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1、原理：根据热力学中的相平衡理论，水的三相点(汽、液、固三相共存)温度为0.0098，三 相点压力为609.3pa(4.57mm/mg)在水的相变过程中，当压力低于三相点压力时，固态冰可以 直接转化为气态的水蒸气即冰晶升华。真空冷冻干燥即是把含有大量水的物质预先冷冻，使 物质中的游离水结晶，冻结成固体，泳后在高真空条件下使物质中的冰晶升华，待冰晶升华 后再除去物质中部分吸附水，最终得到残余水量为1-4%左右的干制品。真空冷冻干燥简称 为冻干。特点1.2.1食品干燥是在低温(-40 C到+55C)下进行，且处于高真空状态，因此，特别适用于热敏性高和极易氧化的食品的干燥，可以保留新鲜食品的色香味及营
2、养成分。1.2.2干制品不失原有的固体骨架结构，保持物料原有的形态。1. 2.3冻干制品具有多孔结构，因此，具有很理想的速溶性和快速复水性.复水时，比其它干燥方法生产的食品更接近新鲜食品。1.2.4在升华过程中溶于水的可溶性物质就地析出，避免了一般干燥方法中因物料内部水份向表面迁移而将无机盐和营养携带到物料表面而造成表面硬化和营养损失的现象。1.2.5冻干食品采用真空或充氮包装和避光保存，可保持5年不变质。与速冻食品相比免除了运输储存、销售过程中耗费很高的冷藏链，真空冷冻干燥被认为是生产高品质食品的最好的方法。食品中的应用目前适合用真空冷冻干燥加工的食品有近百种，包含了大部分的果蔬、水产、肉禽
3、等。由于冻干技术有着特有的优势，对于营养保健类食品更是热衷于采用这一技术，如人参、鲜蜜、鹿茸、花粉等等，同时为了改善一些粉状食品的理化特性通常也要利用该项技术。如速溶饮料就是采用冻干技术、膜分离技术及超滤技术生产的，产品有速溶茶、速溶咖啡等。果蔬加工中的应用我国是农业大国，有丰富的水果和蔬菜资源。长期以来我国农产品一直徘徊在技术含量较低的出口原料或初级加工阶段。冻干食品是普通干燥食品价格的510倍，且有巨大的市场需求。开发冻干食品可提高我国出口食品的档次，获得较高的附加值和经济效益。果蔬的结构形态和成分决定其冷冻干燥加工的难易度。一般是，物料尺寸越小、结构越均一，处理越容易。因为这样的物料表面
4、积大，受 热和冷却均匀，冷冻干燥时间短且易控制。果蔬冷 冻干燥加工工艺过程基本相同：清洗一预处理一漂 烫一冷冻干燥一充气包装。随着食品科研工作者的 不断努力，相继确定了一些果蔬的冻干工艺参数。例如段江莲等5测定梨枣的共晶点为一3C；搁板温度每提高10C，冻干时间缩短2.0 h；厚度每增加2.0 mm,冻干时间延长2.3 h；用0.2%的维生素C护色，搁板温度为70C，以枣片厚度3.0 mm的工艺条件生产冻干梨枣，能最大限度地保持原果的风味、形态、色泽，且冻干时间短，生产成本低，为梨枣冻干加工的工业化生产提供了依据。香蕉电加热板和料盘搁板位于干燥仓右部构成冻干室，加热板以辐射或传导方式向物料供热
5、，最 高温度为120e。冷凝管和料盘搁板位于干燥仓左部构成冷阱，最低温度可达到-45e。真空系统最 低真空度可达到10 Pa。基于该机自制的冻干物料样品含水量在线测量系统，可实时测量和显示 物料的含水率及其变化曲线，可用于冻干工艺过程的判别与调控。采用正交试验法对香蕉的冷冻干燥工艺过程参数进行了试验，得到了工艺过程参数的最佳组 合:干燥室压强40 Pa，物料厚度10 mm，加热板温度70摄氏度。本文设计的果蔬共晶点和共熔点测定的装置，测量精度较高，操作方便；在正交试验设计和数 据处理过程中，采用了优化设计方法中多试验指标的处理方法，简单适用。荔枝为了确定荔枝真空冷冻干燥工艺关键技术参数，以成熟
