真空冷凍干燥技術(shù)在果蔬加工中的應(yīng)用

2013-06-28 Office辦公助手 http://www.officezhushou.com/

1、綜述

　　第二次世界大戰(zhàn)后期，由于軍事戰(zhàn)備食品的需求，真空冷凍干燥用于果蔬高品質(zhì)脫水技術(shù)被迅速發(fā)展起來(lái)。70 年代以來(lái)，隨著普通消費(fèi)者對(duì)方便食品的要求日益增多，使凍干食品市場(chǎng)日趨擴(kuò)大，凍干食品在發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家已相當(dāng)流行，成為國(guó)際貿(mào)易的大宗食品。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，技術(shù)日漸成熟，設(shè)備日趨完善。我國(guó)在50 年代引進(jìn)真空冷凍干燥技術(shù)，最初用于藥物及生物制品的脫水干燥。1953 年衛(wèi)生部所屬北京、武漢兩生物制品研究所先后安裝了大型凍干設(shè)備，邁開(kāi)了我國(guó)生物制品凍干工業(yè)化的第一步。60 年代后期在北京、上海、大連等地相繼建立了一些實(shí)驗(yàn)性凍干設(shè)備，70 年代中期在上海建立了年產(chǎn)3000 噸的食品凍干車(chē)間。但是當(dāng)時(shí)我國(guó)的人民生活水平低，人們有愛(ài)吃新鮮食品的習(xí)慣，凍干食品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)不大;80 年代后期，一些外商看中了中國(guó)豐富的原料市場(chǎng)，開(kāi)始在大陸投資設(shè)廠。到了90 年代，隨著商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，市場(chǎng)凍干食品的需求越來(lái)越大，特別是外商為打開(kāi)中國(guó)市場(chǎng)，紛紛提供設(shè)備貸款以及包銷(xiāo)部分產(chǎn)品，促使一些食品企業(yè)大膽引進(jìn)國(guó)外設(shè)備建廠，而國(guó)內(nèi)一些廠家亦爭(zhēng)先恐后推出國(guó)產(chǎn)凍干設(shè)備。一時(shí)間，凍干食品行業(yè)呈現(xiàn)一派興旺和蓬勃發(fā)展的景象。但真正有經(jīng)濟(jì)效益的企業(yè)并不多，相當(dāng)企業(yè)由于未經(jīng)充分論證后即倉(cāng)促建線生產(chǎn)，在原料供應(yīng)、銷(xiāo)售市場(chǎng)、工藝技術(shù)等均不占優(yōu)勢(shì)的情況下，只好暫時(shí)停產(chǎn)以觀市場(chǎng)，昂貴的進(jìn)口設(shè)備閑置或部分閑置，實(shí)在令人惋惜。

　　我國(guó)的農(nóng)副產(chǎn)品資源極其豐富，品種多、質(zhì)量好、價(jià)格低，急需深加工增值。此外，我國(guó)的中草藥、珍貴動(dòng)、植物品種繁多，可生產(chǎn)出具有特色的凍干名貴產(chǎn)品。加入WTO 后，這種高科技含量的行業(yè)市場(chǎng)前景越來(lái)越好。凍干食品在一些發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的普及水平，美國(guó)、日本凍干食品的比重已達(dá)到40% 以上。據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，目前，美國(guó)每年消費(fèi)凍干食品500 萬(wàn)t，日本160 萬(wàn)t，法國(guó)150 萬(wàn)t，其他國(guó)家也很可觀。日本每年約需花1000 億日元進(jìn)口凍干食品，香港、新加坡和南韓每年進(jìn)口凍干食品達(dá)500 億日元。日本、美國(guó)及歐洲等每年約需凍干大蒜粉6000t，可見(jiàn)凍干食品的國(guó)際市場(chǎng)之大。另一方面，我國(guó)勞動(dòng)力密集，加工凍干食品的成本比其他國(guó)家低得多。這種低成本，對(duì)外商產(chǎn)生了巨大的吸引力，近年來(lái)，外商轉(zhuǎn)向中國(guó)求購(gòu)大量?jī)龈墒称罚@就為我國(guó)發(fā)展凍干食品提供了機(jī)遇。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)食品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，特別是對(duì)高質(zhì)量的嬰幼兒食品和保健食品的需求量急劇增加。另外，我國(guó)旅游、探險(xiǎn)、航海事業(yè)必將有大的發(fā)展，同時(shí)高檔餐飲業(yè)的迅速崛起、人們生活節(jié)奏的加快，都對(duì)方便即食食品的需求量越來(lái)越大。因此，發(fā)展凍干食品具有廣闊的國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。據(jù)國(guó)家海關(guān)總署、國(guó)家商檢局統(tǒng)計(jì)，在20 世紀(jì)90 年代，我國(guó)脫水蔬菜出口量每年以30 %的速度增加，出口量約占世界總產(chǎn)量的2/3。而凍干蔬菜在國(guó)際市場(chǎng)的價(jià)格是熱風(fēng)干燥脫水蔬菜的4 ～6 倍，正成為國(guó)際貿(mào)易的大宗食品。國(guó)際市場(chǎng)凍干食品供不應(yīng)求，但國(guó)內(nèi)凍干食品工業(yè)尚處于發(fā)展初期，產(chǎn)量還很低。因此我國(guó)應(yīng)加快發(fā)展凍干食品，把豐富的農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行深加工增值、外銷(xiāo)創(chuàng)匯。國(guó)內(nèi)外對(duì)凍干食品的巨大需求，為我國(guó)發(fā)展凍干食品工業(yè)提供了機(jī)遇。

