真空冷冻干燥技术在果蔬加工中的应用

张宗锐，刘运怡，陈小芹，吴 慧

（广州工商学院，广东广州 510850）

1 真空冷冻干燥技术概况

1.1 真空冷冻干燥技术的起源

真空冷冻干燥技术起源于19世纪初期，由英国人Wollaston发现。20世纪初期，Shsckell成功将该低温技术直接应用于毒素、菌种制剂及其他一些生物制品，取得了较好的应用成果。1939—1945年，对动物血液产品的需求量急剧增多极大地促进动物冷冻和干燥等技术事业向前发展，从此冷冻干燥技术全面进入大规模工业化应用生产阶段。据了解，我国于20世纪60年代开始正式对果蔬、肉类等食物进行研究，并设计研发了脱水的冻干机设备[1]。 二十世纪八九十年代，随着科学技术的进步和人们对健康生活的追求，冻干技术为生物医药领域和保健食品领域的发展提供了强大的市场空间，在一定程度上推动了我国的经济发展[2]。

1.2 真空冷冻干燥技术的原理

真空冷冻干燥是把处理好的食品进行预冷冻，并在真空状态下，将食品中的水分从固态升华为气态，再通过解析干燥除去部分结合水，从而达到低温脱水干燥的目的[3]。温度是影响真空冷冻干燥效果的关键因素。因此，严格控制加工温度是确保食品加工质量的重要步骤，尤其是在食品冻干过程中，需要将温度严格控制在-40～-55 ℃。同时，还要确保整个加工过程都处于高度真空的状态，这样才能保证食物结构在冷冻干燥过程中不被破坏，且能最大限度地保留食品的营养物质。另外，经真空冷冻干燥技术加工后的食品具有较好的复水性，在吸收水分后，能较好地恢复其原来的理化性质。

1.3 真空冷冻干燥产品的特点

真空冷冻干燥技术可用来加工和长期保存生物材料，如微生物培养、酶、血液与药品。冻干产品除能长期保存、稳定性好以外，还保留了其固有的生物活性。真空冷冻干燥产品都具有以下特点。①在低温下干燥，物质中的挥发性成分损失较小，适用于化学产品、含挥发油的中药干燥。很多临床治疗效果较好的中药注射剂因其制剂不稳定而在临床应用中受到限制，且给储藏和运输带来不便。而应用冷冻干燥技术将其制成冻干粉针后，稳定性大大增强，所得产品质地疏松。②冻干食品具有疏松多孔层。由于物料在升华脱水以前先经冻结，形成稳定的固体骨架，所以水分升华后，固体骨架基本保持不变，干制品不失原有的固体结构，保持着原来的形状，且多孔结构的制品具有理想的速溶性和快速复水性。③由于物料中水分在预冻以后以冰晶的形态存在，原来溶于水中的无机盐类的溶解物质被均匀地分配在物料中。升华时，溶于水的溶解物质在物料内部被析出，避免了一般干燥法中因物料内部水分向表面迁移，所携带的无机盐在表面析出而造成表面硬化的现象。④冷冻干燥技术虽然先进，但在实际应用中尚存在干燥速率低、时间长、能耗高和设备投资大等缺点[4]。

1.4 真空冷冻干燥技术的应用现状

1.4.1 真空冷冻干燥技术在食品领域的应用

随着互联网的高速发展，食品行业进入电商领域，许多食品企业抓住了发展契机，食品种类层出不穷。其中的冻干类食品受到了广大消费者的青睐，涉及的食品领域也呈现多样化的发展趋势，如休闲小吃食品、航空航天食品[5]、婴幼儿食品、宠物零食[6]等。目前，冻干技术在食品中的运用正处于研发和品质提升阶段。张彤等[7]利用COMSOL软件模拟火龙果片在真空冷冻干燥过程中的内部变化，进一步提高了火龙果冻干制品的品质。陈卓辉等[8]通过筛选试验，开发并研究了草莓-柑橘等重组冻干制品，为冻干食品行业的发展提供了新的开发方向。

1.4.2 真空冷冻干燥技术在医药领域的应用

据了解，冻干技术能高效保留药品原材料的生物活性、提高药品的贮藏期，对促进生物制药的发展具有长远意义。李仲艺[9]认为冻干技术能降低制药和运输成本，有效避免药品原料受到污染，提高药品质量。郭俊俊等[10]在研究连翘的冻干工艺中，成功获得了能保留连翘活性成分的最佳工艺参数，进一步提高了冻干技术的利用效率。

1.4.3 真空冷冻干燥技术在其他领域的应用

冻干技术在其他领域也发挥了重要作用，如利用冻干技术能保留物料内部结构的性质，并将其运用到纳米材料的研发中。高小慧等[11]在对纳米结构高氯酸铵的研究中，利用真空冷冻干燥等技术制备出了纳米级AP，丰富了我国在细化AP制备技术的研究，也为冻干技术在纳米材料中的运用提供了参考。另外，冻干技术为护肤产品也提供了新的研发方向。张海云等[12]利用冻干技术提取重瓣红玫瑰中的细胞液并进行对比分析，发现与普遍使用的亚真空低温烘干工艺相比，冻干技术提取的细胞液质量更好。

2 真空冷冻干燥技术在果蔬加工中的应用

2.1 果蔬的现状

中国是果蔬生产和消费大国，近年来我国果蔬的生产和消费均呈现稳中有增的趋势。果蔬具有含水量高，生产代谢旺盛，易腐败，不易储存等特点。官方统计，中国果蔬年损率1亿多t，经济损失达750亿元。随着科技的不断发展，果蔬加工技术层出不穷，越来越多的果蔬加工产品涌入市场。但由于我国缺乏自主研发的核心技术和先进的设施设备，以及存在果蔬速冻加工技术不足、保鲜技术不成熟和加工规模小等问题，使得我国果蔬总体加工技术和设施设备制造水平相对较低[13]。

