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1、 .1概述真空冷冻干燥技术是一项高新加工技术，被认为是生产高品质脱水食品的最好加工方法。其原理是在真空状态下，利用升华原理，使预先冻结的物料中的水分不经过冰的融化直接以冰态升华为水蒸汽被除去，从而使物料干燥，称为真空冷冻干燥，简称冻干。用此方法生产的食品称冻干食品。冻干食品的优点 主要有：保持食品组织结构、营养成分和风味物质基本不变，特别是生理活性成分保留率最高，这是某些功能性食品采用冻干食品为基料的主要原因。外观不干裂，不收缩，维持食品原有的外形和色泽；产品无表面硬化，组织呈多孔海绵状，因此复水性能好，食用方便，浸泡即可复原，从而决定了它在即食方便食品中的地位；重量轻，耐保藏，对环境温度没有
2、特别的要求，在避光和抽真空充氮包装时，常温条件下可保持2年左右，其贮存、销售等经常性费用远远低于冷冻食品。冻干食品的缺点 冻干食品的生产需要一整套高真空设备和低温制冷设备，因此，设备的投资费用较大。此外，为了防止物料中冰晶的融化，升华温度不宜太高。更主要的是，真空状态下多孔性物料的导热系数低，传热速率低，致使本来温度就不高的冰晶升华速率变得更低，所以，冷冻干燥的时间一般较长。在如此长的时间内，设备一方面要不停地制冷，另一方面要不停地供热，还要不停地抽真空，致使设备的操作费用较高。所有这些，导致了冻干食品的生产成本较高，大大地限制了冻干食品的发展。这也一直是科学工作者致力于研究的课题。国内外冻干
3、食品发展概况 真空冷冻干燥技术早期用于生物体的脱水，第二次世界大战后才用于食品工业。经过几十年的发展，技术日渐成熟，设备日趋完善。70年代以来，随着人们对方便食品的要求日益增多，使冻干食品市场日趋扩大，冻干食品在发达工业国家已相当流行，成为国际贸易的大宗食品。以日本为例，97年日本国内冻干食品的产量为7000t，同年日本还向美国、台湾进口此类食品5000多t，目前欧州有冻干食品生产企业近100家，美国有80多家，日本有40多家，年产量达几万t，品种近100种，包括蔬菜、水果、速溶固体饮料、肉类、水产品等。主要用途是方便食品配菜、婴儿食品、方便主食品，特种场合需要等，中国则以汤料配伍为主。我国在
4、50年代引进真空冷冻干燥技术，引用于医药及生物制品。60年代末到70年代中期，广东、北京、上海、大连等地相继建起了冻干食品生产基地。但后来由于形势的原因以及当时的冻干产品成本高缺乏市场而相继停产或拆除。到了80年代后期，一些外商看中了中国丰富的原料市场，开始在大陆投资设厂。到了90年代，随着商品经济的发展和人民生活水平的提高，市场冻干食品的需求越来越大，特别是外商为打开中国市场，纷纷提供设备贷款以及包销部分产品，促使一些食品企业大胆引进国外设备建厂，而国内一些厂家亦争先恐后推出国产冻干设备，一时间，冻干食品行业呈现一派兴旺和蓬勃发展的景象。但真正有经济效益的企业并不多，相当企业由于未经充分论证
5、后即仓促建线生产，在原料供应、销售市场、工艺技术等均不占优势的情况下，只好暂时停产以观市场，昂贵的进口设备闲置或部分闲置，实在令人惋惜。更有个别企业花巨资购买（国产）或引进的是低劣冻干设备，产量低、品质差，根本不能进行商业化生产。目前，江苏、浙江、湖南、湖北、河南、陕西、新疆、福建等地又相继建成了一批冻干食品生产基地。截止97年12月止，中国大陆地区共有300台（套）食品用冻干机在运转，年产成品约几千t，主要品种有蘑菇、香菇、豌豆、芦笋、小香葱、胡萝卜、生姜、虾仁、牛肉丁、猪肉丁、苹果、梨、香蕉、方便汤料、方便粥等。产品除一小部分供高档方便食品配伍外，大部分销往国际市场。 我国冻干食品的发展前
