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1凍干工藝
1.1前處理工藝
對于不同的待干物料,前處理的方法是不同的。根據(jù)原料的特點(diǎn)采用相應(yīng)的處理方法,如蔬菜冷凍干燥的前處理,除進(jìn)行原料的分選、清洗、切分外,還需進(jìn)行漂燙。
1.2預(yù)凍工藝
預(yù)凍有抽真空自身蒸發(fā)凍結(jié)和用速凍設(shè)備凍結(jié)兩種,為了保證食品的品質(zhì),一般選用后者。根據(jù)被凍物料的共晶點(diǎn)溫度,選擇預(yù)凍溫度;根據(jù)被凍物料的結(jié)構(gòu),形狀和大小,選擇凍結(jié)時(shí)間;根據(jù)物料的性質(zhì),選擇預(yù)凍速率,預(yù)凍工藝直接影響著物料的品質(zhì)。
1.3升華干燥
升華干燥在真空裝置中進(jìn)行,因而在升華干燥真空冷凍干燥技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用朱克慶,呂少芳(河南工業(yè)大學(xué)主食工程研究所,鄭州450052)摘要:闡述了真空冷凍干燥技術(shù)的工藝和特點(diǎn)、設(shè)備的結(jié)構(gòu)和性能及該項(xiàng)技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用。真空冷凍干燥是首先將新鮮食品(物料)凍結(jié),在高真空狀態(tài)下,利用水的升華特性,使物料中的水分,不經(jīng)過冰的融化,直接以冰態(tài)升華為水蒸汽被除去,從而使物料干燥。關(guān)鍵詞:真空冷凍;干燥技術(shù);食品工業(yè)中圖分類號:TS205.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號:1007-6395(2011)03-0049-03過程中保持合適的真空度十分重要。為了提高升華速度,縮短產(chǎn)品凍干時(shí)間,需要適當(dāng)提高升華的溫度、傳熱系數(shù)以及減少水蒸汽的逸出阻力。升華時(shí)的溫度受條件的制約:食品凍結(jié)部分的溫度應(yīng)低于共晶點(diǎn)溫度,否則凍結(jié)部分將融化,使已干燥部分構(gòu)成的骨架剛度下降,變得有粘性而塌陷,封閉了已干燥部分的海綿狀微孔,阻止升華繼續(xù)進(jìn)行,這時(shí)如果供熱過量,產(chǎn)品將融化報(bào)廢。升華中熱量的獲得是由干燥箱中的加熱板以輻射的形式傳導(dǎo)給被干燥物的。加熱板的溫度是根據(jù)干燥物的允許最高溫度以及傳熱系數(shù),按照干燥過程的加熱曲線而精心控制的。這種曲線稱為冷凍干燥曲線,選擇合適的曲線是冷凍干燥工藝的關(guān)鍵。
1.4后處理工藝
真空冷凍干燥食品一般為多孔疏松狀,表面積大,易吸濕與破碎。為了便于保存,后處理工藝不容忽視,常用真空包裝或充入惰性氣體進(jìn)行包裝,以便于長期貯藏。
2真空冷凍干燥技術(shù)的特點(diǎn)
2.1營養(yǎng)成分基本保持不變
由于食品處于低溫、低氧、避光等環(huán)境中加工,因此,無論是碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)或者維生素,其損耗都小,特別是對那些熱敏性物質(zhì)更為突出。
2.2保持原有新鮮食品的形態(tài)
食品中的水分是由冰轉(zhuǎn)變?yōu)樗羝?,根?jù)平衡原理,供給冰結(jié)晶升華的熱量,只能使冰升華,不會(huì)導(dǎo)致物料溫度升高,所以,食品不會(huì)發(fā)生干縮和干裂現(xiàn)象。另外,食品中的水分在干燥之前,已凍結(jié)成冰晶,溶于水中的無機(jī)鹽被均勻地分配在食品中。當(dāng)冰晶升華時(shí),無機(jī)鹽不會(huì)隨水蒸汽而帶到食品表面,所以,冷凍干燥不會(huì)產(chǎn)生“表面硬化”現(xiàn)象。
2.3色澤保持不變
在凍結(jié)過程中,食品的溫度非常低,酶的活性很小,并且,又在高真空狀態(tài)下干燥,即氧氣的含量極低。凍結(jié)干燥的產(chǎn)品,產(chǎn)生酶褐變和非酶褐變的程度都很低。所以,凍結(jié)干燥的食品,幾乎保持了原來的色澤。
2.4風(fēng)味基本保持不變
每一種食品都有其獨(dú)特的風(fēng)味,良好的風(fēng)味又是構(gòu)成質(zhì)量的重要因素之一。冷凍干燥,因干燥溫度很低,風(fēng)味物質(zhì)損失少,基本保持了原產(chǎn)品的風(fēng)味。如冷凍干燥的韭菜、香菜,復(fù)水后具有韭菜、香菜的風(fēng)味,而熱力干燥的韭菜、香菜,復(fù)水后風(fēng)味很淡。
