食品業(yè)真空干燥技術運用

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1凍干工藝

1.1前處理工藝

對于不同的待干物料，前處理的方法是不同的。根據(jù)原料的特點采用相應的處理方法，如蔬菜冷凍干燥的前處理，除進行原料的分選、清洗、切分外，還需進行漂燙。

1.2預凍工藝

預凍有抽真空自身蒸發(fā)凍結和用速凍設備凍結兩種，為了保證食品的品質，一般選用后者。根據(jù)被凍物料的共晶點溫度，選擇預凍溫度；根據(jù)被凍物料的結構，形狀和大小，選擇凍結時間；根據(jù)物料的性質，選擇預凍速率，預凍工藝直接影響著物料的品質。

1.3升華干燥

升華干燥在真空裝置中進行，因而在升華干燥過程中保持合適的真空度十分重要。為了提高升華速度，縮短產品凍干時間，需要適當提高升華的溫度、傳熱系數(shù)以及減少水蒸汽的逸出阻力。升華時的溫度受條件的制約：食品凍結部分的溫度應低于共晶點溫度，否則凍結部分將融化，使已干燥部分構成的骨架剛度下降，變得有粘性而塌陷，封閉了已干燥部分的海綿狀微孔，阻止升華繼續(xù)進行，這時如果供熱過量，產品將融化報廢。升華中熱量的獲得是由干燥箱中的加熱板以輻射的形式傳導給被干燥物的。加熱板的溫度是根據(jù)干燥物的允許最高溫度以及傳熱系數(shù)，按照干燥過程的加熱曲線而精心控制的。這種曲線稱為冷凍干燥曲線，選擇合適的曲線是冷凍干燥工藝的關鍵。

1.4后處理工藝

真空冷凍干燥食品一般為多孔疏松狀，表面積大，易吸濕與破碎。為了便于保存，后處理工藝不容忽視，常用真空包裝或充入惰性氣體進行包裝，以便于長期貯藏。

2真空冷凍干燥技術的特點

2.1營養(yǎng)成分基本保持不變

由于食品處于低溫、低氧、避光等環(huán)境中加工，因此，無論是碳水化合物、脂肪、蛋白質或者維生素，其損耗都小，特別是對那些熱敏性物質更為突出。

2.2保持原有新鮮食品的形態(tài)

食品中的水分是由冰轉變?yōu)樗羝?，根?jù)平衡原理，供給冰結晶升華的熱量，只能使冰升華，不會導致物料溫度升高，所以，食品不會發(fā)生干縮和干裂現(xiàn)象。另外，食品中的水分在干燥之前，已凍結成冰晶，溶于水中的無機鹽被均勻地分配在食品中。當冰晶升華時，無機鹽不會隨水蒸汽而帶到食品表面，所以，冷凍干燥不會產生“表面硬化”現(xiàn)象。

2.3色澤保持不變

在凍結過程中，食品的溫度非常低，酶的活性很小，并且，又在高真空狀態(tài)下干燥，即氧氣的含量極低。凍結干燥的產品，產生酶褐變和非酶褐變的程度都很低。所以，凍結干燥的食品，幾乎保持了原來的色澤。

2.4風味基本保持不變

每一種食品都有其獨特的風味，良好的風味又是構成質量的重要因素之一。冷凍干燥，因干燥溫度很低，風味物質損失少，基本保持了原產品的風味。如冷凍干燥的韭菜、香菜，復水后具有韭菜、香菜的風味，而熱力干燥的韭菜、香菜，復水后風味很淡。

2.5復水性極佳

冷凍干燥食品的多孔性是由于在干燥時，食品的形態(tài)固定不變，冰升華后留下的孔隙造成的。這樣結構是海綿狀多孔結構，孔多、且分布均勻，并無堵塞，復水性好，可以在幾秒鐘之內恢復到凍干前狀態(tài)。

2.6保存方便便于運輸

凍干食品應進行真空包裝或真空充惰氣包裝，凍干食品可以在常溫下長期貯藏，不需要復雜的冷鏈，且重量輕，便于運輸。

3真空冷凍干燥設備的組成及結構特點

食品真空冷凍干燥設備各系統(tǒng)優(yōu)化配置，是由一臺或多臺凍干機及相應的制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、熱媒循環(huán)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)組成。

