真空冷凍干燥技術在果蔬加工中的應用

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

1、綜述

　　第二次世界大戰后期，由于軍事戰備食品的需求，真空冷凍干燥用于果蔬高品質脫水技術被迅速發展起來。70 年代以來，隨著普通消費者對方便食品的要求日益增多，使凍干食品市場日趨擴大，凍干食品在發達工業國家已相當流行，成為國際貿易的大宗食品。經過幾十年的發展，技術日漸成熟，設備日趨完善。我國在50 年代引進真空冷凍干燥技術，最初用于藥物及生物制品的脫水干燥。1953 年衛生部所屬北京、武漢兩生物制品研究所先后安裝了大型凍干設備，邁開了我國生物制品凍干工業化的第一步。60 年代后期在北京、上海、大連等地相繼建立了一些實驗性凍干設備，70 年代中期在上海建立了年產3000 噸的食品凍干車間。但是當時我國的人民生活水平低，人們有愛吃新鮮食品的習慣，凍干食品在國內市場不大;80 年代后期，一些外商看中了中國豐富的原料市場，開始在大陸投資設廠。到了90 年代，隨著商品經濟的發展和人民生活水平的提高，市場凍干食品的需求越來越大，特別是外商為打開中國市場，紛紛提供設備貸款以及包銷部分產品，促使一些食品企業大膽引進國外設備建廠，而國內一些廠家亦爭先恐后推出國產凍干設備。一時間，凍干食品行業呈現一派興旺和蓬勃發展的景象。但真正有經濟效益的企業并不多，相當企業由于未經充分論證后即倉促建線生產，在原料供應、銷售市場、工藝技術等均不占優勢的情況下，只好暫時停產以觀市場，昂貴的進口設備閑置或部分閑置，實在令人惋惜。

　　我國的農副產品資源極其豐富，品種多、質量好、價格低，急需深加工增值。此外，我國的中草藥、珍貴動、植物品種繁多，可生產出具有特色的凍干名貴產品。加入WTO 后，這種高科技含量的行業市場前景越來越好。凍干食品在一些發達工業國家已經達到相當高的普及水平，美國、日本凍干食品的比重已達到40% 以上。據有關部門統計，目前，美國每年消費凍干食品500 萬t，日本160 萬t，法國150 萬t，其他國家也很可觀。日本每年約需花1000 億日元進口凍干食品，香港、新加坡和南韓每年進口凍干食品達500 億日元。日本、美國及歐洲等每年約需凍干大蒜粉6000t，可見凍干食品的國際市場之大。另一方面，我國勞動力密集，加工凍干食品的成本比其他國家低得多。這種低成本，對外商產生了巨大的吸引力，近年來，外商轉向中國求購大量凍干食品，這就為我國發展凍干食品提供了機遇。隨著我國經濟的可持續發展和人民生活水平的不斷提高，人們對食品質量的要求越來越高，特別是對高質量的嬰幼兒食品和保健食品的需求量急劇增加。另外，我國旅游、探險、航海事業必將有大的發展，同時高檔餐飲業的迅速崛起、人們生活節奏的加快，都對方便即食食品的需求量越來越大。因此，發展凍干食品具有廣闊的國際、國內市場。據國家海關總署、國家商檢局統計，在20 世紀90 年代，我國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量的2/3。而凍干蔬菜在國際市場的價格是熱風干燥脫水蔬菜的4 ～6 倍，正成為國際貿易的大宗食品。國際市場凍干食品供不應求，但國內凍干食品工業尚處于發展初期，產量還很低。因此我國應加快發展凍干食品，把豐富的農產品進行深加工增值、外銷創匯。國內外對凍干食品的巨大需求，為我國發展凍干食品工業提供了機遇。

　　真空冷凍干燥技術是一項高新加工技術，被認為是生產高品質脫水食品的最好加工方法。其原理是在真空狀態下，利用升華原理，使預先凍結的物料中的水分不經過冰的融化直接以冰態升華為水蒸汽被除去，從而使物料在低溫狀態下被迅速干燥，稱為真空冷凍干燥，簡稱凍干。用此方法生產的食品稱凍干食品。現在除北京、福建、廣東、青島等地還在生產俏銷的蘑菇、調料以外，食品凍干幾乎沒有發展。我國可用于凍干加工的食品資源特別是土特產十分豐富，如豆制品、蘑菇、苔菜、獼猴桃、椰汁、大蒜、茶葉、蜂蜜等產品在世界上都是有名的。隨著對外開放、對內搞活政策方針的貫徹和我國人民食品結構的改變，食品凍干業在我國將會得到迅速發展。

