食品機械設備網(wǎng)
技術文章
快速真空冷凍干燥技術及其應用
閱讀：2802 發(fā)布時間：2008-6-4
淺談一種特殊情況下的升華脫水技術——
快速真空冷凍干燥技術及其應用
深圳市綠鵬農(nóng)科股份有限公司生物技術開發(fā)中心 黃偉東
常規(guī)的真空冷凍干燥，是把物料經(jīng)*凍結后，在一定的真空度下，使冰晶升華，從而達到低溫脫水的目的。由于真空冷凍干燥的產(chǎn)品具有許多其它干燥方法*的優(yōu)點，應用在食品加工方面，其優(yōu)點是：（
但由于凍干食品在生產(chǎn)過程中要消耗巨大的能量，成本很高，因此自60年代有工業(yè)化生產(chǎn)以來，產(chǎn)品的一半以上是供應給*、航海、航天、極地考察、地質探礦、邊疆等特殊場合工作的人食用，給他們的工作生活帶來極大方便，其余部分大部作為嬰兒食品或方便食品。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，近年也有一部分方便食品采用了凍干香蔥、香菜、蝦仁、牛肉等作調(diào)味品或添加物。
快速真空冷凍干燥，是把經(jīng)凍結的物料，放在真空容器中，利用一種可食用的、與水互不相溶的、具有與水相當?shù)谋葻岬奈镔|作熱的傳媒（現(xiàn)在僅有食用油脂這一類，今后有可能使用的是食用油脂的替代品或專為此技術而開發(fā)的符合上述要求的傳熱介質），在一定溫度下積聚大量熱能，通過直接接觸已凍結的物料方式使冰晶在極短的時間內(nèi)吸收大量熱能，直接汽化或來不及液化而直接汽化的一種脫水方式，其本質是一種特殊狀態(tài)下的升華，為了與常規(guī)真空冷凍干燥（以下簡稱常規(guī)凍干）的升華相區(qū)別，根據(jù)這一特殊狀態(tài)下升華的特點，故命名為快速真空冷凍干燥（以下簡稱快速凍干）。
這種特殊情況下的升華，就筆者所能見到的文獻資料，未見有關類似的報道，筆者認為有如下理由認為這是升華狀態(tài)：
1、對比其時間—壓力曲線與常規(guī)凍干的時間—壓力曲線，兩者的形狀和走向非常相似，相當于把常規(guī)凍干曲線的時間單位由小時改為分鐘。
2、快速凍干的產(chǎn)品與常規(guī)凍干的產(chǎn)品相比，在脫水比率、復水性能、復水 率、脆度、外觀形狀、色澤等方面非常接近。
3、用常規(guī)凍干的理論分析其脫水過程，均與實驗結果相符。
有人也許會認為，這其實就是真空低溫油炸技術，實際上，這兩者存在本質的區(qū)別：真空低溫油炸技術，是把未凍結的物料放在真空容器中油炸，在剛開始的瞬間，是發(fā)生了上述特殊情況下的升華，但此后因熱油與冰晶之間被一個剛升華出來的熱蒸汽層隔開，傳熱效率大為降低，熱能的傳輸無法滿足那種特殊情況下的升華了，轉而變成了冰（固）—→ 水（液）—→汽（氣）的過程，由于兩者的相變不一樣，所加工出來的產(chǎn)品差別很大，快速凍干的產(chǎn)品在脆度、含油率、營養(yǎng)活性物質的保存率、復水性能等方面是真空低溫油炸技術的產(chǎn)品所無法達到的。
常規(guī)凍干的產(chǎn)品與快速凍干的產(chǎn)品相比各有優(yōu)缺點，常規(guī)凍干產(chǎn)品的營養(yǎng)活性保存率較高，產(chǎn)品無油，貯藏期長等；快速凍干的產(chǎn)品在營養(yǎng)活性物質的保存率上高于其它烘干的方法，僅次于常規(guī)凍干，由于食用油脂（傳熱介質）的殘留，貯藏期僅一年左右，但含油率不高，干品約為5—8%（而真空低溫油炸的產(chǎn)品為15-20%），復水后約為0.5—1%，與日常飲食差不多，作為食品加工來說，這一特點是可以接受的，而且快速凍干的產(chǎn)品在加工過程中有一個高溫熟化和滅菌的過程，且其復水性能，營養(yǎng)活性物質的保存率等接近于常規(guī)凍干的產(chǎn)品，因此，在許多場合可取代常規(guī)凍干產(chǎn)品，同時亦可以直接食用。
