摘 要:真空冷凍干燥食品加工工藝在我國的應(yīng)用非常普遍,隨著近些年該技術(shù)水平的提高和各項輔助設(shè)備的完善,各種食品保存時間越來越長,物流規(guī)模也越來越大。但是,真空冷凍干燥食品加工仍然存在一定的問題,需要引起相關(guān)人員的重視。本文簡單分析了真空冷凍干燥食品加工工藝中存在的問題及其原因,并提出相應(yīng)的優(yōu)化方法,希望對該工藝的發(fā)展有所幫助。
關(guān)鍵詞:真空;冷凍干燥食品;加工工藝
Abstract:Vacuum freeze-drying food processing technology is very common in China, with the improvement of this technical level and the improvement of auxiliary equipment in recent years, a variety of food preservation time is getting longer and longer, logistics scale is also growing. However, vacuum freeze-dried food processing still has some problems, need to attract the attention of relevant personnel. This paper briefly analyzes the problems of vacuum freeze-drying food processing technology, analyzes the reasons, and puts forward the corresponding optimization methods, hoping to help the development of this process.
Key words:Vacuum; Frozen and dried food; Processing process
中圖分類號:TS205
真空冷凍干燥食品加工工藝是在世界范圍內(nèi)得到廣泛認(rèn)可的食品加工技術(shù),它是將食品冷凍,在保證食品原有外觀和味道的基礎(chǔ)上,對其進(jìn)行運(yùn)輸、儲藏的方法[1-5]。該技術(shù)不僅能大大增加物流運(yùn)輸?shù)木嚯x,確保食物在運(yùn)達(dá)更遠(yuǎn)的地點之后仍然不會腐敗變質(zhì),還能保證食品原有的營養(yǎng)價值。在禽肉類、海鮮類食品的運(yùn)輸中十分常見。
1 真空冷凍干燥食品加工在食品加工中的應(yīng)用現(xiàn)狀
1.1 真空冷凍干燥原理
真空冷凍干燥是根據(jù)熱力學(xué)中的相平衡理論實現(xiàn)的。水的三相點(汽、液、固三相共存)溫度為0.009 8 ℃,三相點壓力為609.3 Pa。在水的壓力低于三相點時,固態(tài)的冰可以直接轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的水蒸氣,這一現(xiàn)象稱為冰晶升華。真空冷凍干燥是把含有大量水分的食品進(jìn)行預(yù)凍,讓食品中游離的水分變成結(jié)晶,冷凍成固體,然后在真空環(huán)境中使冰晶升華,接下來去除食品中的部分吸附水,最終得到殘余水量為1%~4%的干燥食品。
1.2 真空冷凍干燥特點
真空冷凍干燥食品加工技術(shù)在應(yīng)用的過程中需要嚴(yán)格控制溫度,尤其在凍干的過程中,需要將溫度控制在-40~-55 ℃。在加工時,環(huán)境必須處于高度真空狀態(tài),這種加工技術(shù)能夠較好地保持熱敏感度高、容易氧化的食品的營養(yǎng)價值,能最大限度地保留食品的口感,而且食品原有的結(jié)構(gòu)在干燥之后也不會受到破壞,能夠較好地保留食品原有的形狀。另外,利用真空冷凍干燥技術(shù)加工過的食品表面具有多孔結(jié)構(gòu),所以通常具有較好的復(fù)水性,能夠快速吸水,保證新鮮程度。在升華的過程中,溶于水的物質(zhì)還能夠快速析出,能夠很好地阻止食品內(nèi)部的無機(jī)鹽流失。不僅如此,真空冷凍干燥技術(shù)由于是對食品進(jìn)行真空包裝或者充氮包裝,在避光常溫環(huán)境中,食品的保質(zhì)期通常較長,一般可以達(dá)到5年左右,大大延長了食品的保存時間。
