真空冷凍干燥技術在果蔬加工中的應用

張宗銳，劉運怡，陳小芹，吳 慧

（廣州工商學院，廣東廣州 510850）

1 真空冷凍干燥技術概況

1.1 真空冷凍干燥技術的起源

真空冷凍干燥技術起源于19世紀初期，由英國人Wollaston發現。20世紀初期，Shsckell成功將該低溫技術直接應用于毒素、菌種制劑及其他一些生物制品，取得了較好的應用成果。1939—1945年，對動物血液產品的需求量急劇增多極大地促進動物冷凍和干燥等技術事業向前發展，從此冷凍干燥技術全面進入大規模工業化應用生產階段。據了解，我國于20世紀60年代開始正式對果蔬、肉類等食物進行研究，并設計研發了脫水的凍干機設備[1]。 二十世紀八九十年代，隨著科學技術的進步和人們對健康生活的追求，凍干技術為生物醫藥領域和保健食品領域的發展提供了強大的市場空間，在一定程度上推動了我國的經濟發展[2]。

1.2 真空冷凍干燥技術的原理

真空冷凍干燥是把處理好的食品進行預冷凍，并在真空狀態下，將食品中的水分從固態升華為氣態，再通過解析干燥除去部分結合水，從而達到低溫脫水干燥的目的[3]。溫度是影響真空冷凍干燥效果的關鍵因素。因此，嚴格控制加工溫度是確保食品加工質量的重要步驟，尤其是在食品凍干過程中，需要將溫度嚴格控制在-40～-55 ℃。同時，還要確保整個加工過程都處于高度真空的狀態，這樣才能保證食物結構在冷凍干燥過程中不被破壞，且能最大限度地保留食品的營養物質。另外，經真空冷凍干燥技術加工后的食品具有較好的復水性，在吸收水分后，能較好地恢復其原來的理化性質。

1.3 真空冷凍干燥產品的特點

真空冷凍干燥技術可用來加工和長期保存生物材料，如微生物培養、酶、血液與藥品。凍干產品除能長期保存、穩定性好以外，還保留了其固有的生物活性。真空冷凍干燥產品都具有以下特點。①在低溫下干燥，物質中的揮發性成分損失較小，適用于化學產品、含揮發油的中藥干燥。很多臨床治療效果較好的中藥注射劑因其制劑不穩定而在臨床應用中受到限制，且給儲藏和運輸帶來不便。而應用冷凍干燥技術將其制成凍干粉針后，穩定性大大增強，所得產品質地疏松。②凍干食品具有疏松多孔層。由于物料在升華脫水以前先經凍結，形成穩定的固體骨架，所以水分升華后，固體骨架基本保持不變，干制品不失原有的固體結構，保持著原來的形狀，且多孔結構的制品具有理想的速溶性和快速復水性。③由于物料中水分在預凍以后以冰晶的形態存在，原來溶于水中的無機鹽類的溶解物質被均勻地分配在物料中。升華時，溶于水的溶解物質在物料內部被析出，避免了一般干燥法中因物料內部水分向表面遷移，所攜帶的無機鹽在表面析出而造成表面硬化的現象。④冷凍干燥技術雖然先進，但在實際應用中尚存在干燥速率低、時間長、能耗高和設備投資大等缺點[4]。

1.4 真空冷凍干燥技術的應用現狀

1.4.1 真空冷凍干燥技術在食品領域的應用

隨著互聯網的高速發展，食品行業進入電商領域，許多食品企業抓住了發展契機，食品種類層出不窮。其中的凍干類食品受到了廣大消費者的青睞，涉及的食品領域也呈現多樣化的發展趨勢，如休閑小吃食品、航空航天食品[5]、嬰幼兒食品、寵物零食[6]等。目前，凍干技術在食品中的運用正處于研發和品質提升階段。張彤等[7]利用COMSOL軟件模擬火龍果片在真空冷凍干燥過程中的內部變化，進一步提高了火龍果凍干制品的品質。陳卓輝等[8]通過篩選試驗，開發并研究了草莓-柑橘等重組凍干制品，為凍干食品行業的發展提供了新的開發方向。