6、景 我国的农副产品资源极其丰富，品种多、质量好、价格低，急需深加工增值。此外，我国的中草药、珍贵动、植物品种繁多，可生产出具有特色的冻干名贵产品。另一方面，我国劳动力密集，加工冻干食品的成本比其他国家低得多。这种低成本，对外商产生了巨大的吸引力，近年来，外商转向中国求购大量冻干食品，这就为我国发展冻干食品提供了机遇。加入WTO后，象这种高科技含量的行业市场前景越来越好。生产成本高是冻干食品的最大缺点，但是随着冻干技术的提高，冻干设备的日益完善，尤其是冻干设备的国产化，冻干食品的生产成本必将而且已经进一步降低。另外，与罐藏食品、冷冻食品相比，冻干食品的运输、贮存等经常性费用较低，而冻干食品的高质
7、量所附加的高价值，可以弥补其成本高的缺点，尤其是对于价格高的食品物料，冻干成本在其产品销售价格中所占的比例并不大。由于冻干食品避免了传统脱水技术方法带来的变色、变味、营养成分损失大、复水性差等缺陷，具有保持原食品形、色、香、味、营养不变、复水性好、重量轻、可常温贮藏等优点。因此，冻干食品在国际市场的价格是热风干燥食品46倍，是速冻食品78倍。它在登山、航海、探险、军队野战等特殊场合中具有不可替代的地位，也是宇航员在太空中的主要食品。冻干食品在一些发达工业国家已经达到相当高的普及水平，美国、日本冻干食品的比重已达到40%以上。椐有关部门统计，目前，美国每年消费冻干食品500万t，日本160万t，
8、法国150万t，其他国家也很可观。日本每年约需花1000亿日圆进口冻干食品，香港、新加坡和南韩每年进口冻干食品达500亿日元。日本、美国及欧洲等每年约需冻干大蒜粉6000t，可见冻干食品的国际市场之大。 随着我国经济的可持续发展和人民生活水平的不断提高，人们对食品质量的要求越来越高，特别是对高质量的婴幼儿食品和保健食品的需求量急剧增加。另外，我国旅游、探险、航海事业必将有大的发展，同时高档餐饮业的迅速崛起、人们生活节奏的加快，都对方便即食食品的需求量越来越大。因此，发展冻干食品具有广阔的国际、国内市场。.冻干食品的生产设备3.1主要设备 冻干食品生产最主要的设备为食品用真空冷冻干燥机组，该机组
9、的性能，能耗和操作自动化程度的高低决定了冻干食品生产企业的技术水平的高低，食品用冻干机分间歇式和连续式。连续式机组在国内企业尚属少见。间歇式冻干机由干燥箱体、加热系统、真空系统、制冷系统、控制系统等5部分组成。干燥箱体 有圆筒形及方形两种主要的形式，各有优点，圆筒形制造容易，但无法利用的空间多；方形则相反，空间利用率高，但制造较困难。 加热系统 大多数采用辐射传热，辐射板由阳极电镀铝制成，导热介质有导热油，饱和水、二次蒸汽，有机溶剂如丙二醇、甘油等，热源均系用高压水蒸汽。 真空系统 采用机械真空泵，有罗茨泵油封泵及罗茨泵罗茨泵大气喷射水环泵两种，两者主要区别是前者不能抽水蒸汽，因此对冷阱效率要
10、求较高，优点是能耗小，后者则正好相反，能抽吸少量水蒸汽，缺点是能耗较大。 制冷系统 由制冷机组与冷却排管构成，作水蒸汽捕集器（亦称冷阱）依其与辐射板组件的相对位置，有如下几种形式：底置式：放置在辐射板组件的底部；侧置式：放置在辐射板组件的两侧；后置式：放置在辐射板组件的后面；另置式：放置在辐射板组件不在同一容器内，另外一个容器放置，两容器之间有一个短而粗的管件连接。控制系统 有手动控制及自动控制两大类，自动控制又分仪表自动控制与PLC可编程序控制两类。以PLC可编程序控制最先进，现在已有专用的冻干程序控制仪问世，是在PLC基础上按冻干要求而设计的，能自动完成冻干过程中复杂的控制操作，并且有贮存
