路 敏，陳媛媛

（1.天津賽譽(yù)食品有限公司，天津 300308；2.天津華測檢測認(rèn)證有限公司，天津 300300）

受到外界環(huán)境、自身特點(diǎn)等影響，食品在存儲、運(yùn)輸、加工過程中會(huì)不可避免地發(fā)生物理、化學(xué)、生物變化，導(dǎo)致其外觀形狀發(fā)生改變、營養(yǎng)成分降低，損害了其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。干燥是人們在歷史發(fā)展進(jìn)程中探索出的有效食品加工技術(shù)之一，真空冷凍干燥技術(shù)將真空、低溫與干燥結(jié)合，能夠更加有效地保留食品品質(zhì)，延長食品儲存期限[1]。

1 真空冷凍干燥技術(shù)原理

真空冷凍干燥技術(shù)是基于熱力學(xué)中的相平衡理論實(shí)現(xiàn)的。相平衡即為多相系統(tǒng)中各相變化達(dá)到的極限狀態(tài)，這一狀態(tài)下，相際物質(zhì)傳遞凈速率為0。對于水來說，其有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)3種相態(tài)。當(dāng)外界壓力下降時(shí)，水的沸點(diǎn)會(huì)逐步降低，在溫度0.009 8 ℃，壓力609.3 Pa時(shí)與冰點(diǎn)重合，達(dá)到相平衡。當(dāng)水的壓力繼續(xù)下降，其中的冰會(huì)直接轉(zhuǎn)化為水蒸氣，實(shí)現(xiàn)冰晶升華。真空冷凍干燥技術(shù)是先對含有大量水分的新鮮食品進(jìn)行預(yù)冷凍處理，使得其中的水分轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w冰結(jié)晶，進(jìn)一步將其置于真空環(huán)境中，借助相平衡使得冰結(jié)晶轉(zhuǎn)化為水蒸氣，吸附剩余水分后，可將食品中的含水量降低至1%～4%，實(shí)現(xiàn)干燥的目的。

2 真空冷凍干燥技術(shù)在食品方面的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 保留食品色、香、味

色、香、味是人們購買食品的主要因素之一。新鮮食品較易氧化，或受到酶、微生物的影響而腐敗變質(zhì)，進(jìn)而改變色、香、味。真空冷凍干燥將食品置于缺氧、低溫狀態(tài)，有效避免受到氧氣、酶、微生物的影響，使其色、香、味得以留存。此外，食品在常溫儲存過程中，營養(yǎng)物質(zhì)會(huì)逐步流失?？茖W(xué)研究表明，真空冷凍干燥對于食品的蛋白質(zhì)和維生素A、維生素D等脂溶性維生素的損害幾乎為0，對于食品的維生素C、β-胡蘿卜素等水溶性維生素的損失僅為5%，最大限度地保留了食品中的營養(yǎng)物質(zhì)[2]。

2.2 保留食品形態(tài)

在長距離物流運(yùn)輸過程中，食品內(nèi)部結(jié)構(gòu)易受到擠壓，或因?yàn)閮?nèi)部水分流失而導(dǎo)致其外部形態(tài)改變。真空冷凍干燥技術(shù)能夠有效強(qiáng)化食品內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并借助干燥使其內(nèi)部生成多氣孔，實(shí)現(xiàn)復(fù)水速溶，迅速恢復(fù)其自然形態(tài)。

2.3 延長食品保存期限

食品中水分含量較多且暴露于空氣中極易受到酶、微生物的影響，導(dǎo)致腐敗變質(zhì)。經(jīng)過真空冷凍干燥的食品，其含水量在1%～4%，且水分分布均勻。同時(shí)，大多真空冷凍干燥后的食品采用真空包裝，可徹底隔絕空氣，有效延長了其保存期限，通?？稍诔丨h(huán)境下保存數(shù)年。

3 真空冷凍干燥技術(shù)流程

3.1 預(yù)處理

預(yù)處理是食品在經(jīng)真空、冷凍、干燥前的處理過程。與其他加工方式相比，真空冷凍加工技術(shù)對食品自身品質(zhì)要求較高。因此，應(yīng)依據(jù)食品種類選擇預(yù)處理方式。例如，針對果蔬類食品，為保證其鮮度，應(yīng)當(dāng)在采摘后8 h內(nèi)進(jìn)行冷藏加工，避免其氧化變色以及營養(yǎng)成分流失。同時(shí)，預(yù)處理環(huán)節(jié)也需要對原材料進(jìn)行切割。通常情況下，真空冷凍干燥加工食品大多采取條狀、片狀、塊狀、丁狀和粉狀加工。不同的加工方式對于后續(xù)冷凍、干燥環(huán)節(jié)的條件、時(shí)間有著不同的要求，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合食品自身性質(zhì)和加工特點(diǎn)進(jìn)行合理選擇。例如，針對纖維素較多的果蔬類食品，應(yīng)當(dāng)選取條狀、片狀、塊狀加工，并垂直于食品纖維走向進(jìn)行切割，增加內(nèi)部水分暴露的表面積，確保水分在冷凍干燥過程中完全排出，提升冷凍干燥效果和效率。針對肉類食品，應(yīng)當(dāng)選取片狀、塊狀、丁狀，并盡可能降低切割厚度，保障冷凍效果[3]。

