真空冷冻干燥技术在果蔬中的应用与发展

王 涛

（新疆黑果枸杞生物科技有限公司，新疆库尔勒 841005）

中国是世界果蔬生产大国，苹果产量达1 700 多万t，居世界第一位，柑橘产量为1 000 万t，位居世界第三，但我国人均占有量仅为发达国家的七分之一。我国的果蔬主要以鲜食为主，据统计，近年来，我国果蔬的加工量不足10%，而发达国家的果蔬加工量达到了70%以上。真空冷冻果蔬干燥是果蔬加工的主要方法之一，通过干燥来降低果蔬的水分含量，所得干制产品便于贮藏和运输，对特色农产品尤为适用。随着果蔬产业的发展，果蔬干燥越来越受关注，真空干燥技术的推广力度逐渐加大。

当前，食品加工技术的一个重要发展趋势是最大限度地保持食品的营养和物理特性，而干燥工艺和设备的选择对干制品的营养色、香、味和形有很大影响。真空冷冻干燥技术是将冷冻技术结合起来的一种综合性技术，亦称真空冷冻升华干燥技术，是干燥技术领域中科技含量高、应用广的一种技术。真空冷冻干燥是先将物料冻结到共晶点温度以下，使水分变成固态的冰，然后在适当的真空度下，使冰直接升华为水蒸气，再用真空系统中的水汽凝结器（捕水器）将水蒸气冷凝，从而获得干燥制品[1]。经过真空冷冻干燥制取的蔬菜，其物理、化学成分和生物状态均保持不变，物质中的营养成分损失很小，结构多呈孔状，体积和干燥前基本相同，具有理想的速溶性和快速复水性。在该项技术中，冻干工艺最为关键；而冻干机又是冻干工艺中最为关键的核心设备，因此做好冻干制品的关键集中体现在冻干工艺和冻干机设备。本文主要介绍了真空冷冻干燥的技术原理、特点及冻干工艺的流程，综述了果蔬冻干的生产工艺以及要点、国内外的发展现状及其在果蔬加工方面的应用。

1 真空冷冻干燥技术原理与装备

1.1 真空冷冻干燥技术的原理及特点

1.1.1 原理

水有三种相态，即固态、液态和气态，三种相态之间既可以相互转换又可以共存[2]。真空冷冻干燥是把新鲜的食品如蔬菜、肉类、水产品等预先快速冻结，并在真空状态下，将食品中的水分从固态升华成气态，再由解析干燥除去部分结合水，从而达到低温脱水干燥的目的。冻干食品不仅保持了食品的色、香、味、形，而且最大限度地保存了食品中的维生素、蛋白质等营养成分。冻干食品具有良好的复水性，食用时只要将该食品加水即可在几分钟内复原[3]。

1.1.2 特点

（1）营养物质保持率高

由于食品是在低温、低氧、避光的环境中加工而成的，因此，无论是碳水化合物、脂肪、蛋白质还是维生素等物质的，损耗都较小，特别是热敏性物质相比于其他干燥方式，损失较小。

（2）物料状态稳定

食品中的水分是由冰转变为水蒸汽，根据平衡原理，供给冰结晶升华的热量，只能使冰升华，不会导致物料温度升高，所以，食品不会发生干缩和干裂现象。另外，食品中的水分在干燥之前，已冻结成冰晶，溶于水中的无机盐被均匀地分配在食品中。当冰晶升华时，无机盐不会随水蒸汽而带到食品表面，所以，冷冻干燥不会产生“表面硬化”现象。

（3）色泽稳定

在冻结过程中，食品的温度非常低，酶的活性很小，并且又在高真空状态下干燥，即氧气的含量极低。冻结干燥的产品，产生酶促褐变和非酶促褐变的程度都很低。所以，冻结干燥的食品，几乎保持了原来的色泽。

