食品中的真空冷凍干燥技術(shù)研究

牛淑萍 艾麥提·巴熱提

在各種食品加工工藝中，真空冷凍干燥技術(shù)主要用于食品的保鮮，是一種應(yīng)用較多的技術(shù)。目前來(lái)看，真空冷凍干燥技術(shù)在溫度保持和干燥程度兩方面存在問(wèn)題，需要結(jié)合具體的加工工藝流程中的要點(diǎn)影響因素和加工環(huán)節(jié)提出針對(duì)性的措施，以達(dá)到解決問(wèn)題、提升加工質(zhì)量的目的。本文首先介紹了真空冷凍干燥技術(shù)的原理，然后分析了真空冷凍干燥技術(shù)的基本流程，接著指出了現(xiàn)階段真空冷凍干燥技術(shù)存在的問(wèn)題，最后提出了優(yōu)化措施。

一、真空冷凍干燥技術(shù)的原理

真空冷凍干燥技術(shù)主要是依托水資源的不同形態(tài)，通過(guò)加工工藝實(shí)現(xiàn)對(duì)三種形態(tài)的轉(zhuǎn)變，最終通過(guò)平衡三者之間的關(guān)系，營(yíng)造真空空間，并進(jìn)一步應(yīng)用升華原理，達(dá)到食品冷凍的目的。在整個(gè)過(guò)程中，水分會(huì)受到溫度、壓力等因素的影響轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵?，?shí)現(xiàn)冷凍和干燥的效果。對(duì)這一基本原理進(jìn)行分析可知，應(yīng)用這種技術(shù)進(jìn)行冷凍干燥，能夠取得更好的冷凍干燥效果，且其對(duì)外部環(huán)境所造成的影響也是相對(duì)較小的，不會(huì)因此造成資源浪費(fèi)或環(huán)境污染等問(wèn)題。

二、真空冷凍干燥技術(shù)的基本流程

1.預(yù)處理。預(yù)處理。就是在開(kāi)展冷凍干燥之前，需要對(duì)相關(guān)食品進(jìn)行預(yù)冷凍處理。在預(yù)處理環(huán)節(jié)，冷凍操作的溫度指標(biāo)是需要嚴(yán)格控制的關(guān)鍵指標(biāo)，另外預(yù)冷凍的持續(xù)時(shí)間也應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際進(jìn)行針對(duì)性的有效控制。通常情況下，預(yù)冷凍過(guò)程中，溫度下降的控制頻率應(yīng)當(dāng)維持在每分鐘最低1℃、最高4℃的范圍內(nèi)。而若需要進(jìn)行速凍處理，則應(yīng)當(dāng)本著盡量縮短時(shí)間的目標(biāo)，通過(guò)控制速凍溫度達(dá)到縮短時(shí)間的效果，最低溫度可達(dá)到零下30℃。之所以設(shè)置在這一溫度，主要是因?yàn)樵谶@一溫度下能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)食物中水分的快速固化，使食物得到快速、全面的干燥，從而避免出現(xiàn)食物因溫度不適宜而變質(zhì)的情況。

2.升華干燥。凍結(jié)完成后，需要通過(guò)升華作用以達(dá)到更好的干燥效果。食品中的冰晶物質(zhì)可逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵鉅顟B(tài)，待水蒸氣狀態(tài)形成后，再進(jìn)一步提高溫度指標(biāo)，達(dá)到45℃。關(guān)于真空脫水過(guò)程的時(shí)間成本，通常長(zhǎng)達(dá)8至9小時(shí)，以保證處理效果的穩(wěn)定性和全面性。

3.包裝處理。冷凍后的包裝處理工作，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注包裝材料的密封效果。通常情況下，需要選擇密封性能高、顏色較深的外包裝材料，另外，包裝材料的強(qiáng)度也需要達(dá)到一定級(jí)別，以便能適應(yīng)外部環(huán)境的變化，發(fā)揮出包裝應(yīng)有的作用。

三、真空冷凍干燥技術(shù)存在的問(wèn)題

1.冷凍中的恒溫效果不佳。在運(yùn)用真空冷凍干燥技術(shù)時(shí)，最基本的要求是在達(dá)到冷凍狀態(tài)后還要保持一個(gè)恒定的溫度，這不僅是為了確保冷凍的實(shí)際效果，也是為了使食品保持干燥的狀態(tài)。但從現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看，目前還無(wú)法做到冷凍后的恒溫。這種問(wèn)題一般發(fā)生在預(yù)冷凍環(huán)節(jié)，無(wú)法保持恒溫狀態(tài)會(huì)直接影響到冷凍食品的狀態(tài)和質(zhì)量，尤其是在物流鏈流程環(huán)節(jié)較多的情況下，環(huán)境溫度會(huì)產(chǎn)生大幅度的波動(dòng)，這都會(huì)直接影響到食品的品質(zhì)，從而導(dǎo)致一些食物在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生變質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)加大。

2.干燥效果未達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。干燥在真空冷凍干燥技術(shù)中是應(yīng)用頻率較高、較為成熟的一種技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，冰晶的處理效果是影響冷凍效果的關(guān)鍵性因素。通常情況下，冰晶本身的體積是很小的，但如果對(duì)冰晶的處理不夠及時(shí)，就會(huì)影響到干燥效果。