　　真空冷凍干燥技術(shù)是一項(xiàng)高新加工技術(shù)，被認(rèn)為是生產(chǎn)高品質(zhì)脫水食品的最好加工方法。其原理是在真空狀態(tài)下，利用升華原理，使預(yù)先凍結(jié)的物料中的水分不經(jīng)過(guò)冰的融化直接以冰態(tài)升華為水蒸汽被除去，從而使物料在低溫狀態(tài)下被迅速干燥，稱為真空冷凍干燥，簡(jiǎn)稱凍干。用此方法生產(chǎn)的食品稱凍干食品。現(xiàn)在除北京、福建、廣東、青島等地還在生產(chǎn)俏銷(xiāo)的蘑菇、調(diào)料以外，食品凍干幾乎沒(méi)有發(fā)展。我國(guó)可用于凍干加工的食品資源特別是土特產(chǎn)十分豐富，如豆制品、蘑菇、苔菜、獼猴桃、椰汁、大蒜、茶葉、蜂蜜等產(chǎn)品在世界上都是有名的。隨著對(duì)外開(kāi)放、對(duì)內(nèi)搞活政策方針的貫徹和我國(guó)人民食品結(jié)構(gòu)的改變，食品凍干業(yè)在我國(guó)將會(huì)得到迅速發(fā)展。

　　當(dāng)然，凍干技術(shù)還有許多尚待解決的問(wèn)題。如妨礙凍干技術(shù)更為廣泛應(yīng)用的最大障礙是生產(chǎn)成本高，因此如何縮短凍干周期進(jìn)行能源的綜合利用、強(qiáng)化裝置的功能，降低裝置的耗能，降低設(shè)備造價(jià)都是凍干行業(yè)特別是食品凍干行業(yè)發(fā)展需要解決的重要課題。但是隨著凍干技術(shù)的提高，凍干設(shè)備的日益完善，尤其是凍干設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，凍干食品的生產(chǎn)成本必將而且已經(jīng)進(jìn)一步降低。另外，與罐藏食品、冷凍食品相比，凍干食品的運(yùn)輸、貯存等經(jīng)常性費(fèi)用較低，而凍干食品的高質(zhì)量所附加的高價(jià)值，可以彌補(bǔ)其成本高的缺點(diǎn)，尤其是對(duì)于價(jià)格高的食品物料，凍干成本在其產(chǎn)品銷(xiāo)售價(jià)格中所占的比例并不大。由于凍干食品避免了傳統(tǒng)脫水技術(shù)方法帶來(lái)的變色、變味、營(yíng)養(yǎng)成分損失大、復(fù)水性差等缺陷，具有保持原食品形、色、香、味、營(yíng)養(yǎng)不變、復(fù)水性好、重量輕、可常溫貯藏等優(yōu)點(diǎn)。因此，凍干食品在國(guó)際市場(chǎng)的價(jià)格是熱風(fēng)干燥食品4～6 倍，是速凍食品7～8 倍。

