食品業(yè)真空技術(shù)運(yùn)用

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1凍干工藝

1.1前處理工藝

對(duì)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(diǎn)采用相應(yīng)的處理方法，如蔬菜冷凍干燥的前處理，除進(jìn)行原料的分選、清洗、切分外，還需進(jìn)行漂燙。

1.2預(yù)凍工藝

預(yù)凍有抽真空自身蒸發(fā)凍結(jié)和用速凍設(shè)備凍結(jié)兩種，為了保證食品的品質(zhì)，一般選用后者。根據(jù)被凍物料的共晶點(diǎn)溫度，選擇預(yù)凍溫度；根據(jù)被凍物料的結(jié)構(gòu)，形狀和大小，選擇凍結(jié)時(shí)間；根據(jù)物料的性質(zhì)，選擇預(yù)凍速率，預(yù)凍工藝直接影響著物料的品質(zhì)。

1.3升華干燥

升華干燥在真空裝置中進(jìn)行，因而在升華干燥真空冷凍干燥技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用朱克慶，呂少芳（河南工業(yè)大學(xué)主食工程研究所，鄭州450052）摘要：闡述了真空冷凍干燥技術(shù)的工藝和特點(diǎn)、設(shè)備的結(jié)構(gòu)和性能及該項(xiàng)技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用。真空冷凍干燥是首先將新鮮食品（物料）凍結(jié)，在高真空狀態(tài)下，利用水的升華特性，使物料中的水分，不經(jīng)過冰的融化，直接以冰態(tài)升華為水蒸汽被除去，從而使物料干燥。關(guān)鍵詞：真空冷凍；干燥技術(shù)；食品工業(yè)中圖分類號(hào)：TS205.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：1007-6395(2011)03-0049-03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(chǎn)品凍干時(shí)間，需要適當(dāng)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(shí)的溫度受條件的制約：食品凍結(jié)部分的溫度應(yīng)低于共晶點(diǎn)溫度，否則凍結(jié)部分將融化，使已干燥部分構(gòu)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(jìn)行，這時(shí)如果供熱過量，產(chǎn)品將融化報(bào)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(dǎo)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(guān)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(jìn)行包裝，以便于長期貯藏。

2真空冷凍干燥技術(shù)的特點(diǎn)

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(zhì)或者維生素，其損耗都小，特別是對(duì)那些熱敏性物質(zhì)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(zhuǎn)變?yōu)樗羝?，根?jù)平衡原理，供給冰結(jié)晶升華的熱量，只能使冰升華，不會(huì)導(dǎo)致物料溫度升高，所以，食品不會(huì)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(jié)成冰晶，溶于水中的無機(jī)鹽被均勻地分配在食品中。當(dāng)冰晶升華時(shí)，無機(jī)鹽不會(huì)隨水蒸汽而帶到食品表面，所以，冷凍干燥不會(huì)產(chǎn)生“表面硬化”現(xiàn)象。

2.3色澤保持不變

在凍結(jié)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(jié)干燥的產(chǎn)品，產(chǎn)生酶褐變和非酶褐變的程度都很低。所以，凍結(jié)干燥的食品，幾乎保持了原來的色澤。

2.4風(fēng)味基本保持不變

每一種食品都有其獨(dú)特的風(fēng)味，良好的風(fēng)味又是構(gòu)成質(zhì)量的重要因素之一。冷凍干燥，因干燥溫度很低，風(fēng)味物質(zhì)損失少，基本保持了原產(chǎn)品的風(fēng)味。如冷凍干燥的韭菜、香菜，復(fù)水后具有韭菜、香菜的風(fēng)味，而熱力干燥的韭菜、香菜，復(fù)水后風(fēng)味很淡。

2.5復(fù)水性極佳

冷凍干燥食品的多孔性是由于在干燥時(shí)，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(jié)構(gòu)是海綿狀多孔結(jié)構(gòu)，孔多、且分布均勻，并無堵塞，復(fù)水性好，可以在幾秒鐘之內(nèi)恢復(fù)到凍干前狀態(tài)。

2.6保存方便便于運(yùn)輸

凍干食品應(yīng)進(jìn)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(fù)雜的冷鏈，且重量輕，便于運(yùn)輸。

