真空冷凍干燥食品的加工工藝研究

賀清輝 黃文華 王紅剛

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與進(jìn)步，食品加工技術(shù)水平越來(lái)越高，在食品加工生產(chǎn)中采用的生產(chǎn)設(shè)備也越來(lái)越先進(jìn)，食品加工工藝和方法逐漸得到優(yōu)化，其中冷凍干燥工藝作為食品脫水的一種重要方法，可以生產(chǎn)出高品質(zhì)和高附加值的脫水食品，在肉禽海鮮、果蔬和食用菌物料的加工和運(yùn)輸中應(yīng)用較多，可以有效降低生產(chǎn)成本，提升食品質(zhì)量。真空冷凍干燥工藝的原理是通過低溫低壓的方式對(duì)食物進(jìn)行脫水，降低食品中的含水率，一般凍干食品的含水率為1%-3%，然后經(jīng)過密封儲(chǔ)存后，食物可以長(zhǎng)時(shí)間保存，便于長(zhǎng)期儲(chǔ)存和運(yùn)輸。本文就對(duì)真空冷凍干燥食品的加工工藝展開深入的研究和探討，以期為食品加工業(yè)提供參考和新的思路。

一、真空冷凍干燥工藝概述

真空冷凍干燥工藝是通過低溫凍結(jié)的方式，讓食物在真空下將冰晶體升華為水蒸氣，再用真空泵排出水蒸氣，讓食品處于干燥狀態(tài)。在食品真空冷凍干燥的過程中，溫度是對(duì)食品干燥效果產(chǎn)生影響的重要因素，因此在食品加工中需要對(duì)加工溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制，尤其是凍干類食品，一般需要將溫度控制在-40℃-55℃，以確保食品的加工質(zhì)量。

為了不破壞冷凍食品的組織結(jié)構(gòu)，在食品加工過程中要保證整個(gè)加工過程都是在高度真空的環(huán)境下去操作的，以保留食物原本的營(yíng)養(yǎng)。對(duì)于一些熱敏感度較高和容易氧化的食品來(lái)說，真空冷凍干燥技術(shù)是比較理想的加工方式。在經(jīng)過真空冷凍干燥處理后，食物具有一定的復(fù)水性，當(dāng)吸收水分后食物就又可以恢復(fù)原先的新鮮程度。

二、真空冷凍干燥食品的加工過程

1.初處理。在真空冷凍干燥食品的加工過程中，初處理階段非常重要，主要工作是挑選食物原材料，并對(duì)食物原材料進(jìn)行整理、清洗和切分等，原材料質(zhì)量的好壞直接決定了凍干類食品的質(zhì)量，因此食品原材料必須要新鮮。

根據(jù)不同種類的食品原材料，在初處理時(shí)也有不同，例如在果蔬類食物原材料的初處理中，一般在果蔬采摘后2-8h就要對(duì)食物進(jìn)行加工或冷藏，避免果蔬中營(yíng)養(yǎng)和維生素的流失。

在食品原材料清洗和整理完成后需要進(jìn)行分工，根據(jù)產(chǎn)品的用途確定食品原材料的形狀、大小和厚度，一般有條狀、塊狀、粉狀、片狀等多種形態(tài)，不同形態(tài)的原材料真空冷凍時(shí)間也會(huì)不一樣。為了提高真空冷凍效率，一般建議食品原材料在塊狀時(shí)的厚度不超過2cm，片狀時(shí)厚度在0.4-0.5cm，丁狀食品厚度大約在0.5cm。如果要將食品原材料切成片狀，應(yīng)根據(jù)食品纖維組織方向來(lái)進(jìn)行切割，并盡量減小食品厚度，方便在后續(xù)的處理過程中讓水蒸氣溢出，讓食品快速凍結(jié)。例如在切片牛肉的處理過程中，一片厚度為0.1m的切片牛肉凍結(jié)時(shí)間需要10h左右，而一片厚度為0.2m的切片牛肉凍結(jié)時(shí)間則需要24h以上。

2.前處理。前處理的主要工作包括對(duì)食品進(jìn)行燙漂、預(yù)冷、濾水和裝料。通過燙漂可以讓食物中的酶失去活性，避免對(duì)食品的味道和顏色產(chǎn)生影響，在處理時(shí)可以一般通過蒸汽或者是熱水燙漂，需要根據(jù)不同食物特性選擇合適的燙漂方式。如果用熱水燙漂的話，可以在熱水中加入維C、有機(jī)酸和亞硫酸鹽等物質(zhì)，可以減少食品中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失，同時(shí)改善食品色澤。對(duì)于蔬果類食品，不建議燙漂，因?yàn)闋C漂后會(huì)受到氧化作用的影響使蔬果發(fā)黃，對(duì)食物本身的味道也會(huì)帶來(lái)較大的影響。對(duì)于這類食品，一般會(huì)先放在0.6%左右的亞硫酸鹽中進(jìn)行浸泡，然后進(jìn)行預(yù)冷處理，讓食物中水分溢出，以提高凍干效率。

