真空冷凍干燥技術(shù)在果蔬中的應用與發(fā)展

王 濤

（新疆黑果枸杞生物科技有限公司，新疆庫爾勒 841005）

中國是世界果蔬生產(chǎn)大國，蘋果產(chǎn)量達1 700 多萬t，居世界第一位，柑橘產(chǎn)量為1 000 萬t，位居世界第三，但我國人均占有量僅為發(fā)達國家的七分之一。我國的果蔬主要以鮮食為主，據(jù)統(tǒng)計，近年來，我國果蔬的加工量不足10%，而發(fā)達國家的果蔬加工量達到了70%以上。真空冷凍果蔬干燥是果蔬加工的主要方法之一，通過干燥來降低果蔬的水分含量，所得干制產(chǎn)品便于貯藏和運輸，對特色農(nóng)產(chǎn)品尤為適用。隨著果蔬產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，果蔬干燥越來越受關注，真空干燥技術(shù)的推廣力度逐漸加大。

當前，食品加工技術(shù)的一個重要發(fā)展趨勢是最大限度地保持食品的營養(yǎng)和物理特性，而干燥工藝和設備的選擇對干制品的營養(yǎng)色、香、味和形有很大影響。真空冷凍干燥技術(shù)是將冷凍技術(shù)結(jié)合起來的一種綜合性技術(shù)，亦稱真空冷凍升華干燥技術(shù)，是干燥技術(shù)領域中科技含量高、應用廣的一種技術(shù)。真空冷凍干燥是先將物料凍結(jié)到共晶點溫度以下，使水分變成固態(tài)的冰，然后在適當?shù)恼婵斩认拢贡苯由A為水蒸氣，再用真空系統(tǒng)中的水汽凝結(jié)器（捕水器）將水蒸氣冷凝，從而獲得干燥制品[1]。經(jīng)過真空冷凍干燥制取的蔬菜，其物理、化學成分和生物狀態(tài)均保持不變，物質(zhì)中的營養(yǎng)成分損失很小，結(jié)構(gòu)多呈孔狀，體積和干燥前基本相同，具有理想的速溶性和快速復水性。在該項技術(shù)中，凍干工藝最為關鍵；而凍干機又是凍干工藝中最為關鍵的核心設備，因此做好凍干制品的關鍵集中體現(xiàn)在凍干工藝和凍干機設備。本文主要介紹了真空冷凍干燥的技術(shù)原理、特點及凍干工藝的流程，綜述了果蔬凍干的生產(chǎn)工藝以及要點、國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及其在果蔬加工方面的應用。

1 真空冷凍干燥技術(shù)原理與裝備

1.1 真空冷凍干燥技術(shù)的原理及特點

1.1.1 原理

水有三種相態(tài)，即固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)，三種相態(tài)之間既可以相互轉(zhuǎn)換又可以共存[2]。真空冷凍干燥是把新鮮的食品如蔬菜、肉類、水產(chǎn)品等預先快速凍結(jié)，并在真空狀態(tài)下，將食品中的水分從固態(tài)升華成氣態(tài)，再由解析干燥除去部分結(jié)合水，從而達到低溫脫水干燥的目的。凍干食品不僅保持了食品的色、香、味、形，而且最大限度地保存了食品中的維生素、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分。凍干食品具有良好的復水性，食用時只要將該食品加水即可在幾分鐘內(nèi)復原[3]。

1.1.2 特點

（1）營養(yǎng)物質(zhì)保持率高

由于食品是在低溫、低氧、避光的環(huán)境中加工而成的，因此，無論是碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)還是維生素等物質(zhì)的，損耗都較小，特別是熱敏性物質(zhì)相比于其他干燥方式，損失較小。

（2）物料狀態(tài)穩(wěn)定

食品中的水分是由冰轉(zhuǎn)變?yōu)樗羝鶕?jù)平衡原理，供給冰結(jié)晶升華的熱量，只能使冰升華，不會導致物料溫度升高，所以，食品不會發(fā)生干縮和干裂現(xiàn)象。另外，食品中的水分在干燥之前，已凍結(jié)成冰晶，溶于水中的無機鹽被均勻地分配在食品中。當冰晶升華時，無機鹽不會隨水蒸汽而帶到食品表面，所以，冷凍干燥不會產(chǎn)生“表面硬化”現(xiàn)象。

（3）色澤穩(wěn)定

在凍結(jié)過程中，食品的溫度非常低，酶的活性很小，并且又在高真空狀態(tài)下干燥，即氧氣的含量極低。凍結(jié)干燥的產(chǎn)品，產(chǎn)生酶促褐變和非酶促褐變的程度都很低。所以，凍結(jié)干燥的食品，幾乎保持了原來的色澤。

