真空冷凍干燥技術(shù)在果蔬中的應(yīng)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(dá)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(dá)國家的七分之一。我國的果蔬主要以鮮食為主，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來，我國果蔬的加工量不足10%，而發(fā)達(dá)國家的果蔬加工量達(dá)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(yùn)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(guān)注，真空干燥技術(shù)的推廣力度逐漸加大。

當(dāng)前，食品加工技術(shù)的一個(gè)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(shè)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(lǐng)域中科技含量高、應(yīng)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(diǎn)溫度以下，使水分變成固態(tài)的冰，然后在適當(dāng)?shù)恼婵斩认?，使冰直接升華為水蒸氣，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(xué)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(fù)水性。在該項(xiàng)技術(shù)中，凍干工藝最為關(guān)鍵；而凍干機(jī)又是凍干工藝中最為關(guān)鍵的核心設(shè)備，因此做好凍干制品的關(guān)鍵集中體現(xiàn)在凍干工藝和凍干機(jī)設(shè)備。本文主要介紹了真空冷凍干燥的技術(shù)原理、特點(diǎn)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(diǎn)、國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及其在果蔬加工方面的應(yīng)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(diǎn)

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(yù)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(dá)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(fù)水性，食用時(shí)只要將該食品加水即可在幾分鐘內(nèi)復(fù)原[3]。

1.1.2 特點(diǎn)

（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?，根?jù)平衡原理，供給冰結(jié)晶升華的熱量，只能使冰升華，不會(huì)導(dǎo)致物料溫度升高，所以，食品不會(huì)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(jī)鹽被均勻地分配在食品中。當(dāng)冰晶升華時(shí)，無機(jī)鹽不會(huì)隨水蒸汽而帶到食品表面，所以，冷凍干燥不會(huì)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(fēng)味穩(wěn)定

每一種食品都有其獨(dú)特的風(fēng)味，良好的風(fēng)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(fēng)味物質(zhì)損失少，基本保持了原產(chǎn)品的風(fēng)味。如冷凍干燥的韭菜、香菜，復(fù)水后具有韭菜、香菜的風(fēng)味，而熱力干燥的韭菜、香菜，復(fù)水后風(fēng)味很淡。

（5）復(fù)水性極佳

冷凍干燥食品的多孔性是由于在干燥時(shí)，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(fù)水性好，可以在幾秒鐘之內(nèi)恢復(fù)到凍干前狀態(tài)。

（6）方便運(yùn)輸

凍干食品應(yīng)進(jìn)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(fù)雜的冷鏈，且質(zhì)量小，便于運(yùn)輸[3]。

2 真空冷凍干燥的工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 真空冷凍干燥的工藝流程

原料→預(yù)處理（品選→清洗→切分）→預(yù)凍→速凍→真空冷凍干燥→包裝

2.2 真空冷凍干燥的操作要點(diǎn)

2.2.1 預(yù)處理

預(yù)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(yīng)進(jìn)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(shí)漂燙也能除去部分水，以減少干燥負(fù)荷；切分利于包裝、食用，同時(shí)切分尺寸及切口方位也會(huì)影響凍干速率。對于液態(tài)食品，應(yīng)進(jìn)行滅菌與濃縮，濃縮利用真空或凍結(jié)方法進(jìn)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(yù)凍

物料首先要預(yù)凍，再抽真空。這是因?yàn)槲锪蟽?nèi)部含有大量的水分，若先抽真空，會(huì)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(shí)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(yù)凍的溫度應(yīng)選擇低于物料共熔點(diǎn)5 ℃左右的。因隔板的溫度有所不同，需要有充分的預(yù)凍時(shí)間，從低于共熔點(diǎn)溫度算起，預(yù)凍時(shí)間約2 h 左右。預(yù)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(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，不同的物料的預(yù)凍速度應(yīng)由試驗(yàn)確定。

2.2.3 速凍

物料在進(jìn)入干燥室前應(yīng)預(yù)凍至共晶點(diǎn)溫度以下。所謂共晶點(diǎn)，是指物料中水分完全凍結(jié)成冰晶時(shí)的溫度。在升華過程中，物料溫度應(yīng)維持在低于而又接近共融點(diǎn)。所謂共融點(diǎn)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(diǎn)和共融點(diǎn)用DSC 測定[4]。物料中加入溶劑會(huì)使共晶點(diǎn)和共融點(diǎn)降低，所以一般的預(yù)凍溫度要比共晶點(diǎn)低5～10 ℃。凍結(jié)速度是指物料凍結(jié)時(shí)單位時(shí)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(shí)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(shè)備效率；但如果凍結(jié)速度太慢，形成的冰晶過大，則會(huì)造成物料中細(xì)胞壁受損，使有機(jī)物外溢，造成產(chǎn)品質(zhì)量下降，因此必須選擇適當(dāng)?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(xué)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(qiáng)更低一些，以保證脫除與固體結(jié)合較強(qiáng)的吸附水。至此，物料中的水分含量已達(dá)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(guān)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(kuò)大，與水分和氧氣的接觸機(jī)會(huì)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(yīng)放入干燥劑以吸附微量水分。包裝材料的選擇應(yīng)以透氣性差、強(qiáng)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(dāng)需要粉碎與分包裝時(shí)，也應(yīng)在充溢氮?dú)獾沫h(huán)境中、相對濕度低于40%、溫度低于25 ℃的條件下進(jìn)行。

3 真空冷凍干燥技術(shù)在果蔬中的應(yīng)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(fù)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(jià)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?yàn)檫@樣的物料外表面積大，受熱和冷卻均勻，冷凍干燥時(shí)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(fēng)味、形態(tài)、色澤，且真空冷凍干燥時(shí)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(huì)社于20 世紀(jì)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(yùn)動(dòng)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(fèi)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(diǎn)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(jìn)行真空冷凍干燥加工，但真空冷凍干燥設(shè)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(jià)格以及冷凍干燥法所獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)來看，凍干食品在實(shí)際生產(chǎn)中具有很高的應(yīng)用價(jià)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(diǎn)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(jī)要配置一套真空系統(tǒng)和低溫系統(tǒng)，投資費(fèi)用和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用都比較高；相比烘干機(jī)、真空干燥設(shè)備等，真空冷凍干燥機(jī)價(jià)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(diǎn)：一是發(fā)展流水線式的真空干燥設(shè)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(jī)設(shè)備從數(shù)量、品質(zhì)上都不能滿足社會(huì)發(fā)展的需求，應(yīng)加大研發(fā)力度，研發(fā)出低成本、高效益的機(jī)器；三是開發(fā)真空干燥設(shè)備與其他設(shè)備的聯(lián)結(jié)、形成產(chǎn)業(yè)多元化。