基于真空冷凍干燥技術在食品加工中的應用實驗綜述報告

摘要：本文介紹了真空冷凍干燥技術的概念、原理，闡述了其在食品加工中的應用及優勢，分析了真空冷凍干燥技術在實際生產中未普及原因，最后，對今后如何擴大真空冷凍干燥技術在食品加工中的應用提出了建議。

關鍵詞：真空冷凍干燥技術;食品加工;應用

在食品的運輸與貯藏過程中，如果沒有使用科學、有效的加工方式進行輔助，那么將會直接導致這些食品的結構、顏色等出現變質。各項營養指標出現下降等方式，嚴重的所出現的一些化學或者物理變化還會導致食者出現不同程度的中毒。對于一些高價值的食品加工過程中，則更應當通過選擇科學、有效的保存方式來進行處理。在傳統的食品保存方式中，通常會利用脫水制品干燥的方式，來確保食品的新鮮，但這種工藝對于一些特殊的食品而言，在進行處理的過程中非常容易在低氧、低溫的環境中出現食品口感的改變。因此，隨著時代的發展與進步，真空冷凍干燥技術的出現能夠在傳統的脫水技術上進行提升與完善，在創新食品領域發展的同時也為消費者的日常生活帶來了更多可能。

1.真空冷凍干燥的概念

真空冷凍干燥又被稱為“凍干”，在西方國家中被翻譯為Freeze Dried，其簡稱為FD。真空冷凍改造技術作為真空技術和冷凍技術多年發展的成果，在新型的干燥脫水技術中異軍突起、為世界食品加工領域帶來了一線生機。它主要是將濕物質進行快速冷凍，并通過較低的水蒸氣分壓下，將所產生的冰升華成為蒸汽的一種全新干燥手段。在這個技術過程中，氣壓通常低于600Pa（即：4.5mmHg），通常被稱為水的三相點。 真空冷凍干燥技術與其他干燥技術相比，它的最大特點在于干燥手段與水蒸氣的轉變不同。

其優點主要體現在：空冷凍干燥技術能夠有效的提升產品的附加值，在推進中國地方經濟的同時，也能夠高度配合國家提出的“農副產品加工，必須要有向“高起點、高水平、高標準”的方向進行發展的宏觀思路。然而在實際工作中，由于真空冷凍干燥食品技術是一項操作費用與操作成本雙高的工藝，不僅會在時間成本上進行大量投入，同時也對工藝的標準有較高要求。因此在過去的一段時間內，這項工藝并沒有被廣泛應用，在本世紀前期歐洲和美國才逐漸將其形成一種固定的體系進行建立，在多年的發展下我國的真空冷凍干燥食品技術也得到了一定程度的提升。

2.真空冷凍干燥食品技術的生產及工作原理

2.1生產原理

真空冷凍干燥食品的生產原理，主要是以水的三種變化為出發點，通過對水的三種相態，也就是：液態、固態、氣態進行共存或者轉換，來進行一系列的食品加工處理。在真空冷藏干燥食品工藝的應用過程中，水的三相點對應溫度為0.0098℃、水蒸氣壓為 610.5 Pa， 此種狀態下，水蒸氣、冰與水實現了三者的平衡與共存。也只有在三相點以下冰才可以直接突破固相形態轉變為氣相。而這個過程則是被稱為“升華”，同時，在高真空的狀態下借助這種“升華”現象來對預先冷凍的視頻中的水分直接通過水蒸氣進行去除，在沒有冰的融化過程中直接實現冷凍與干燥的目的。

