路敏 陳媛媛

摘 要：我國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，糧食、果蔬產(chǎn)量巨大，但現(xiàn)今我國(guó)約30%的糧食、果蔬等農(nóng)產(chǎn)品在運(yùn)輸、加工中受損，這在強(qiáng)調(diào)綠色發(fā)展的今天已成為不可忽視的數(shù)字。真空冷凍干燥技術(shù)能夠在維持食品色、香、味的同時(shí)，最大限度保留其維生素、蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使其在常溫環(huán)境下能夠較長(zhǎng)時(shí)間保存，是避免農(nóng)產(chǎn)品受損的有效方式，經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大。本文介紹了真空冷凍干燥技術(shù)的原理，并對(duì)其在食品方面的應(yīng)用進(jìn)行了研究，希望能夠提供參考與幫助。

關(guān)鍵詞：真空冷凍干燥技術(shù)；食品；應(yīng)用

Application of Vacuum Freeze Dried Technology in food

LU Min1， CHEN Yuanyuan2

（1.Tianjin C.Y. Foods Co.， Ltd.， Tianjin 300308， China;

2.Tianjin Huace Testing Certification Co.， Ltd.， Tianjin 300300， China）

Abstract： As a large agricultural production country， China has a huge output of grain， fruits and vegetables. However， about 30% of the grain， fruits and vegetables in China are damaged in transportation and processing， which has become a number that can not be ignored today when green development is emphasized. Vacuum freeze-drying technology can not only maintain the color， aroma and taste of food， but also retain its vitamins， proteins and nutrients to the maximum extent， so that it can be stored at room temperature for a long time. It is an effective way to avoid damage to agriculture products and has great economic value. In this paper， the principle of vacuum freeze-drying technology is described in detail， and its application in food is studied. I hope it can provide reference and help.

Keywords： vacuum freeze drying technology; food; application

受到外界環(huán)境、自身特點(diǎn)等影響，食品在存儲(chǔ)、運(yùn)輸、加工過(guò)程中會(huì)不可避免地發(fā)生物理、化學(xué)、生物變化，導(dǎo)致其外觀形狀發(fā)生改變、營(yíng)養(yǎng)成分降低，損害了其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。干燥是人們?cè)跉v史發(fā)展進(jìn)程中探索出的有效食品加工技術(shù)之一，真空冷凍干燥技術(shù)將真空、低溫與干燥結(jié)合，能夠更加有效地保留食品品質(zhì)，延長(zhǎng)食品儲(chǔ)存期限[1]。

1 真空冷凍干燥技術(shù)原理

真空冷凍干燥技術(shù)是基于熱力學(xué)中的相平衡理論實(shí)現(xiàn)的。相平衡即為多相系統(tǒng)中各相變化達(dá)到的極限狀態(tài)，這一狀態(tài)下，相際物質(zhì)傳遞凈速率為0。對(duì)于水來(lái)說(shuō)，其有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)3種相態(tài)。當(dāng)外界壓力下降時(shí)，水的沸點(diǎn)會(huì)逐步降低，在溫度0.009 8 ℃，

壓力609.3 Pa時(shí)與冰點(diǎn)重合，達(dá)到相平衡。當(dāng)水的壓力繼續(xù)下降，其中的冰會(huì)直接轉(zhuǎn)化為水蒸氣，實(shí)現(xiàn)冰晶升華。真空冷凍干燥技術(shù)是先對(duì)含有大量水分的新鮮食品進(jìn)行預(yù)冷凍處理，使得其中的水分轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w冰結(jié)晶，進(jìn)一步將其置于真空環(huán)境中，借助相平衡使得冰結(jié)晶轉(zhuǎn)化為水蒸氣，吸附剩余水分后，可將食品中的含水量降低至1%～4%，實(shí)現(xiàn)干燥的目的。

2 真空冷凍干燥技術(shù)在食品方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 保留食品色、香、味

