食品真空冷凍干燥工藝及其強化研究

吳晶 徐天一

摘要：隨著經濟的不斷發展，各式各樣的休閑類零食越來越受到人們的青睞。作為食品加工中的重要方式，真空冷凍技術發揮了重要作用。本文對食品真空冷凍干燥工藝原理進行了分析，并且對食品真空冷凍干燥工藝技術作了進一步的強化研究，探討了真空冷凍干燥與其他干燥方式相結合是否可以提高食品的品質，實現資源和原材料低耗能、低浪費的目標。

關鍵詞：食品；真空冷凍干燥工藝；強化研究

引言

真空冷凍干燥食品簡稱為“凍干食品”或“FD食品”。它主要的特點就是能夠保存新鮮食品的色彩特點、香味以及形態，能夠最大限度地保存食品內部結構中的維生素族和蛋白質等營養成分，保障食用者的身體健康。真空冷凍干燥食品復水性好，可以在常溫的情況下保存相對較長的時間，因而廣泛地使用在方便食品、調理食品等方面。凍干食品的加工工藝過程復雜，且對產品質量及效率有著較高的標準。本文旨在分析食品真空冷凍干燥工藝原理，強化食品真空冷凍干燥工藝技術。

1. 真空冷凍干燥設備系統

真空冷凍干燥方法的應用需要配合制冷系統、真空系統、加熱干燥系統以及控制系統實現。各個步驟分別對食品進行有效處理，通過流程運作實現真空冷凍干燥加工。真空冷凍干燥設備系統為食品加工提供一個有利的環境，使冷凍干燥室和低溫冷凝室兩個系統始終保持較低溫度，并擁有相關物料冰晶能夠升華的熱量。使用低溫冷凝室時，需要進行封閉式的處理，能夠與真空泵、制冷劑以及熱交換器相互連接，從而吸收環境中的除霜熱量。真空系統、制冷系統、加熱系統以及控制系統都是真空冷凍干燥中的重要操作流程，做好相應的配置，才能實現加工技術的創新。

2. 食品真空冷凍干燥工藝過程

2.1 食品原料預處理

食品原料預處理主要是將原料進行揀選、沖洗、切塊分類、造型、蒸煮、殺菌、調配味道和添加食品穩定劑或防腐劑以及最后的裝盤等流程。這個過程主要是做好冷凍干燥的準備。為確保食品質量和對消費者負責，這個步驟是必要的。所以說，預處理對凍干制品的質量和品質影響頗深，要求企業必須嚴格根據工藝要求和流程進行操作。

2.2 冷凍干燥，即預凍過程、升華過程

對大型的食品真空冷凍干燥工藝的設備來說，大多都是先凍結好需要使用的物料后，再放入干燥倉內進行干燥。一般會使用慢凍的方式進行解凍，主要是因為在這個過程中物料內部凍結的速度慢，形成孔大且不斷的網狀冰晶，在升華后會產生連續網狀通道，為水蒸氣釋放減小阻力，使升華速度變快。然而，使用快速的方法，物料內部凍結生長速度加快后形成枝狀、不連續的球狀，水蒸汽只能依靠滲透方式進行升華，讓干燥時間變得越來越長。尤其要注意的是，物料凍結的最終溫度必須低于該物料的共晶點。

3. 食品真空冷凍干燥工藝的發展歷程

食品真空冷凍干燥工藝技術在歐洲、美國、日本等發達國家的發展也有幾十年了。這種技術在國際上有了很大的進步。目前，凍干食品在歐美國家和日本盛行，凍干系列食品所占的比重達到了40%。

因凍干類食品使用的是現代脫水技術，工藝精加工的方法使凍干食品形成了便利和保健、純天然于一身的高品質食品。傳統脫水技術帶來的色變、質變導致的流失等缺陷得到了解決，保持了原物料的形狀、色彩和味道不會被改變，具有復水性能強、無大量的損耗且質量輕、可常溫儲存運銷等優點。因此，食品真空冷凍干燥工藝生產出的商品在國際市場上的售價是傳統風干食品的4-6倍，也是速凍類型食品的七八倍，凍干食品正在慢慢成為國際貿易的主要方向。

我國山東等地區的少數食品企業也在進行小規模、小批量生產。加工的產品主要以凍干香蔥、大蒜、牛肉干、蘑菇和水產等為主，正在逐步成為日本、歐美等超級市場的熱門產品。

隨著我國凍干食品工業的起步，我國科技工作者成功地研制出的真空冷凍干燥設備，通過了相關組織專家的鑒定，填補了國內空白。大型真空冷凍干燥設備整機性能指標做到了同類產品的先進水平。經相關食品檢測中心檢測，該設備各項性能指標和制造產品的質量都能夠達到設計的標準。該設備脫水徹底，能夠分離物料中95%-98%的水分。以蒜為例，成品產品的含水率為5%以內，完全符合美國制定的脫水標準。該設備的各項指標符合企業的技術標準，也符合相關機構所規定的各項技術指標。因為該設備與食品接觸的特殊性，在設計的過程中采用了對人體健康有益的材質，完全符合相關法律法規的要求。