2.2工作原理

真空冷凍干燥食品的工作原理，主要是通過將物料進行凍結，直至共晶點溫度下將食品內部的水分逐步轉變為一種固態的冰狀，隨后，將一些預凍的物料通過投入干燥倉的方式，借助低溫真空環境來通過加熱板導熱的方式進行熱能供給，對于一些有條件的加工企業，則是可以通過輻射的方式進行熱能供給，以此實現物料中水分直接升華為水蒸氣的現象。而那些產生出來的水蒸氣，則是由真空泵等工作組，通過集中抽取的方式輸送到捕水倉內， 利用-40℃至-45℃的排管外壁進被捕，直到凍干數值曲線達到規定要求，方可停止真空抽取與供熱。而在真空冷凍干燥食品加工的工作組中，主要是通過真空冷凍干燥箱（即：凍干箱）、制冷系統、真空系統、自動控制系統以及加熱系統等多個要素構成。

3.真空冷凍干燥食品特點

3.1最大程度保證食品的色香味以及營養成分

真空冷凍干燥技術，必須是要在高度缺氧與低溫的環境中開展工作，這就保證了相關的酶與微生物不再發揮任何作用，食品也不容易受到氧化，在保證食品的色、香、味不變的前提下，確保其營養成分得到最大程度的保留。通過大量的研究數據及試驗表明，通過真空冷凍干燥所制作出的香蕉食品，比其他的微波干燥、熱風干燥等效果都要略好。而該項技術用在肉類、蛋類、豆類、青菜類甚至玉米類等食品的制作中，都能夠保證蛋白質最佳質量，而胡蘿卜素、維生素C以及其它水溶性維生素的損失率通常不高于5%，脂溶性維生素A、維生素D等更是做到了零損失。以菠菜的真空冷凍干燥技術為例，經過凍干后的菠菜，其維生素C含量可保留在95%以上，而傳統的熱風干燥技術卻只能維持在58%左右，曬干類技術則只能保留在4%左右[1]。

3.2效保持食品形態

大多數的食品在進行脫水前都應當經過凍結這一環節，以此來形成相對穩定的骨架，而在脫水之后的食品固體骨架通常都會保持一種不變的形態，同時其內部構呈現多孔海綿結構，具有很強的復水性與速溶性。而近幾年來洋蔥、胡蘿卜等熱風干燥復水時間通常為“41-100”之間，與其相對應的冷凍干燥時間則是通常會被控制在“10-11”之間[2]。因此，我們認為凍干的蔬菜不僅復水時間短，也能夠以最佳狀態恢復原有形狀，同時沒有較為明顯的干燥現象發生。

3.3食品脫水率較高且可以長時間保留

通常情況下，真空冷凍干燥的食品內在殘余水分通常在5%-5.1%左右，且這種殘留的水分分布也相對均勻。特別是在真空包裝環境下，在常溫、低菌群中可以維持數年不腐爛、不變質。

3.4避免了食品表面的硬結

對于真空冷凍干燥食品而言，由于其經過了預先的凍結，因此原來那些可以溶于水的無機鹽等溶質得到了有效固定，這就保證了在脫水的過程中并沒有因為溶質遷移而導致食品表面出現硬化等現象。

4.真空冷凍干燥技術的應用

上個世紀中葉，真空冷凍干燥食品技術已經從實驗室的研發階段，逐漸過渡到了小規模生產階段中。而在多年的演變與發展過程中，現階段的真空冷凍干燥食品技術更是得到了前所未有的發展。在技術不斷創新與發展的今天，真空冷凍干燥技術更是向著規模化工業發展方向邁進。在科學技術的發展與創新過程中，人們更為注重食品方便快捷、高營養、高品質，這種理念的出現使得市場對真空冷凍干燥食品技術需求不斷增加。

