真空冷凍干燥技術食品領域應用

國內真空冷凍干燥技術的發展歷程及現狀

二十世紀三、四十年代，我國已有微生物學家用鹽水預凍，在蒸發器內抽真空，用吸水劑的方法凍干菌毒種作保存用。到五十年代初期，哈爾濱、鄭州和南昌等地的獸藥廠開始生產凍干疫苗，并逐漸形成一定生產能力。六十年代開始批量生產凍干疫苗及凍干人血漿，并在制藥和食品工業應用冷凍干燥技術。

1965年北京人民食品廠用英國的試驗裝置對果蔬、肉類等品種進行凍干試驗。1967年旅大冷凍食品廠試制成一臺日產500Kg的凍干裝置并進行生產。七十年代中期上海梅林食品廠建立了年產300噸的食品凍干車間。八十年代后，凍干食品在我國有了較大的發展，青島市第二食品廠，引進了日本凍干設備生產凍干香蔥、姜片等用于出口。

我國在凍干設備制造方面的發展也十分迅速，1951年由武漢生物制品研究所陳疇等設計并由上海合眾機器廠（上海*冷凍機廠前身）zui先制造了一臺9m²凍干機。1972年上海醫用分析儀器廠、天津實驗儀器廠、南京藥械廠等仿制了一批中、小型凍干機。1975年華中科技大學林秀誠、趙鶴皋等和湖北獸醫生物藥品廠共同研制一臺大型凍干機，這是我國*臺自行設計制造的能在凍干箱內進行自動加塞的凍干機。

1983年上海醫械專機廠為廣西南寧獸醫生物藥廠研制成功10m²獸藥凍干機。1984年浙江縉云電子技術研究所研制了小型半導體凍干機，華中科技大學利用R12/R13混合工質制冷系統，用單級壓縮實現-65℃的低溫并應用于小型凍干機。

1998年，煙臺冰輪集團有限公司引進俄羅斯技術成功地研制了40m²的食品凍干機。中國科學院蘭州物理研究研發的DG系列凍干機在食品凍干設備中發展迅速，從1996年～2001年間，共生產了32套食品冷凍干燥機。

在目前凍干機的眾多生產廠家中，其中上海東富龍科技有限公司、北京松源華興科技發展有限公司、上海浦東冷凍干燥設備廠三家在國內的凍干機較多。

二十世紀八十年代初期，中國科技大學和天津石油化工公司利用凍干技術開發新型高比表面稀土鈣鈦礦型催化劑，是較早利用凍干機進行納米材料制備的研究。二十世紀八十年代后期，國內開始對食品凍干工藝的研究。華中科技大學首先進行了大蒜凍干的實驗研究；華南理工大學對新鮮蛇肉的凍干工藝進行研究，制訂了凍干曲線；華南理工大學對草菇凍干過程壓力循環法進行研究，采用循環壓力法可使干燥時間縮短和節能，華南理工大學還對菠菜的凍干工藝進行了研究。上海理工大學則進行了蘋果、草莓凍干過程的實驗研究，比較了不同的降溫速率、真空度、加熱溫度和冷阱溫度對冷凍干燥過程的影響。此外，東北大學進行了凍干大鼠皮膚以及凍干家兔眼角膜復水再植的試驗研究，武漢大學中國典型培養物保藏中心為有效保存嗜鹽古細菌，對其凍干條件進行優化，并研究了海藻糖對嗜鹽菌的凍干保護作用。

隨著生活水平的不斷提高，人們對消費品的品質將提出更高的要求，環保意識、健康意識在進一步加強，對于各類藥品、保健品及凍干食品的需求將越來越大。而為不斷滿足各類藥品，生物保健品，凍干食品以及固體微粉制備的需要，特別是生物工程的發展又將帶來研制新藥和生物類藥物的新高潮，這一切都將有力地推動真空冷凍干燥技術的進一步發展，使其應用規模不斷擴大、應用領域不斷擴展。

冷凍干燥的原理
真空冷凍干燥是先將濕料凍結到共晶點溫度以下,使水分變成固態的冰,然后在較高的真空度下,使冰直接升華為水蒸氣,再用真空系統中的水汽凝結器將水蒸氣冷凝,從而獲得干燥制品的技術。干燥過程是水的物態變化和移動的過程。這種變化和移動發生在低溫低壓下。因此，真空冷凍干燥的基本原理就是低溫低壓下傳質傳熱的機理。