由于食品在空氣中會(huì)受到氧化作用而發(fā)黃，而且食品的初始溫度會(huì)對(duì)凍結(jié)時(shí)的平均溫度帶來(lái)影響，因此在前處理時(shí)應(yīng)重視對(duì)食品的預(yù)冷處理，促進(jìn)食品中水分的溢出，提高食品的凍干效率。

3.凍結(jié)。在真空冷凍干燥食品時(shí)，凍結(jié)是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，凍結(jié)效率、凍結(jié)溫度都會(huì)對(duì)加工食品的質(zhì)量、水分的升華效率產(chǎn)生影響。在凍結(jié)的時(shí)候一般會(huì)采取慢凍的方式，慢凍可以減少食品中冰晶體的數(shù)量，且多為粗大、連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)晶，使得水蒸氣升華速度加快。而快速凍結(jié)食品中冰晶體數(shù)量多、體積小，增加了水蒸氣溢出的阻力，食品干燥速度比較慢，設(shè)備能耗增加。為此，在食品凍干過程中，需要增大冰晶體體積，隨著水分凍結(jié)，食品冰點(diǎn)會(huì)降低，為了降低加工成本，需要預(yù)先設(shè)置溫度保留一段時(shí)間，促進(jìn)冰晶體增長(zhǎng)，這樣可以有效減少快速冷凍的凍結(jié)成本。

4.凍干。在真空冷凍干燥食品加工中，凍干工藝是比較復(fù)雜且重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，需要經(jīng)過加熱、真空和制冷多個(gè)過程。加熱是為了抑制食品中微生物的生長(zhǎng)，可以延長(zhǎng)凍干食品在常溫下保存的時(shí)間。在加熱食品的過程中，所含水分會(huì)逐漸升華，而在水分升華過程中需要吸收一定的熱量，為避免食品自身溫度的降低，需要通過加熱的方式為凍結(jié)食品提供熱量，提高冰晶體的升華速度和飽和蒸汽壓。但是在加熱過程中，要控制好食品溫度，一般需要將食品溫度控制在-20℃左右。

在加熱結(jié)束后，需要將食品送到真空箱，提升冰晶的升華壓力，但是不同食品的升華壓力不同，升華壓力過小或過大都會(huì)影響冰晶的升華速度，因此需要對(duì)真空箱壓力進(jìn)行精準(zhǔn)把控，以減少能量損失，保證凍干食品的質(zhì)量。

在真空加工完成后，就進(jìn)入到制冷環(huán)節(jié)，在冰晶升華后就對(duì)水蒸氣進(jìn)行干燥，利用真空泵排除掉干燥箱內(nèi)的不凝性氣體。

5.包裝。在凍干工藝完成后就進(jìn)入到包裝環(huán)節(jié)，包裝是為了更便于食品的運(yùn)輸和儲(chǔ)藏，因?yàn)閮龈墒称泛康?，為避免凍干食品受潮，需要在包裝時(shí)用到防水材料。另外，因?yàn)閮龈墒称愤€容易氧化、變質(zhì)，所以選擇包裝材料時(shí)還要考慮材料的隔離氧氣情況，而為了避免光線照射使食品溫度升高，食品營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解，食品發(fā)生腐變，包裝材料還要遮光。

總的來(lái)說，根據(jù)凍干食品的特點(diǎn)和運(yùn)輸要求，凍干食品包裝要求隔氧、防水和遮光，一般會(huì)選擇真空鍍鋁薄膜和PP復(fù)合材料，并對(duì)食品包裝進(jìn)行真空充氣或真空包裝。除此之外，食品中還可能會(huì)有殘留微生物，對(duì)食品保存時(shí)間和質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生影響，因此需要對(duì)食品和包裝材料進(jìn)行紫外線殺菌或輻射殺菌。

三、真空冷凍干燥工藝存在的問題

1.冷凍溫度無(wú)法保證。從目前我國(guó)加工食品行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，真空冷凍干燥技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，但在食品的實(shí)際生產(chǎn)過程中仍有一些問題，如無(wú)法保證食品得到恒溫冷凍。在食品冷凍干燥處理時(shí)要對(duì)食品進(jìn)行預(yù)凍，但凍結(jié)時(shí)間和凍結(jié)溫度會(huì)有差異性，從而影響到食品的冷凍質(zhì)量。隨著時(shí)代的發(fā)展，冷鏈物流已經(jīng)成為一種新的發(fā)展趨勢(shì)，物流鏈也越來(lái)越長(zhǎng)，但在冷鏈物流運(yùn)輸過程中，會(huì)因?yàn)榄h(huán)境溫度差異導(dǎo)致食品出現(xiàn)變質(zhì)或者腐敗的問題，而當(dāng)存在質(zhì)量問題的食品在市場(chǎng)上流通后，會(huì)給消費(fèi)者的身體健康帶來(lái)安全隱患，也會(huì)影響到食品企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)形象。

