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内容摘要
主要介绍了食品真空冷冻干燥技术原理及其特点 , 综述了国内外食品真空冷冻干燥技术的应用状况和一些在食品加工工业中常见的真空冷冻干燥设备，对食品真空冷冻干燥技术的发展前景进行了预测。
关键词： 食品 真空干燥 现状 应用 设备 发展趋势
真空冷冻干燥技术在食品中的应用
在人类可用的天然食品中 ,绝大多数食品是由其独特固有物质和水组成的。水是各种微生物生长和酶作用的决定性因素 , 新鲜的食品由于水分存在而很快变质。为了延长食品的储存时间 ,人们早在三千多年以前就借助阳光、风等自然条件使水分从其内部脱离出来。随着人类社会的进步和科学技术的发展 ,人们创造出很多种脱水技术, 如热风干燥、冷风干燥、喷雾干燥、真空冷冻干燥等 , 这些脱水技术各有其不同的特点。针对食品保鲜与保质而言 ,真空冷冻干燥技术最具应用价值 , 因为只有冻干技术才能最大限度、最长时间地保持其色、味、形和营养成分。食品真空冷冻干燥被喻为 20世纪食品工业技术进步的主要标志①。
一、食品真空冷冻干燥的原理及其特点
真空冷冻干燥技术是将湿物料或溶液在较低的温度下冻结成固态，然后在真空下使其中的水分不经液态直接升华成气态，最终使物料脱水的干燥技术。②于该过程在低温低压下进行,而且水分不经过液态直接升华 , 冻干制品能保持其天然色泽气
味基本不变、外观形状基本不变、蛋白质与维生素等各种营养成分基本不变、固有物质基本不损失 ,同时还可以很大程度上提高干燥速度。此外在真空系统中，单位体积内空气 的含量低于大气中的含量，在这相对缺氧的环境下 进行食品干燥可以减轻甚至避免食品中脂肪的氧化 机会，色素褐变或其它氧化变质等 ，所以采用真空干燥获得较好的食品质量。冷冻干燥制品成海绵状、无干缩、复水性极好、食用方便、含水分极少，相应包装后可在常温下长时间保存和运输。因此真空冷冻干燥技术具有其它干燥技术无可比拟的优点。
二、食品冷冻干燥的现状及其应用
食品的冻干技术起源于二十世纪三十年代。1930年Flosdorf开始了食品冻干实验，1940年英国的Fikidd提出了食品冻干技术，1961年英国Aberdeen实验工厂开始了工业生产, 几乎在同一时期,美、日、德、荷兰、丹麦等国家相继建立了食品冻干加工厂。据不完全统计, 1963年美国有食品冻干厂11家，欧洲各国有25家。1965 年全球已有冻干食品厂50多家。到1972年,美国有冻干食品生产厂41家,欧洲各国49 家, 日本有13家。冻干食品产量增加也很快,仅从美国统计,1963年冻干食品产量约为5000吨,1970年产量为 157000 吨,1972年产量为175000 吨，八十年代白俄罗斯的斯鲁茨克市建成了大型生产线, 冻干奶酪,年产量为150吨。1985 年日本25家食品冻干公司。1989年10月17日保加利亚的索非亚成立了低温生物学和冷冻干燥技术研究所( In stitute of Cryobiology and Lyophizatin in sofia, 简称 ICL ) ,主要研究宇航食品、儿童食品、方便食品、保健食品和营养食品。该研究所目前在世界上排名第三位, 仅次于美国和俄罗斯。
美国冻干食品发展最快, 在全美方便食品中冻干食品占 40%～ 50% , 在 20 家生产咖啡的和茶的工厂中, 就有10 家采用冻干法生产。日本目前已有35 个冻干食品生产厂家, 年产值达13 亿日元。美、 日冻干蔬菜在市场上已占近10%。冻干食品的普及性在一些发达国家已达到相当高的程度。
已经采用冻干法生产的食品, 主要可分为:
1.烹饪原料: 肉、蛋、鱼、蔬菜等；
2.土特产品: 蘑菇、黄花菜、香椿芽、苔菜以及各种山野菜等；
3.调味品: 葱、蒜、姜、辅料、香料、香精、色素、汤汁等；
4.食品工业用原料: 奶粉、蛋粉、植物蛋白粉、干果粉、豆粉、肉粉等；
5.饮品类: 咖啡、果珍、茶叶等；
6.补品类: 鳖粉、花粉、人参粉、山药粉和蜂雏粉等；
