，如果環境之間存在溫度差異，食品無法保證在恒溫的環境中運輸，也有可能發生腐敗、變質的情況，不僅造成經濟損失，還有可能給人們的健康造成損害。

2.2 干燥效果不理想

食品在冷凍過程中，表面會產生大量細小的冰晶，這些冰晶顆粒如果沒有及時清除，在后期加工的過程中，會對食品的干燥速度造成極大影響。在慢速冷凍的情況下，食品細胞外的細胞液也會發生凍結，以固體的形式存在，而由于慢速冷凍的客觀條件所限，細胞內的水分仍然以液態的形式存在，這種內外壓強的不平衡會將細胞內的水逐漸向外擠壓，沖破細胞壁，產生細小的冰晶，造成營養物質外流，對食品營養價值的保留非常不利。然而在快速冷凍的條件下，冰狀結晶生成速度較快，其速度遠大于細胞內液體向外擴散的速度，這時冰狀結晶體積小、密度小，能夠在細胞外壁上形成保護層，阻止營養物質的外流。而且，快速冷凍的食品上結晶較少，也大大提高了干燥處理的效率。但現階段，我國很多真空冷凍干燥食品加工技術仍然在應用慢速冷凍，使得食品的干燥處理仍然不夠徹底，達不到理想的效果。

2.3 不能根據食材選擇合適的加工方式

應用真空冷凍干燥食品加工技術的食品大都是肉類，而且為了便于運輸和售賣，食材經常會預先進行切片、稱重。根據不同的食品，應選擇不同的干燥方式，比如，體積較大的肉塊，可以適當選擇慢速冷凍;切片較薄的肉類和魚類，應盡量選擇快速冷凍，這樣既能保證食品的新鮮，還能盡量減少營養的外流。然而在實際加工的過程中，很多加工方并沒有注意根據食品的不同選擇合適的冷凍干燥方式。通常，在冷凍完成之后還要至少保溫1 h，保證食品的凍結效果，但是很多加工企業對于時間沒有進行精準的把控，甚至擅自省略了這一步驟。

3 真空冷凍干燥食品加工的設備優化

如今，我國市場上銷售的很多凍干設備會根據加工食品的不同而進行分類，然而普遍沒有根據具體的應用環境細分應用模式。很多凍干設備都采取統一的處理方法，沒有對同一類別食品中不同的細類進行優化，這使得在食品加工的過程中，難以提高加工質量。

不同食品的水分含量不同，內部結構不同，比熱、導熱性質有所差異，重量和厚度各異，這使得在冷凍干燥時，需要的時間也會各有不同。比如，草菇的共晶點為-23 ℃，和其他果蔬類食品之間的差異會導致采用統一的冷凍干燥標準進行加工時無法達到令人滿意的效果。草菇的共熔點是-20 ℃，胡蘿卜的共熔點是-15～-14 ℃，現階段我國市售的絕大多數凍干設備都不能滿足對二者的同時加工要求。再以蘆薈為例，其共晶點為-12 ℃，共熔點是-2 ℃，為了使凝膠形狀不發生改變，蘆薈在真空中加工時，溫度需要維持在20 ℃以下。

此外，我國現階段的凍干設備市場并沒有良好的秩序，有些設備以次充好，沒有達到其宣傳的功能水平，造成食品加工效果不好。要想提高冷凍干燥加工技術的水平，設備生產廠商首先要對設備進行多功能設計，加入針對不同食品的加工模式。比如，在設計設備時，可以加入時間、溫度等多種參數的調節功能，而且加工模式應分成自動加工和人工加工兩種。不僅如此，廠商還要積極學習西方發達國家的凍干設備生產技術，優化自產的設備。食品加工商也要注意，在使用凍干設備時，要根據食品的特性選擇合適的加工方式，在保證食品外在形態的基礎上，還要利用凍干技術各種參數的控制來保證食品的口感和營養價值。以草莓凍干加工為例，草莓的冷凍溫度和共熔點都有一定的特殊性，生產商應根據這種特殊性來選擇合適的凍干設備，并通過試驗，來檢驗設備的凍干加工效果，確保其性能達到要求，能夠讓加工達到預期效果之后，再進行大規模的凍干加工。

4 優化冷凍干燥動力

當前，我國凍干設備的能量供給多是電能，而我國電力多是由火力發電廠產生。火力發電廠由于燃燒煤炭會產生一定的空氣污染。凍干設備通常功率較大，耗電量較高，要想在提升凍干加工效果的同時，貫徹可持續發展的理念，相關企業需要對凍干設備的能源供給進行優化。比如，生產商可以用新能源來支持凍干設備的運轉，還能利用新能源燃燒時放出的熱量來加工某些食品。新能源在燃燒的過程中會釋放出一定量的水和二氧化碳，但這兩者幾乎對環境沒有影響，不會污染空氣。要想實現這一目標，生產商首先要對凍干設備的運轉方式有清晰的認識，然后科學地對其動力供給系統進行重新設計，加大創新力度，讓凍干設備能夠利用新能源來實現相同的功能。不僅如此，生產商還可以在凍干設備內部設置監測系統，讓監測系統實時收集設備運轉的信息，由專業人員對信息進行分析，判斷凍干設備的運行情況，及時發現設備的問題并予以解決。

5 真空冷凍干燥食品加工的發展

真空冷凍干燥技術在第二次世界大戰中曾用于對血液的冷凍，隨后開始應用于生產干血漿。在當今的食品加工領域，真空冷凍干燥食品加工技術的應用越發廣泛。根據有關部門的統計，美國每年消費凍干食品500萬t，日本甚至還需要每年花費1 000億日元進口凍干食品。比如大蒜粉，日美和歐洲大約每年累積需要6 000萬t，可見，凍干食品在國際市場中的需求量還是很大的。現階段，國外的凍干食品加工企業有130多家，而且這一數字還在逐年增長。日本等國對于凍干食品的依賴程度越來越高，每年消費的凍干食品甚至占食品總比重的近50%。最常見的就是方便面中的蔬菜包，這些蔬菜就是凍干加工過的，在日本，每年需要消費70多億袋方便面。我國真空冷凍干燥食品加工雖然起步較晚，但很多地區已經從國外引進了先進的凍干設備，建立了相對完善的凍干食品加工生產線，近些年來，我國自主研發的凍干設備技術水平也逐漸趕超發達國家，受到了國際市場的認可。比如，近年我國中科院研發的JDC凍干設備，在國際市場占據了一席之地，推動了我國凍干設備的研發。我國是農業大國，蔬菜、肉類食品豐富，凍干設備不僅能在應用中極大地延長食品的保質期，還能在一定程度上降低食品的銷售成本，因為有了凍干加工之后，食品銷售企業可以將食品損耗成本在銷售價格中的分攤比例減小，在一定程度上為民眾帶來的實惠。

6 結語

真空冷凍干燥食品加工是一項日常生活中不可或缺的技術，它不僅延長了食品的保質期，還在一定程度上為企業運營規模的擴大、銷售覆蓋區域的增加提供了可能，還在很大程度上促進了我國物流行業的發展。在應用真空冷凍干燥食品加工時，要根據食品的不同屬性來正確選擇加工設備。同時，凍干設備研發企業也要加大投入，提高設備的功能性，讓功能更加細分，能夠實現對更多食品的加工。

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作者簡介：王麗麗（1977―），女，碩士，副教授;研究方向為農產品貯藏與加工工程。