（4）風味穩(wěn)定

每一種食品都有其獨特的風味，良好的風味是構(gòu)成質(zhì)量的重要因素之一。冷凍干燥，因干燥溫度很低，風味物質(zhì)損失少，基本保持了原產(chǎn)品的風味。如冷凍干燥的韭菜、香菜，復水后具有韭菜、香菜的風味，而熱力干燥的韭菜、香菜，復水后風味很淡。

（5）復水性極佳

冷凍干燥食品的多孔性是由于在干燥時，食品的形態(tài)固定不變，冰升華后留下的孔隙造成的。這樣結(jié)構(gòu)是海綿狀多孔結(jié)構(gòu)，孔多、且分布均勻，并無堵塞，復水性好，可以在幾秒鐘之內(nèi)恢復到凍干前狀態(tài)。

（6）方便運輸

凍干食品應進行真空包裝或真空充惰氣包裝，凍干食品可以在常溫下長期貯藏，不需要復雜的冷鏈，且質(zhì)量小，便于運輸[3]。

2 真空冷凍干燥的工藝流程及操作要點

2.1 真空冷凍干燥的工藝流程

原料→預處理（品選→清洗→切分）→預凍→速凍→真空冷凍干燥→包裝

2.2 真空冷凍干燥的操作要點

2.2.1 預處理

預處理的目的是保證原料優(yōu)質(zhì)以及利于凍干與貯藏。對于固態(tài)食品，應進行清洗、篩分、漂燙、切分；漂燙是鈍化酶活性的最有效方法，同時漂燙也能除去部分水，以減少干燥負荷；切分利于包裝、食用，同時切分尺寸及切口方位也會影響凍干速率。對于液態(tài)食品，應進行滅菌與濃縮，濃縮利用真空或凍結(jié)方法進行，濃縮程度合理與否，將直接影響凍干速率及生產(chǎn)效率。

2.2.2 預凍

物料首先要預凍，再抽真空。這是因為物料內(nèi)部含有大量的水分，若先抽真空，會使溶解在水中的氣體因外界壓力降低而很快逸出，形成氣泡，造成“沸騰”狀態(tài)。水分蒸發(fā)時又吸收自身熱量而結(jié)成冰，冰再汽化，則產(chǎn)品發(fā)泡氣鼓，內(nèi)部形成較多氣孔。預凍的溫度應選擇低于物料共熔點5 ℃左右的。因隔板的溫度有所不同，需要有充分的預凍時間，從低于共熔點溫度算起，預凍時間約2 h 左右。預凍的速度控制在每分鐘下降1～4 ℃為宜，降溫速度過快或過慢都會影響產(chǎn)品質(zhì)量，不同的物料的預凍速度應由試驗確定。

2.2.3 速凍

物料在進入干燥室前應預凍至共晶點溫度以下。所謂共晶點，是指物料中水分完全凍結(jié)成冰晶時的溫度。在升華過程中，物料溫度應維持在低于而又接近共融點。所謂共融點是指完全凍結(jié)的物料在加熱過程中冰晶開始融化的溫度。物料的共晶點和共融點用DSC 測定[4]。物料中加入溶劑會使共晶點和共融點降低，所以一般的預凍溫度要比共晶點低5～10 ℃。凍結(jié)速度是指物料凍結(jié)時單位時間內(nèi)溫度下降的程度。凍結(jié)速度對凍干制品的質(zhì)量和升華速率均有影響。凍結(jié)速度不同，物料內(nèi)形成的冰晶大小也不同。凍結(jié)速度越快，形成的冰晶越小，升華時水汽逸出的通道就越小，升華干燥的速度就越慢，凍干周期就越長，降低了設備效率；但如果凍結(jié)速度太慢，形成的冰晶過大，則會造成物料中細胞壁受損，使有機物外溢，造成產(chǎn)品質(zhì)量下降，因此必須選擇適當?shù)膬鼋Y(jié)速度[5-6]。

2.2.4 真空干燥

真空凍干的干燥階段通常分為兩段，即升華干燥段與解吸干燥段。升華干燥是凍干過程的主體，以冰晶不融化為前提，可以除去所有的冰晶體（物料中的自由水），除去水分約占總含水量的80%～90%。解吸干燥以物料不過熱變質(zhì)為前提，可以除去物料固形物的物理、化學吸附水，這部分水分約占總含水量的10%；為了獲得理想的最終水分，此過程中凍干室的壓強更低一些，以保證脫除與固體結(jié)合較強的吸附水。至此，物料中的水分含量已達到干燥要求，完成物料的凍干。