1.3 真空冷凍干燥在國內(nèi)外的研究進(jìn)展
真空冷凍干燥技術(shù)最早起源于前蘇聯(lián),1943年在美國制藥工業(yè)中應(yīng)用之后,才在世界范圍內(nèi)普及開來。直到20世紀(jì)60年代,這項技術(shù)才應(yīng)用在食品中,隨即世界各國開始建立自己的真空冷凍干燥食品加工廠,并逐漸將這一技術(shù)工業(yè)化。時至今日,該技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,在食品加工中幾乎成為不可或缺的一種。我國在20世紀(jì)70年代建立了試驗基地,但由于當(dāng)時市場對這一技術(shù)的接受度不高,這些基地隨后逐漸被拆除。隨著我國食品工業(yè)的發(fā)展,以及人們對真空冷凍干燥食品需求的增加,這一技術(shù)重新在我國煥發(fā)出生機(jī),我國已經(jīng)有越來越多的企業(yè)開始應(yīng)用這一技術(shù),逐漸取得了令人滿意的成果。
1.4 真空冷凍干燥技術(shù)在食品加工中的影響因素
真空冷凍干燥食品加工技術(shù)在應(yīng)用的過程中,會受到一些因素的影響:①預(yù)冷速率。預(yù)冷過程中,食品會產(chǎn)生冰晶,這些冰晶會影響干燥速度。研究結(jié)果表明,結(jié)冰的速度和冰晶狀態(tài)和數(shù)量之間有直接的關(guān)系,而且在對大多呈條狀、塊狀的果蔬類食品使用真空冷凍干燥技術(shù)時,食品基本上可以保持原有的品質(zhì),與傳統(tǒng)的慢速冷凍相比,不僅不會造成食品品質(zhì)下降,還能保證口感。②預(yù)凍終點溫度。食品內(nèi)的液體會在真空下快速蒸發(fā),造成食品體積收縮、營養(yǎng)流失,所以在預(yù)凍時,一定要嚴(yán)格控制溫度,使溫度保持在食品的共晶點溫度以下,通常低于共晶點溫度5~10 ℃為佳。
2 現(xiàn)階段真空冷凍干燥食品加工工藝應(yīng)用中存在的問題
2.1 冷凍恒溫得不到保證
真空冷凍干燥食品加工技術(shù)需要對食品進(jìn)行預(yù)凍,食品在凍結(jié)的過程中,凍結(jié)時間和溫度的差異,會導(dǎo)致食品冷凍情況不佳的現(xiàn)象。而且隨著物流鏈的延長,在運(yùn)輸?shù)倪^程中,食品的保存環(huán)境有可能發(fā)生變化,如果環(huán)境之間存在溫度差異,食品無法保證在恒溫的環(huán)境中運(yùn)輸,也有可能發(fā)生腐敗、變質(zhì)的情況,不僅造成經(jīng)濟(jì)損失,還有可能給人們的健康造成損害。
2.2 干燥效果不理想
食品在冷凍過程中,表面會產(chǎn)生大量細(xì)小的冰晶,這些冰晶顆粒如果沒有及時清除,在后期加工的過程中,會對食品的干燥速度造成極大影響。在慢速冷凍的情況下,食品細(xì)胞外的細(xì)胞液也會發(fā)生凍結(jié),以固體的形式存在,而由于慢速冷凍的客觀條件所限,細(xì)胞內(nèi)的水分仍然以液態(tài)的形式存在,這種內(nèi)外壓強(qiáng)的不平衡會將細(xì)胞內(nèi)的水逐漸向外擠壓,沖破細(xì)胞壁,產(chǎn)生細(xì)小的冰晶,造成營養(yǎng)物質(zhì)外流,對食品營養(yǎng)價值的保留非常不利。然而在快速冷凍的條件下,冰狀結(jié)晶生成速度較快,其速度遠(yuǎn)大于細(xì)胞內(nèi)液體向外擴(kuò)散的速度,這時冰狀結(jié)晶體積小、密度小,能夠在細(xì)胞外壁上形成保護(hù)層,阻止?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的外流。而且,快速冷凍的食品上結(jié)晶較少,也大大提高了干燥處理的效率。但現(xiàn)階段,我國很多真空冷凍干燥食品加工技術(shù)仍然在應(yīng)用慢速冷凍,使得食品的干燥處理仍然不夠徹底,達(dá)不到理想的效果。
