真空冷凍干燥食品加工工藝分析

◎ 史碩利

（江蘇省泗陽(yáng)中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 泗陽(yáng) 223700）

真空冷凍干燥食品又稱為“凍干食品”，由于其在加工過(guò)程中處于一種基本無(wú)氧的狀態(tài)，所以可以極大程度避免食品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而能保持食品的色澤、香氣、味道及形狀等，而且能夠很好地保存食品內(nèi)部的各種維生素、蛋白質(zhì)和碳水化合物等大部分營(yíng)養(yǎng)成分。由于凍干食品含水率較低，通常為1%～3%，在經(jīng)過(guò)密封存儲(chǔ)后能夠保存較長(zhǎng)時(shí)間，便于長(zhǎng)期儲(chǔ)藏和運(yùn)輸[1]。

1 真空冷凍干燥技術(shù)

1.1 真空冷凍干燥技術(shù)原理

真空冷凍干燥技術(shù)是一門根據(jù)熱力學(xué)中相平衡理論，將含水物品在低溫下進(jìn)行凍結(jié)，然后在真空狀態(tài)下將食品中的冰晶體直接升華為水蒸氣并由真空泵排出使其干燥的技術(shù)。在食品加工過(guò)程中，首先將含有大量水分的食品在低溫、低壓下進(jìn)行預(yù)凍處理[2]，然后在高真空的環(huán)境條件下，使凍結(jié)食品中的水分直接從固態(tài)冰狀態(tài)升華為水蒸氣，接下來(lái)去除食品中的部分吸附水，最終得到含水量為1%～3%的干燥食品。

1.2 真空冷凍干燥技術(shù)特點(diǎn)

溫度是影響真空冷凍干燥效果的關(guān)鍵因素，因此，嚴(yán)格控制加工溫度是確保食品加工質(zhì)量的重要步驟，尤其是在食品凍干過(guò)程中，需要將溫度嚴(yán)格控制在-40～-55 ℃。同時(shí)，還要確保整個(gè)加工過(guò)程都處于一種高度真空的狀態(tài)，這樣才能確保經(jīng)冷凍干燥的食物結(jié)構(gòu)不會(huì)被破壞，而且能夠最大限度地保持食品的營(yíng)養(yǎng)，該技術(shù)對(duì)于一些容易氧化、熱敏感度較高食品加工效果良好。另外，經(jīng)過(guò)真空冷凍干燥技術(shù)加工后的食品具有較好的復(fù)水性，在吸收水分后，能夠很好地保證食品的新鮮程度。

2 真空冷凍干燥食品加工過(guò)程

真空冷凍干燥技術(shù)最大的障礙就是生產(chǎn)與加工成本高，如何綜合利用企業(yè)資源，降低生產(chǎn)成本是食品凍干行業(yè)面臨的重要問(wèn)題。由于凍干食品的種類比較繁多，每一種類的加工工藝都比較復(fù)雜，只有根據(jù)不同的食材選擇不同的真空冷凍干燥方式，才能保證食品的冷凍效果[3]。

2.1 初處理工藝

該階段的主要流程是對(duì)食品進(jìn)行擇選、整理、清洗、切分等處理。凍干食品的質(zhì)量直接取決于食品原材料的質(zhì)量。由于凍干食品的加工成本和售賣價(jià)格都比較高，所以對(duì)于食品原材料的質(zhì)量要求也比較嚴(yán)，尤其是對(duì)于食品材料的新鮮度的關(guān)注程度更高。食品的種類多種多樣，其加工條件、時(shí)間、溫度等方面的要求也不同，從而使得初處理階段的自動(dòng)化程度受到嚴(yán)重限制。例如，在果蔬類食品的初處理階段，通常在采摘后的2～10 h內(nèi)就必須對(duì)其進(jìn)行加工或冷藏，以保持其顏色的鮮艷度，避免維生素和營(yíng)養(yǎng)的流失。如果室溫為20 ℃，新鮮菠菜在摘下后的6 h內(nèi)就會(huì)發(fā)黃，新鮮萵苣在摘下后的10 h內(nèi)維生素會(huì)流失1/3左右。