4. 食品真空冷凍干燥工藝的強化

真空條件操作是食品真空冷凍干燥工藝過程的要求。熱量從已具備傳遞熱量的干燥部分和凍結部分向表面傳遞。從傳遞熱量的角度來看，原料能夠加熱的部分向表面傳遞過程中產生的主要障礙是兩個層之間的障礙。特別是烘干部分的結構呈現出多孔且松垮的狀態，孔中氣體在真空的條件下導熱能力變小，成了傳遞熱量的主要障礙。從傳質的角度來看，水蒸汽從表面向外部環境傳遞時，遇到阻力是干燥部分的傳質障礙和水蒸汽排向通道的形狀、溫度和消除霜霧的方法。在冷凍操作中，傳遞熱量和傳遞質量的助推力是矛盾的。例如，升華表面的溫度高就可以加強傳質的過程，但對傳熱過程卻沒有益處。當傳質過程成為工藝過程的決定性時刻，要做到盡可能提高升華溫度才能加快冷凍干燥的運行。

4.1 高壓電場真空冷凍聯合干燥技術

高壓電場相關的干燥技術有設備成本投入低、干燥過程能夠保持物料溫度的特點，很大程度上留存了食物的營養成分。唯一缺點是后期的干燥速度比較慢。與傳統的干燥技術相比，將產品在高壓電場中進行預先處理，完全可以有效節約后續干燥時間。這提升了干燥速度，還增強了食物細胞的通透性。例如，對海參等水產品進行高壓電場真空冷凍聯合干燥技術時，先對海參進行3-5h的高壓電場干燥，再進行真空冷凍技術的處理。經過這種處理干燥后的海參在結構、復水率以及蛋白質含量上，明顯比單一干燥的產品要高很多。高壓電場真空冷凍聯合干燥技術還有節能的效用，在食品儲存中應用該技術不僅能夠提升海參的質量，還能降低其收縮率，解決了傳統干燥技術的缺點。

4.2 熱風真空冷凍聯合干燥技術

熱風真空干燥技術擁有成本低、產量高的特點。相關原理是通過空氣中的熱量將食物中水分進行蒸發，從而達到食品干燥的目的。

該技術也有一定的缺點，干燥的時間比較長，無法保障食物的質量。比如，用冷凍熱風聯合干燥技術對黃瓜和南瓜干燥后發現，相對于單一熱風冷凍干燥技術，聯合技術可減少食物中營養素流失。在確保食物質量的方面，冷凍熱風聯合干燥工藝也更勝一籌，不僅能夠降低產品的消耗，還能提高生產質量。經過相關學者的研究能夠證實，把腌制調味的菜進行真空冷凍20h后，再進行1h的熱風烘干，比單一冷凍方式顯得更加節能。對比研究即食蘑菇工藝時發現，在消耗能源更低的情況下，聯合干燥工藝生產出的產品品質比熱風干燥的產品品質更加有保障。對于低溫真空熱風聯合工藝來說，該技術還可以用來干燥茶類。

4.3 改變干燥室壓力，提高已干層的導熱性

在升華干燥的過程中，如果將加熱板的熱量迅速傳遞到升華表面，讓該界面的溫度接近又稍微低于共熔點，這樣的方法會使升華過程得到強化。己干層的導熱性能其實就是熱量是否能夠迅速傳遞到升華表面的主要因素。在常溫和常壓的情況下，氣體導熱性與壓力之間關系很小，但在壓力相當低的情況下，氣體稀薄會使導熱系數隨壓力的降低而降低。在操作中，想要強化己干層中的氣體導熱性能，對于提高干燥室壓力是有益處的。此外，氣體導熱性與氣體之間的擴散能力也密切相關，氣體擴散的能力強，就表明其導熱性能更好。

5. 結束語

凍干食品能夠在國際上備受青睞的主要原因是方便又不失營養，還能在各種場合使用。隨著科技的進步，食品真空冷凍干燥技術在食品工程中的運用會更加廣泛，在調味品、水產品以及果蔬類產品干燥中發揮著巨大作用。真空冷凍干燥技術具有一定的利用價值，可有效地保留揮發性物質的味道，是研究天然調味品的發展方向之一。真空冷凍干燥工藝是需要配合多個系統和環節才能夠掌握和使用的。企業應該遵循流程，進行預先處理后預凍，再速凍，最后進行升華干燥，包裝成加工品。其中在前處理的過程中主要是對食品進行清洗、切分及殺菌。先預凍、再真空的操作可以保證產品的質量，速凍后立即實行升華干燥，保證真空度能夠及時提供熱量。

作者簡介：

吳晶（1982.11-），男，漢族，江蘇無錫人，本科，講師，研究方向：中餐烹飪；

徐天一（1982.11-），男，漢族，江蘇無錫人，本科，高級技師，研究方向：餐飲企業經營管理。