1、第1期李艷聰，等: 真空冷凍干燥技術及其在食品加工中的應用·45·文章編號: 1008-5394(2003)01-0042-04真空冷凍干燥技術及其在食品加工中的應用李艷聰，李書環（天津農學院 農業工程系，天津 300384）摘 要：真空冷凍干燥是集真空技術、冷凍及干燥技術為一體的食品加工方法。在分析了真空凍結干燥的理論機理的基礎上，介紹了真空冷凍干燥加工工藝過程和干燥系統的主要設備及部件，提出了真空冷凍干燥應注意的問題。簡要介紹了真空冷凍干燥技術在食品工業中的應用。關 鍵 詞：真空冷凍干燥；食品加工；應用中圖分類號：TS203 文獻標識碼：A Vacuum Freezin

2、g Evaporation Technique andApplications to Food Processing LI Yan-cong，LI Shu-huan(Department of Agricultural Engineering, Tianjin Agricultural College, Tianjin 300384,China)Abstract：Vacuum freezing evaporation，including the techniques of vacuum, freezing and evaporation, is a food processing method

3、. Based on analyzing the theory of vacuum freezing evaporation, the techniques of food processing and the constitution of equipments are introduced. Also, some questions which need to be noticed in the food processing are put forward. And the applications of vacuum freezing evaporation are introduce

4、d.Key words: vacuum freezing evaporation; food processing; application1 真空冷凍干燥真空干燥是使食品在低壓、低溫下進行水分蒸發，從而得到質量較高的食品的干燥方法。真空冷凍干燥，是利用冰品升華原理，在高真空的環境條件下，將凍結了的食品中的水分不經過冰的融化直接從固態冰升華為水蒸汽而使物料干燥的工藝。凍干一般分冷凍、升華、解析3個主要過程。冷凍干燥法和其它干燥法相比具有以下特點：能較好地保持食品原來的形狀；減少食品色、香、味及營養成分的損失，如維生素C保持率在90以上；減少了食品中脂質的氧化；凍干制品中蒸發走的水分空間還存在，

5、因而具有多孔結構，速溶性和快速復水性很好；在升華過程中溶于水的可溶性物質就地析出，溶于水的無機鹽還均勻地存在1，避免了一般干燥方法中因物料內部水分向表面遷移而營養損失等現象。2 真空凍結干燥的理論基礎21 純水的升華機理根據熱力學相平衡理論，水的三相點(氣、液、固三相共存) 溫度為0.009 8 ，壓力為610.33 Pa（圖1），在水的相變過程中，當壓力低于三相點壓力時，固態的冰可以直接升華為氣態的水蒸汽逸出，而不經過轉化為液態水的過程。真空冷凍干燥主要是升華食品中的游離水，而不是結合水。升華游離水，先是將其迅速凍結成細小的冰晶粒，然后使其處在真空環境中，對其進行加熱，使游離水分升華，而不經

6、過液態過程。對于食品而言，水基本上是一種溶液2。這種溶液同樣存在三相點，只是壓力和溫度更低罷了。一般選擇升華溫度在-5-20 左右，相應的壓力在133.28 Pa左右。22 物品水分的升華物料中所含水分有2種存在方式。一種是游離水，即機械結合水和物化結合水，它主要以吸附和滲透方式存在于物料表面、孔隙、毛細管之中。另一種是結合水，以化學結合形式存在于物品的組織中。通常需要將物料快速凍結，快速凍結的目的是使水成為細小冰晶粒。接著抽真空，使冰晶在真空環境中加熱升華。圖2為物品中水分升華過程示意圖，其干燥過程是由周圍逐漸向內部中心干燥的。隨著干燥層的逐漸增厚，升華熱由加熱體通過成為孔狀的干燥層不斷地傳