2.干燥效果不理想。當(dāng)食品在真空冷凍干燥的過程中會(huì)產(chǎn)生細(xì)小冰晶，如果不能及時(shí)處理好這些冰晶，就會(huì)影響到后續(xù)的加工干燥質(zhì)量。從市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，一般是用慢速冷凍的方式進(jìn)行冷凍干燥，雖然這種冷凍干燥方式應(yīng)用比較廣泛，但也存在很多缺陷，例如在慢速冷凍時(shí)，細(xì)胞水分是以液態(tài)形式存在的，當(dāng)內(nèi)外的壓強(qiáng)出現(xiàn)巨大的差異時(shí)，內(nèi)部水分會(huì)出現(xiàn)細(xì)小的冰晶，這就會(huì)導(dǎo)致食品中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失，讓食品保質(zhì)期變短，或者導(dǎo)致食品在保質(zhì)期內(nèi)就出現(xiàn)變質(zhì)或腐壞。

四、真空冷凍干燥加工工藝的優(yōu)化策略

1.高壓電場(chǎng)真空冷凍聯(lián)合干燥。高壓電場(chǎng)真空冷凍聯(lián)合干燥技術(shù)在前期時(shí)設(shè)備成本比較低，在對(duì)食品進(jìn)行干燥處理時(shí)也可以保證物料溫度，讓食品中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得以保留。不過高壓電場(chǎng)真空冷凍聯(lián)合干燥技術(shù)在后期的干燥時(shí)間比較長(zhǎng)，為了節(jié)省后期干燥時(shí)間，可以通過對(duì)高壓電場(chǎng)進(jìn)行預(yù)處理，提高食品細(xì)胞通透性。

2.熱風(fēng)真空冷凍聯(lián)合干燥。熱風(fēng)真空冷凍聯(lián)合干燥的原理是通過空氣中熱量來(lái)蒸發(fā)掉食品中的水分，這種技術(shù)成本低、產(chǎn)能高，但是由于干燥時(shí)間長(zhǎng)，食品質(zhì)量難以保證，比較適用于茶類、蔬菜類的干燥處理。

3.改變干燥室壓力。在食品真空冷凍干燥處理時(shí)，為了強(qiáng)化升華過程，可以改變干燥室內(nèi)壓力，讓熱板熱量傳遞到表面，讓表面溫度接近但又稍低于共溶點(diǎn)，提高已干層的導(dǎo)熱性，讓冷凍干燥效果更好。

4.改善凍干工藝。在食品干燥冷凍的過程中，凍干工藝是非常重要且非常復(fù)雜的一項(xiàng)工藝，主要有三個(gè)基本環(huán)節(jié)，即加熱、真空處理和制冷。在加熱環(huán)節(jié)中，要確保選擇合理的加熱方式，以便于能有效抑制食物中微生物。由于在升華時(shí)會(huì)吸收一定的熱量，所以也要注意出現(xiàn)加熱過度的現(xiàn)象，一般來(lái)說食品溫度不超過-30℃。在進(jìn)行真空處理時(shí)，往往需要借助真空箱對(duì)食物進(jìn)行處理，在進(jìn)入真空箱后，食物冰晶升華壓力提高，食品干燥效果也會(huì)得到提高。要提高凍干效果，就要對(duì)真空箱壓力進(jìn)行有效控制，由專業(yè)人員來(lái)調(diào)整和控制真空箱的運(yùn)行參數(shù)。在食品制冷時(shí)，可以借助真空泵等設(shè)備把干燥箱中的不凝氣體排出，以達(dá)到良好的干燥效果。

5.提高操作人員的技術(shù)水平。在食品冷凍干燥中，食品的保鮮效果和程度在一定程度上會(huì)直接受到操作人員技術(shù)水平的影響，因此要不斷提高操作人員的專業(yè)技術(shù)水平，要求操作人員熟練掌握真空冷凍干燥工藝的技術(shù)要點(diǎn)和操作流程，在操作時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行工藝的技術(shù)流程和標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)要時(shí)刻關(guān)注前沿的科技和技術(shù)，積極引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，不斷提高自身的綜合水平，讓食品干燥效果達(dá)到更好。

綜上所述，在食品加工過程中真空冷凍干燥是一種比較常見的加工工藝，可以有效延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期，方便食品更便捷地運(yùn)輸。在冷凍食品加工中，需要結(jié)合食品品種來(lái)選擇合適的加工工藝和設(shè)備，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行各道工序，通過多種干燥方式組合的形式，或者對(duì)加工工藝進(jìn)行優(yōu)化，讓加工食品的質(zhì)量得到保證，同時(shí)有效降低食品加工企業(yè)的生產(chǎn)成本，保證食品企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。與此同時(shí)，食品加工企業(yè)還要加強(qiáng)對(duì)工作人員和技術(shù)人員的培養(yǎng)，樹立創(chuàng)新意識(shí)，不斷優(yōu)化真空冷凍干燥技術(shù)，提高食品加工效率以及食品質(zhì)量。

作者簡(jiǎn)介：賀清輝，男，漢族，江西吉安人，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)楸＝∈称焚|(zhì)量及工藝研究。

黃文華，男，漢族，浙江溫州人，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)楸＝∈称焚|(zhì)量及工藝研究。

通信作者：王紅剛，男，蒙古族，河南南陽(yáng)人，博士研究生，副教授，研究方向?yàn)橹兴庂|(zhì)量評(píng)價(jià)及藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究。