2.2.5 包裝

凍干食品的包裝很關鍵。由于凍干食品是在低溫低壓條件下加工的，得到的凍干食品組織呈多孔狀，總表面積比原來明顯擴大，與水分和氧氣的接觸機會大大增加，所以要在真空條件下或在充滿干燥惰性氣體的密封包裝袋中保存；為保持干燥食品含水量在5%以下，包裝袋內(nèi)應放入干燥劑以吸附微量水分。包裝材料的選擇應以透氣性差、強度高、顏色深為好。包裝完畢后抽真空封口，以利于長期貯存[7-8]。當需要粉碎與分包裝時，也應在充溢氮氣的環(huán)境中、相對濕度低于40%、溫度低于25 ℃的條件下進行。

3 真空冷凍干燥技術(shù)在果蔬中的應用

3.1 果蔬調(diào)味包

高檔次的方便碗面、方便米飯、方便米粉等的調(diào)味包中，由于添加了色、香、味俱全，復水性極佳的凍干產(chǎn)品（為真空冷凍脫水肉類、海鮮、蔬菜等），使其身價倍增，銷路較好。常見的脫水蔬菜類有FD 蘑菇、蔥、蒜、青豆、玉米、菠菜、荷蘭豆、西紅柿、草莓、秋葵、胡蘿卜、圣女果、蘋果片等。

3.2 果蔬脆片

果蔬的結(jié)構(gòu)形態(tài)和成分決定了冷凍干燥加工的難易度。一般是物料尺寸越小、結(jié)構(gòu)越均一，物料加工處理越容易。因為這樣的物料外表面積大，受熱和冷卻均勻，冷凍干燥時間短且易控制。隨著食品科研工作者的不斷努力，相繼確定了一些果蔬的真空冷凍干燥工藝參數(shù)。如利用真空冷凍干燥技術(shù)加工凍干梨棗片，能最大限度地保持原果的風味、形態(tài)、色澤，且真空冷凍干燥時間短，生產(chǎn)成本低，提高了梨棗真空冷凍干燥加工的工業(yè)化生產(chǎn)水平。

3.3 顆粒蔬菜

蔬菜是人類飲食中的一大營養(yǎng)寶庫。日本東洋FD食物株式會社于20 世紀90 年代找到一種不同平常的吃菜方法。該方法是將油菜、菠菜、芹菜、蘿卜葉、豌豆、胡蘿卜、南瓜、雪里紅等8 種蔬菜混合，真空冷凍干燥后制成顆粒蔬菜。這種含豐富的葉綠素、胡蘿卜素、維生素和礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分的蔬菜，不但營養(yǎng)豐碩、味道鮮美，而且非常適合于斷奶伊始的嬰兒、不喜歡吃蔬菜的兒童、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運動員等特殊人群。現(xiàn)在，顆粒蔬菜在日本已成為大眾日常消費品。

3.4 粉末蔬菜

在歐、美、日市場上，日漸流行一種新的蔬菜加工方法，即用真空冷凍干燥技術(shù)加工圓蔥、白菜、菠菜、胡蘿卜、南瓜等多種粉末蔬菜。將粉末蔬菜加入面粉或食糖中，制成蔬菜面條、餅干、糕點和糖果、飲料等，能保持蔬菜中的營養(yǎng)成分、纖維素等。幾乎所有的食品原料，果蔬、肉禽、蛋、水產(chǎn)品等都可進行真空冷凍干燥加工，但真空冷凍干燥設備比較昂貴，加工中能耗較大，一般生產(chǎn)成本較高，但從產(chǎn)品流通的總成本、銷售價格以及冷凍干燥法所獨有的優(yōu)點來看，凍干食品在實際生產(chǎn)中具有很高的應用價值[9]。

4 小結(jié)

目前真空冷凍干燥技術(shù)在加工工藝上仍然處于發(fā)展中的狀態(tài)，很多果蔬的加工工藝尚不成熟。真空冷凍干燥技術(shù)的主要缺點是成本高。由于該技術(shù)需要真空和低溫條件，所以真空冷凍干燥機要配置一套真空系統(tǒng)和低溫系統(tǒng)，投資費用和運轉(zhuǎn)費用都比較高；相比烘干機、真空干燥設備等，真空冷凍干燥機價格要高。未來真空干燥技術(shù)的研究方向主要涉及以下幾點：一是發(fā)展流水線式的真空干燥設備，增加干燥的產(chǎn)量，降低成本，提高生產(chǎn)效益；二是目前國內(nèi)的凍干機設備從數(shù)量、品質(zhì)上都不能滿足社會發(fā)展的需求，應加大研發(fā)力度，研發(fā)出低成本、高效益的機器；三是開發(fā)真空干燥設備與其他設備的聯(lián)結(jié)、形成產(chǎn)業(yè)多元化。