2、凍干生產(chǎn)所用設(shè)備

　　2.1、主要設(shè)備

　　凍干食品生產(chǎn)最主要的設(shè)備為食品用真空冷凍干燥機(jī)組，該機(jī)組的性能，能耗和操作自動(dòng)化程度的高低決定了凍干食品生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)水平的高低，食品用凍干機(jī)分間歇式和連續(xù)式。連續(xù)式機(jī)組在國(guó)內(nèi)企業(yè)尚屬少見(jiàn)。間歇式凍干機(jī)由干燥箱體、加熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等5 部分組成。

　　(1)干燥箱體有圓筒形及方形兩種主要的形式，各有優(yōu)點(diǎn)，圓筒形制造容易，但無(wú)法利用的空間多;方形則相反，空間利用率高，但制造較困難。

　　(2)加熱系統(tǒng) 大多數(shù)采用輻射傳熱，輻射板由陽(yáng)極電鍍鋁制成，導(dǎo)熱介質(zhì)有導(dǎo)熱油，飽和水、二次蒸汽，有機(jī)溶劑如丙二醇、甘油等，熱源均系用高壓水蒸汽。

　　(3)真空系統(tǒng) 采用機(jī)械真空泵，有羅茨泵+油封泵及羅茨泵+羅茨泵+大氣噴射+水環(huán)泵兩種，兩者主要區(qū)別是前者不能抽水蒸汽，因此對(duì)冷阱效率要求較高，優(yōu)點(diǎn)是能耗小，后者則正好相反，能抽吸少量水蒸汽，缺點(diǎn)是能耗較大。

　　(4)制冷系統(tǒng) 由制冷機(jī)組與冷卻排管構(gòu)成，作水蒸汽捕集器(亦稱冷阱)依其與輻射板組件的相對(duì)位置，有如下幾種形式：①底置式：放置在輻射板組件的底部;②側(cè)置式：放置在輻射板組件的兩側(cè);③后置式：放置在輻射板組件的后面;④另置式：放置在輻射板組件不在同一容器內(nèi)，另外一個(gè)容器放置，兩容器之間有一個(gè)短而粗的管件連接。

　　(5)控制系統(tǒng) 有手動(dòng)控制及自動(dòng)控制兩大類(lèi)，自動(dòng)控制又分儀表自動(dòng)控制與PLC 可編程序控制兩類(lèi)。以PLC 可編程序控制最先進(jìn)，現(xiàn)在已有專用的凍干程序控制儀問(wèn)世，是在PLC基礎(chǔ)上按凍干要求而設(shè)計(jì)的，能自動(dòng)完成凍干過(guò)程中復(fù)雜的控制操作，并且有貯存數(shù)據(jù)的功能。

　　2.2、凍干食品生產(chǎn)線的配置

　　(1)清洗機(jī)及容器：用來(lái)清洗果蔬的泥土及表面殘留物。

　　(2)多用切片機(jī)：用來(lái)將原料切成一定厚度的薄片，便于統(tǒng)一完成凍干時(shí)間及加快凍干速度，國(guó)產(chǎn)的即可。我國(guó)臺(tái)灣、日本、美國(guó)產(chǎn)的切片機(jī)價(jià)格高于國(guó)產(chǎn)的約30-50%。

　　(3)冷卻槽：殺青后的冷卻槽可用清洗槽代替，簡(jiǎn)易生產(chǎn)線通常因自來(lái)水冷卻瀝水可選用振蕩瀝水機(jī)，一般選用離心機(jī)脫水。

　　(4)速凍庫(kù)：速凍庫(kù)的配置與凍干機(jī)的處理能力相適應(yīng)，以日班生產(chǎn)配料，滿足2 ～3 班凍干為宜。冷源最好單獨(dú)或半單獨(dú)設(shè)置(低壓循環(huán)部分獨(dú)立)以防止在速凍庫(kù)熱負(fù)荷較大時(shí)，影響到正在凍干過(guò)程中的冷卻溫度。