7.水果类: 菠萝、香蕉、草莓、苹果、哈密瓜、桃等；
8.特殊食品: 航天、航海、军需、野外作业、各种考察队用食品。
我国食品冻干事业起步较晚, 六十年代后期才在北京，上海等地开始实验研究, 七十年代中期在上海等地建立了食品冻干车间。八十年代开始,食品冻干技术受到了国际市场的影响,又渐渐热起来, 据不完全统计在山东，宁夏、新疆、辽宁、广东、湖南、福建、北京等地都建起了食品冻干生产厂。 生产的主要产品有葱、蒜、各种调味品、植物蛋白粉、蔬菜等,冻干产品主要销往国外。 冻干理论和工艺的研究正在向着深入和广泛的方向发展。1967年Sandall等提出了冻干冰界面均匀后移的稳态模型(URIF 模型), 实验证明能较好地计算出升华阶段所需的时间。1968 年Dyer 等又提出了热量由搁板通过冷冻层, 冻干室内气体通过已干层以及在辐射条件下的准稳态冻干模型。1979年Litchield 等提出了冻干的吸附—升华模型, 给出了数值解。近年来, 研究各种物料在冻干过程中的传热传质特性和冻干工艺方面的文章较多。 意大利对冻干苹果、柠檬和糖的均化混合液加牛奶后脱水理化特性进行研究。 德国对天然淀粉、改性淀粉、淀粉果胶等进行理化研究。俄国研究冻干牛肉的热物性。日本研究胶状鱼粉的冻干。西班牙研究冻干乳酸干。印度研究冻干香蕉粉。捷克研究薄层物料的冻干工艺等等。
目前在国内从事这方面研究的大专院校主要有:华南理工大学、华中理工大学、东北大学、合肥工业大学、上海交通大学、东北农业大学、上海机械学院、无锡轻工学院、 清华大学等学校。研究冻干的主要产品有: 新鲜蛇肉、大蒜粉、草菇、人参、 草莓、冬虫夏草、山药粉等十余种。
三、常见的食品冻干设备
目前国内常见的冻干设备主要有ZG系列真空冷冻干燥机、ZLG型冷冻干燥机、和进口冷冻干燥设备。
ZG系列真空冷冻干燥机是国内食品工业常用的冷冻干燥设备，主要由干燥箱、冷凝器、加热系统、真空系统、制冷系统和电气控制系统六大部分组成。主要用于果蔬、肉禽、水产、调味品、方便食品及名优特产等干燥，可达到保持食品原有的色、香、味、形、新鲜度不变的目的，且复水性特好，成品便于贮存和运输费用降低，保存期延长。③设备与食品直接接触部分的材质为不锈钢材料。其最大的有点是工作速率大，但是产品质量欠佳。
ZLG型冷冻干燥机是国内是国内较先进的冷冻干燥设备，冻干箱及水汽捕捉都采用优质不锈钢结构，水汽捕捉面积大，捕水效率高；冷热交换器面积大，热惯性小，反应速度快；控制系统采用微机控制，搁板和冻干箱的制造采用了航空工业技术，设备的设计水平高，设备的配置好。ZLG型冷冻干燥机主要用于色生物制品和食品的冷冻干燥，设备的卫生水平较高。主要用于酒槽、味精、砂糖、食盐、矿渣、豆瓣、种籽等的生产。
进口的冷冻干燥设备其冷冻干燥箱、水汽捕捉器等主要部件均采用优质不锈钢结构，设备质量稳定，卫生易清洁。产品与ZLG型冷冻干燥机一样具有捕捉器面积大，捕水效率高；冷热交换器面积大，热惯性小，反应速度快的特点；除此之外其控制系统采用微机控制等特点，全自动数字控制。制冷压缩机组和真空系统设备稳定、可靠，能耗低，基本无需维修，设备的制造质量高，配置好。缺点是价格昂贵。
四、真空冻干技术在食品加工中的应用及发展前景
因为冷冻干燥的本质就是去水, 所以该过程不适合高脂肪含量食品的处理, 否则会使食品腐败④。冷冻干燥的优点:（1）对不耐热的物质来说, 其活力的破坏和损失最小;（2）形成一层有孔的脆性结构; （3）快速并完全复水。
我国传统的名贵海产品加工制品，如干贝海参鱼翅海米等，几乎都是采用干制的方法加工而成的。研究表明，采用传统的自然风干或人工热风干燥加工上述海产品时，水溶性及热敏性等营养养活性物质有一定损失，同时，制品的体积缩小严重，复水较难，还易出现表面结壳龟裂脂肪氧化，导致产品表面变色等质量缺陷，影响了制品质量的均一性和耐藏性。如果采用真空冷冻技术代替传统方法来加工海珍品，将会有效克服上述不足，不仅可以保证制成品品质的均一性，还可改善其外观和内在品质，提高经济效益。