2.5復(fù)水性極佳
冷凍干燥食品的多孔性是由于在干燥時(shí),食品的形態(tài)固定不變,冰升華后留下的孔隙造成的。這樣結(jié)構(gòu)是海綿狀多孔結(jié)構(gòu),孔多、且分布均勻,并無堵塞,復(fù)水性好,可以在幾秒鐘之內(nèi)恢復(fù)到凍干前狀態(tài)。
2.6保存方便便于運(yùn)輸
凍干食品應(yīng)進(jìn)行真空包裝或真空充惰氣包裝,凍干食品可以在常溫下長期貯藏,不需要復(fù)雜的冷鏈,且重量輕,便于運(yùn)輸。
3真空冷凍干燥設(shè)備的組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
食品真空冷凍干燥設(shè)備各系統(tǒng)優(yōu)化配置,是由一臺(tái)或多臺(tái)凍干機(jī)及相應(yīng)的制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、熱媒循環(huán)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)組成。
3.1制冷系統(tǒng)
凍干用冷源包括兩部分:預(yù)凍結(jié)用冷和蒸汽捕集器用冷。預(yù)凍是將處理好的物料速凍至心部溫度-25℃,為了捕獲升華的水蒸氣,需要不斷地為蒸汽捕集器提供足夠的冷量。制冷系統(tǒng)選用氨為制冷工質(zhì),雙級壓縮制冷,采用氨泵強(qiáng)制循環(huán)供液。速凍隧道采用土建庫或聚氨脂組合庫板拼裝而成,庫內(nèi)安裝軌道與整個(gè)工藝軌道銜接,采用落地式冷風(fēng)機(jī),頂側(cè)吹風(fēng),降溫速度快,且物料處于回風(fēng)區(qū),降低了干耗損失。
3.2真空系統(tǒng)
真空系統(tǒng)是由二套抽空機(jī)組和一套維持機(jī)組組成,抽空機(jī)組可在15min以內(nèi)將干燥倉內(nèi)真空度從大氣壓抽至133Pa,以避免物料表面溶化;維持機(jī)組確保在整個(gè)凍干過程中,倉內(nèi)真空度維持在13~133Pa工藝所要求的真空度。該系統(tǒng)還包括:真空管道、真空閥、法蘭、接頭和控制裝置。
3.3熱媒循環(huán)加熱系統(tǒng)
該系統(tǒng)由一個(gè)熱媒加熱罐和一套熱媒循環(huán)溫控回路組成,向倉體內(nèi)的加熱板供熱,并根據(jù)不同的凍干工藝曲線精確控制加熱板溫度,控溫范圍為常溫至120℃。熱媒在該系統(tǒng)內(nèi)處于封閉循環(huán),由熱媒泵驅(qū)動(dòng)??删幊讨悄軠囟日{(diào)節(jié)器可存貯多種食品凍干曲線,根據(jù)凍干工藝曲線自動(dòng)控溫,熱媒循環(huán)系統(tǒng)還包括以下主要部件。(1)熱媒加熱罐用于貯存熱媒,熱媒用蒸汽加熱,包括罐體、蒸汽加熱器及相關(guān)的管道、閥門、液位計(jì)、測溫點(diǎn)等。(2)蒸汽換熱器通過強(qiáng)制循環(huán)將蒸汽與熱媒進(jìn)行換熱,以提供加熱板所需熱量。(3)熱媒循環(huán)泵用于系統(tǒng)中熱媒的強(qiáng)制循環(huán),該系統(tǒng)還包括相應(yīng)的各種管道、閥門、法蘭、接頭等。
3.4電氣控制系統(tǒng)
電氣控制系統(tǒng)的功能是對凍干機(jī)的各個(gè)重要參數(shù)進(jìn)行測量、顯示和記錄,并根據(jù)預(yù)制的凍干工藝曲線驅(qū)動(dòng)各系統(tǒng)執(zhí)行元件對凍干過程進(jìn)行精確控制,對所發(fā)生的故障報(bào)警且自動(dòng)實(shí)施應(yīng)急處理??刂葡到y(tǒng)由控制柜和測量變送元件組成,用于干燥過程電氣設(shè)備控制測量、控制、記錄、報(bào)警和監(jiān)測。采用彩色觸摸屏顯示和控制,采用西門子電氣進(jìn)行過程控制和數(shù)據(jù)收集。在觸摸屏上可進(jìn)行手動(dòng)操作,在系統(tǒng)運(yùn)行過程中,能隨時(shí)在觸摸屏上修改和設(shè)置控制參數(shù),能顯示設(shè)備工作狀態(tài)和系統(tǒng)流程,系統(tǒng)出故障時(shí)能報(bào)警并立即實(shí)施保護(hù)??删幊讨悄芸刂苾x表以PLC為核心,監(jiān)測、控制和管理整個(gè)凍干工藝流程,使全套設(shè)備的工作達(dá)到和諧與統(tǒng)一??删幊讨悄軠乜貎x表可存貯多種食品凍干工藝曲線,根據(jù)不同物料可方便地選擇相應(yīng)的凍干曲線。一體化報(bào)警和故障處理系統(tǒng)可在凍干過程任何階段對故障狀態(tài)報(bào)警和顯示,并準(zhǔn)確作出保護(hù)動(dòng)作。凍干過程中的真空度、加熱板溫度、物品溫度、重量和蒸汽捕集器溫度等數(shù)據(jù),在觸摸屏上適時(shí)顯示,并將整個(gè)凍干過程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記憶在其內(nèi)部,作為生產(chǎn)過程記錄備查。特別是稱重裝置,可使操作者直接有效地在線觀察和判斷物料的干燥程度。