2.3 不能根據(jù)食材選擇合適的加工方式
應(yīng)用真空冷凍干燥食品加工技術(shù)的食品大都是肉類,而且為了便于運(yùn)輸和售賣,食材經(jīng)常會預(yù)先進(jìn)行切片、稱重。根據(jù)不同的食品,應(yīng)選擇不同的干燥方式,比如,體積較大的肉塊,可以適當(dāng)選擇慢速冷凍;切片較薄的肉類和魚類,應(yīng)盡量選擇快速冷凍,這樣既能保證食品的新鮮,還能盡量減少營養(yǎng)的外流。然而在實際加工的過程中,很多加工方并沒有注意根據(jù)食品的不同選擇合適的冷凍干燥方式。通常,在冷凍完成之后還要至少保溫1 h,保證食品的凍結(jié)效果,但是很多加工企業(yè)對于時間沒有進(jìn)行精準(zhǔn)的把控,甚至擅自省略了這一步驟。
3 真空冷凍干燥食品加工的設(shè)備優(yōu)化
如今,我國市場上銷售的很多凍干設(shè)備會根據(jù)加工食品的不同而進(jìn)行分類,然而普遍沒有根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境細(xì)分應(yīng)用模式。很多凍干設(shè)備都采取統(tǒng)一的處理方法,沒有對同一類別食品中不同的細(xì)類進(jìn)行優(yōu)化,這使得在食品加工的過程中,難以提高加工質(zhì)量。
不同食品的水分含量不同,內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同,比熱、導(dǎo)熱性質(zhì)有所差異,重量和厚度各異,這使得在冷凍干燥時,需要的時間也會各有不同。比如,草菇的共晶點為-23 ℃,和其他果蔬類食品之間的差異會導(dǎo)致采用統(tǒng)一的冷凍干燥標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加工時無法達(dá)到令人滿意的效果。草菇的共熔點是-20 ℃,胡蘿卜的共熔點是-15~-14 ℃,現(xiàn)階段我國市售的絕大多數(shù)凍干設(shè)備都不能滿足對二者的同時加工要求。再以蘆薈為例,其共晶點為-12 ℃,共熔點是-2 ℃,為了使凝膠形狀不發(fā)生改變,蘆薈在真空中加工時,溫度需要維持在20 ℃以下。
此外,我國現(xiàn)階段的凍干設(shè)備市場并沒有良好的秩序,有些設(shè)備以次充好,沒有達(dá)到其宣傳的功能水平,造成食品加工效果不好。要想提高冷凍干燥加工技術(shù)的水平,設(shè)備生產(chǎn)廠商首先要對設(shè)備進(jìn)行多功能設(shè)計,加入針對不同食品的加工模式。比如,在設(shè)計設(shè)備時,可以加入時間、溫度等多種參數(shù)的調(diào)節(jié)功能,而且加工模式應(yīng)分成自動加工和人工加工兩種。不僅如此,廠商還要積極學(xué)習(xí)西方發(fā)達(dá)國家的凍干設(shè)備生產(chǎn)技術(shù),優(yōu)化自產(chǎn)的設(shè)備。食品加工商也要注意,在使用凍干設(shè)備時,要根據(jù)食品的特性選擇合適的加工方式,在保證食品外在形態(tài)的基礎(chǔ)上,還要利用凍干技術(shù)各種參數(shù)的控制來保證食品的口感和營養(yǎng)價值。以草莓凍干加工為例,草莓的冷凍溫度和共熔點都有一定的特殊性,生產(chǎn)商應(yīng)根據(jù)這種特殊性來選擇合適的凍干設(shè)備,并通過試驗,來檢驗設(shè)備的凍干加工效果,確保其性能達(dá)到要求,能夠讓加工達(dá)到預(yù)期效果之后,再進(jìn)行大規(guī)模的凍干加工。
4 優(yōu)化冷凍干燥動力