7、給凍結部分，在干燥與凍結交界的升華面上，水分子得到加熱后，將脫離升華面，沿著細孔跑到周圍環境中，而周圍環境中的氣壓必須低于升華面上的飽和蒸汽壓力3。只有這樣，才能形成一個水分子向外遷移的動力。這就意味著升華干燥必須在真空環境中進行。物料處于凍結狀態，需維持溫度低于三相點，在真空環境下，此溫度易于保持。另外，升華速率與溫度、壓力及升華活化能有關。若增加升華熱的供給，可以提高升華的速度，但這樣同樣會因物品的溫度超過升華平衡溫度，而造成其融化，這在真空冷凍干燥中是應避免出現的，它直接影響到凍干產品的質量。 3 真空凍結干燥設備系統組成真空冷凍干燥系統主要由制冷系統、真空系統、加熱系統、干燥系統和控制

8、系統等組成，系統4簡圖如圖3所示。冷凍干燥室：冷凍干燥室有臥式圓柱形、箱形等類型。干燥室要求能制冷到40 或更低溫度，又能加熱到50 左右。干燥室設計有幾層至十幾層干燥擱扳，以放置幾十至數百只干燥盤。干燥室裝有管道和真空閥門與低溫冷凝器相連，以排除室內的水蒸汽，同時還有管道與熱交換器、制冷機相連，以獲得物料冰晶升華所需要的熱量和低溫環境。 低溫冷凝器：低溫冷凝器是一個密封的容器，用管路與制冷機、真空泵、熱交換器相連，以獲取低溫真空環境和冷凝器內除霜的熱量供給。冷凝器內的溫度必須保持低于干燥室內物料的溫度，一般冷凝器內的溫度應保持在-40 至-50 左右，使大量的水蒸汽在冷凝器室中凝結。低溫冷凝

9、器還設有除霜裝置、排出閥、熱空氣吹入裝置等，用來融化凝結的冰霜和排出內部水分，并將室內吹干。真空系統：由冷凍干燥室、低溫冷凝器、真空閥門和管道、真空泵和真空儀表等構成冷凍干燥設備的真空系統，系統要求密封性能好。真空泵采用旋片式或滑閥式油封機械泵，也可采用多級蒸汽噴射泵的真空系統和采用羅茨泵中間增壓-水環泵機組真空系統。制冷系統：制冷系統由冷凍機組、冷凍干燥室和低溫冷凝器內部的管道組成。冷凍機組可以是互相獨立的兩套，即一套制冷冷凍干燥室，另一套制冷低溫冷凝器，也可以二者合用一套冷凍機組。冷凍機組可根據所需要的不同低溫，采用單級壓縮、雙級壓縮冷凍機組。圖3 真空冷凍干燥系統簡圖1-冷凍干燥室；2-

10、低溫冷凝器；3-真空泵；4-制冷壓縮機；5-水冷卻器；6-熱交換器；7、8、12、13、14-閥門；9-板溫指示；10-低溫冷凝器內溫度指示；11-真空計；15-膨脹閥加熱系統：加熱系統的作用是加熱冷凍干燥箱內的擱板，供給冷凍干燥室內物料的凍結冰以升華潛熱，促使產品升華，并供給低溫冷凝器內的積霜以熔解熱。供給升華熱時，應保證傳熱速率適宜，使凍結層表面達到盡可能高的蒸汽壓，但又不使之熔化，所以熱源的溫度應根據傳熱速率來決定。加熱方法分為直接加熱和間接加熱。直接加熱法用電直接在冷凍干燥室內加熱；間接加熱法利用電或其它熱源加熱傳熱介質，再將其通入冷凍干燥室內的擱扳?？刂葡到y：控制系統由各種開關、安全

11、裝置、自動監測傳感器和儀表組成，以有效地控制真空冷凍干燥工藝過程的操作和保證產品質量。4 真空干燥應注意的問題4.1 凍結溫度應保證在三相點以下。否則在真空環境中，液體沸騰會使產品表面凹凸不平。4.2 升華干燥過程中，保持足夠的真空度。真空度不夠或供熱不足可能導致成品水分升華不完全，含水量偏高。4.3 供熱太快，受熱不均勻或預凍不完全，則會在升華過程中，使產品部分液化，在減壓條件下產生噴瓶現象，使制品表面不平整。4.4 保持升華溫度不變。4.5 速凍過程要快，越快，生成的冰晶越小，對物品結構影響越小。5 真空凍結干燥在食品加工中的應用5.1 真空凍干食品生產的工藝流程真空凍干食品生產的工藝流程