色、香、味是人們購(gòu)買(mǎi)食品的主要因素之一。新鮮食品較易氧化，或受到酶、微生物的影響而腐敗變質(zhì)，進(jìn)而改變色、香、味。真空冷凍干燥將食品置于缺氧、低溫狀態(tài)，有效避免受到氧氣、酶、微生物的影響，使其色、香、味得以留存。此外，食品在常溫儲(chǔ)存過(guò)程中，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)逐步流失?？茖W(xué)研究表明，真空冷凍干燥對(duì)于食品的蛋白質(zhì)和維生素A、維生素D等脂溶性維生素的損害幾乎為0，對(duì)于食品的維生素C、β-胡蘿卜素等水溶性維生素的損失僅為5%，最大限度地保留了食品中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[2]。

2.2 保留食品形態(tài)

在長(zhǎng)距離物流運(yùn)輸過(guò)程中，食品內(nèi)部結(jié)構(gòu)易受到擠壓，或因?yàn)閮?nèi)部水分流失而導(dǎo)致其外部形態(tài)改變。真空冷凍干燥技術(shù)能夠有效強(qiáng)化食品內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并借助干燥使其內(nèi)部生成多氣孔，實(shí)現(xiàn)復(fù)水速溶，迅速恢復(fù)其自然形態(tài)。

2.3 延長(zhǎng)食品保存期限

食品中水分含量較多且暴露于空氣中極易受到酶、微生物的影響，導(dǎo)致腐敗變質(zhì)。經(jīng)過(guò)真空冷凍干燥的食品，其含水量在1%～4%，且水分分布均勻。同時(shí)，大多真空冷凍干燥后的食品采用真空包裝，可徹底隔絕空氣，有效延長(zhǎng)了其保存期限，通?？稍诔丨h(huán)境下保存數(shù)年。

3 真空冷凍干燥技術(shù)流程

3.1 預(yù)處理

預(yù)處理是食品在經(jīng)真空、冷凍、干燥前的處理過(guò)程。與其他加工方式相比，真空冷凍加工技術(shù)對(duì)食品自身品質(zhì)要求較高。因此，應(yīng)依據(jù)食品種類(lèi)選擇預(yù)處理方式。例如，針對(duì)果蔬類(lèi)食品，為保證其鮮度，應(yīng)當(dāng)在采摘后8 h內(nèi)進(jìn)行冷藏加工，避免其氧化變色以及營(yíng)養(yǎng)成分流失。同時(shí)，預(yù)處理環(huán)節(jié)也需要對(duì)原材料進(jìn)行切割。通常情況下，真空冷凍干燥加工食品大多采取條狀、片狀、塊狀、丁狀和粉狀加工。不同的加工方式對(duì)于后續(xù)冷凍、干燥環(huán)節(jié)的條件、時(shí)間有著不同的要求，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合食品自身性質(zhì)和加工特點(diǎn)進(jìn)行合理選擇。例如，針對(duì)纖維素較多的果蔬類(lèi)食品，應(yīng)當(dāng)選取條狀、片狀、塊狀加工，并垂直于食品纖維走向進(jìn)行切割，增加內(nèi)部水分暴露的表面積，確保水分在冷凍干燥過(guò)程中完全排出，提升冷凍干燥效果和效率。針對(duì)肉類(lèi)食品，應(yīng)當(dāng)選取片狀、塊狀、丁狀，并盡可能降低切割厚度，保障冷凍效果[3]。

3.2 凍結(jié)處理

在較大型的工廠流水生產(chǎn)中，真空冷凍干燥操作通常由凍結(jié)處理和干燥升華兩步驟組成，凍結(jié)處理是其中的核心環(huán)節(jié)。凍結(jié)處理的速度、環(huán)境溫度等要素對(duì)于食品內(nèi)部水分的升華效果、成品質(zhì)量、耗費(fèi)能源等有著直接影響?，F(xiàn)今我國(guó)凍結(jié)處理操作大多采用慢速凍結(jié)，雖然食品內(nèi)部水分的升華速度較快，但升華后的冰晶多為少量、大塊、連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)晶，增加了干燥的難度。雖然提升凍結(jié)處理的速率能夠使得食品內(nèi)部冰晶體積縮小、排布更為密集，提升干燥效果，確保食品口感，但密集的小結(jié)晶體阻礙了內(nèi)部深層水分溢出，導(dǎo)致凍結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，所需能源相應(yīng)增多。因此，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)選取合適的凍結(jié)方式?？茖W(xué)研究表明，在-5 ℃的環(huán)境下，食品內(nèi)部約80%的水分已經(jīng)凍結(jié)[4]。相關(guān)工作人員可以使食品維持該溫度一段時(shí)間后再次凍結(jié)，在提升冰晶體的升華效果的同時(shí)，有效抑制能源消耗，節(jié)約加工成本。

