微波冷凍干燥技術(shù)與應(yīng)用

◎ 牟婧婧

（青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810016）

1 微波冷凍的原理

冷凍干燥技術(shù)可以保持或極大程度避免破壞被干燥物料的生物活性、營(yíng)養(yǎng)成分及原有性狀，己在食品工業(yè)中廣泛應(yīng)用。但是由于常規(guī)傳熱過(guò)程的傳質(zhì)傳熱速率低、能耗較大、干燥時(shí)間較長(zhǎng)，從而限制了冷凍干燥技術(shù)的進(jìn)一步推廣[1-2]。而微波加熱的冷凍干燥技術(shù)克服了以上缺點(diǎn)，在冰點(diǎn)以下將含水物質(zhì)進(jìn)行凍結(jié)并在真空及共晶溫度之下實(shí)行升華干燥，通過(guò)微波向凍結(jié)成固態(tài)的待干燥物料提供相應(yīng)的升華潛熱，進(jìn)而去除含水物料中的水分。

微波電磁場(chǎng)中，由微波產(chǎn)生能量使物料成為體熱源，且物料傳熱方向與蒸汽移動(dòng)方向一致，是物料加熱干燥中最理想的狀態(tài)，所以微波加熱干燥的效率要比常規(guī)加熱干燥效率大。微波通過(guò)對(duì)食品中各種成分的粒子的作用，使物料表面和內(nèi)部同時(shí)加熱，無(wú)高溫?zé)嵩矗軌蚩朔鹘y(tǒng)的加熱方式中的熱傳導(dǎo)的缺陷。因而利用微波作為冷凍干燥的熱源可以提高干燥速率，減少干燥時(shí)間。

2 微波冷凍技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 優(yōu)點(diǎn)分析

微波冷凍干燥與傳統(tǒng)的熱傳導(dǎo)和輻射傳熱的干燥方式相比具有加熱效率大、干燥時(shí)間短、能量損耗少、易于控制和可改善待干燥產(chǎn)品的品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)可以提高干燥效率，減少設(shè)備的占用空間，降低能量消耗，降低物料的表面溫度，避免物料表面形成干硬膜等。

微波冷凍干燥最大的特點(diǎn)是可對(duì)物料整體進(jìn)行加熱，即在微波場(chǎng)中物料受到微波作用使微粒相互摩擦產(chǎn)生熱量，實(shí)現(xiàn)從內(nèi)到外物料溫度的整體升高，且干燥較為均勻。微波干燥不但減小了傳熱阻力，使物料中水分的移動(dòng)方向與溫度梯度方向相同，從而減小了傳質(zhì)阻力，提升干燥速率，避免物料在干燥過(guò)程中皺縮，保持復(fù)水性。

2.2 缺點(diǎn)分析

微波冷凍干燥設(shè)備成本高、良品率較低，并且在真空狀態(tài)下微波發(fā)生器可能發(fā)生放電現(xiàn)象，使微波冷凍干燥應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的難度較大。另外，由于采用微波冷凍干燥技術(shù)生產(chǎn)的部分產(chǎn)品（如雙孢菇干制品[3]）很難達(dá)到冷凍生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量要求，需要對(duì)相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行綜合品質(zhì)控制。

3 微波冷凍技術(shù)在食品行業(yè)的應(yīng)用

3.1 在果蔬制品脫水加工中的應(yīng)用

脫水果蔬具有質(zhì)量小、水分含量低、貯藏期長(zhǎng)、無(wú)需冷鏈等優(yōu)點(diǎn)，可以有效平衡果蔬的季節(jié)性供應(yīng)，提高果蔬材料的利用率，其利潤(rùn)明顯高于其他類型的果蔬。近幾年，我國(guó)脫水果蔬出口產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，研究表明，在世界脫水蔬菜出口量上，我國(guó)脫水蔬菜的出口量約占2/3[4]。然而整體來(lái)看，我國(guó)脫水果蔬產(chǎn)業(yè)的技術(shù)相對(duì)落后，其中有90%的相關(guān)產(chǎn)業(yè)使用熱風(fēng)干燥，采用此方法加工生產(chǎn)的產(chǎn)品品質(zhì)低、附加值小、經(jīng)濟(jì)效益差。冷凍干燥技術(shù)作為國(guó)際公認(rèn)的優(yōu)質(zhì)脫水食品加工技術(shù)，生產(chǎn)出來(lái)的凍干果蔬附加值高，在國(guó)際市場(chǎng)上的價(jià)格為采用熱風(fēng)干燥方法生產(chǎn)的脫水果蔬的4 ～6 倍[1]。但是冷凍干燥的干燥時(shí)間長(zhǎng)、能耗大、成本高等問(wèn)，一些生產(chǎn)廠家寧愿選擇保守落后的熱風(fēng)干燥技術(shù)。微波冷凍干燥技術(shù)一定程度上減輕了上述問(wèn)題，優(yōu)化了果蔬的干制加工技術(shù)，保障產(chǎn)品質(zhì)量。

3.2 在果蔬重組產(chǎn)品中的應(yīng)用

重組是將食品的組織粉碎或打漿后用模具將其重新合成的過(guò)程。和新鮮果蔬不同，重組可以減少或避免原料的缺陷，提高原料利用率，還可以生產(chǎn)加工出不同口味和形狀的產(chǎn)品。目前，有學(xué)者已經(jīng)對(duì)重組技術(shù)和微波冷凍干燥技術(shù)進(jìn)行了研究，如Huang L 等對(duì)比了采用4 種不同的干燥方式（微波凍干，凍干，真空微波及真空干燥技術(shù)）加工土豆/蘋果重組脆片的干燥特性，結(jié)果表明微波干燥技術(shù)不僅可以生產(chǎn)出品質(zhì)較高的產(chǎn)品，還能明顯提升干燥效率[5]。Zhang F 等就甘藍(lán)重組脆片在不同干燥方式進(jìn)行了對(duì)比，證明增大微波強(qiáng)度或干燥溫度能夠顯著減少干燥時(shí)間，但是會(huì)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)地造成不良影響[6]。

4 展望

綜上所述，當(dāng)前關(guān)于微波冷凍干燥技術(shù)的理論和試驗(yàn)研究均證明該技術(shù)相對(duì)冷凍干燥技術(shù)有明顯優(yōu)勢(shì)，然而由于微波冷凍干燥所經(jīng)歷的過(guò)程比普通凍干流程復(fù)雜，所以從Copson 初次嘗試微波冷凍干燥試驗(yàn)[7]直到現(xiàn)在，對(duì)微波冷凍干燥技術(shù)的研究仍然聚焦于傳熱傳質(zhì)的基礎(chǔ)理論層次，而實(shí)際生產(chǎn)工藝及具體產(chǎn)品的研究很少，國(guó)內(nèi)外的研究人員對(duì)該技術(shù)的研究也相對(duì)較少。微波冷凍干燥技術(shù)要在實(shí)際的生產(chǎn)活動(dòng)中應(yīng)用，必需結(jié)合具體物料，開展大量的試驗(yàn)研究，解決微波冷凍干燥過(guò)程中的各種問(wèn)題。