12、如下：前處理預凍速凍升華干燥成品5.1.1 前處理：指對加工食物的預處理5，包括分選、清洗、切分、漂燙、殺菌。注意清除附著在根莖葉的蟲和卵以及泥砂，避免加熱過度。只有把好前處理關，才有可能產出高品質的凍干食品。5.1.2 預凍過程：物料首先要預凍2，再抽真空。這是因為物料內部含有大量的水分，若先抽真空，會使溶解在水中的氣體因外界壓力降低很快逸出，形成氣泡而成“沸騰”狀態。水分蒸發時又吸收自身熱量而結成冰，冰再汽化，則產品發泡氣鼓，內部形成較多氣孔。預凍的溫度選擇應低于物料的共熔點5 左右。因擱扳的溫度有所不同，需要有充分的預凍時間，從低于共熔點溫度算起，預凍時間約2 h左右。預凍的速度控制在每

13、分鐘下降14 為宜，過高過低都會影響產品質量，不同的物料的預凍速度應由試驗確定。5.1.3 速凍：將經過前處理的物品進行速凍，凍結得越快，物品中結晶越小，對物品結構組織破壞就越小。5.1.4 升華干燥：速凍后的食品須迅速進行真空升華干燥。要求真空度很快達到升華壓力，并及時供給升華熱能，所以一般采用輻射加熱。5.2 真空凍干技術在食品加工中的應用及發展前景真空凍干升華脫水技術可加工的食品種類6很多。脫水蔬菜類有：山野菜、洋蔥、大蔥、胡蘿卜、小白菜、青豆、食用菌等；脫水水果有：香蕉、蘋果、菠蘿、山藥、草莓、杏肉、甜瓜等；速溶飲品有：咖啡、果汁、果茶、保健茶、營養茶、營養沖劑、紅綠茶等；各種調料粉末

14、有：生姜粉、大蒜粉、辣椒粉、胡椒粉等；魚肉蛋類有：魚片、蟹肉、蝦肉、扇貝、豬牛雞肉類、雞蛋、動物血液等；中藥材類有：人參、鹿茸、天麻、當歸、三七、蟲草、首烏、蜂王精等；各類食品，包括嬰兒食品、保健食品、方便食品、特殊食品、旅游食品、老年食品、軍用食品、宇航食品。凍干食品具有方便、營養和綠色的優異品質。在國外凍干的方便、休閑、風味食品受到廣大消費者的喜歡。凍干食品在國際市場的價格是熱風干燥食品的46倍7，是速凍食品的78倍，且其產量正以每年30%的速度遞增。據有關部門統計，目前，美國每年消費凍干食品500萬t，日本160萬t，法國150萬t。日本每年需花1 000億日元進口凍干食品，日本、美國及

15、歐洲等地每年均需凍干大蒜粉6 000 t，可見凍干食品的國際市場很大，且正成為國際食品貿易的大宗貿易。全球的凍干食品產量從70年代的20多萬t上升到現在的數千萬t8。隨著人們生活水平的提高和環境污染的惡化，對凍干食品的需求會逐年上升，生產真空冷凍食品會成為食品加工的一個新熱點，高真空凍結干燥裝置的應用也會越來越廣泛。參 考 文 獻： 1 高福成.現代食品工業高新技術M.北京：中國輕工業出版社，2001.491.2 無錫輕工業學院，天津輕工業學院編.食品工廠機械與設備M.北京：中國輕工業出版社，1993. 264-268.3 黃衛紅.真空冷凍干燥技術及其在食品工業中的應用J.包裝與食品機械， 199