微波冷冻干燥技术与应用

◎ 牟婧婧

（青海大学农牧学院，青海 西宁 810016）

1 微波冷冻的原理

冷冻干燥技术可以保持或极大程度避免破坏被干燥物料的生物活性、营养成分及原有性状，己在食品工业中广泛应用。但是由于常规传热过程的传质传热速率低、能耗较大、干燥时间较长，从而限制了冷冻干燥技术的进一步推广[1-2]。而微波加热的冷冻干燥技术克服了以上缺点，在冰点以下将含水物质进行冻结并在真空及共晶温度之下实行升华干燥，通过微波向冻结成固态的待干燥物料提供相应的升华潜热，进而去除含水物料中的水分。

微波电磁场中，由微波产生能量使物料成为体热源，且物料传热方向与蒸汽移动方向一致，是物料加热干燥中最理想的状态，所以微波加热干燥的效率要比常规加热干燥效率大。微波通过对食品中各种成分的粒子的作用，使物料表面和内部同时加热，无高温热源，能够克服传统的加热方式中的热传导的缺陷。因而利用微波作为冷冻干燥的热源可以提高干燥速率，减少干燥时间。

2 微波冷冻技术的优缺点

2.1 优点分析

微波冷冻干燥与传统的热传导和辐射传热的干燥方式相比具有加热效率大、干燥时间短、能量损耗少、易于控制和可改善待干燥产品的品质等优点，这些优点可以提高干燥效率，减少设备的占用空间，降低能量消耗，降低物料的表面温度，避免物料表面形成干硬膜等。

微波冷冻干燥最大的特点是可对物料整体进行加热，即在微波场中物料受到微波作用使微粒相互摩擦产生热量，实现从内到外物料温度的整体升高，且干燥较为均匀。微波干燥不但减小了传热阻力，使物料中水分的移动方向与温度梯度方向相同，从而减小了传质阻力，提升干燥速率，避免物料在干燥过程中皱缩，保持复水性。

2.2 缺点分析

微波冷冻干燥设备成本高、良品率较低，并且在真空状态下微波发生器可能发生放电现象，使微波冷冻干燥应用于工业生产的难度较大。另外，由于采用微波冷冻干燥技术生产的部分产品（如双孢菇干制品[3]）很难达到冷冻生产产品的质量要求，需要对相关产品进行综合品质控制。

3 微波冷冻技术在食品行业的应用

3.1 在果蔬制品脱水加工中的应用

脱水果蔬具有质量小、水分含量低、贮藏期长、无需冷链等优点，可以有效平衡果蔬的季节性供应，提高果蔬材料的利用率，其利润明显高于其他类型的果蔬。近几年，我国脱水果蔬出口产业发展迅速，研究表明，在世界脱水蔬菜出口量上，我国脱水蔬菜的出口量约占2/3[4]。然而整体来看，我国脱水果蔬产业的技术相对落后，其中有90%的相关产业使用热风干燥，采用此方法加工生产的产品品质低、附加值小、经济效益差。冷冻干燥技术作为国际公认的优质脱水食品加工技术，生产出来的冻干果蔬附加值高，在国际市场上的价格为采用热风干燥方法生产的脱水果蔬的4 ～6 倍[1]。但是冷冻干燥的干燥时间长、能耗大、成本高等问，一些生产厂家宁愿选择保守落后的热风干燥技术。微波冷冻干燥技术一定程度上减轻了上述问题，优化了果蔬的干制加工技术，保障产品质量。

3.2 在果蔬重组产品中的应用

重组是将食品的组织粉碎或打浆后用模具将其重新合成的过程。和新鲜果蔬不同，重组可以减少或避免原料的缺陷，提高原料利用率，还可以生产加工出不同口味和形状的产品。目前，有学者已经对重组技术和微波冷冻干燥技术进行了研究，如Huang L 等对比了采用4 种不同的干燥方式（微波冻干，冻干，真空微波及真空干燥技术）加工土豆/苹果重组脆片的干燥特性，结果表明微波干燥技术不仅可以生产出品质较高的产品，还能明显提升干燥效率[5]。Zhang F 等就甘蓝重组脆片在不同干燥方式进行了对比，证明增大微波强度或干燥温度能够显著减少干燥时间，但是会对产品的质地造成不良影响[6]。

4 展望

综上所述，当前关于微波冷冻干燥技术的理论和试验研究均证明该技术相对冷冻干燥技术有明显优势，然而由于微波冷冻干燥所经历的过程比普通冻干流程复杂，所以从Copson 初次尝试微波冷冻干燥试验[7]直到现在，对微波冷冻干燥技术的研究仍然聚焦于传热传质的基础理论层次，而实际生产工艺及具体产品的研究很少，国内外的研究人员对该技术的研究也相对较少。微波冷冻干燥技术要在实际的生产活动中应用，必需结合具体物料，开展大量的试验研究，解决微波冷冻干燥过程中的各种问题。