1.4.2 真空冷凍干燥技術在醫藥領域的應用

據了解，凍干技術能高效保留藥品原材料的生物活性、提高藥品的貯藏期，對促進生物制藥的發展具有長遠意義。李仲藝[9]認為凍干技術能降低制藥和運輸成本，有效避免藥品原料受到污染，提高藥品質量。郭俊俊等[10]在研究連翹的凍干工藝中，成功獲得了能保留連翹活性成分的最佳工藝參數，進一步提高了凍干技術的利用效率。

1.4.3 真空冷凍干燥技術在其他領域的應用

凍干技術在其他領域也發揮了重要作用，如利用凍干技術能保留物料內部結構的性質，并將其運用到納米材料的研發中。高小慧等[11]在對納米結構高氯酸銨的研究中，利用真空冷凍干燥等技術制備出了納米級AP，豐富了我國在細化AP制備技術的研究，也為凍干技術在納米材料中的運用提供了參考。另外，凍干技術為護膚產品也提供了新的研發方向。張海云等[12]利用凍干技術提取重瓣紅玫瑰中的細胞液并進行對比分析，發現與普遍使用的亞真空低溫烘干工藝相比，凍干技術提取的細胞液質量更好。

2 真空冷凍干燥技術在果蔬加工中的應用

2.1 果蔬的現狀

中國是果蔬生產和消費大國，近年來我國果蔬的生產和消費均呈現穩中有增的趨勢。果蔬具有含水量高，生產代謝旺盛，易腐敗，不易儲存等特點。官方統計，中國果蔬年損率1億多t，經濟損失達750億元。隨著科技的不斷發展，果蔬加工技術層出不窮，越來越多的果蔬加工產品涌入市場。但由于我國缺乏自主研發的核心技術和先進的設施設備，以及存在果蔬速凍加工技術不足、保鮮技術不成熟和加工規模小等問題，使得我國果蔬總體加工技術和設施設備制造水平相對較低[13]。

2.2 真空冷凍干燥技術在果蔬中的應用

2.2.1 凍干果蔬粉

在發達國家市場上，流行一種新的果蔬加工方法，即利用凍干技術將果蔬制成干燥粉狀，并將凍干果蔬粉與其他食品結合，進行二次加工，從而提高食品的營養成分[14]。例如，將凍干果蔬粉與面粉結合，制成高纖維果蔬餅干、果蔬營養面條等，極好地利用了果蔬中的營養物質，提高了產品的商業價值[15]。劉璇[16]利用凍干技術開發出凍干河套蜜瓜粉，為當地的蜜瓜產業提供了技術支持。

2.2.2 凍干果蔬片

熱風干燥等傳統干燥方法所制得的果蔬片因過高的溫度或較長的干燥時間而發生劣變或降解，造成酚類物質、維生素類和氨基酸等營養物質流失[17]。凍干技術所制得的凍干果蔬片能有效保留果蔬的維生素、膳食纖維等營養成分，并且具有攜帶便捷、安全衛生和口感爽脆的特點[18]。趙艷雪等[19]研究了山楂切片在不同厚度下的干燥效果，為山楂冷凍工藝提供了理論根據和指導。

2.2.3 凍干果蔬酸奶塊

傳統方法所制成的果蔬酸奶制品不能加熱，否則會殺死所含的大量益生菌，不僅影響制品原有的口感，還會降低其營養價值和保健功能。陳曉丹[20]研究發現，利用凍干技術，能使果蔬酸奶制品中的益生菌保持活性，有利于人體吸收，推廣價值極高。溶豆是一種將酸奶、果蔬、奶粉等原料混合，通過真空冷凍干燥等技術制成的新型食品。凍干果蔬酸奶塊與酸奶溶豆具有相似的配方，具有濕潤易分散的特征，可鍛煉嬰幼兒的口腔咀嚼能力，使寶寶從食用流質食品向食用固態食品過渡[21]。所以凍干果蔬酸奶塊不僅能作為休閑零食，也能作為嬰幼兒輔食，如三只松鼠凍干酸奶塊、家樂氏凍干酸奶果粒水果麥片等。劉昀等[22]通過凍干技術研發了天然彩色酸奶溶豆，充分利用了果蔬和酸奶中的營養物質，為溶豆類嬰幼兒食品的發展提供了新的方向。