　　(5)凍干車(chē)間:凍干車(chē)間是凍干食品生產(chǎn)的關(guān)鍵工序，它的設(shè)置同時(shí)要考慮到產(chǎn)品質(zhì)量受影響的程度，一般速凍庫(kù)與凍干箱門(mén)之間的距離越短越好，并且此通道最好專用，僅作為物流通道，而不兼作人流通道，凍干箱門(mén)端與凍干機(jī)其它部分及設(shè)備最好隔開(kāi)，以減少環(huán)境對(duì)半成品的污染。

　　(6)卸料與包裝間:卸料與包裝間應(yīng)密閉，地面至少要用水磨石加打蠟，墻體要用白瓷磚貼至1.5m 高，以上部分要刷白色防水涂料，此車(chē)間須裝設(shè)空調(diào)除濕設(shè)備，空調(diào)制冷可與冷庫(kù)系統(tǒng)合用，除濕設(shè)備宜選用轉(zhuǎn)輪式除濕機(jī)，以利降低除濕成本，車(chē)間最好無(wú)窗戶，門(mén)盡可能密閉，最好采用無(wú)塵凈化室專用的密封門(mén)，并要有換氣、消毒、滅菌等設(shè)施。包裝時(shí)一般要有不銹鋼工作臺(tái)，抽真空充氮封口機(jī)，抽真空設(shè)備宜選用水環(huán)式真空泵，抽速約20L/s，充氮?dú)庠礊楣I(yè)用氮?dú)猓?jīng)減壓過(guò)濾充入即可。

3、凍干果蔬的生產(chǎn)工藝

　　3.1、工藝流程原料選擇→整理→預(yù)凍結(jié)→升華干燥→后處理→包裝、貯藏。

　　3.2 操作要點(diǎn) (1)預(yù)處理一般預(yù)處理是指升華干燥前的所有處理，所以干燥前凍結(jié)也屬于預(yù)處理。原料預(yù)處理和常規(guī)的果蔬干燥及果蔬速凍制品相同，如需進(jìn)行挑選、清洗、去皮、切分、燙漂、冷卻等處理，具體操作參見(jiàn)有關(guān)內(nèi)容，在此不作詳述。在進(jìn)行果汁或蔬菜汁凍干時(shí)，則先用較低廉的加工方法預(yù)先將其濃縮，后在預(yù)凍結(jié)時(shí)將產(chǎn)品變成粒狀。

　　預(yù)凍結(jié)是把經(jīng)前處理后的原料進(jìn)行冷凍處理，它是凍干的重要工序。由于果蔬在冷凍過(guò)程中會(huì)發(fā)生一系列復(fù)雜的生物化學(xué)及物理化學(xué)變

　　化，因此預(yù)凍的好壞將直接影響到凍干果蔬質(zhì)量。冷凍過(guò)程中重點(diǎn)考慮的是被凍結(jié)物料的凍結(jié)速率對(duì)其質(zhì)量和干燥時(shí)間的影響。速凍與慢凍有以下差別：速凍產(chǎn)生的冰晶較小，慢凍產(chǎn)生的冰晶較大;大的冰晶有利于升華，小的冰晶不利于升華;小的冰晶對(duì)細(xì)胞的影響較小，冰晶越小，干燥后越能反映出產(chǎn)品原來(lái)的組織結(jié)構(gòu)和性能。但凍結(jié)速率高，所需的能耗也高。應(yīng)綜合考慮，選擇一個(gè)最優(yōu)的凍結(jié)速率，在保證凍干食品質(zhì)量的同時(shí)，使所需的冷凍能耗最低。

