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快速真空冷冻干燥技术及其应用

发布时间:2021-09-10      点击次数:141

      

      常规的真空冷冻干燥,是把物料经完全冻结后,在一定的真空度下,使冰晶升华,从而达到低温脱水的目的。由于真空冷冻干燥的产品具有许多其它干燥方法*的优点,应用在食品加工方面,其优点是:(1)冻干食品食用方便,这种食品因为在制作过程中已洗净、切好、密封包装,食用时只需用水一泡便可复原食用;(2)从营养成份保持角度来讲,由于它采用的干燥工艺是先速冻,后在真空环境中升华干燥,可保持食品的物质结构不变,如在蔬菜和水果中zui易损失的维生素C亦能保持90%以上;(3)冻干后的蔬菜和水果外观好看,不干裂,不收缩,维持物品原有的形态和色泽;(5)冻干后的食品重量轻,肉类和蛋类可减轻50~60%、蔬菜和水果可减轻70~90%;(6)冻干食品可长时间保存而不变质,一般冷藏和气调保鲜能保存几个月,zui多不超过一年,而冻干食品在密闭的铁罐中可保存长达5年以上。

但由于冻干食品在生产过程中要消耗巨大的能量,成本很高,因此自60年代有工业化生产以来,产品的一半以上是供应给军需、航海、航天、极地考察、地质探矿、边疆等特殊场合工作的人食用,给他们的工作生活带来极大方便,其余部分大部作为婴儿食品或方便食品。随着我国经济的发展,近年也有一部分方便食品采用了冻干香葱、香菜、虾仁、牛肉等作调味品或添加物。

快速真空冷冻干燥,是把经冻结的物料,放在真空容器中,利用一种可食用的、与水互不相溶的、具有与水相当的比热的物质作热的传媒(现在仅有食用油脂这一类,今后有可能使用的是食用油脂的替代品或专为此技术而开发的符合上述要求的传热介质),在一定温度下积聚大量热能,通过直接接触已冻结的物料方式使冰晶在极短的时间内吸收大量热能,直接汽化或来不及液化而直接汽化的一种脱水方式,其本质是一种特殊状态下的升华,为了与常规真空冷冻干燥(以下简称常规冻干)的升华相区别,根据这一特殊状态下升华的特点,故命名为快速真空冷冻干燥(以下简称快速冻干)。

这种特殊情况下的升华,就笔者所能见到的文献资料,未见有关类似的报道,笔者认为有如下理由认为这是升华状态:

1、对比其时间—压力曲线与常规冻干的时间—压力曲线,两者的形状和走向非常相似,相当于把常规冻干曲线的时间单位由小时改为分钟。











 

 

 

 

 

          常规冻干时间--压力曲线                    快速冻干时间--压力曲线

2、快速冻干的产品与常规冻干的产品相比,在脱水比率、复水性能、复水   率、脆度、外观形状、色泽等方面非常接近。

3、用常规冻干的理论分析其脱水过程,均与实验结果相符。

有人也许会认为,这其实就是真空低温油炸技术,实际上,这两者存在本质的区别:真空低温油炸技术,是把未冻结的物料放在真空容器中油炸,在刚开始的瞬间,是发生了上述特殊情况下的升华,但此后因热油与冰晶之间被一个刚升华出来的热蒸汽层隔开,传热效率大为降低,热能的传输无法满足那种特殊情况下的升华了,转而变成了冰(固)— 水(液)—→汽(气)的过程,由于两者的相变不一样,所加工出来的产品差别很大,快速冻干的产品在脆度、含油率、营养活性物质的保存率、复水性能等方面是真空低温油炸技术的产品所无法达到的。

常规冻干的产品与快速冻干的产品相比各有优缺点,常规冻干产品的营养活性保存率较高,产品无油,贮藏期长等;快速冻干的产品在营养活性物质的保存率上高于其它烘干的方法,仅次于常规冻干,由于食用油脂(传热介质)的残留,贮藏期仅一年左右,但含油率不高,干品约为5—8%(而真空低温油炸的产品为15-20%),复水后约为0.5—1%,与日常饮食差不多,作为食品加工来说,这一特点是可以接受的,而且快速冻干的产品在加工过程中有一个高温熟化和灭菌的过程,且其复水性能,营养活性物质的保存率等接近于常规冻干的产品,因此,在许多场合可取代常规冻干产品,同时亦可以直接食用。

在加工品种范围方面,快速冻干几乎完全覆盖了常规冻干的范围(少数香辛料除外),由于快速冻干的生产成本仅为常规冻干的成本的20%—50%,许多采用常规冻干方法几乎无市场的产品在改用快速冻干后,变得市场竟争力,如粮食制品中的方便面,快速冻干的产品在外观及内在质量上甚至优于现行市售的微波干燥方便面;采用本技术加工的方便米粉、方便米饭等,真正成为方便的“米饭";在坚果制品中,快速冻干的产品比传统的炒、烘、烤的方法加工的产品更具有酥、香、脆的口感,而且绝不会有焦糊等;采用快速冻干的技术加工的果蔬类产品,其质地类似于膨化食品,具有与饼干相当的脆度及含油率,且在加工过程中没有添加任何化学物质,是一种优良的、高品质的健康食品,适合于各个年龄阶段的人群食用,单这一类产品的前景就非常广阔;此外,快速冻干的海带丝、紫菜、畜禽产品等,也同样具有广阔的市场。总结起来,可采用快速冻干的种类有:粮食类、果蔬菜类、畜禽类、海产类、水产类等多达百余种,可以说,目前还没有那一种食品加工技术能有如此广泛的实用范围。

在技术参数上,快速冻干与常规冻干相比,具有明显的更容易实现的特性,这是快速冻干成本低廉的关键所在。见下表:

 

         

   

   

    Pa

1333~2666

13.3~133

    0C

70~90

-05~-25

水蒸汽捕集器工作温度(0C

25~35

-25~-40

   

12~15分钟

12~20小时

  

由上表可见,快速冻干的条件比常规冻干的条件更容易实现,所以,它的设备投资,运转费用等均大大低于常规冻干,常规冻干的zui小实用生产规模,就需500万元以上的投资,而快速冻干的zui小实用生产规模,只需50万元就足够了,而且两者的生产能力相当,其它生产规模相当的投资见下表:

 

项目

生产规模(年产)

30~50T

50~100T

150~200T

300~600T

快速冻干

设备投资(万元)

50

100

300

600

     m2

100~150

150~200

300~500

800~1000

常规冻干

设备投资(万元)

500

1000

1500

2000

     m2

800~1000

1000~2000

1200~1500

1500~2000

  

    我国是一个农副产品资源丰富的大国,不论大江南北、东海之滨、西部腹地,均有适宜采用快速冻干技术加工的原料,有许多还是当地的特色资源,由于保鲜、贮藏、运输等方面的原因,每年都有一部分白白浪费了,如果选用快速冻干技术来就地深加工(由于其投资规模可大可小,适合我国各地不同经济状况的地区采用,此方案是可行的),由此而产生的经济效益和社会效益,都是无法估量的。

由于该技术未见有关文献报道,笔者的能力又十分有限,这里面有许许多多末能揭示的道理,其中的观点也有许多偏颇,请国内同行指正。

参考文献:

   1、《食品工业制冷技术》   孙时中等译  轻工业出版社   1987

   2、《食品干燥》  邱建人著   中国台湾复文书局       1984

   3、《真空技术手册》 达道安著   机械工业出版社    1987

   4、《冰冻干燥法》  张志纯译   中国台湾徐氏基金会出版   1987


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