當(dāng)前,我國凍干設(shè)備的能量供給多是電能,而我國電力多是由火力發(fā)電廠產(chǎn)生。火力發(fā)電廠由于燃燒煤炭會產(chǎn)生一定的空氣污染。凍干設(shè)備通常功率較大,耗電量較高,要想在提升凍干加工效果的同時,貫徹可持續(xù)發(fā)展的理念,相關(guān)企業(yè)需要對凍干設(shè)備的能源供給進(jìn)行優(yōu)化。比如,生產(chǎn)商可以用新能源來支持凍干設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn),還能利用新能源燃燒時放出的熱量來加工某些食品。新能源在燃燒的過程中會釋放出一定量的水和二氧化碳,但這兩者幾乎對環(huán)境沒有影響,不會污染空氣。要想實現(xiàn)這一目標(biāo),生產(chǎn)商首先要對凍干設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)方式有清晰的認(rèn)識,然后科學(xué)地對其動力供給系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計,加大創(chuàng)新力度,讓凍干設(shè)備能夠利用新能源來實現(xiàn)相同的功能。不僅如此,生產(chǎn)商還可以在凍干設(shè)備內(nèi)部設(shè)置監(jiān)測系統(tǒng),讓監(jiān)測系統(tǒng)實時收集設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的信息,由專業(yè)人員對信息進(jìn)行分析,判斷凍干設(shè)備的運(yùn)行情況,及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的問題并予以解決。
5 真空冷凍干燥食品加工的發(fā)展
真空冷凍干燥技術(shù)在第二次世界大戰(zhàn)中曾用于對血液的冷凍,隨后開始應(yīng)用于生產(chǎn)干血漿。在當(dāng)今的食品加工領(lǐng)域,真空冷凍干燥食品加工技術(shù)的應(yīng)用越發(fā)廣泛。根據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計,美國每年消費(fèi)凍干食品500萬t,日本甚至還需要每年花費(fèi)1 000億日元進(jìn)口凍干食品。比如大蒜粉,日美和歐洲大約每年累積需要6 000萬t,可見,凍干食品在國際市場中的需求量還是很大的?,F(xiàn)階段,國外的凍干食品加工企業(yè)有130多家,而且這一數(shù)字還在逐年增長。日本等國對于凍干食品的依賴程度越來越高,每年消費(fèi)的凍干食品甚至占食品總比重的近50%。最常見的就是方便面中的蔬菜包,這些蔬菜就是凍干加工過的,在日本,每年需要消費(fèi)70多億袋方便面。我國真空冷凍干燥食品加工雖然起步較晚,但很多地區(qū)已經(jīng)從國外引進(jìn)了先進(jìn)的凍干設(shè)備,建立了相對完善的凍干食品加工生產(chǎn)線,近些年來,我國自主研發(fā)的凍干設(shè)備技術(shù)水平也逐漸趕超發(fā)達(dá)國家,受到了國際市場的認(rèn)可。比如,近年我國中科院研發(fā)的JDC凍干設(shè)備,在國際市場占據(jù)了一席之地,推動了我國凍干設(shè)備的研發(fā)。我國是農(nóng)業(yè)大國,蔬菜、肉類食品豐富,凍干設(shè)備不僅能在應(yīng)用中極大地延長食品的保質(zhì)期,還能在一定程度上降低食品的銷售成本,因為有了凍干加工之后,食品銷售企業(yè)可以將食品損耗成本在銷售價格中的分?jǐn)偙壤郎p小,在一定程度上為民眾帶來的實惠。
6 結(jié)語
真空冷凍干燥食品加工是一項日常生活中不可或缺的技術(shù),它不僅延長了食品的保質(zhì)期,還在一定程度上為企業(yè)運(yùn)營規(guī)模的擴(kuò)大、銷售覆蓋區(qū)域的增加提供了可能,還在很大程度上促進(jìn)了我國物流行業(yè)的發(fā)展。在應(yīng)用真空冷凍干燥食品加工時,要根據(jù)食品的不同屬性來正確選擇加工設(shè)備。同時,凍干設(shè)備研發(fā)企業(yè)也要加大投入,提高設(shè)備的功能性,讓功能更加細(xì)分,能夠?qū)崿F(xiàn)對更多食品的加工。
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作者簡介:王麗麗(1977―),女,碩士,副教授;研究方向為農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工工程。