6、的乌叶荔枝为材料，采用电阻法测量 荔枝果肉的共晶点和共熔点温度，通过考察冻干品色泽比较不同护色剂的护色效果，以冻干生产 能耗、总冻干时间及冻干品外观形态与色泽等指标进行综合评定冻干效果，优选荔枝真空冷冻干 燥工艺关键技术参数。结果表明：荔枝真空冷冻干燥物料的共晶点温度、共熔点温度分为-26C 和-17C，采用“0.6%柠檬酸”单一护色剂或“0.4%柠檬酸+0.2%维生素C”复合护色剂浸泡20 min， 对荔枝冻干品有良好护色效果。冻干过程起始板温控制在80C以下，升华阶段物料最高温度设 定为55C，升降温期干燥仓真空值组合选择6070 Pa/6070 Pa，可节省冻干生产能耗、缩短总 冻干时间
7、，同时能改善冻干品的外观形态与色泽。海产品中的应用水产品加工是提高水产品综合效益和附加值的重要途径。深加工可提高优质水产品的品位，增加低质水产品的营养源、综合利用率和附加值。云霞等 实验比较了冷冻温度一25 C，冷阱温度一29 C 一31 C，真空度1020 Pa，冻干最终温度60 C的 条件下，冻干海参与盐泽海参的感官指标、理化指 标，结果表明无显著差异。我国是一个鱼、肉类制品消费大国，开展对鱼及肉制品加工技术的研究将有着十分重要的意义。上海 海洋大学徐瑛等39对真空冻干鱼及肉制品工艺进行了研究，得出了牛、羊肉和黄蚬等不同种类鱼及制 品冻干工艺上的区别，同时，针对上述分析指出了鱼及肉制品冻干
8、过程中存在的一些技术难点。上 海海洋大学郑建珊等40研究了青鱼片顺、逆两种纹理特征和4种冻干速率下不同厚度的青鱼片冻干效 率的差异，得出了在加工生产中应选用顺纹理切割、慢冻方式，可以 达到节能降耗的目的，达到较好的冻干效果。李敏等叫以罗非鱼背部肌肉为材料，切片不同厚度，以冻干能耗为 指标对罗非鱼肌肉在真空冷冻干燥过程，通过调节加热 温度和压力进行压力温度组合研究，不同参数的组合对 冻干品进了复水率比较，发现参数变化会对罗非鱼冻干 能耗和品质产生影响，为鱼类产品冻干提供了优化的冷 冻干燥工艺。结果表明，在相同的干品含水率条件下， 过程调温可以缩短冻干过程的解析时间，影响冻干能耗 的过程参数主次关
9、系顺序是：厚度压力和物料中心温 度加热板低温温度加热板高温温度，并提出了进行优 化组合的参数。任炜等回研究了鸡肉的冻干，多孔的冻干 鸡肉在贮藏过程中很容易吸湿，从而升高自身水分活度， 导致微生物的生长而变质，还研究了冻干鸡肉的吸附等温 特性，从而为冻干鸡肉的贮藏提供了理论依据。鱼类冻干的缺点目前在我国真空冻干鱼及肉制品主要还是作为特殊用途的食品。如探险、登山、礼品和保健品、旅游 用品等，因其价格昂贵，普通消费者无法承受。要使冻干鱼及肉制品被普通消费者接受，必须从两个 方面考虑：一是从消费者方面考虑，生活水平达到一定高度，人们才肯花钱买方便与享受；另一方面 是冻干鱼及肉制品厂，必须不断完善其技术
10、，不断降低生产成本，使冻干鱼及肉制品在市场上具有竞 争力。从两个途径入手来完善技术：一是冻干设备及工艺的改善，节能降耗是关键；二是冻干原料选 择要合理，应使其具有高附加值目前我国真空冻干很不完善，具体表现如下：单一的冻干设备类型，落后的性能，差的工作可靠性， 开发制造也比较混乱。目前国内生产的真空冻干机很多都是仿制20世纪70、80年代国外产品，作业方 式多是间歇式，冻干室组成是冷热间隔的多层搁板。该种冻干机应用在生物科技和医药领域确实很实 用，但用来冻干性质差异很大的鱼及肉制品物料很不合理。国外鱼及肉制品冻干搁板而积至少是几十 平方米，有的甚至达到千平方米，作业方式兼有连续式和间歇式。而我国
