食品真空冻干技术的应用研究

2022-11-16戴浩然郭少聪薛清松何诗行

食品安全导刊 2022年16期

冯雅，戴浩然，郭少聪，薛清松，何诗行

（滁州学院生物与食品工程学院，安徽滁州 239000）

如今，我国人们的基本生活需求已由过去的吃饱喝好发生了转换，油炸、膨化食品越来越受到人们的抵触，而追求健康、时尚、享受等新型需求的食品得到人们的青睐。因此，能极大地保存食品营养成分、又无需任何防腐剂的冻干食品受到越来越多人的欢迎。

1 真空冻干技术的原理

在水的冰点恒定的情况下，随着压强的降低，沸点也会随之降低。当压强降到一定，即水的沸点和熔点几乎一致时，冰可以不经过液态而直接汽化为气体，该过程称为升华[1]。而真空冷冻干燥技术是通过加工工艺对水的3 种形态进行转变，实现三者间的平衡关系，并进一步应用升华原理，达到食品冷冻的目的[2]。

由于食品在真空冻干处理时处在低温、真空的环境下，绝大多数的生物反应会处于停滞状态，对热敏性高和易氧化的食品有良好的干燥效果[3]。真空冻干处理后的物料结构具有多孔性，其速溶性和复水性效果都很理想。在升华过程中，溶于水的物质能够快速析出，很好地减缓了食品内部无机盐的流失[4]。真空冻干技术可以去除原料中95%～98%的水分，脱水相对彻底。此外，复水时相比其他干燥方式，处理后的食品的新鲜度更高。

2 真空冻干技术的应用

现如今食品加工中已经广泛运用了真空冻干技术，几乎所有食品原料都可进行真空干燥，如加工水产品、果蔬产品。尤其是在营养保健类产品方面，真空冻干技术起到至关重要的作用，提高了药材、蜂蜜、花粉等对原有价值需求极高的产品的生产效率。例如，真空冻干技术可将新鲜果蔬加工成脱水果蔬，在去除果蔬中水分的同时，保留住果蔬中的微量元素、维生素等营养成分。食用前将脱水果蔬在水中浸泡，可以最大限度地还原原有的色泽以及口感[5]。同时，真空冻干技术还有助于提升名贵水产品的档次品质和开拓提升中低档水产品的销售渠道与附加值[6]。以营养保健类产品中的药材三七为例，真空冻干的三七与自然晾晒的相比，其在色泽、颜色、光泽等方面更好，而且人参皂苷Re 含量更高[7]。

3 真空冻干技术的操作流程

真空冻干技术的操作流程为预处理→预冻→冷冻干燥→后处理。

3.1 预处理

预处理包括清洗、杀菌、添加试剂等一系列操作，是为了保证原料的质量和原料在后续操作中能够进行高效反应。另外，食品的初始温度与冻结后的温度有着直接关联，因此要进行预冷处理[8]。由于原料的多样性，预处理的操作也不尽相同。例如，在处理果蔬类食物原材，为了避免果蔬中营养和维生素的流失，一般在采摘果蔬后的2 ～8 h 就要对食物进行加工或冷藏。例如，将食品原材料切成片状时，应根据食品的纤维组织方向进行切割，同时要保证较薄的厚度，从而方便水蒸气在后续的处理过程中更好地溢出，让食品快速冻结。例如，在牛肉切片的处理过程中，一片厚度为0.1 m 的切片牛肉需要10 h 左右能够被完全冻结，而冻结一片厚度为0.2 m 的切片牛肉则至少需要24 h[9]。

3.2 预冻

预冻是为了将原料中的液态水冻结，降低原料在真空冻干时破损、皱缩的程度以及营养物质的流失，确保冻干后的产品理化性质和冻干前保持一致。由于原料在空气中极易被氧化而导致变质，且原料自身的初始温度也会对冻结设定的平均温度带来不可忽略的影响。因此，原料的预冻处理需做到科学严谨。预冻处理中大致要考虑3个因素，即时间、温度、速率。预冻要保证液态冷冻彻底，以防在冻干抽真空时因为受力不均而产生破损，溶质流失。一般在达到预冻最低温度的1 ～2 h 后即可开始抽真空[10]。预冻处理使原料中的水分更好地溢出，进一步提高了原料的冻干效率。