　　(2)升華干燥升華干燥是凍干食品生產(chǎn)過(guò)程中的核心工藝，要控制好工藝條件。①裝載量干燥時(shí)，凍干機(jī)的濕重裝載量即單位面積干燥板上被干燥的質(zhì)量，是決定干燥時(shí)間的重要因素。被干燥食品的厚度也是影響干燥時(shí)間的因素。冷凍干燥時(shí)，物料的干燥是由外層向內(nèi)層推進(jìn)，因此，被干燥物料較厚時(shí)，需要較長(zhǎng)的干燥時(shí)間。在實(shí)際干燥時(shí)，被干燥物料均被切成15～30mm 的均勻厚度。單位面積干燥板所應(yīng)裝載的物料量，應(yīng)根據(jù)加熱方式及干燥食品的各類(lèi)而定。在采用工業(yè)化大規(guī)模裝置進(jìn)行干燥時(shí)，若干燥周期為6～8h，則干燥板物料裝載量為5～15kg/m2。②干燥溫度冷凍干燥時(shí)，為能縮短干燥時(shí)間，必須有效地供給冰晶升華所需要的熱量，因此設(shè)計(jì)出各種實(shí)用的加熱方式。干燥溫度必須是控制在以不引起被干燥物料中冰晶融解、已干燥部分不會(huì)因過(guò)熱而引起熱變性的范圍內(nèi)。因此，在單一加熱方式中，干燥板的溫度在升華旺盛的干燥初期應(yīng)控制在70～80℃，干燥中期在60℃，干燥后期在40～50℃。③干燥終點(diǎn)的判斷干燥終點(diǎn)可用下列指征來(lái)判定：物料溫度與加熱板溫度基本趨于一致并保持一段時(shí)間;泵組(或冷阱)真空計(jì)與干燥室真空計(jì)趨于一致，并保持一段時(shí)間;干燥室真空計(jì)冷阱溫度基本上回復(fù)到設(shè)備空載時(shí)的指標(biāo)并保持一段時(shí)間;對(duì)有大蝶閥的凍干機(jī)，可關(guān)閉大蝶閥，真空機(jī)基本不下降或下降很少。以上4 個(gè)判定依據(jù)，即可單獨(dú)使用，亦可組合或聯(lián)合使用。

　　(3)后處理后處理包括卸料，半成品選別，包裝等工序。凍干結(jié)速后，往干燥室內(nèi)注入氮?dú)饣蚋稍锟諝馄瞥婵眨缓罅⒓匆瞥鑫锪显谝粋€(gè)相對(duì)濕度50% 以下，溫度22～25℃，塵埃少的密閉環(huán)境中卸料，并在相同的環(huán)境中進(jìn)行半成品的選別及包裝。因?yàn)閮龈珊蟮奈锪暇哂旋嫶蟮谋砻娣e，吸濕性非常強(qiáng)，因此需要在一個(gè)較為干燥的環(huán)境下，完成這些工序的操作。

　　(4)包裝與貯存食品凍干后具有龐大的表面積，食品中的一些成分直接裸露到空氣中，易接觸到空氣中的氧及吸附水分，從而導(dǎo)致凍干

　　食品的逐漸變質(zhì)。其次，大多數(shù)凍干食品均具有天然色澤，這些天然色素易在光照下降解。在氧化作用及色素降解過(guò)程中，溫度也是一個(gè)影響此類(lèi)化學(xué)反應(yīng)的重要因素。因此，凍干食品的包裝主要考慮如何防止或減輕上述4 個(gè)因素的影響。

　　凍干食品所具有的多孔海綿狀結(jié)構(gòu)，既有其有利的一面，也有其不利的一面：一是產(chǎn)品一旦暴露于空氣中容易吸濕和氧化降質(zhì)，所以，凍干食品應(yīng)抽真空包裝，最好充氮包裝;二是凍干食品所占體積相對(duì)較大，不利于包裝、運(yùn)輸、銷(xiāo)售，因此凍干食品常被壓縮后包裝。此外，多孔疏松狀結(jié)構(gòu)使得凍干食品在運(yùn)輸、銷(xiāo)售途中極易破碎，因此，對(duì)于那些不便壓縮包裝的凍干食品，應(yīng)具有一定保護(hù)作用的包裝材料或包裝形式。凍干食品常用的包裝材料為PE 袋及復(fù)合鋁鉑袋，PE 袋常用作大包裝用，復(fù)合鋁鉑袋常用作小包裝用，外包裝通常都選用牛皮瓦楞紙板箱，其大小符合集裝箱運(yùn)輸之需要，用PE 袋作內(nèi)包裝時(shí)，為強(qiáng)化其隔絕氧、水、汽的作用，常用雙層，必要時(shí)，還可采用鐵罐包裝，但價(jià)格較高，應(yīng)用不很普遍。不論采用何種包裝材料，均需采用抽真空充氮，并添加除氧劑及干燥劑。凍干食品應(yīng)貯存在陰涼、干燥處，如有條件，最好放置在低溫低濕的環(huán)境中，保質(zhì)期通常為1 ～2年，采用鐵罐包裝時(shí)可適當(dāng)延長(zhǎng)。