　　當然，凍干技術還有許多尚待解決的問題。如妨礙凍干技術更為廣泛應用的最大障礙是生產成本高，因此如何縮短凍干周期進行能源的綜合利用、強化裝置的功能，降低裝置的耗能，降低設備造價都是凍干行業特別是食品凍干行業發展需要解決的重要課題。但是隨著凍干技術的提高，凍干設備的日益完善，尤其是凍干設備的國產化，凍干食品的生產成本必將而且已經進一步降低。另外，與罐藏食品、冷凍食品相比，凍干食品的運輸、貯存等經常性費用較低，而凍干食品的高質量所附加的高價值，可以彌補其成本高的缺點，尤其是對于價格高的食品物料，凍干成本在其產品銷售價格中所占的比例并不大。由于凍干食品避免了傳統脫水技術方法帶來的變色、變味、營養成分損失大、復水性差等缺陷，具有保持原食品形、色、香、味、營養不變、復水性好、重量輕、可常溫貯藏等優點。因此，凍干食品在國際市場的價格是熱風干燥食品4～6 倍，是速凍食品7～8 倍。

2、凍干生產所用設備

　　2.1、主要設備

　　凍干食品生產最主要的設備為食品用真空冷凍干燥機組，該機組的性能，能耗和操作自動化程度的高低決定了凍干食品生產企業的技術水平的高低，食品用凍干機分間歇式和連續式。連續式機組在國內企業尚屬少見。間歇式凍干機由干燥箱體、加熱系統、真空系統、制冷系統、控制系統等5 部分組成。

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

　　(2)加熱系統大多數采用輻射傳熱，輻射板由陽極電鍍鋁制成，導熱介質有導熱油，飽和水、二次蒸汽，有機溶劑如丙二醇、甘油等，熱源均系用高壓水蒸汽。

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

　　(4)制冷系統由制冷機組與冷卻排管構成，作水蒸汽捕集器(亦稱冷阱)依其與輻射板組件的相對位置，有如下幾種形式：①底置式：放置在輻射板組件的底部;②側置式：放置在輻射板組件的兩側;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，另外一個容器放置，兩容器之間有一個短而粗的管件連接。

　　(5)控制系統有手動控制及自動控制兩大類，自動控制又分儀表自動控制與PLC 可編程序控制兩類。以PLC 可編程序控制最先進，現在已有專用的凍干程序控制儀問世，是在PLC基礎上按凍干要求而設計的，能自動完成凍干過程中復雜的控制操作，并且有貯存數據的功能。

　　2.2、凍干食品生產線的配置

　　(1)清洗機及容器：用來清洗果蔬的泥土及表面殘留物。

　　(2)多用切片機：用來將原料切成一定厚度的薄片，便于統一完成凍干時間及加快凍干速度，國產的即可。我國臺灣、日本、美國產的切片機價格高于國產的約30-50%。

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

　　(4)速凍庫：速凍庫的配置與凍干機的處理能力相適應，以日班生產配料，滿足2 ～3 班凍干為宜。冷源最好單獨或半單獨設置(低壓循環部分獨立)以防止在速凍庫熱負荷較大時，影響到正在凍干過程中的冷卻溫度。

　　(5)凍干車間:凍干車間是凍干食品生產的關鍵工序，它的設置同時要考慮到產品質量受影響的程度，一般速凍庫與凍干箱門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，凍干箱門端與凍干機其它部分及設備最好隔開，以減少環境對半成品的污染。

　　(6)卸料與包裝間:卸料與包裝間應密閉，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，此車間須裝設空調除濕設備，空調制冷可與冷庫系統合用，除濕設備宜選用轉輪式除濕機，以利降低除濕成本，車間最好無窗戶，門盡可能密閉，最好采用無塵凈化室專用的密封門，并要有換氣、消毒、滅菌等設施。包裝時一般要有不銹鋼工作臺，抽真空充氮封口機，抽真空設備宜選用水環式真空泵，抽速約20L/s，充氮氣源為工業用氮氣，經減壓過濾充入即可。