3真空冷凍干燥設(shè)備的組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

食品真空冷凍干燥設(shè)備各系統(tǒng)優(yōu)化配置，是由一臺(tái)或多臺(tái)凍干機(jī)及相應(yīng)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(yù)凍結(jié)用冷和蒸汽捕集器用冷。預(yù)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(zhì)，雙級(jí)壓縮制冷，采用氨泵強(qiáng)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(nèi)安裝軌道與整個(gè)工藝軌道銜接，采用落地式冷風(fēng)機(jī)，頂側(cè)吹風(fēng)，降溫速度快，且物料處于回風(fēng)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(jī)組和一套維持機(jī)組組成，抽空機(jī)組可在15min以內(nèi)將干燥倉內(nèi)真空度從大氣壓抽至133Pa，以避免物料表面溶化；維持機(jī)組確保在整個(gè)凍干過程中，倉內(nèi)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(gè)熱媒加熱罐和一套熱媒循環(huán)溫控回路組成，向倉體內(nèi)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(nèi)處于封閉循環(huán)，由熱媒泵驅(qū)動(dòng)。可編程智能溫度調(diào)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(dòng)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(guān)的管道、閥門、液位計(jì)、測溫點(diǎn)等。（2）蒸汽換熱器通過強(qiáng)制循環(huán)將蒸汽與熱媒進(jìn)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(qiáng)制循環(huán)，該系統(tǒng)還包括相應(yīng)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(duì)凍干機(jī)的各個(gè)重要參數(shù)進(jìn)行測量、顯示和記錄，并根據(jù)預(yù)制的凍干工藝曲線驅(qū)動(dòng)各系統(tǒng)執(zhí)行元件對(duì)凍干過程進(jìn)行精確控制,對(duì)所發(fā)生的故障報(bào)警且自動(dòng)實(shí)施應(yīng)急處理。控制系統(tǒng)由控制柜和測量變送元件組成，用于干燥過程電氣設(shè)備控制測量、控制、記錄、報(bào)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(jìn)行過程控制和數(shù)據(jù)收集。在觸摸屏上可進(jìn)行手動(dòng)操作，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，能隨時(shí)在觸摸屏上修改和設(shè)置控制參數(shù)，能顯示設(shè)備工作狀態(tài)和系統(tǒng)流程，系統(tǒng)出故障時(shí)能報(bào)警并立即實(shí)施保護(hù)?？删幊讨悄芸刂苾x表以PLC為核心，監(jiān)測、控制和管理整個(gè)凍干工藝流程，使全套設(shè)備的工作達(dá)到和諧與統(tǒng)一。可編程智能溫控儀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(yīng)的凍干曲線。一體化報(bào)警和故障處理系統(tǒng)可在凍干過程任何階段對(duì)故障狀態(tài)報(bào)警和顯示，并準(zhǔn)確作出保護(hù)動(dòng)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(shí)顯示，并將整個(gè)凍干過程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記憶在其內(nèi)部，作為生產(chǎn)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(yùn)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(dǎo)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(jié)束后，對(duì)蒸汽捕集器進(jìn)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(dòng)控溫控制裝置。

4.3氣動(dòng)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(guān)氣動(dòng)閥門的驅(qū)動(dòng)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(jié)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(shè)計(jì)的蒸汽捕集器保證了制冷和結(jié)霜的高效率。每批次凍干結(jié)束后進(jìn)行除霜，噴淋除霜水由除霜系統(tǒng)提供。

5應(yīng)用

真空冷凍干燥技術(shù)的應(yīng)用范圍是非常廣泛的，只要是含水、無毒、無腐蝕性的物質(zhì)都可以運(yùn)用凍干技術(shù)將其制成干品。目前，應(yīng)用凍干技術(shù)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(nóng)副產(chǎn)品，如肉、禽、蛋、水產(chǎn)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(shù)制成脫水制品。凍干食品正廣泛應(yīng)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(shù)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(chǎn)品類蘑菇、魔芋、黃花菜、蕨菜、香椿芽等；③調(diào)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(yīng)用還處于初級(jí)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(yīng)用，不能滿足人民日益增長的物質(zhì)要求。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(duì)食品的需求從溫飽型向營養(yǎng)型、方便型轉(zhuǎn)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(dú)特的優(yōu)點(diǎn)已逐步被人們認(rèn)識(shí)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(chǎn)品直接面向消費(fèi)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(diào)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(jié)論

在所有的食品保鮮、貯存方法中，真空冷凍干燥技術(shù)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(chǎn)品具有巨大的市場前景，在目前提倡綠色生產(chǎn)、健康消費(fèi)的環(huán)境下，重點(diǎn)研究真空冷凍干燥技術(shù)具有重要戰(zhàn)略意義。