冷凍干燥的優點
（1）  冷凍干燥在低溫下進行，因此在對于許多熱敏性的物質特別適用。如蛋白質、微生物之類，不會發生變性或失去生物活力。
（2）  在凍干過程中，微生物的生長和酶的作用無法進行。因此能保持原來的性狀。
（3）  在低溫下干燥時，物質中的一些揮發性成份和受熱變性的營養成分損失很小，適合一些化學制品、藥品和食品的干燥。
（4）  由于在凍結的狀態下進行干燥，因此制品的體積、形狀幾乎不變，保持了原來的結構，不會發生濃縮現象。干燥后的物質疏松多孔，呈海綿狀，加水后溶解迅速而*，幾乎立即恢復原來的性狀。
（5）  在真空下進行干燥，物料處于高度缺氧狀態下，容易氧化的物質得到了保護。
（6）  干燥能排除95-99%以上的水份，使干燥后產品能長期保存而不變質。
 

凍干食品的特點：

1、冷干食品zui大限度地保留了新鮮食品的營養成分及色、香、味。凍干食品的干燥是在低溫和真空狀態下進行的，使一些熱敏性和極易氧化物質的損失大大減少，zui大限度地保留了食品中的各種營養成分。

2、凍干食品不失原有食品的骨架結構，保持了食品原有的形態。

3、復水性能好，更接近新鮮食品品質。

4、無一般干燥方法帶來的表面硬化問題。

5、易于儲藏、運輸。

凍干食品的種類：

任何食品都可以進行凍干加工，但是，由于凍干食品生產成本高，目前凍干食品還主要局限在食品。現可將凍干食品大致分為以下幾類：

1、果蔬類凍干食品：如菠蘿、番茄、胡蘿卜、蔥、蒜、蘋果、草莓、水蜜桃等。

2、禽肉類凍干食品：如豬肉、牛肉、雞肉、兔肉等。

3、水產品類凍干食品：如蝦、魚、海參、干貝、海帶、紫菜等。

4、調味品類凍干食品：如果醬、湯料、調理料及香料等。

5、方便食品及其他：如宇航食品、jun用食品、旅游食品、茶葉、咖啡等。
 

冷凍干燥食品生產工藝:

（一）前處理

1、果蔬類食品的前處理  

2、肉類食品的前處理

3、液態、糊狀食品的前處理：主要包括殺菌、濃縮、制粒、添加抗氧化和抗結塊的制劑等過程。
 

（二）預凍

凍結速率對于凍干食品的質量和干燥時間影響較大。凍結速率快，食品內形成的冰結晶細小，分布均勻，對食品的損傷小，干燥后能夠較好地反映出食品原來的組織結構和性能。但是，小的冰結晶升華后留下的空隙也小，升華產生的水蒸氣逸出的通道也就狹小，阻力大，造成食品干燥速度減慢。

選擇一個*的凍結速率，能夠在保證食品質量的情況下耗能zui小。

（三）升華干燥

1、凍干機的裝載量   濕重裝載量，它是決定凍干時間的重要因素。

2、干燥溫度  溫度的控制原則是不引起被干燥食品內冰結晶的融化。

 冷凍干燥對食品品質、營養成分的影響：

（一）貯藏期

凍干食品脫去了絕大部分水分（一般水分含量多在1.0%-2.0%之間）

一般凍干食品在常溫下通常可以保存2年，如果用鐵罐包裝，可以保存更長時間。
 

（二）風味

食品中揮發性芳香物質的損失明顯低于熱風干燥時的損失量

（三）色澤

產品受氧氣的影響很小，各種滑雪反應很少發生，所以由于食品直接被氧化或發生酶促反應導致食品褐變、褪色的機會比較少。食品在凍干過程中可能發生非酶褐變

褐變的速度主要取決于干燥的溫度和食品中殘存的水分

總的來說，凍干食品的色澤要較其他干燥方法生產的產品色澤好

（四）體積質量

脫水呈現多孔狀結構，組織表面積比原來增大100-150倍，

所以凍干食品的體積質量非常小，絕大多數都小于1