四、真空冷凍干燥技術(shù)的優(yōu)化措施

1.提升干燥技術(shù)的先進(jìn)性。干燥技術(shù)在食物保鮮過(guò)程中發(fā)揮著非常重要的作用。為了克服單一的干燥技術(shù)可能存在的弊端和問(wèn)題，應(yīng)用聯(lián)合性的冷凍干燥技術(shù)是非常必要的，可以有效提高食物的保鮮效果，保證食物內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不流失。但需要強(qiáng)調(diào)的是，聯(lián)合干燥技術(shù)存在時(shí)間成本較高的問(wèn)題。不過(guò)，在實(shí)際應(yīng)用中可通過(guò)融入高壓電場(chǎng)進(jìn)行預(yù)處理的方式，適當(dāng)縮短后續(xù)的干燥處理時(shí)間。另外，還可以引進(jìn)更先進(jìn)的熱風(fēng)真空冷凍技術(shù)。在這一技術(shù)中，干燥效果主要依托空氣中的熱量，通過(guò)空氣中固有的熱量實(shí)現(xiàn)對(duì)食品中水分的蒸發(fā)。這種直接借助常溫環(huán)境達(dá)到干燥效果的模式，在成本支出上是相對(duì)較低的，通常情況下會(huì)應(yīng)用在果蔬類食品的干燥中。

2.優(yōu)化外部環(huán)境中的壓力指標(biāo)水平。這里所說(shuō)的壓力指標(biāo)主要是指壓力室的指標(biāo)。壓力指標(biāo)若能夠達(dá)到更高的適宜性，則在升華環(huán)節(jié)的干燥效果能夠得到更進(jìn)一步的提升。另外，壓力的改變可直接通過(guò)熱板作用的傳遞實(shí)現(xiàn)對(duì)升華過(guò)程的優(yōu)化，使得表面溫度達(dá)到接近但低于共熔點(diǎn)的狀態(tài)。這就使得已經(jīng)完成干燥處理的區(qū)域能夠提升自身的導(dǎo)熱性能，最終促進(jìn)冷凍干燥效果的提升和優(yōu)化。通常情況下，如果壓力水平和溫度水平都處在相對(duì)更加穩(wěn)定的狀態(tài)，氣體的導(dǎo)熱性能受到壓力指標(biāo)的影響是相對(duì)較小的。但當(dāng)壓力逐步增大后，導(dǎo)熱性能就會(huì)直接受到影響，氣體的稀薄程度也會(huì)同步受到影響，這對(duì)干燥效果也會(huì)產(chǎn)生非常直接的影響。

3.提高凍干工藝的技術(shù)水平。凍干工藝非常復(fù)雜，具體來(lái)說(shuō)包括了以下三個(gè)基本環(huán)節(jié)：一是加熱，二是真空處理，三是制冷。其中，在加熱環(huán)節(jié)需要通過(guò)合理選擇加熱方式，以達(dá)到更好地抑制食物中微生物數(shù)量的效果。加熱過(guò)程中，食品中的水分子在升華作用下活性也會(huì)降低，微生物因此失去了生存環(huán)境，受到抑制。另外，升華的過(guò)程需要吸收熱量，因此需要注意加熱過(guò)度的問(wèn)題。通常情況下，食品溫度不得高于上文所述的零下30℃。到了真空處理環(huán)節(jié)，需要借助專業(yè)的真空箱來(lái)達(dá)到真空處理效果，當(dāng)食品被放入真空箱后，冰晶的升華壓力會(huì)得到提升，同時(shí)也就提升了食品的干燥效果。為了提高凍干工藝效果，需要有效控制真空箱設(shè)備的壓力，并且對(duì)真空箱的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整和控制。在制冷環(huán)節(jié)，需要應(yīng)用到真空泵這一設(shè)備，以達(dá)到排除干燥箱內(nèi)不凝氣體的效果。

4.提升操作人員的技術(shù)水平。操作人員的技術(shù)水平對(duì)于食品保鮮效果起著非常重要的作用，因此需要提高操作人員的技術(shù)水平。這就要求操作人員不僅要熟練掌握這種工藝技術(shù)的操作流程和技術(shù)要點(diǎn)，還要時(shí)刻關(guān)注前沿科技，不斷應(yīng)用更先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，以達(dá)到更好的冷凍效果。

總之，在真空冷凍干燥技術(shù)中，各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)對(duì)最終的食品保鮮效果產(chǎn)生影響，這就需要操作人員結(jié)合不同的工藝技術(shù)環(huán)節(jié)和技術(shù)要點(diǎn)，對(duì)整體的工藝技術(shù)進(jìn)行把握，并且嚴(yán)格執(zhí)行工藝技術(shù)流程，提升工藝技術(shù)的有效性。

基金項(xiàng)目：新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)興新職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)課題項(xiàng)目基金（XJBT20190628）。

作者簡(jiǎn)介：牛淑萍（1984-），女，漢族，新疆昌吉人，碩士研究生，助教，研究方向?yàn)槭称芳庸ぜ夹g(shù)。

*通信作者：艾麥提·巴熱提（1990-），男，維吾爾族，新疆喀什人，大學(xué)本科，助教，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工及儲(chǔ)藏。