3.1制冷系統(tǒng)

凍干用冷源包括兩部分：預凍結用冷和蒸汽捕集器用冷。預凍是將處理好的物料速凍至心部溫度-25℃，為了捕獲升華的水蒸氣，需要不斷地為蒸汽捕集器提供足夠的冷量。制冷系統(tǒng)選用氨為制冷工質，雙級壓縮制冷，采用氨泵強制循環(huán)供液。速凍隧道采用土建庫或聚氨脂組合庫板拼裝而成，庫內安裝軌道與整個工藝軌道銜接，采用落地式冷風機，頂側吹風，降溫速度快，且物料處于回風區(qū)，降低了干耗損失。

3.2真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)是由二套抽空機組和一套維持機組組成，抽空機組可在15min以內將干燥倉內真空度從大氣壓抽至133Pa，以避免物料表面溶化；維持機組確保在整個凍干過程中，倉內真空度維持在13～133Pa工藝所要求的真空度。該系統(tǒng)還包括：真空管道、真空閥、法蘭、接頭和控制裝置。

3.3熱媒循環(huán)加熱系統(tǒng)

該系統(tǒng)由一個熱媒加熱罐和一套熱媒循環(huán)溫控回路組成，向倉體內的加熱板供熱，并根據(jù)不同的凍干工藝曲線精確控制加熱板溫度，控溫范圍為常溫至120℃。熱媒在該系統(tǒng)內處于封閉循環(huán)，由熱媒泵驅動?？删幊讨悄軠囟日{節(jié)器可存貯多種食品凍干曲線，根據(jù)凍干工藝曲線自動控溫，熱媒循環(huán)系統(tǒng)還包括以下主要部件。（1）熱媒加熱罐用于貯存熱媒，熱媒用蒸汽加熱，包括罐體、蒸汽加熱器及相關的管道、閥門、液位計、測溫點等。（2）蒸汽換熱器通過強制循環(huán)將蒸汽與熱媒進行換熱，以提供加熱板所需熱量。（3）熱媒循環(huán)泵用于系統(tǒng)中熱媒的強制循環(huán)，該系統(tǒng)還包括相應的各種管道、閥門、法蘭、接頭等。

3.4電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)的功能是對凍干機的各個重要參數(shù)進行測量、顯示和記錄，并根據(jù)預制的凍干工藝曲線驅動各系統(tǒng)執(zhí)行元件對凍干過程進行精確控制,對所發(fā)生的故障報警且自動實施應急處理?？刂葡到y(tǒng)由控制柜和測量變送元件組成，用于干燥過程電氣設備控制測量、控制、記錄、報警和監(jiān)測。采用彩色觸摸屏顯示和控制，采用西門子電氣進行過程控制和數(shù)據(jù)收集。在觸摸屏上可進行手動操作，在系統(tǒng)運行過程中，能隨時在觸摸屏上修改和設置控制參數(shù)，能顯示設備工作狀態(tài)和系統(tǒng)流程，系統(tǒng)出故障時能報警并立即實施保護。可編程智能控制儀表以PLC為核心，監(jiān)測、控制和管理整個凍干工藝流程，使全套設備的工作達到和諧與統(tǒng)一?？删幊讨悄軠乜貎x表可存貯多種食品凍干工藝曲線，根據(jù)不同物料可方便地選擇相應的凍干曲線。一體化報警和故障處理系統(tǒng)可在凍干過程任何階段對故障狀態(tài)報警和顯示，并準確作出保護動作。凍干過程中的真空度、加熱板溫度、物品溫度、重量和蒸汽捕集器溫度等數(shù)據(jù)，在觸摸屏上適時顯示，并將整個凍干過程的各項數(shù)據(jù)存儲記憶在其內部，作為生產過程記錄備查。特別是稱重裝置，可使操作者直接有效地在線觀察和判斷物料的干燥程度。

4其它系統(tǒng)