3.3 凍干處理

3.3.1 加熱

加熱是凍干處理的第一步。經(jīng)過(guò)冷凍后，食品內(nèi)部可能存在的微生物處于低活性狀態(tài)，在儲(chǔ)存運(yùn)輸過(guò)程中有恢復(fù)活性的風(fēng)險(xiǎn)。在進(jìn)行凍干處理前對(duì)食品進(jìn)行加熱，能夠進(jìn)一步消除食品含有的微生物，保證食品安全。此外，水的升華過(guò)程伴隨著吸熱，較低的熱量進(jìn)一步抑制了水升華速度。為確保食品內(nèi)部水分完全升華，需要借助加熱提升食品內(nèi)部水分的飽和蒸汽壓，促進(jìn)升華速率上升。應(yīng)當(dāng)注意的是，為避免食品解凍，全過(guò)程中的食品溫度均應(yīng)維持在-30～-10 ℃。

3.3.2 真空

真空加工需將加熱結(jié)束后的食品放入真空箱，抽取其中空氣，使食品處于真空狀態(tài)，進(jìn)一步提升和食品干燥層的導(dǎo)熱系數(shù)，加快冰晶的升華速度，進(jìn)而進(jìn)行食品干燥。由于食品自身含水量及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，在真空加工過(guò)程中，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)精準(zhǔn)計(jì)劃壓力，確保食品真空冷凍干燥效果的同時(shí)避免能源的過(guò)度使用。

3.3.3 干燥

待食品內(nèi)部冰晶全部經(jīng)升華排出后，即可進(jìn)入干燥環(huán)節(jié)。相關(guān)人員可借助真空泵進(jìn)一步抽出凍干倉(cāng)內(nèi)的水蒸氣，確保食品徹底干燥。

3.3.4 包裝

包裝是食品抵御外界侵襲的第一層防護(hù)。真空冷凍干燥食品水分含量低，遇水速溶，且易受到光照、空氣等影響。因此，必須選取防水、遮光、隔絕空氣的材料進(jìn)行食品包裝。通常情況下，真空冷凍干燥食品大多選取鋁薄膜復(fù)合材料進(jìn)行真空包裝。同時(shí)，在包裝操作前，也可借助輻射、紫外線照射等方式消除食品表面的殘留細(xì)菌，抵御儲(chǔ)存運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)。

4 真空冷凍干燥技術(shù)現(xiàn)狀

4.1 冷凍恒溫難以保證

冷凍操作的溫度對(duì)于食品的質(zhì)量有著直接影響?，F(xiàn)今我國(guó)食品真空冷凍干燥加工過(guò)程中，缺乏針對(duì)冷凍時(shí)間、溫度的精細(xì)化管理，導(dǎo)致食品凍結(jié)狀況難以達(dá)到預(yù)期，影響了成品的質(zhì)量[5]。此外，近年來(lái)我國(guó)食品物流運(yùn)輸距離不斷增長(zhǎng)，但冷鏈物流仍未完全普及，加工成品在物流運(yùn)輸中難以保證恒溫，增大了食品腐敗、變質(zhì)的概率，在提升經(jīng)濟(jì)成本的同時(shí)威脅著消費(fèi)者的食品安全。

4.2 干燥效果一般

食品營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的保留是真空冷凍干燥技術(shù)的主要目的之一。傳統(tǒng)的慢速冷凍方式使得食品細(xì)胞內(nèi)外凍結(jié)速率不一，細(xì)胞內(nèi)部水分外溢，產(chǎn)生冰晶，使得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外流。雖然現(xiàn)今快速冷凍技術(shù)的出現(xiàn)能夠有效提升冰狀結(jié)晶速度，使得食品細(xì)胞形成保護(hù)層，避免其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失，但因設(shè)備投資高、能耗較大等原因，快速冷凍技術(shù)仍未在我國(guó)全面普及，導(dǎo)致食品干燥效果平平，影響了干燥食品的質(zhì)量。

