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真空冷冻干燥技术食品领域应用

2017-02-17

国内真空冷冻干燥技术的发展历程及现状

二十世纪三、四十年代,我国已有微生物学家用盐水预冻,在蒸发器内抽真空,用吸水剂的方法冻干菌毒种作保存用。到五十年代初期,哈尔滨、郑州和南昌等地的兽药厂开始生产冻干疫苗,并逐渐形成一定生产能力。六十年代开始批量生产冻干疫苗及冻干人血浆,并在制药和食品工业应用冷冻干燥技术。

1965年北京人民食品厂用英国的试验装置对果蔬、肉类等品种进行冻干试验。1967年旅大冷冻食品厂试制成一台日产500Kg的冻干装置并进行生产。七十年代中期上海梅林食品厂建立了年产300吨的食品冻干车间。八十年代后,冻干食品在我国有了较大的发展,青岛市第二食品厂,引进了日本冻干设备生产冻干香葱、姜片等用于出口。

我国在冻干设备制造方面的发展也十分迅速,1951年由武汉生物制品研究所陈畴等设计并由上海合众机器厂(上海*冷冻机厂前身)zui先制造了一台9m2冻干机。1972年上海医用分析仪器厂、天津实验仪器厂、南京药械厂等仿制了一批中、小型冻干机。1975年华中科技大学林秀诚、赵鹤皋等和湖北兽医生物药品厂共同研制一台大型冻干机,这是我国*台自行设计制造的能在冻干箱内进行自动加塞的冻干机。

1983年上海医械专机厂为广西南宁兽医生物药厂研制成功10m2兽药冻干机。1984年浙江缙云电子技术研究所研制了小型半导体冻干机,华中科技大学利用R12/R13混合工质制冷系统,用单级压缩实现-65℃的低温并应用于小型冻干机。

1998年,烟台冰轮集团有限公司引进俄罗斯技术成功地研制了40m2的食品冻干机。中国科学院兰州物理研究研发的DG系列冻干机在食品冻干设备中发展迅速,从1996年~2001年间,共生产了32套食品冷冻干燥机。

在目前冻干机的众多生产厂家中,其中上海东富龙科技有限公司、北京松源华兴科技发展有限公司、上海浦东冷冻干燥设备厂家在国内的冻干机市场占有率较高。

二十世纪八十年代初期,中国科技大学和天津石油化工公司利用冻干技术开发新型高比表面稀土钙钛矿型催化剂,是较早利用冻干机进行纳米材料制备的研究。二十世纪八十年代后期,国内开始对食品冻干工艺的研究。华中科技大学首先进行了大蒜冻干的实验研究;华南理工大学对新鲜蛇肉的冻干工艺进行研究,制订了冻干曲线;华南理工大学对草菇冻干过程压力循环法进行研究,采用循环压力法可使干燥时间缩短和节能,华南理工大学还对菠菜的冻干工艺进行了研究。上海理工大学则进行了苹果、草莓冻干过程的实验研究,比较了不同的降温速率、真空度、加热温度和冷阱温度对冷冻干燥过程的影响。此外,东北大学进行了冻干大鼠皮肤以及冻干家兔眼角膜复水再植的试验研究,武汉大学中国典型培养物保藏中心为有效保存极端嗜盐古细菌,对其冻干条件进行优化,并研究了海藻糖对极端嗜盐菌的冻干保护作用。

随着生活水平的不断提高,人们对消费品的品质将提出更高的要求,环保意识、健康意识进一步加强,对于各类药品、保健品及冻干食品的需求将越来越大。而为不断满足各类药品,生物保健品,冻干食品以及固体微粉制备的需要,特别是生物工程的发展又将带来研制新药和生物类药物的新高潮,一切都将有力地推动真空冷冻干燥技术的进一步发展,使其应用规模不断扩大、应用领域不断扩展。

冷冻干燥的原理
真空冷冻干燥是先将湿料冻结到共晶点温度以下,使水分变成固态的冰,然后在较高的真空度下,使冰直接升华为水蒸气,再用真空系统中的水汽凝结器将水蒸气冷凝,从而获得干燥制品的技术。干燥过程是水的物态变化和移动的过程。这种变化和移动发生在低温低压下。因此,真空冷冻干燥的基本原理就是低温低压下传质传热的机理。