3、凍干果蔬的生產工藝

　　3.1、工藝流程原料選擇→整理→預凍結→升華干燥→后處理→包裝、貯藏。

　　3.2 操作要點 (1)預處理一般預處理是指升華干燥前的所有處理，所以干燥前凍結也屬于預處理。原料預處理和常規的果蔬干燥及果蔬速凍制品相同，如需進行挑選、清洗、去皮、切分、燙漂、冷卻等處理，具體操作參見有關內容，在此不作詳述。在進行果汁或蔬菜汁凍干時，則先用較低廉的加工方法預先將其濃縮，后在預凍結時將產品變成粒狀。

　　預凍結是把經前處理后的原料進行冷凍處理，它是凍干的重要工序。由于果蔬在冷凍過程中會發生一系列復雜的生物化學及物理化學變

　　化，因此預凍的好壞將直接影響到凍干果蔬質量。冷凍過程中重點考慮的是被凍結物料的凍結速率對其質量和干燥時間的影響。速凍與慢凍有以下差別：速凍產生的冰晶較小，慢凍產生的冰晶較大;大的冰晶有利于升華，小的冰晶不利于升華;小的冰晶對細胞的影響較小，冰晶越小，干燥后越能反映出產品原來的組織結構和性能。但凍結速率高，所需的能耗也高。應綜合考慮，選擇一個最優的凍結速率，在保證凍干食品質量的同時，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過程中的核心工藝，要控制好工藝條件。①裝載量干燥時，凍干機的濕重裝載量即單位面積干燥板上被干燥的質量，是決定干燥時間的重要因素。被干燥食品的厚度也是影響干燥時間的因素。冷凍干燥時，物料的干燥是由外層向內層推進，因此，被干燥物料較厚時，需要較長的干燥時間。在實際干燥時，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裝載的物料量，應根據加熱方式及干燥食品的各類而定。在采用工業化大規模裝置進行干燥時，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，為能縮短干燥時間，必須有效地供給冰晶升華所需要的熱量，因此設計出各種實用的加熱方式。干燥溫度必須是控制在以不引起被干燥物料中冰晶融解、已干燥部分不會因過熱而引起熱變性的范圍內。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控制在70～80℃，干燥中期在60℃，干燥后期在40～50℃。③干燥終點的判斷干燥終點可用下列指征來判定：物料溫度與加熱板溫度基本趨于一致并保持一段時間;泵組(或冷阱)真空計與干燥室真空計趨于一致，并保持一段時間;干燥室真空計冷阱溫度基本上回復到設備空載時的指標并保持一段時間;對有大蝶閥的凍干機，可關閉大蝶閥，真空機基本不下降或下降很少。以上4 個判定依據，即可單獨使用，亦可組合或聯合使用。

　　(3)后處理后處理包括卸料，半成品選別，包裝等工序。凍干結速后，往干燥室內注入氮氣或干燥空氣破除真空，然后立即移出物料在一個相對濕度50% 以下，溫度22～25℃，塵埃少的密閉環境中卸料，并在相同的環境中進行半成品的選別及包裝。因為凍干后的物料具有龐大的表面積，吸濕性非常強，因此需要在一個較為干燥的環境下，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，從而導致凍干

　　食品的逐漸變質。其次，大多數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程中，溫度也是一個影響此類化學反應的重要因素。因此，凍干食品的包裝主要考慮如何防止或減輕上述4 個因素的影響。

　　凍干食品所具有的多孔海綿狀結構，既有其有利的一面，也有其不利的一面：一是產品一旦暴露于空氣中容易吸濕和氧化降質，所以，凍干食品應抽真空包裝，最好充氮包裝;二是凍干食品所占體積相對較大，不利于包裝、運輸、銷售，因此凍干食品常被壓縮后包裝。此外，多孔疏松狀結構使得凍干食品在運輸、銷售途中極易破碎，因此，對于那些不便壓縮包裝的凍干食品，應具有一定保護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 袋及復合鋁鉑袋，PE 袋常用作大包裝用，復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輸之需要，用PE 袋作內包裝時，為強化其隔絕氧、水、汽的作用，常用雙層，必要時，還可采用鐵罐包裝，但價格較高，應用不很普遍。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。凍干食品應貯存在陰涼、干燥處，如有條件，最好放置在低溫低濕的環境中，保質期通常為1 ～2年，采用鐵罐包裝時可適當延長。