食品真空冷冻干燥工艺及其强化研究

吴晶 徐天一

摘要：随着经济的不断发展，各式各样的休闲类零食越来越受到人们的青睐。作为食品加工中的重要方式，真空冷冻技术发挥了重要作用。本文对食品真空冷冻干燥工艺原理进行了分析，并且对食品真空冷冻干燥工艺技术作了进一步的强化研究，探讨了真空冷冻干燥与其他干燥方式相结合是否可以提高食品的品质，实现资源和原材料低耗能、低浪费的目标。

关键词：食品；真空冷冻干燥工艺；强化研究

引言

真空冷冻干燥食品简称为“冻干食品”或“FD食品”。它主要的特点就是能够保存新鲜食品的色彩特点、香味以及形态，能够最大限度地保存食品内部结构中的维生素族和蛋白质等营养成分，保障食用者的身体健康。真空冷冻干燥食品复水性好，可以在常温的情况下保存相对较长的时间，因而广泛地使用在方便食品、调理食品等方面。冻干食品的加工工艺过程复杂，且对产品质量及效率有着较高的标准。本文旨在分析食品真空冷冻干燥工艺原理，强化食品真空冷冻干燥工艺技术。

1. 真空冷冻干燥设备系统

真空冷冻干燥方法的应用需要配合制冷系统、真空系统、加热干燥系统以及控制系统实现。各个步骤分别对食品进行有效处理，通过流程运作实现真空冷冻干燥加工。真空冷冻干燥设备系统为食品加工提供一个有利的环境，使冷冻干燥室和低温冷凝室两个系统始终保持较低温度，并拥有相关物料冰晶能够升华的热量。使用低温冷凝室时，需要进行封闭式的处理，能够与真空泵、制冷剂以及热交换器相互连接，从而吸收环境中的除霜热量。真空系统、制冷系统、加热系统以及控制系统都是真空冷冻干燥中的重要操作流程，做好相应的配置，才能实现加工技术的创新。

2. 食品真空冷冻干燥工艺过程

2.1 食品原料预处理

食品原料预处理主要是将原料进行拣选、冲洗、切块分类、造型、蒸煮、杀菌、调配味道和添加食品稳定剂或防腐剂以及最后的装盘等流程。这个过程主要是做好冷冻干燥的准备。为确保食品质量和对消费者负责，这个步骤是必要的。所以说，预处理对冻干制品的质量和品质影响颇深，要求企业必须严格根据工艺要求和流程进行操作。

2.2 冷冻干燥，即预冻过程、升华过程

对大型的食品真空冷冻干燥工艺的设备来说，大多都是先冻结好需要使用的物料后，再放入干燥仓内进行干燥。一般会使用慢冻的方式进行解冻，主要是因为在这个过程中物料内部冻结的速度慢，形成孔大且不断的网状冰晶，在升华后会产生连续网状通道，为水蒸气释放减小阻力，使升华速度变快。然而，使用快速的方法，物料内部冻结生长速度加快后形成枝状、不连续的球状，水蒸汽只能依靠渗透方式进行升华，让干燥时间变得越来越长。尤其要注意的是，物料冻结的最终温度必须低于该物料的共晶点。

3. 食品真空冷冻干燥工艺的发展历程

食品真空冷冻干燥工艺技术在欧洲、美国、日本等发达国家的发展也有几十年了。这种技术在国际上有了很大的进步。目前，冻干食品在欧美国家和日本盛行，冻干系列食品所占的比重达到了40%。

因冻干类食品使用的是现代脱水技术，工艺精加工的方法使冻干食品形成了便利和保健、纯天然于一身的高品质食品。传统脱水技术带来的色变、质变导致的流失等缺陷得到了解决，保持了原物料的形状、色彩和味道不会被改变，具有复水性能强、无大量的损耗且质量轻、可常温储存运销等优点。因此，食品真空冷冻干燥工艺生产出的商品在国际市场上的售价是传统风干食品的4-6倍，也是速冻类型食品的七八倍，冻干食品正在慢慢成為国际贸易的主要方向。

我国山东等地区的少数食品企业也在进行小规模、小批量生产。加工的产品主要以冻干香葱、大蒜、牛肉干、蘑菇和水产等为主，正在逐步成为日本、欧美等超级市场的热门产品。

随着我国冻干食品工业的起步，我国科技工作者成功地研制出的真空冷冻干燥设备，通过了相关组织专家的鉴定，填补了国内空白。大型真空冷冻干燥设备整机性能指标做到了同类产品的先进水平。经相关食品检测中心检测，该设备各项性能指标和制造产品的质量都能够达到设计的标准。该设备脱水彻底，能够分离物料中95%-98%的水分。以蒜为例，成品产品的含水率为5%以内，完全符合美国制定的脱水标准。该设备的各项指标符合企业的技术标准，也符合相关机构所规定的各项技术指标。因为该设备与食品接触的特殊性，在设计的过程中采用了对人体健康有益的材质，完全符合相关法律法规的要求。