2.3 凍干果蔬產品的特點

2.3.1 營養流失少，感官性狀變化小

真空冷凍干燥技術運用了低溫升華水分的工藝，使得果蔬這類熱敏性食物在加工過程中始終保持干燥和低溫，不僅能減少果蔬中營養元素的流失，還能保留果蔬天然的色澤、香氣和風味物質，滿足果蔬類產品的加工要求[14]。

2.3.2 復水性好，適配度高

據研究，相較于熱風干燥和微波干燥等工藝，真空冷凍干燥工藝能使物料內部形成多孔的海綿狀，從而賦予了凍干果蔬獨特的復水性，并且將凍干果蔬制成粉狀后，其溶解性好、速溶性強[23]。凍干果蔬具有較強的結合能力，適配度高，幾乎能應用到食品加工的各個領域。該特點可提高產品的營養成分，改善產品的色澤和風味，充分利用果蔬的營養價值。

2.3.3 保質期長，運輸便捷

真空冷凍干燥技術能干燥食物中95%以上的水分，微生物的生長和酶的作用均會受到抑制，使得食品能在無添加劑的條件下，擁有較長的保質期且不易腐敗變質[24]。由于水分的升華，果蔬的體積減小，可以進行統一包裝，運輸便捷。此技術能減少果蔬因保鮮期短和運輸難度高等帶來的經濟損失[25]。

3 結語

在我國，真空冷凍干燥技術屬于新興工業。凍干食品作為新興產品，正逐漸被人們接受和喜愛。將真空冷凍干燥技術應用在果蔬深加工中，在提高產品附加值的同時，還能帶動我國的農業發展，緩解我國農產品加工轉化率低、綜合利用程度較差等問題。隨著凍干技術的快速發展，凍干技術在食品、醫學行業有著重要的應用，具有可觀的發展前景。但是，經過幾十年的發展，該技術仍存在不少待解決的問題[26]。真空冷凍干燥技術的缺點是成本高，國內應著力研發一款低成本、高效益的凍干機，發展流水線式的真空干燥技術，通過提高干燥產量，從而降低成本，提高生產效益，加快我國凍干技術的發展。

4 展望

自熱、代食代餐食品因其攜帶方便性和營養豐富性被行業視為新風口。如今，餐飲行業必須為自己儲備多個利潤增長點，多元化的產品研發更有助于加固行業的經濟收益[27]。當然，代餐市場的崛起離不開“顏值經濟”的推動，其中新生代的消費者貢獻不菲。消費者對身材管理、顏值管理、健康管理的訴求是代餐市場崛起的底層邏輯，同時也決定了其具有廣闊的發展前景[28]。

目前，市場上的凍干果蔬產品雖然屢見不鮮，但是缺乏自主品牌，在技術創新上缺乏基礎研究和資金投入，成為我國生產凍干食品的短板。能否利用豐富的原料優勢與凍干技術進行高效結合，優化升級產業鏈，提高產品性價比，是目前凍干果蔬產品的發展趨勢之一[29]。此外，多元發展也是凍干果蔬的發展趨勢之一，利用凍干果蔬與烘焙等熱品類相結合，以“水果+”的新型概念為凍干市場推出更多新興食品[30]。同時，真空冷凍干燥技術與其他干燥技術的聯合是未來產品技術優化的必經之路。通過技術的聯合，可以彌補單一凍干技術能耗高的缺點，獲得高品質干燥食品。