11、数据的功能。国外著名的冻干设备生产厂家有丹麦阿特拉斯工业公司（ATLAS）、日本真空技术株式会社（ULVAC）、美国奥特公司（Virtis）、英国爱德华公司（Edwards）、日本共和真空技术株式会社（KYOWAC）等设备制造商；台湾也有多家冻干设备生产厂，但良秀不齐，有些是低劣产品。国内有名的冻干设备生产厂家有中国科学院兰州物理研究所研制的ZDG型、清华大学核能技术设计研究所研制的DHFD型、深圳万宝真空保鲜设备公司生产的DF型、广州长城制冷工业设备厂生产的SZDG型、中国航天工业总公司沈阳新阳速冻设备制造公司生产的LG型等食品冻干设备。 3.2简易冻干食品生产线的配置 前处理设备有： 多用
12、切片机 1台，生产能力200500kg/h，国产的即可，如有条件，可购买台湾、日本、美国产的切片机，以美国厄舍公司的最为先进。冷却槽 杀青后的冷却槽可用清洗槽代替，简易生产线通常因自来水冷却沥水可选用振荡沥水机，如有条件，最好选用离心机。 速冻库 速冻库的配置与冻干机的处理能力相适应，以日班生产配料，满足23班冻干为宜。冷源最好单独或半单独设置（低压循环部分独立）以防止在速冻库热负荷较大时，影响到正在冻干过程中的冷阱温度。 冻干车间 冻干车间是冻干食品生产的关键工序，它的设置同时要考虑到产品质量受影响的程度，一般速冻库与冻干箱门之间的距离越短越好，并且此通道最好专用，仅作为物流通道，而不兼作人
13、流通道，冻干箱门端与冻干机其它部分及设备最好隔开，以减少环境对半成品的污染。 卸料与包装间 卸料与包装间应密闭，地面至少要用水磨石加打蜡，墙体要用白瓷砖贴至1.5m高，以上部分要刷白色防水涂料，此车间须装设空调除湿设备，空调制冷可与冷库系统合用，除湿设备宜选用转轮式除湿机，以利降低除湿成本，车间最好无窗户，门尽可能密闭，最好采用无尘净化室专用的密封门，并要有换气、消毒、灭菌等设施。 包装时一般要有不锈钢工作台，抽真空充氮封口机，抽真空设备宜选用水环式真空泵，抽速约20L/s，充氮气源为工业用氮气，经减压过滤充入即可。 3.3现代化流水生产线配置 现代化流水生产线与简易生产线相比，仅在前处理增加
14、了清洗、去皮、杀毒、冷却、输送等自动化机械设备，以减少前处理中手工作业量，因清洗、去皮等操作中没有标准化通用设备，在此不作详述，其它与简易生产线相同。冻干果蔬的生产工艺工艺流程原料选择整理预冻结升华干燥后处理包装、贮藏。操作要点 预处理 一般预处理是指升华干燥前的所有处理，所以干燥前冻结也属于预处理。原料预处理和常规的果蔬干燥及果蔬速冻制品相同，如需进行挑选、清洗、去皮、切分、烫漂、冷却等处理，具体操作参见本书有关内容，在此不作详述。在进行果汁或蔬菜汁冻干时，则先用较低廉的加工方法预先将其浓缩，后在预冻结时将产品变成粒状。 预冻结是把经前处理后的原料进行冷冻处理（有关冷冻工艺及设备参见本书“9
15、.果蔬速冻”），它是冻干的重要工序。由于果蔬在冷冻过程中会发生一系列复杂的生物化学及物理化学变化，因此预冻的好坏将直接影响到冻干果蔬质量。冷冻过程中重点考虑的是被冻结物料的冻结速率对其质量和干燥时间的影响。速冻与慢冻有以下差别：速冻产生的冰晶较小，慢冻产生的冰晶较大；大的冰晶有利于升华，小的冰晶不利于升华；小的冰晶对细胞的影响较小，冰晶越小，干燥后越能反映出产品原来的组织结构和性能。但冻结速率高，所需的能耗也高。应综合考虑，选择一个最优的冻结速率，在保证冻干食品质量的同时，使所需的冷冻能耗最低。 升华干燥 是冻干食品生产过程中的核心工艺。要控制好工艺条件： 装载量 干燥时，冻干机的湿重装载量即单位面积干燥板上被干燥的质量，是决定干燥时间的重要因素。被干燥食品的厚度也是影响干燥时间的因素。冷冻干燥时，物料的干燥是由外层向内层推进，因此，被干燥物料较厚时，需要较长的干燥时间。在实际干燥时，被干燥物料均被切成1530mm的均一厚度。单位面积干燥板所应装载的物料量，应根据加热方式及干燥食品的各类而定。在采用工业化大规模装置进行干燥时，若干燥周期为68h，则干燥板物料装载量为