（4）风味稳定

每一种食品都有其独特的风味，良好的风味是构成质量的重要因素之一。冷冻干燥，因干燥温度很低，风味物质损失少，基本保持了原产品的风味。如冷冻干燥的韭菜、香菜，复水后具有韭菜、香菜的风味，而热力干燥的韭菜、香菜，复水后风味很淡。

（5）复水性极佳

冷冻干燥食品的多孔性是由于在干燥时，食品的形态固定不变，冰升华后留下的孔隙造成的。这样结构是海绵状多孔结构，孔多、且分布均匀，并无堵塞，复水性好，可以在几秒钟之内恢复到冻干前状态。

（6）方便运输

冻干食品应进行真空包装或真空充惰气包装，冻干食品可以在常温下长期贮藏，不需要复杂的冷链，且质量小，便于运输[3]。

2 真空冷冻干燥的工艺流程及操作要点

2.1 真空冷冻干燥的工艺流程

原料→预处理（品选→清洗→切分）→预冻→速冻→真空冷冻干燥→包装

2.2 真空冷冻干燥的操作要点

2.2.1 预处理

预处理的目的是保证原料优质以及利于冻干与贮藏。对于固态食品，应进行清洗、筛分、漂烫、切分；漂烫是钝化酶活性的最有效方法，同时漂烫也能除去部分水，以减少干燥负荷；切分利于包装、食用，同时切分尺寸及切口方位也会影响冻干速率。对于液态食品，应进行灭菌与浓缩，浓缩利用真空或冻结方法进行，浓缩程度合理与否，将直接影响冻干速率及生产效率。

2.2.2 预冻

物料首先要预冻，再抽真空。这是因为物料内部含有大量的水分，若先抽真空，会使溶解在水中的气体因外界压力降低而很快逸出，形成气泡，造成“沸腾”状态。水分蒸发时又吸收自身热量而结成冰，冰再汽化，则产品发泡气鼓，内部形成较多气孔。预冻的温度应选择低于物料共熔点5 ℃左右的。因隔板的温度有所不同，需要有充分的预冻时间，从低于共熔点温度算起，预冻时间约2 h 左右。预冻的速度控制在每分钟下降1～4 ℃为宜，降温速度过快或过慢都会影响产品质量，不同的物料的预冻速度应由试验确定。

2.2.3 速冻

物料在进入干燥室前应预冻至共晶点温度以下。所谓共晶点，是指物料中水分完全冻结成冰晶时的温度。在升华过程中，物料温度应维持在低于而又接近共融点。所谓共融点是指完全冻结的物料在加热过程中冰晶开始融化的温度。物料的共晶点和共融点用DSC 测定[4]。物料中加入溶剂会使共晶点和共融点降低，所以一般的预冻温度要比共晶点低5～10 ℃。冻结速度是指物料冻结时单位时间内温度下降的程度。冻结速度对冻干制品的质量和升华速率均有影响。冻结速度不同，物料内形成的冰晶大小也不同。冻结速度越快，形成的冰晶越小，升华时水汽逸出的通道就越小，升华干燥的速度就越慢，冻干周期就越长，降低了设备效率；但如果冻结速度太慢，形成的冰晶过大，则会造成物料中细胞壁受损，使有机物外溢，造成产品质量下降，因此必须选择适当的冻结速度[5-6]。

2.2.4 真空干燥

真空冻干的干燥阶段通常分为两段，即升华干燥段与解吸干燥段。升华干燥是冻干过程的主体，以冰晶不融化为前提，可以除去所有的冰晶体（物料中的自由水），除去水分约占总含水量的80%～90%。解吸干燥以物料不过热变质为前提，可以除去物料固形物的物理、化学吸附水，这部分水分约占总含水量的10%；为了获得理想的最终水分，此过程中冻干室的压强更低一些，以保证脱除与固体结合较强的吸附水。至此，物料中的水分含量已达到干燥要求，完成物料的冻干。