4.3 加工方式不完善

不同類(lèi)型、體積、形狀的食品冷凍、干燥速率不同，應(yīng)當(dāng)有針對(duì)性地進(jìn)行真空冷凍干燥設(shè)定。現(xiàn)今我國(guó)食品真空冷凍干燥加工仍然較為粗放，以單一式的冷凍干燥方式進(jìn)行全部食品的處理。同時(shí)，為確保凍結(jié)效果，在食品冷凍結(jié)束后需要進(jìn)行至少

1 h的保溫處理，但一部分食品加工企業(yè)缺乏對(duì)時(shí)間的把控，甚至將其省去，影響了成品的質(zhì)量。

5 新型真空冷凍干燥技術(shù)

5.1 微波真空冷凍干燥

真空冷凍干燥技術(shù)需要借助干燥有效排出水分，耗能大，時(shí)間長(zhǎng)。微波真空冷凍干燥技術(shù)很好地彌補(bǔ)了這一不足。微波真空冷凍干燥借助微波輻射，將微波電磁能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行干燥，能夠有效提升干燥速率，徹底排出食品水分。但微波真空冷凍干燥技術(shù)投資較高，至今仍集中于高附加值食品加工中，有待大規(guī)模普及應(yīng)用。

5.2 噴霧真空冷凍干燥

實(shí)現(xiàn)冷凍速度的提升，進(jìn)一步降低冰晶體積是真空冷凍干燥技術(shù)的發(fā)展方向。在奶粉、藥品等粉末狀食品加工較多的歐洲，將粉末食品借助噴霧噴灑，并進(jìn)行液氮冷凍的噴霧真空冷凍干燥技術(shù)有效解決了這一課題。噴霧真空冷凍干燥使得食品接觸面積增加，迅速形成冰粉，加以真空冷凍，能夠顯著縮短冷凍干燥的時(shí)長(zhǎng)。

5.3 真空冷凍干燥聯(lián)合熱風(fēng)干燥

傳統(tǒng)真空冷凍干燥加工借助加熱進(jìn)行干燥，能耗較高。將熱風(fēng)干燥引入真空冷凍干燥加工是近年來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。據(jù)研究表明，相比傳統(tǒng)真空冷凍干燥技術(shù)，真空冷凍干燥聯(lián)合熱風(fēng)干燥加工能夠節(jié)約40%左右的能源。但應(yīng)注意的是，如先進(jìn)行熱風(fēng)干燥，容易損傷食品內(nèi)部骨架結(jié)構(gòu)，影響其速溶復(fù)水效果。因此，需將真空冷凍與熱風(fēng)干燥聯(lián)合操作。在對(duì)腌制菜干燥過(guò)程中，真空冷凍加工加以熱風(fēng)干燥實(shí)現(xiàn)了約20%的能耗降低，同時(shí)其速溶復(fù)水效果優(yōu)異[6]。

5.4 冷凍干燥聯(lián)合真空微波干燥

微波冷凍干燥雖然實(shí)現(xiàn)了干燥速度的提升和能耗的降低，但針對(duì)果蔬等食品加工時(shí)，食品內(nèi)部骨架結(jié)構(gòu)會(huì)因微波造成損傷，導(dǎo)致食品變形，降低了食品品質(zhì)。將冷凍干燥與真空微波干燥結(jié)合，在真空狀態(tài)下利用微波進(jìn)行干燥，不僅能夠節(jié)約近40%的能耗，同時(shí)避免了果蔬食品的內(nèi)部骨架損傷，保留了其內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，真空冷凍干燥技術(shù)能夠在保存食品色、香、味，維持食品營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的同時(shí)顯著延長(zhǎng)食品保存期限，降低物流運(yùn)輸損失，是新時(shí)代食品加工的有效方法。但我國(guó)的真空冷凍干燥技術(shù)起步時(shí)間較晚，現(xiàn)今仍存在一些不成熟的地方。在實(shí)際操作時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)全面把握真空冷凍干燥的工藝流程，依據(jù)食品自身特性進(jìn)行針對(duì)性地調(diào)整和精細(xì)化地管理，確保食品品質(zhì)，減少成本，為我國(guó)食品行業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

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