3.3 冷冻干燥

冷冻干燥即冻干，是整个过程中最重要、最复杂的步骤。冻干分为升华干燥和解析干燥两步[11]。升华干燥是将已经完成预冻的原料在真空装置中进行加热，除去升华出来的水分。由于固体水升华后会留下空隙，所以冻干产品具有良好的复水性。但通过升华干燥只能去除原料中90%的水分。在原料中，仍有一部分存在于毛细组织中的水分未被冻结。若要提升除水率，还要经过解析干燥，将装置内的温度提升到产品所能接受的最高温度，并一直维持到冻干结束，使残留的水分蒸发为水蒸气。同时，冻干装置处于高度真空状态，通过内外气体压强产生的推动力让水蒸气逸出来。经过解析干燥后，产品水分的残留一般只有0.5%～4.0%[12]。食品在真空冻干的过程中主要是吸收热量的，目前冻干加热的方式有传导加热、微波加热和辐射加热3 种[13]。

3.4 后处理

包装的目的是便于食品的运输和储藏。冻干食品具有多孔疏松结构，虽然让其自身有了极佳的复水性，但同时也让自身变得极易氧化和易滋生微生物。因此，冻干食品的包装和杀菌处理更加严格。包装材料方面，大体根据食品特点和运输要求，冻干食品的包装通常要求无氧、防水、避光，因此可以选用满足以上3 点的镀铝薄膜、PET 和PP 复合材料[14]。包装形式可采用真空包装或充气（氮气或二氧化碳）包装。冻干食品的杀菌方法一般采用紫外线杀菌和辐射杀菌，灭菌效果良好，主要针对绝大多数的细菌、病菌。其中紫外线杀菌能在很短的时间内达到几乎100%的杀菌率[15]。此外，紫外线和辐射杀菌系统不存在有毒、易燃的安全隐患，具有较高的性价比，且成本较低。

4 真空冻干技术的不足

目前我国真空冻干技术发展的主要趋势是如何在降低成本的同时保证食品的营养价值，而食品真空冻干技术目前还存在较多问题。

4.1 冻干设备落后

目前国内生产的真空冻干机，其作业方式仍为间歇式，且类型单一化，装备自动化、智能化程度低，整体性能较为落后，导致能耗高、时间长、效率低，并不适合冻干性质差异很大的食品物料[16]。

4.2 冻干工艺的不合理

从食品真空冻干工艺的合理性来看，缺乏科学冷冻干燥工艺曲线，有些工作人员对冻干工艺中的真空冻干原理存在知识误区，导致设备和能源方面会存在浪费[17]。

4.3 产品品质易降低

由于真空冻干产品在脱水之后，结构呈现海绵状且疏松多孔，外观变得蓬松，表面积变得更大，导致真空冻干产品易吸潮、易破碎。此外，与其他干燥方式相比，冻干产品颜色较浅且易发生褪色，产品的外观品质也会因此遭受损失[18]。

4.4 理论与技术较为落后

目前我国的真空冻干基础理论研究与国外相比还存在一定的差距，即缺乏对冻干基础理论及其相关理论的系统研究。传统的冻干理论已逐渐无法指导现代的生产作业，因此尽快完善冻干理论并及时应用到生产中，是当下急需解决的问题。

随着国际食品生产对卫生要求的不断重视，HACCP 系统越来越受到青睐，我国也在加紧制定相关法规，部分企业也已经根据相关政策逐步实施了这一体系[19]。如何创新冻干装备、缩短冻干时间、提高干燥效率和降低用工成本，已成为真空冻干技术继续突破的核心问题。今后也可将真空冻干技术与食品深加工紧密联系起来，结合当今社会生活中人们所关注的事物，如健康、时尚、方便等热点问题进行开发，为真空冻干技术找到全新的、紧跟时代步伐的研究方向。

5 真空冻干产品的发展趋势

当前真空冻干产品大体分为3 代，分别为三、四、五代真空冻干产品[18]。①三代真空冻干产品为重组产品。冻干水果酸奶块是新型冻干产品的典型，其特点是将各种富含营养素的水果、谷物、蔬菜为原料，通过粉碎、复配、重组等手段，以天然营养配比为指导，从而制造出具有多维度营养功能的真空冻干产品。②四代真空冻干产品为营养健康设计制造的产品。这代产品在三代真空冻干产品的基础上突出了特殊性，是针对特殊人群、特殊用途、特殊环境而研制的新型产品。其产品的摄入方式较三代有了更多的选择，而且结合方式也不仅局限于食品，实现了水果、蔬菜、谷物与药物的结合。因此，该代真空冻干产品较三代产品市场的应用范围更广。③五代真空冻干产品为精准个性化定制产品。这代产品是目前最前沿的真空冻干产品，利用了最先进的科技手段，采用了大数据分析手段，以实现精准、个性化营养健康调控的目的。较前两代真空冻干产品，更加注重产品的功效、文化、品味等属性，食品的呈现方式也更加多样化、现代化。该代真空冻干产品势必将成为未来冻干产品市场的发展方向。