2.2.5 包装

冻干食品的包装很关键。由于冻干食品是在低温低压条件下加工的，得到的冻干食品组织呈多孔状，总表面积比原来明显扩大，与水分和氧气的接触机会大大增加，所以要在真空条件下或在充满干燥惰性气体的密封包装袋中保存；为保持干燥食品含水量在5%以下，包装袋内应放入干燥剂以吸附微量水分。包装材料的选择应以透气性差、强度高、颜色深为好。包装完毕后抽真空封口，以利于长期贮存[7-8]。当需要粉碎与分包装时，也应在充溢氮气的环境中、相对湿度低于40%、温度低于25 ℃的条件下进行。

3 真空冷冻干燥技术在果蔬中的应用

3.1 果蔬调味包

高档次的方便碗面、方便米饭、方便米粉等的调味包中，由于添加了色、香、味俱全，复水性极佳的冻干产品（为真空冷冻脱水肉类、海鲜、蔬菜等），使其身价倍增，销路较好。常见的脱水蔬菜类有FD 蘑菇、葱、蒜、青豆、玉米、菠菜、荷兰豆、西红柿、草莓、秋葵、胡萝卜、圣女果、苹果片等。

3.2 果蔬脆片

果蔬的结构形态和成分决定了冷冻干燥加工的难易度。一般是物料尺寸越小、结构越均一，物料加工处理越容易。因为这样的物料外表面积大，受热和冷却均匀，冷冻干燥时间短且易控制。随着食品科研工作者的不断努力，相继确定了一些果蔬的真空冷冻干燥工艺参数。如利用真空冷冻干燥技术加工冻干梨枣片，能最大限度地保持原果的风味、形态、色泽，且真空冷冻干燥时间短，生产成本低，提高了梨枣真空冷冻干燥加工的工业化生产水平。

3.3 颗粒蔬菜

蔬菜是人类饮食中的一大营养宝库。日本东洋FD食物株式会社于20 世纪90 年代找到一种不同平常的吃菜方法。该方法是将油菜、菠菜、芹菜、萝卜叶、豌豆、胡萝卜、南瓜、雪里红等8 种蔬菜混合，真空冷冻干燥后制成颗粒蔬菜。这种含丰富的叶绿素、胡萝卜素、维生素和矿物质等营养成分的蔬菜，不但营养丰硕、味道鲜美，而且非常适合于断奶伊始的婴儿、不喜欢吃蔬菜的儿童、牙口不好的老年人、吃流食或半流食的病人以及食量受限的运动员等特殊人群。现在，颗粒蔬菜在日本已成为大众日常消费品。

3.4 粉末蔬菜

在欧、美、日市场上，日渐流行一种新的蔬菜加工方法，即用真空冷冻干燥技术加工圆葱、白菜、菠菜、胡萝卜、南瓜等多种粉末蔬菜。将粉末蔬菜加入面粉或食糖中，制成蔬菜面条、饼干、糕点和糖果、饮料等，能保持蔬菜中的营养成分、纤维素等。几乎所有的食品原料，果蔬、肉禽、蛋、水产品等都可进行真空冷冻干燥加工，但真空冷冻干燥设备比较昂贵，加工中能耗较大，一般生产成本较高，但从产品流通的总成本、销售价格以及冷冻干燥法所独有的优点来看，冻干食品在实际生产中具有很高的应用价值[9]。

4 小结

目前真空冷冻干燥技术在加工工艺上仍然处于发展中的状态，很多果蔬的加工工艺尚不成熟。真空冷冻干燥技术的主要缺点是成本高。由于该技术需要真空和低温条件，所以真空冷冻干燥机要配置一套真空系统和低温系统，投资费用和运转费用都比较高；相比烘干机、真空干燥设备等，真空冷冻干燥机价格要高。未来真空干燥技术的研究方向主要涉及以下几点：一是发展流水线式的真空干燥设备，增加干燥的产量，降低成本，提高生产效益；二是目前国内的冻干机设备从数量、品质上都不能满足社会发展的需求，应加大研发力度，研发出低成本、高效益的机器；三是开发真空干燥设备与其他设备的联结、形成产业多元化。