3.2 凍結(jié)處理

在較大型的工廠流水生產(chǎn)中，真空冷凍干燥操作通常由凍結(jié)處理和干燥升華兩步驟組成，凍結(jié)處理是其中的核心環(huán)節(jié)。凍結(jié)處理的速度、環(huán)境溫度等要素對于食品內(nèi)部水分的升華效果、成品質(zhì)量、耗費(fèi)能源等有著直接影響?，F(xiàn)今我國凍結(jié)處理操作大多采用慢速凍結(jié)，雖然食品內(nèi)部水分的升華速度較快，但升華后的冰晶多為少量、大塊、連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)晶，增加了干燥的難度。雖然提升凍結(jié)處理的速率能夠使得食品內(nèi)部冰晶體積縮小、排布更為密集，提升干燥效果，確保食品口感，但密集的小結(jié)晶體阻礙了內(nèi)部深層水分溢出，導(dǎo)致凍結(jié)時(shí)間延長，所需能源相應(yīng)增多。因此，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)選取合適的凍結(jié)方式?？茖W(xué)研究表明，在-5 ℃的環(huán)境下，食品內(nèi)部約80%的水分已經(jīng)凍結(jié)[4]。相關(guān)工作人員可以使食品維持該溫度一段時(shí)間后再次凍結(jié)，在提升冰晶體的升華效果的同時(shí)，有效抑制能源消耗，節(jié)約加工成本。

3.3 凍干處理

3.3.1 加熱

加熱是凍干處理的第一步。經(jīng)過冷凍后，食品內(nèi)部可能存在的微生物處于低活性狀態(tài)，在儲存運(yùn)輸過程中有恢復(fù)活性的風(fēng)險(xiǎn)。在進(jìn)行凍干處理前對食品進(jìn)行加熱，能夠進(jìn)一步消除食品含有的微生物，保證食品安全。此外，水的升華過程伴隨著吸熱，較低的熱量進(jìn)一步抑制了水升華速度。為確保食品內(nèi)部水分完全升華，需要借助加熱提升食品內(nèi)部水分的飽和蒸汽壓，促進(jìn)升華速率上升。應(yīng)當(dāng)注意的是，為避免食品解凍，全過程中的食品溫度均應(yīng)維持在-30～-10 ℃。

3.3.2 真空

真空加工需將加熱結(jié)束后的食品放入真空箱，抽取其中空氣，使食品處于真空狀態(tài)，進(jìn)一步提升和食品干燥層的導(dǎo)熱系數(shù)，加快冰晶的升華速度，進(jìn)而進(jìn)行食品干燥。由于食品自身含水量及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，在真空加工過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)精準(zhǔn)計(jì)劃壓力，確保食品真空冷凍干燥效果的同時(shí)避免能源的過度使用。

3.3.3 干燥

待食品內(nèi)部冰晶全部經(jīng)升華排出后，即可進(jìn)入干燥環(huán)節(jié)。相關(guān)人員可借助真空泵進(jìn)一步抽出凍干倉內(nèi)的水蒸氣，確保食品徹底干燥。

3.3.4 包裝

包裝是食品抵御外界侵襲的第一層防護(hù)。真空冷凍干燥食品水分含量低，遇水速溶，且易受到光照、空氣等影響。因此，必須選取防水、遮光、隔絕空氣的材料進(jìn)行食品包裝。通常情況下，真空冷凍干燥食品大多選取鋁薄膜復(fù)合材料進(jìn)行真空包裝。同時(shí)，在包裝操作前，也可借助輻射、紫外線照射等方式消除食品表面的殘留細(xì)菌，抵御儲存運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)。

4 真空冷凍干燥技術(shù)現(xiàn)狀

4.1 冷凍恒溫難以保證

冷凍操作的溫度對于食品的質(zhì)量有著直接影響。現(xiàn)今我國食品真空冷凍干燥加工過程中，缺乏針對冷凍時(shí)間、溫度的精細(xì)化管理，導(dǎo)致食品凍結(jié)狀況難以達(dá)到預(yù)期，影響了成品的質(zhì)量[5]。此外，近年來我國食品物流運(yùn)輸距離不斷增長，但冷鏈物流仍未完全普及，加工成品在物流運(yùn)輸中難以保證恒溫，增大了食品腐敗、變質(zhì)的概率，在提升經(jīng)濟(jì)成本的同時(shí)威脅著消費(fèi)者的食品安全。