在加工品種范圍方面，快速凍干幾乎*覆蓋了常規(guī)凍干的范圍（少數(shù)香辛料除外），由于快速凍干的生產(chǎn)成本僅為常規(guī)凍干的成本的20%—50%，許多采用常規(guī)凍干方法幾乎無市場的產(chǎn)品在改用快速凍干后，變得市場竟爭力，如糧食制品中的方便面，快速凍干的產(chǎn)品在外觀及內(nèi)在質量上甚至優(yōu)于現(xiàn)行市售的微波干燥方便面；采用本技術加工的方便米粉、方便米飯等，真正成為方便的“米飯"；在堅果制品中，快速凍干的產(chǎn)品比傳統(tǒng)的炒、烘、烤的方法加工的產(chǎn)品更具有酥、香、脆的口感，而且絕不會有焦糊等；采用快速凍干的技術加工的果蔬類產(chǎn)品，其質地類似于膨化食品，具有與餅干相當?shù)拇喽燃昂吐?，且在加工過程中沒有添加任何化學物質，是一種優(yōu)良的、高品質的健康食品，適合于各個年齡階段的人群食用，單這一類產(chǎn)品的前景就非常廣闊；此外，快速凍干的海帶絲、紫菜、畜禽產(chǎn)品等，也同樣具有廣闊的市場。總結起來，可采用快速凍干的種類有：糧食類、果蔬菜類、畜禽類、海產(chǎn)類、水產(chǎn)類等多達百余種，可以說，目前還沒有那一種食品加工技術能有如此廣泛的實用范圍。
在技術參數(shù)上，快速凍干與常規(guī)凍干相比，具有明顯的更容易實現(xiàn)的特性，這是快速凍干成本低廉的關鍵所在。見下表：
項 目 | 快 速 凍 干 | 常 規(guī) 凍 干 |
絕 對 壓 力 （Pa） | 1333~2666 | 13.3~133 |
升 華 溫 度 （0C） | 70~90 | -05~-25 |
水蒸汽捕集器工作溫度（0C） | 25~35 | -25~-40 |
生 產(chǎn) 周 期 | 12~15分鐘 | 12~20小時 |
由上表可見，快速凍干的條件比常規(guī)凍干的條件更容易實現(xiàn)，所以，它的設備投資，運轉費用等均大大低于常規(guī)凍干，常規(guī)凍干的zui小實用生產(chǎn)規(guī)模，就需500萬元以上的投資，而快速凍干的zui小實用生產(chǎn)規(guī)模，只需50萬元就足夠了，而且兩者的生產(chǎn)能力相當，其它生產(chǎn)規(guī)模相當?shù)耐顿Y見下表：
項目 | 生產(chǎn)規(guī)模（年產(chǎn)） | 30~50T | 50~100T | 150~200T | 300~600T |
快速凍干 | 設備投資（萬元） | 50 | 100 | 300 | 600 |
廠 房 （m2） | 100~150 | 150~200 | 300~500 | 800~1000 | |
常規(guī)凍干 | 設備投資（萬元） | 500 | 1000 | 1500 | 2000 |
廠 房 （m2） | 800~1000 | 1000~2000 | 1200~1500 | 1500~2000 |
我國是一個農(nóng)副產(chǎn)品資源豐富的大國，不論大江南北、東海之濱、西部腹地，均有適宜采用快速凍干技術加工的原料，有許多還是當?shù)氐奶厣Y源，由于保鮮、貯藏、運輸?shù)确矫娴脑颍磕甓加幸徊糠职装桌速M了，如果選用快速凍干技術來就地深加工（由于其投資規(guī)?？纱罂尚?，適合我國各地不同經(jīng)濟狀況的地區(qū)采用，此方案是可行的），由此而產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和社會效益，都是無法估量的。
由于該技術未見有關文獻報道，筆者的能力又十分有限，這里面有許許多多末能揭示的道理，其中的觀點也有許多偏頗，請國內(nèi)同行指正。
參考文獻：
1、《食品工業(yè)制冷技術》 孫時中等譯 輕工業(yè)出版社 1987
2、《食品干燥》 邱建人著 中國臺灣復文書局 1984
3、《真空技術手冊》 達道安著 機械工業(yè)出版社 1987
4、《冰凍干燥法》 張志純譯 中國臺灣徐氏基金會出版 1987