11、自行生产的冻干机搁板面积 很少在10m 2以上。因此，许多单位只能是联合几台设备进行生产，造成了成本增加。目前研究冻干工艺多集中在小型冻干实验机上，并且绝大多数集中在工艺参数对冻干速率的影响方 面。这些工作大多脱离了鱼及肉制品冻干工艺过程的特点，几乎没有对冻干工艺参数之间的关系进行 分析。其研究结果无法为鱼及肉制品冻干厂制定鱼及肉制品冻干工艺，更不能为冻干机生产厂家在冻 干设备工程设计过程作参考。菌类食用菌是无公害的天然绿色食品，有很高的食用价值和保健价值，被誉为21世纪的健康食品。 陈合等7用电阻测量装置测定香菇和金针菇的共晶点分别为一29 C和一32 C，共熔点均为一 18 C ;分析了切
12、片厚度、压力、干燥温度及冻结速度对干燥速率的影响。结果表明，未经漂烫 的香菇切片厚度6 mm，35 C冻结90 min，冻结速度一1.0 C/min，18 C升华7 h，40 C解 析6h，解析升温速度0.5C/min；经漂烫的金针菇一39 C冻结90 min，冻结速度一 1.0 C/min， 20 C升华10 h，45 C解析6 h，解析升温速度0.5 C/min，在此优化条件下冷冻干燥，能较 好地保持食用菌的营养且复水性好。食用菌浸提技术是指将食用菌浸泡后，提取其汁液，将其汁液 直接加工成饮料或干燥成粉末的加工技术，在食用菌方便食品中有很大应用，如食用菌饮料囹、食用 菌面食产品26 等。5
13、食品真空冷冻干燥的国内外现状及发展趋势 真空冷冻干燥技术在二战时用于医药、生物方面，60年代开始应用于食品行业。随着社会的发展， 人们的饮食结构也在发生变化，冻干食品凭借方便、营养和绿色的优异品质迎合了社会的发展趋势。 据有关部门统计，目前，美国每年消费冻干食品500万t，日本160万t，法国150万t，其它国家数量也 很可观17。日本每年需花1000亿日元进口冻干食品，日本、美国及欧洲等地每年约需冻干大蒜粉 6000t，可见冻干食品的国际市场很大1。冻干食品在国际市场的价格是热风干燥食品的4-6倍18， 是速冻食品的7-8倍，且其产量正以每年30%的速度递增，正成为国际贸易的大宗食品。随着人
14、们生活 水平的提高和环境污染的恶化，对冻干食品的需求会逐年上升，生产真空冷冻食品会成为食品加工的 一个新热点，高真空冻结干燥装置的应用也会越来越广泛。目前国外有规模较大的冻干食品企业约130 多家。美国冻干食品发展最快，在全美方便食品中冻干食品占40%50%,在20家生产咖啡和茶的工厂 中，就有10家采用冻干法生产。日本目前已有35个冻干食品生产厂家，年产值达13亿日元。美、日冻干 蔬菜在市场上已占近10%。冻干食品的普及性在一些发达国家已达到相当高的程度19。与发达国家 相比，我国真空冷冻干燥技术的发展历史较短。20世纪50年代引进了真空冷冻干燥技术，当时主要用 于医药生产及生物制品。到19
15、92年与国外合资在上海、山东、浙江建立了四家冻干工厂，以后青岛、 广东、福建、北京等地又从国外引进了一些冻干生产线。近些年来，我国开发、研制的真空冻干设备 取得了可喜的成果，工艺技术达到了国外同类设备先进水平。中国科学院近代物理研究所在我国率先 研制的JDC系列食品真空冻干设备，受到了好评。自1996年投入生产以来，设备运转良好，生产的冻 干食品的品质极佳，推动了我国冻干食品工业的发展1。然而，我国真空冷冻干燥技术的理论研究 与国外的差距很大，缺乏对冷冻干燥过程理论及相关学科的系统研究；冷冻干燥设备类型单一性能落 后，工作可靠性差，同进口设备相比，还有一定差距，冻干工艺参数缺乏系统的分析及参考价值7。 冻干因其设备复杂、耗能大、产品价格高等原因，其发展受到了一定的限制。因此，如何提高冻干设 备生产率和降低能耗，是冻干技术研究的一个新方向。我国西部地区有着丰富的蔬菜、肉食、水果等 自然资源，利用高科技、高附加值冻干技术，可以加工出高品质的冻干食品，提高产品档次，使食品深 加工走高附加值的新路。