4.2 干燥效果一般

食品營養(yǎng)物質(zhì)的保留是真空冷凍干燥技術(shù)的主要目的之一。傳統(tǒng)的慢速冷凍方式使得食品細(xì)胞內(nèi)外凍結(jié)速率不一，細(xì)胞內(nèi)部水分外溢，產(chǎn)生冰晶，使得營養(yǎng)物質(zhì)外流。雖然現(xiàn)今快速冷凍技術(shù)的出現(xiàn)能夠有效提升冰狀結(jié)晶速度，使得食品細(xì)胞形成保護(hù)層，避免其營養(yǎng)物質(zhì)流失，但因設(shè)備投資高、能耗較大等原因，快速冷凍技術(shù)仍未在我國全面普及，導(dǎo)致食品干燥效果平平，影響了干燥食品的質(zhì)量。

4.3 加工方式不完善

不同類型、體積、形狀的食品冷凍、干燥速率不同，應(yīng)當(dāng)有針對性地進(jìn)行真空冷凍干燥設(shè)定?，F(xiàn)今我國食品真空冷凍干燥加工仍然較為粗放，以單一式的冷凍干燥方式進(jìn)行全部食品的處理。同時(shí)，為確保凍結(jié)效果，在食品冷凍結(jié)束后需要進(jìn)行至少1 h的保溫處理，但一部分食品加工企業(yè)缺乏對時(shí)間的把控，甚至將其省去，影響了成品的質(zhì)量。

5 新型真空冷凍干燥技術(shù)

5.1 微波真空冷凍干燥

真空冷凍干燥技術(shù)需要借助干燥有效排出水分，耗能大，時(shí)間長。微波真空冷凍干燥技術(shù)很好地彌補(bǔ)了這一不足。微波真空冷凍干燥借助微波輻射，將微波電磁能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行干燥，能夠有效提升干燥速率，徹底排出食品水分。但微波真空冷凍干燥技術(shù)投資較高，至今仍集中于高附加值食品加工中，有待大規(guī)模普及應(yīng)用。

5.2 噴霧真空冷凍干燥

實(shí)現(xiàn)冷凍速度的提升，進(jìn)一步降低冰晶體積是真空冷凍干燥技術(shù)的發(fā)展方向。在奶粉、藥品等粉末狀食品加工較多的歐洲，將粉末食品借助噴霧噴灑，并進(jìn)行液氮冷凍的噴霧真空冷凍干燥技術(shù)有效解決了這一課題。噴霧真空冷凍干燥使得食品接觸面積增加，迅速形成冰粉，加以真空冷凍，能夠顯著縮短冷凍干燥的時(shí)長。

5.3 真空冷凍干燥聯(lián)合熱風(fēng)干燥

傳統(tǒng)真空冷凍干燥加工借助加熱進(jìn)行干燥，能耗較高。將熱風(fēng)干燥引入真空冷凍干燥加工是近年來的發(fā)展趨勢。據(jù)研究表明，相比傳統(tǒng)真空冷凍干燥技術(shù)，真空冷凍干燥聯(lián)合熱風(fēng)干燥加工能夠節(jié)約40%左右的能源。但應(yīng)注意的是，如先進(jìn)行熱風(fēng)干燥，容易損傷食品內(nèi)部骨架結(jié)構(gòu)，影響其速溶復(fù)水效果。因此，需將真空冷凍與熱風(fēng)干燥聯(lián)合操作。在對腌制菜干燥過程中，真空冷凍加工加以熱風(fēng)干燥實(shí)現(xiàn)了約20%的能耗降低，同時(shí)其速溶復(fù)水效果優(yōu)異[6]。

5.4 冷凍干燥聯(lián)合真空微波干燥

微波冷凍干燥雖然實(shí)現(xiàn)了干燥速度的提升和能耗的降低，但針對果蔬等食品加工時(shí)，食品內(nèi)部骨架結(jié)構(gòu)會(huì)因微波造成損傷，導(dǎo)致食品變形，降低了食品品質(zhì)。將冷凍干燥與真空微波干燥結(jié)合，在真空狀態(tài)下利用微波進(jìn)行干燥，不僅能夠節(jié)約近40%的能耗，同時(shí)避免了果蔬食品的內(nèi)部骨架損傷，保留了其內(nèi)部營養(yǎng)。

6 結(jié)語

綜上所述，真空冷凍干燥技術(shù)能夠在保存食品色、香、味，維持食品營養(yǎng)物質(zhì)的同時(shí)顯著延長食品保存期限，降低物流運(yùn)輸損失，是新時(shí)代食品加工的有效方法。但我國的真空冷凍干燥技術(shù)起步時(shí)間較晚，現(xiàn)今仍存在一些不成熟的地方。在實(shí)際操作時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)全面把握真空冷凍干燥的工藝流程，依據(jù)食品自身特性進(jìn)行針對性地調(diào)整和精細(xì)化地管理，確保食品品質(zhì)，減少成本，為我國食品行業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。