4.1物料運輸系統(tǒng)

物料由裝盤開始經(jīng)速凍隧道至干燥倉干燥，再由干燥倉出來至包裝挑選處卸盤為止。工藝路線中全有懸掛物料小車用的軌道，該系統(tǒng)包括懸架導軌、料架小車、物料托盤部分。

4.2除霜系統(tǒng)

干燥倉每批次干燥過程結束后，對蒸汽捕集器進行熱水噴淋除霜。該系統(tǒng)包括：除霜熱水池、熱水泵及噴淋、排水和吹干管路、閥門、法蘭、接頭等，除霜水池配有自動控溫控制裝置。

4.3氣動系統(tǒng)

用于真空系統(tǒng)、熱媒循環(huán)系統(tǒng)、除霜系統(tǒng)的有關氣動閥門的驅動氣源，提供蒸汽捕集器除霜后吹干用壓縮空氣。

4.4蒸汽捕集器（水汽凝結器）

布置在干燥倉外部，自成一體，用于捕集升華出來的水蒸氣。冷凝面由熱浸鋅無縫鋼管制成，特殊設計的蒸汽捕集器保證了制冷和結霜的高效率。每批次凍干結束后進行除霜，噴淋除霜水由除霜系統(tǒng)提供。

5應用

真空冷凍干燥技術的應用范圍是非常廣泛的，只要是含水、無毒、無腐蝕性的物質都可以運用凍干技術將其制成干品。目前，應用凍干技術最為廣泛的是食品行業(yè)、生物制藥行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、保健品行業(yè)等。幾乎所有的農副產品，如肉、禽、蛋、水產品、蔬菜、瓜果等都可以制成凍干食品，藥品、生物制品等也都使用凍干技術制成脫水制品。凍干食品正廣泛應用于方便食品、湯料加工、速溶飲品、營養(yǎng)保健品以及軍需、野外作業(yè)、登山、宇航等特殊行業(yè)。目前，凍干技術常用于干燥下列凍干食品：①烹飪食品類肉、禽、蛋、蔬菜類；②土特產品類蘑菇、魔芋、黃花菜、蕨菜、香椿芽等；③調味品類蔥、姜、蒜、香料等；④速溶飲品類咖啡、果珍、速溶茶等；⑤營養(yǎng)保健品類甲魚粉、花粉、人參、鹿茸、鹿血、羊胎盤、山藥及各種中草藥等；⑥水果類菠蘿、香蕉、草莓、哈密瓜、杏、桃、葡萄等。我國凍干食品工業(yè)剛剛起步，凍干食品的綜合開發(fā)及應用還處于初級階段。市場上凍干食品的花色品種很少，凍干食品在方便食品、湯料加工、速溶飲品、營養(yǎng)保健食品等行業(yè)，以及登山、軍需、野外作業(yè)等特殊行業(yè)都未得到廣泛的應用，不能滿足人民日益增長的物質要求。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，生活節(jié)奏的加快，人們對食品的需求從溫飽型向營養(yǎng)型、方便型轉化，越來越需要各種營養(yǎng)豐富，衛(wèi)生方便的功能食品。凍干食品以其獨特的優(yōu)點已逐步被人們認識和接受。目前，市場上的凍干食品主要有以下兩大類。（1）作為最終產品直接面向消費者的凍干食品，包括：營養(yǎng)保健品如凍干蜂王漿粉、活性人參、甲魚粉、蛇粉等；調味品如大蒜、生姜、香蔥、香菜、洋蔥、大蔥等。（2）作為方便食品行業(yè)的配料、湯料的凍干食品：如牛肉、雞肉、蝦、魚片、香菇、胡蘿卜、青豆、荷蘭豆等。

6結論

在所有的食品保鮮、貯存方法中，真空冷凍干燥技術的發(fā)展前途最為寬廣，凍干食品一定能成為未來世界食品體系的重要組成部分之一。凍干食品及其綜合開發(fā)產品具有巨大的市場前景，在目前提倡綠色生產、健康消費的環(huán)境下，重點研究真空冷凍干燥技術具有重要戰(zhàn)略意義。