整理與清洗后的食品進(jìn)行切分工序，在這一環(huán)節(jié)中需要根據(jù)產(chǎn)品的最終用途確定食品的切分方向、形狀、厚度和大小[4]。一般情況下，真空凍干食品主要有條狀、片狀、塊狀、丁狀和粉狀等形態(tài)，形態(tài)不同，真空冷凍的時(shí)間和效率也會(huì)有差異，所以，一般要求食品在切成塊狀時(shí)，厚度不宜超過(guò)20 mm；在切成片狀時(shí)，以4～5 mm的厚度為宜；丁狀的食品厚度以5 mm見(jiàn)方。值得注意的是，在將食品切成片狀時(shí)，若食品有纖維組織，應(yīng)垂直于食品的纖維方向進(jìn)行切斷，以便凍干過(guò)程中水蒸氣溢出、減少能耗、提高已干燥部分的傳熱系數(shù)。此外，在切片時(shí)應(yīng)盡可能地減少食品的厚度，以加快食品凍結(jié)時(shí)間。例如，在對(duì)牛肉進(jìn)行切片處理時(shí)，如果切片厚度為0.1 m，凍結(jié)時(shí)間需要10.9 h，但切片厚度若為0.2 m時(shí)，凍結(jié)時(shí)間需要26.6 h。

2.2 前處理工藝

前處理主要指食品的燙漂、預(yù)冷、濾水、裝料等步驟。燙漂的主要目的是使食品中的酶失去活性，以避免酶影響食品的風(fēng)味和顏色。在處理過(guò)程中，通常采用熱水和蒸汽兩種方式進(jìn)行燙漂，不同的食品，會(huì)依據(jù)其特性選擇適宜的燙漂方式，并需要合理地控制燙漂時(shí)間，少則幾秒，多則數(shù)分鐘。其中，利用熱水燙漂時(shí)，熱水溫度控制為90～100 ℃，同時(shí)，在熱水中可以加入有機(jī)酸、亞硫酸鹽、維生素C等物質(zhì)，以減少食品的營(yíng)養(yǎng)流失、改善食品的色澤度。但對(duì)于蔬果類的食品，燙漂對(duì)于食品的味道會(huì)有較大的影響，所以會(huì)直接利用0.2%～0.6%的亞硫酸鹽對(duì)食品進(jìn)行浸泡。經(jīng)過(guò)燙漂后的食品需要馬上進(jìn)行預(yù)冷處理，一方面，由于燙漂后的食品在空氣中會(huì)受到氧化作用而發(fā)黃，另一方面，食品的初始溫度會(huì)對(duì)食品凍結(jié)結(jié)束時(shí)的平均溫度造成影響，所以，在前處理中必須對(duì)食品進(jìn)行預(yù)冷處理，這樣可以促進(jìn)食品中水分的逸出，有利于提高食品的凍干效率[5]。

2.3 凍結(jié)工藝

對(duì)于很多大型食品凍干設(shè)備來(lái)說(shuō)，通常是先將食品凍結(jié)，然后再送至干燥倉(cāng)內(nèi)將食品中的剩余水分進(jìn)行升華以實(shí)現(xiàn)干燥的目的。凍結(jié)工藝是真空冷凍干燥食品加工工藝中的重要環(huán)節(jié)，凍結(jié)的速率和溫度直接影響著食品的加工質(zhì)量、水分升華的效率以及加工能源的消耗情況。一般情況下，采用慢凍的方式對(duì)食品進(jìn)行凍結(jié)，凍結(jié)速度為5～10 mm·h-1，然而在慢凍過(guò)程中，食品中的水分形成冰晶體數(shù)量較少，且多為一些粗大而連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)晶，食品中的水蒸氣升華速率比較快。快速凍結(jié)時(shí)，食品中的水分形成的冰晶數(shù)量多、體積小，這樣的冰晶體對(duì)于食品的機(jī)械損傷較小，能夠極大程度維持食品的新鮮度和口味，但是快速凍結(jié)的方式會(huì)產(chǎn)生很多小而多的冰晶體，會(huì)導(dǎo)致水蒸氣逸出的阻力變大，從而延緩了食品干燥的速度，增加了設(shè)備的能耗。為了解決這個(gè)問(wèn)題，增大冰晶體的體積是首要選擇。在食品凍干過(guò)程中，隨著水分的不斷凍結(jié)，食品的冰點(diǎn)也會(huì)隨之降低，當(dāng)溫度到達(dá)-5 ℃，食品中有80%以上的水分已經(jīng)被凍結(jié)，為了降低加工成本，一般在該階段將預(yù)先設(shè)置的溫度保留一段時(shí)間，以促進(jìn)冰晶體的增長(zhǎng)，這也是降低快速凍結(jié)加工成本的一種有效方法。