真空冷冻干燥技术可以明显提高制品的质量和档次，却在水产品加工行业推广缓慢，究其原因，决策者和投资者主要有四方面顾虑：一是设备一次性投资较多，国产ZDG-60需150万元，ZDG-100需200万元，进口设备费用更高；二是真空冷冻干燥设备加工成本高；三是水产品(尤其是海珍品)原料供应不稳定，全年生产不能连续进行，淡季时间长；四是担心产品的市场销路。
首先是设备投资问题。大规模生产冻干食品仅靠冻干机本身的冻结设备无法实现，必须用单独的冷冻设备或库房对食品进行预冻，然后直接移入真空干燥机中脱水即可。我国水产加工业近年经营不景气，有一部分企业处于停产半停产状态，这些企业大都自带冷冻设备或冷藏库，投资者完全可以利用这些现成的厂房设备，只需添加与生产能力相应的真空干燥设备，即可生产真空冻干食品，从而大大降低一次性设备投资。
从加工成本看，根据美国农业部提供的资料，真空冻干食品的加工费是冷冻食品和罐头食品的2倍多，但其销售储藏费用低。从整个加工流通过程的总成本看,真空冻干食品为罐头食品的1.02倍，为冷冻食品的1.28倍,三者相差不大。如果冻干的是水产保健品海珍品海洋药物等较贵原料，那么原料费用占总成本的比重将十分接近,此时冻干食品的高品质高档次高价位的优势将显示出来。
水产品原料生产不稳定，品种产量每年变化幅度较大，季节性强，这是水产品生产的一大特点。目前，国际市场对高档次高品质的真空冻干食品在数量和品种上需求均较大，因此，应打破传统的单一生产和经营模式，而搞系列化多元化产品生产。冻干食品厂可根据所处地理条件，依不同季节选择其它种类食品搭配生产，以保证企业生产的连续性。这样既便于组织生产，提高了设备利用率和经济效益，又丰富了企业产品品种，增强了企业自身抵御市场风险的能力。
至于产品的市场销路，从国外市场看，对冻干食品需求逐年增加，只要产品质量过硬，出口市场是极具潜力的。国内，随着人民生活水平的不断提高，对饮食水平的要求越来越高，对高品质高档次的冻干食品需求潜力很大，只要生产经营者做好宣传引导工作，一定会得到市场的良好回报。
以上探讨和分析，说明真空冷冻干燥技术在我国食品加工业中的应用是可行的，前景光明。真空冷冻干燥技术的应用，无疑会给即将迈入21世纪的我国食品加工业注入新的活力，并与其它高新技术一起对我国水产品加工业今后的发展起到巨大的推动作用。
五、结束语
食品冷冻干燥技术是一门综合的技术，涉及多学科、多领域。⑤发展冻干技术并不是一蹴而就的事情，需要我们脚踏实地，认清发展中存在的问题， 然后对症下药； 当然也不能闭关自守，需要及时了解国外发展状况，借鉴国外先进的技术，发展自己， 缩小与国外的差距。
参考文献
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[4]罗祖会 《真空冷冻干燥技术在食品加工中的应用 》，河南科技，2011-07-30期刊.
[5]谢国山,王立业《国内食品真空冷冻干燥机的研究现状和发展趋势》，食品工业出版社，2003年：39～ 42.
致谢
毕业论文，也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。想借此机会感谢三年以来给我帮助的所有老师、同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的一部分。我的毕业指导老师李兰岚老师，她是一位负责任的老师，在这篇毕业论文上，帮助了我很多，在此，特向她道声谢谢。还有我的班导王燕，在我们实习一年里对我们的照顾与指引，特别感谢她。
大学生活即将匆匆忙忙地过去，但我却能无悔地说：“我曾经来过。”大学三年，但它给我的影响却不能用时间来衡量，这三年以来，经历过的所有事，所有人，都将是我以后生活回味的一部分，是我为人处事的指南针。离开学校，走上工作的岗位了，这是我人生历程的又一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们未来的路一路顺风。