2.2 真空冷冻干燥技术在果蔬中的应用

2.2.1 冻干果蔬粉

在发达国家市场上，流行一种新的果蔬加工方法，即利用冻干技术将果蔬制成干燥粉状，并将冻干果蔬粉与其他食品结合，进行二次加工，从而提高食品的营养成分[14]。例如，将冻干果蔬粉与面粉结合，制成高纤维果蔬饼干、果蔬营养面条等，极好地利用了果蔬中的营养物质，提高了产品的商业价值[15]。刘璇[16]利用冻干技术开发出冻干河套蜜瓜粉，为当地的蜜瓜产业提供了技术支持。

2.2.2 冻干果蔬片

热风干燥等传统干燥方法所制得的果蔬片因过高的温度或较长的干燥时间而发生劣变或降解，造成酚类物质、维生素类和氨基酸等营养物质流失[17]。冻干技术所制得的冻干果蔬片能有效保留果蔬的维生素、膳食纤维等营养成分，并且具有携带便捷、安全卫生和口感爽脆的特点[18]。赵艳雪等[19]研究了山楂切片在不同厚度下的干燥效果，为山楂冷冻工艺提供了理论根据和指导。

2.2.3 冻干果蔬酸奶块

传统方法所制成的果蔬酸奶制品不能加热，否则会杀死所含的大量益生菌，不仅影响制品原有的口感，还会降低其营养价值和保健功能。陈晓丹[20]研究发现，利用冻干技术，能使果蔬酸奶制品中的益生菌保持活性，有利于人体吸收，推广价值极高。溶豆是一种将酸奶、果蔬、奶粉等原料混合，通过真空冷冻干燥等技术制成的新型食品。冻干果蔬酸奶块与酸奶溶豆具有相似的配方，具有湿润易分散的特征，可锻炼婴幼儿的口腔咀嚼能力，使宝宝从食用流质食品向食用固态食品过渡[21]。所以冻干果蔬酸奶块不仅能作为休闲零食，也能作为婴幼儿辅食，如三只松鼠冻干酸奶块、家乐氏冻干酸奶果粒水果麦片等。刘昀等[22]通过冻干技术研发了天然彩色酸奶溶豆，充分利用了果蔬和酸奶中的营养物质，为溶豆类婴幼儿食品的发展提供了新的方向。

2.3 冻干果蔬产品的特点

2.3.1 营养流失少，感官性状变化小

真空冷冻干燥技术运用了低温升华水分的工艺，使得果蔬这类热敏性食物在加工过程中始终保持干燥和低温，不仅能减少果蔬中营养元素的流失，还能保留果蔬天然的色泽、香气和风味物质，满足果蔬类产品的加工要求[14]。

2.3.2 复水性好，适配度高

据研究，相较于热风干燥和微波干燥等工艺，真空冷冻干燥工艺能使物料内部形成多孔的海绵状，从而赋予了冻干果蔬独特的复水性，并且将冻干果蔬制成粉状后，其溶解性好、速溶性强[23]。冻干果蔬具有较强的结合能力，适配度高，几乎能应用到食品加工的各个领域。该特点可提高产品的营养成分，改善产品的色泽和风味，充分利用果蔬的营养价值。

2.3.3 保质期长，运输便捷

真空冷冻干燥技术能干燥食物中95%以上的水分，微生物的生长和酶的作用均会受到抑制，使得食品能在无添加剂的条件下，拥有较长的保质期且不易腐败变质[24]。由于水分的升华，果蔬的体积减小，可以进行统一包装，运输便捷。此技术能减少果蔬因保鲜期短和运输难度高等带来的经济损失[25]。

3 结语

在我国，真空冷冻干燥技术属于新兴工业。冻干食品作为新兴产品，正逐渐被人们接受和喜爱。将真空冷冻干燥技术应用在果蔬深加工中，在提高产品附加值的同时，还能带动我国的农业发展，缓解我国农产品加工转化率低、综合利用程度较差等问题。随着冻干技术的快速发展，冻干技术在食品、医学行业有着重要的应用，具有可观的发展前景。但是，经过几十年的发展，该技术仍存在不少待解决的问题[26]。真空冷冻干燥技术的缺点是成本高，国内应着力研发一款低成本、高效益的冻干机，发展流水线式的真空干燥技术，通过提高干燥产量，从而降低成本，提高生产效益，加快我国冻干技术的发展。

4 展望

自热、代食代餐食品因其携带方便性和营养丰富性被行业视为新风口。如今，餐饮行业必须为自己储备多个利润增长点，多元化的产品研发更有助于加固行业的经济收益[27]。当然，代餐市场的崛起离不开“颜值经济”的推动，其中新生代的消费者贡献不菲。消费者对身材管理、颜值管理、健康管理的诉求是代餐市场崛起的底层逻辑，同时也决定了其具有广阔的发展前景[28]。

目前，市场上的冻干果蔬产品虽然屡见不鲜，但是缺乏自主品牌，在技术创新上缺乏基础研究和资金投入，成为我国生产冻干食品的短板。能否利用丰富的原料优势与冻干技术进行高效结合，优化升级产业链，提高产品性价比，是目前冻干果蔬产品的发展趋势之一[29]。此外，多元发展也是冻干果蔬的发展趋势之一，利用冻干果蔬与烘焙等热品类相结合，以“水果+”的新型概念为冻干市场推出更多新兴食品[30]。同时，真空冷冻干燥技术与其他干燥技术的联合是未来产品技术优化的必经之路。通过技术的联合，可以弥补单一冻干技术能耗高的缺点，获得高品质干燥食品。