2.4 凍干工藝

凍干是真空冷凍干燥食品加工工藝中最為復(fù)雜的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中，主要包括加熱、真空、制冷3個(gè)流程。

（1）加熱。為了使凍干食品能夠在常溫下保存較長(zhǎng)時(shí)間，首先需要通過(guò)加熱的方式來(lái)抑制食品中微生物的生長(zhǎng)，食品在加熱過(guò)程中，其所含水分升華，當(dāng)食品中的水分活性值在0.5以下時(shí)，微生物就難以生存。同時(shí)，由于食品在升華的過(guò)程中需要吸收一定的熱量，為避免食品自身溫度的降低，所以需要向凍結(jié)食品提供一定的熱量，也提高冰晶體的飽和蒸氣壓和升華速度。此外，為了防止加熱過(guò)度，導(dǎo)致凍結(jié)食品解凍，需要將食品的溫度始終控制在-10～-30 ℃。

（2）真空。在食品加熱結(jié)束后，被送至真空箱，通過(guò)提升冰晶的升華壓力，提高食品已干層的導(dǎo)熱系數(shù)，此時(shí)升華壓力過(guò)小或過(guò)大都會(huì)對(duì)冰晶的升華速度造成影響。不同的食品，對(duì)應(yīng)的升華壓力不同，在升華干燥的過(guò)程中，只有精準(zhǔn)把握真空箱的壓力，才能減少不必要的能量損失，盡最大可能地保證凍干食品的質(zhì)量以及凍干速率。

（3）制冷。在真空箱加工結(jié)束后，冰晶升華工作完畢，下一步進(jìn)入到水蒸氣的干燥環(huán)節(jié)中，在此階段中主要利用真空泵對(duì)干燥箱內(nèi)的不凝性氣體進(jìn)行排除。

2.5 包裝工藝

在凍干食品加工結(jié)束，為便于運(yùn)輸和貯藏，需要對(duì)其進(jìn)行包裝。①考慮到凍干食品的含水量比較低，為了避免凍干食品受潮，所使用的包裝材料必須防水。②凍干食品容易發(fā)生氧化、水解等化學(xué)反應(yīng)，容易導(dǎo)致凍干食品發(fā)生變質(zhì)，因此所選擇的包裝材料必須能夠隔離氧氣。③光線的照射會(huì)使食品溫度升高，進(jìn)一步促使食品中的營(yíng)養(yǎng)成分發(fā)生分解造成食品的腐變，因此所選擇的包裝材料必須能夠遮光。綜合凍干食品所具有的特點(diǎn)以及不同食品的運(yùn)輸要求，選擇的凍干食品包裝必須防水、隔氧、遮光。在通常情況下，包裝材料選取真空鍍鋁的薄膜或PP復(fù)合性材料，并通過(guò)真空包裝或真空充氣包裝的形式對(duì)食品進(jìn)行包裝。此外，考慮到食品中所殘留的微生物可能會(huì)影響食品質(zhì)量和保存時(shí)間，必須采取輻射殺菌、紫外線殺菌等各種有效的殺菌和消毒方法，對(duì)食品及其包裝材料進(jìn)行殺菌處理，同時(shí)，考慮到運(yùn)輸過(guò)程中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，需要在包裝前對(duì)凍干食品進(jìn)行加濕處理，以便于貯藏和運(yùn)輸。

3 結(jié)語(yǔ)

真空冷凍干燥食品加工是延長(zhǎng)食品保質(zhì)期和提高食品運(yùn)輸便捷性的重要手段，在凍干食品加工過(guò)程中，要根據(jù)食品品種選擇正確的加工設(shè)備和加工工藝，并嚴(yán)格保證各工序按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。同時(shí)，通過(guò)改善加工工藝、采取干燥組合等多種方法來(lái)提高食品加工品質(zhì)、降低生產(chǎn)成本，在一定程度上促進(jìn)了食品企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)范圍的擴(kuò)大和物流行業(yè)的快速發(fā)展。