4.1在果蔬加工中的應用

作為農業大國的中國，我們擁有豐富的蔬菜資源與水果資源，但由于我們的技術水平有限，在多年的發展中，中國的農產品一直處于一種技術含量低的初級加工階段中。真空冷凍干燥食品的出現，則是將整個市場的銷售收入提高到了5-11倍之間，不僅拓寬了市場容量，同時對消費者的購買習慣進行了積極引導，在經濟層面獲取了較高的附加值和效益。不僅如此，真空冷凍干燥食品的出現還能夠有效提升整個出口食品的層次，在突破傳統果蔬加工手段弊端的同時，科研工作者和技術專家也整理出了相關的工藝參數。例如：梨和棗的共晶點為-2.5 ℃-3 ℃、當擱板溫度每增加10 ℃的時候，其凍干時間就會相應減少2小時，而厚度則是每增加2 mm，相應凍干時間則增加2.3-2.5小時，通過導入0.2-2.5 %的維生素C進行護色，可以實現原果的風味、色澤、形態與凍干時間的最佳平衡，不僅制作實踐短，同時生產經濟成本低廉，為相關果蔬的批量化、工業化生產提供強有力的支撐[3]。

4.2在水產品加工中的應用

真空冷凍干燥技術在水產品加工中同樣也取得了較好成果，特別是在近幾年的發展中，真空冷凍干燥食品加工工藝下的水產品加工更是成為提升綜合經濟效益與附加值的核心渠道。而在實際的工作中，相關從業者更是要從不斷提高水產品凍干效果與質量的角度，來進行水產品的營養價值和綜合利用率提高。通過大量的研究與實踐表明，對于鹽漬海參和凍干海參而言，其最佳的冷凍溫度應該是在-25℃左右，真空度在11pa-20Pa之間，而凍干最終溫度在保持60℃的條件下，二者的理化指標與感官指標等參數均無較為明顯的差別[4]。

5.真空冷凍干燥技術在食品加工應用的前景

與二戰時期所發明的真空冷凍干燥技術相比，21世紀的真空冷凍干燥食品加工工藝更是為人們的生活方式、營養節奏、飲食特點進行了有效轉變，而真空冷凍干燥食品加工工藝更是憑借其獨到的綠色營養、高附加值等特點，在競爭激烈的市場大環境中分得一杯羹[5]。在未來的發展中更是要向著高效、高質、低成本的角度進行發展，最大程度上推動市場領域的發展。

6.結語

綜上所述，真空冷凍干燥食品技術已經在我國多個領域中被廣泛應用，并取得了一定成果。但在實際的生產中，我們也必須清楚的認識到這種加工方式所存在的一些弊端，例如生產設備的投資較大、人工成本以及產品能耗較高等問題都制約了該項技術的順利發展[6]。因此，在實際的工作與研發過程中，我們必須要通過大量的科研實驗，在確保產品質量與工藝先進的同時，最大程度上合理降低生產成本與能耗，在不斷創新生產技術工藝的過程中，對真空冷凍干燥食品進行全新的領域研究。只有這樣，我們的工藝才能夠為國家的經濟發展和國民生活水平提供本質提升，為社會發展帶來全新助力。

參考文獻：

[1]趙怡紅，左銀虎.真空冷凍干燥技術在食品加工中的研究和應用綜述[J].常州工程職業技術學院報，2007，（03）：47-49.

[2]周慶珠，李文津.真空冷凍干燥技術在食品加工方面的應用與實踐[J].食品科學，1996，17（7）： 14-17.

[3]韓娜.真空冷凍干燥技術研究進展[J].食品工程，2007，（03）：28-29.（03）：28-29.

[4]李志平.真空冷凍干燥技術分析研究及應用[J].四川食品與發酵，2005，41（3）： 51- 54.

[5].郭樹國，蔣愛國，王麗艷.基于品質和能耗的獼猴桃真空冷凍干燥工藝優化[J].食品研究與開發，2019（4）：108-112.

[6]王宇偉.國內冷凍干燥食品發展狀況[J].糧油食品， 2002，（01）： 21-22.

基金項目：安徽高校自然科學基金項目《霍山石斛加工過程中非酶促褐變研究》（KJ2019A0626）;皖西學院校級質量工程項目（2016wxxy28）。

作者簡介：張敏（1980-）.女，碩士，講師，研究方向：食品科學。