4. 食品真空冷冻干燥工艺的强化

真空条件操作是食品真空冷冻干燥工艺过程的要求。热量从已具备传递热量的干燥部分和冻结部分向表面传递。从传递热量的角度来看，原料能够加热的部分向表面传递过程中产生的主要障碍是两个层之间的障碍。特别是烘干部分的结构呈现出多孔且松垮的状态，孔中气体在真空的条件下导热能力变小，成了传递热量的主要障碍。从传质的角度来看，水蒸汽从表面向外部环境传递时，遇到阻力是干燥部分的传质障碍和水蒸汽排向通道的形状、温度和消除霜雾的方法。在冷冻操作中，传递热量和传递质量的助推力是矛盾的。例如，升华表面的温度高就可以加强传质的过程，但对传热过程却没有益处。当传质过程成为工艺过程的决定性时刻，要做到尽可能提高升华温度才能加快冷冻干燥的运行。

4.1 高压电场真空冷冻联合干燥技术

高压电场相关的干燥技术有设备成本投入低、干燥过程能够保持物料温度的特点，很大程度上留存了食物的营养成分。唯一缺点是后期的干燥速度比较慢。与传统的干燥技术相比，将产品在高压电场中进行预先处理，完全可以有效节约后续干燥时间。这提升了干燥速度，还增强了食物细胞的通透性。例如，对海参等水产品进行高压电场真空冷冻联合干燥技术时，先对海参进行3-5h的高压电场干燥，再进行真空冷冻技术的处理。经过这种处理干燥后的海参在结构、复水率以及蛋白质含量上，明显比单一干燥的产品要高很多。高压电场真空冷冻联合干燥技术还有节能的效用，在食品储存中应用该技术不仅能够提升海参的质量，还能降低其收缩率，解决了传统干燥技术的缺点。

4.2 热风真空冷冻联合干燥技术

热风真空干燥技术拥有成本低、产量高的特点。相关原理是通过空气中的热量将食物中水分进行蒸发，从而达到食品干燥的目的。

该技术也有一定的缺点，干燥的时间比较长，无法保障食物的质量。比如，用冷冻热风联合干燥技术对黄瓜和南瓜干燥后发现，相對于单一热风冷冻干燥技术，联合技术可减少食物中营养素流失。在确保食物质量的方面，冷冻热风联合干燥工艺也更胜一筹，不仅能够降低产品的消耗，还能提高生产质量。经过相关学者的研究能够证实，把腌制调味的菜进行真空冷冻20h后，再进行1h的热风烘干，比单一冷冻方式显得更加节能。对比研究即食蘑菇工艺时发现，在消耗能源更低的情况下，联合干燥工艺生产出的产品品质比热风干燥的产品品质更加有保障。对于低温真空热风联合工艺来说，该技术还可以用来干燥茶类。

4.3 改变干燥室压力，提高已干层的导热性

在升华干燥的过程中，如果将加热板的热量迅速传递到升华表面，让该界面的温度接近又稍微低于共熔点，这样的方法会使升华过程得到强化。己干层的导热性能其实就是热量是否能够迅速传递到升华表面的主要因素。在常温和常压的情况下，气体导热性与压力之间关系很小，但在压力相当低的情况下，气体稀薄会使导热系数随压力的降低而降低。在操作中，想要强化己干层中的气体导热性能，对于提高干燥室压力是有益处的。此外，气体导热性与气体之间的扩散能力也密切相关，气体扩散的能力强，就表明其导热性能更好。

5. 结束语

冻干食品能够在国际上备受青睐的主要原因是方便又不失营养，还能在各种场合使用。随着科技的进步，食品真空冷冻干燥技术在食品工程中的运用会更加广泛，在调味品、水产品以及果蔬类产品干燥中发挥着巨大作用。真空冷冻干燥技术具有一定的利用价值，可有效地保留挥发性物质的味道，是研究天然调味品的发展方向之一。真空冷冻干燥工艺是需要配合多个系统和环节才能够掌握和使用的。企业应该遵循流程，进行预先处理后预冻，再速冻，最后进行升华干燥，包装成加工品。其中在前处理的过程中主要是对食品进行清洗、切分及杀菌。先预冻、再真空的操作可以保证产品的质量，速冻后立即实行升华干燥，保证真空度能够及时提供热量。

作者简介：

吴晶（1982.11-），男，汉族，江苏无锡人，本科，讲师，研究方向：中餐烹饪；

徐天一（1982.11-），男，汉族，江苏无锡人，本科，高级技师，研究方向：餐饮企业经营管理。