4其它系統(tǒng)
4.1物料運(yùn)輸系統(tǒng)
物料由裝盤開始經(jīng)速凍隧道至干燥倉干燥,再由干燥倉出來至包裝挑選處卸盤為止。工藝路線中全有懸掛物料小車用的軌道,該系統(tǒng)包括懸架導(dǎo)軌、料架小車、物料托盤部分。
4.2除霜系統(tǒng)
干燥倉每批次干燥過程結(jié)束后,對蒸汽捕集器進(jìn)行熱水噴淋除霜。該系統(tǒng)包括:除霜熱水池、熱水泵及噴淋、排水和吹干管路、閥門、法蘭、接頭等,除霜水池配有自動(dòng)控溫控制裝置。
4.3氣動(dòng)系統(tǒng)
用于真空系統(tǒng)、熱媒循環(huán)系統(tǒng)、除霜系統(tǒng)的有關(guān)氣動(dòng)閥門的驅(qū)動(dòng)氣源,提供蒸汽捕集器除霜后吹干用壓縮空氣。
4.4蒸汽捕集器(水汽凝結(jié)器)
布置在干燥倉外部,自成一體,用于捕集升華出來的水蒸氣。冷凝面由熱浸鋅無縫鋼管制成,特殊設(shè)計(jì)的蒸汽捕集器保證了制冷和結(jié)霜的高效率。每批次凍干結(jié)束后進(jìn)行除霜,噴淋除霜水由除霜系統(tǒng)提供。
5應(yīng)用
真空冷凍干燥技術(shù)的應(yīng)用范圍是非常廣泛的,只要是含水、無毒、無腐蝕性的物質(zhì)都可以運(yùn)用凍干技術(shù)將其制成干品。目前,應(yīng)用凍干技術(shù)最為廣泛的是食品行業(yè)、生物制藥行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、保健品行業(yè)等。幾乎所有的農(nóng)副產(chǎn)品,如肉、禽、蛋、水產(chǎn)品、蔬菜、瓜果等都可以制成凍干食品,藥品、生物制品等也都使用凍干技術(shù)制成脫水制品。凍干食品正廣泛應(yīng)用于方便食品、湯料加工、速溶飲品、營養(yǎng)保健品以及軍需、野外作業(yè)、登山、宇航等特殊行業(yè)。目前,凍干技術(shù)常用于干燥下列凍干食品:①烹飪食品類肉、禽、蛋、蔬菜類;②土特產(chǎn)品類蘑菇、魔芋、黃花菜、蕨菜、香椿芽等;③調(diào)味品類蔥、姜、蒜、香料等;④速溶飲品類咖啡、果珍、速溶茶等;⑤營養(yǎng)保健品類甲魚粉、花粉、人參、鹿茸、鹿血、羊胎盤、山藥及各種中草藥等;⑥水果類菠蘿、香蕉、草莓、哈密瓜、杏、桃、葡萄等。我國凍干食品工業(yè)剛剛起步,凍干食品的綜合開發(fā)及應(yīng)用還處于初級階段。市場上凍干食品的花色品種很少,凍干食品在方便食品、湯料加工、速溶飲品、營養(yǎng)保健食品等行業(yè),以及登山、軍需、野外作業(yè)等特殊行業(yè)都未得到廣泛的應(yīng)用,不能滿足人民日益增長的物質(zhì)要求。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,生活節(jié)奏的加快,人們對食品的需求從溫飽型向營養(yǎng)型、方便型轉(zhuǎn)化,越來越需要各種營養(yǎng)豐富,衛(wèi)生方便的功能食品。凍干食品以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)已逐步被人們認(rèn)識(shí)和接受。目前,市場上的凍干食品主要有以下兩大類。(1)作為最終產(chǎn)品直接面向消費(fèi)者的凍干食品,包括:營養(yǎng)保健品如凍干蜂王漿粉、活性人參、甲魚粉、蛇粉等;調(diào)味品如大蒜、生姜、香蔥、香菜、洋蔥、大蔥等。(2)作為方便食品行業(yè)的配料、湯料的凍干食品:如牛肉、雞肉、蝦、魚片、香菇、胡蘿卜、青豆、荷蘭豆等。
6結(jié)論
在所有的食品保鮮、貯存方法中,真空冷凍干燥技術(shù)的發(fā)展前途最為寬廣,凍干食品一定能成為未來世界食品體系的重要組成部分之一。凍干食品及其綜合開發(fā)產(chǎn)品具有巨大的市場前景,在目前提倡綠色生產(chǎn)、健康消費(fèi)的環(huán)境下,重點(diǎn)研究真空冷凍干燥技術(shù)具有重要戰(zhàn)略意義。