冷冻干燥的优点
(1)  冷冻干燥在低温下进行,因此在对于许多热敏性的物质特别适用。如蛋白质、微生物之类,不会发生变性或失去生物活力。
(2)  在冻干过程中,微生物的生长和酶的作用无法进行。因此能保持原来的性状。
(3)  在低温下干燥时,物质中的一些挥发性成份和受热变性的营养成分损失很小,适合一些化学制品、药品和食品的干燥。
(4)  由于在冻结的状态下进行干燥,因此制品的体积、形状几乎不变,保持了原来的结构,不会发生浓缩现象。干燥后的物质疏松多孔,呈海绵状,加水后溶解迅速而完全,几乎立即恢复原来的性状。
(5)  在真空下进行干燥,物料处于高度缺氧状态下,容易氧化的物质得到了保护。
(6)  干燥能排除95-99%以上的水份,使干燥后产品能长期保存而不变质。
 

冻干食品的特点:

1、冷干食品zui大限度地保留了新鲜食品的营养成分及色、香、味。冻干食品的干燥是在低温和真空状态下进行的,使一些热敏性和极易氧化物质的损失大大减少,zui大限度地保留了食品中的各种营养成分。

2、冻干食品不失原有食品的骨架结构,保持了食品原有的形态。

3、复水性能好,更接近新鲜食品品质

4、无一般干燥方法带来的表面硬化问题。

5、易于储藏、运输。

冻干食品的种类:

任何食品都可以进行冻干加工,但是,由于冻干食品生产成本高,目前冻干食品还主要局限在高档食品。现可将冻干食品大致分为以下几类:

1、果蔬类冻干食品:如菠萝、番茄、胡萝卜、葱、蒜、苹果、草莓、水蜜桃等。

2、禽肉类冻干食品:如猪肉、牛肉、鸡肉、兔肉等。

3、水产品类冻干食品:如虾、鱼、海参、干贝、海带、紫菜等。

4、调味品类冻干食品:如果酱、汤料、调理料及香料等。

5、方便食品及其他:如宇航食品、jun用食品、旅游食品、茶叶、咖啡等。
 

冷冻干燥食品生产工艺:

(一)前处理

1、果蔬类食品的前处理  

2、肉类食品的前处理

3、液态、糊状食品的前处理:主要包括杀菌、浓缩、制粒、添加抗氧化和抗结块的制剂等过程。
 

(二)预冻

冻结速率对于冻干食品的质量和干燥时间影响较大。冻结速率快,食品内形成的冰结晶细小,分布均匀,对食品的损伤小,干燥后能够较好地反映出食品原来的组织结构和性能。但是,小的冰结晶升华后留下的空隙也小,升华产生的水蒸气逸出的通道也就狭小,阻力大,造成食品干燥速度减慢。

选择一个zui优的冻结速率,能够在保证食品质量的情况下耗能zui小。

(三)升华干燥

1、冻干机的装载量   湿重装载量,它是决定冻干时间的重要因素。

2、干燥温度  温度的控制原则是不引起被干燥食品内冰结晶的融化。

 

 冷冻干燥对食品品质、营养成分的影响:

(一)贮藏期

冻干食品脱去了绝大部分水分(一般水分含量多在1.0%-2.0%之间)

一般冻干食品在常温下通常可以保存2年,如果用铁罐包装,可以保存更长时间。
 

(二)风味

食品中挥发性芳香物质的损失明显低于热风干燥时的损失量

(三)色泽

产品受氧气的影响很小,各种滑雪反应很少发生,所以由于食品直接被氧化或发生酶促反应导致食品褐变、褪色的机会比较少。食品在冻干过程中可能发生非酶褐变

褐变的速度主要取决于干燥的温度和食品中残存的水分

总的来说,冻干食品的色泽要较其他干燥方法生产的产品色泽好

(四)体积质量

脱水呈现多孔状结构,组织表面积比原来增大100-150倍,

所以冻干食品的体积质量非常小,绝大多数都小于1

  





 

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