真空凍干食品的歷史與現狀

真空凍干食品的歷史與現狀

1凍干食品的發展真空冷凍是一項古老的現代技術。這項技術的應用可以追溯到20世紀初。1909年，沙克應用了真空冷凍技術，以保存細菌、病毒和血清。1935年,弗洛斯道夫和默德首次在真空凍干過程中采用供給升華熱的方法,使這項技術提高了一大步。到1940年,凍干血漿開始進入市場。二戰期間,由于戰爭的需要,大大促進了凍干技術在制備血漿和抗生素方面的應用和發展。將凍干技術應用于食品脫水,技術難度較大,直到20世紀60年代初,才從實驗研究發展到小規模生產。凍干食品具有非常好的品質,市場需求量越來越大,因而促進了凍干技術的不斷改進,生產能力的不斷提高,生產成本的不斷下降。現在全世界凍干食品的年產量已達數千萬噸。在凍干食品的發展初期,由于產量低,價格貴,僅限于宇航、遠洋航行、極地考察、山區作業等特殊工作人員享用。在20世紀80年代后,凍干食品的品種和數量都迅猛增長。現在,不僅對絕大部分的蔬菜、水果、肉食、水產品都可進行凍干,而且對牛奶、豆漿、果汁、菜汁、蜂蜜等也可凍干。現在,在食品工業原料、烹飪原料、土特產品、調味品、補品、飲料、休閑食品等各個方面,都出現了日益增多的凍干產品。近些年來,凍干食品又發展到一個更高的層次,已見報導的有:(1)凍干方便面。不僅調料是凍干的,而且面條也是凍干的,還按營養需求搭配足量的凍干蔬菜。(2)凍干湯料。用凍干的調味品、蔬菜、雞蛋等合理搭配,即沖即食,方便可口。(3)粉末蔬菜。凍干技術與超微粉碎技術相結合,把各種蔬菜制成極易消化吸收的超微粉末,加入面條、餅干、糕點、糖果、飲料等,制成新一代保健食品,極宜幼兒和老人食用。(4)顆粒蔬菜。日本人將凍干的油菜、菠菜、蘿卜葉、芹菜、碗豆、胡蘿卜、南瓜、雪里紅等混合制成顆粒,這種素食顆粒含有豐富的葉綠素、胡蘿卜素、各種維生素和礦物營養素等天然營養物質,又有鮮美的味道,極宜病人或營養不良者食用。真空凍干食品的生產在我國起步較晚,上規模的凍干食品生產線,到20世紀80年代后期才出現,而且設備還是進口的。到90年代初期,我國才開始從事食品凍干技術的開發和凍干設備的制造。近三、五年來,凍干食品產業從沿海到內地發展較快,已有大約三十幾條生產線,但生產規模大都較小,干品年總產量大約只有兩、三千噸。從國內外市場需求情況來看,我國的凍干食品產業的發展前景極其廣闊。2食品的凍干—食品的凍干原理及品質將含水的新鮮食品脫水成為干品,可實現的方式有兩種:一是加熱蒸發,另一是凍結升華。人們常見的曬干、晾干、烤干等,都屬于加熱蒸發方式。凍結升華方式在日常生活中是不常見的。眾所周知,水有三態:固態的冰,液態的水,氣態的汽,三態可以隨溫度和壓力的不同而相互變化。冰直接轉化為氣叫“升華”。從原理上講,生產凍干食品的過程是:先在低溫條件下讓食品凍結(食品內水分形成微小冰晶),然后再在低氣壓(真空狀態)條件下讓冰晶升華脫走,從而獲得干燥食品。真空凍干食品與用其它方式生產的脫水食品相比,具有許多不可比擬的優點,可以簡單概括為:營養成分、形狀、顏色、味道與鮮品基本相同,而且復水性特好。這是因為:(1)物料在真空條件下脫水——物料處于缺氧環境中,不僅易氧化的成分不致氧化變質,而且還能抑制某些細菌的有害作用。(2)物料在低溫狀態下脫水——物料處于低溫狀態下,在脫水過程中,不僅熱敏成分不致破壞,而且色澤和芳香物質損失極少。(3)物料在凍結狀態下脫水——物料凍結后形狀得到固定,組成物料的物質形成骨架,細小的的冰晶夾在其間。在升華過程中,冰晶升華脫走后,不僅物料骨架保持原狀,而且冰晶位置形成極易吸水的微孔。(4)水分子由表及里脫走——物料內的冰晶升華脫走,是從表面開始逐步深向內部的,因而水汽通道總是暢通的。另外,冰晶升華時只有水分子脫走,溶解于水中的溶質仍保留于原處,水汽通道不會受到堵塞,也不會因溶質外移而引起物料收縮和硬化。3冷私系統和冷罐凍干設備主要包括對物料進行凍結的速凍庫和進入升華脫水的干燥倉以及為它們建立工作條件的制冷、真空、加熱等輔助系統。干燥倉是最核心的設備,它的結構能滿足對已凍結的物料在其中升華脫水的要求。中國科學院蘭州近代物理研究所1993年開發的JDG系列凍干機的干燥倉,都是臥式圓筒,圓筒中部有多層能產生熱輻射的加熱板。多層料盤可插入多層加熱板之間,不與加熱板接觸,水汽冷阱可以放在倉內兩側,也可以放在倉外。制冷系統要為速凍庫和水汽冷阱供給足夠的冷量。真空系統能為干燥倉內建立必要的低氣壓。加熱系統要向加熱板供給必需的熱量。水汽冷阱能捕獲由物料升華出的水汽。盛于料盤中的物料,先在速凍庫中凍結,再送入干燥倉。倉內建立低氣壓條件后,物料中的冰晶便可升華。升華脫出的水汽,不斷被水汽冷阱捕獲。要加快升華速度,需要有控制地向物料供給升華熱。這里的升華熱是由加熱板以輻射的方式傳給物料的。發展中國的凍干食品產業,必須開發中國的食品凍干設備。中國科學院蘭州近代物理研究所利用幾十年研制加速器的技術積累,瞄準國際先進水平,1993年開發了JDG系列食品凍干機,經甘肅省科委組織專家鑒定,其技術性能為國內領先。自1996年以來,已在山東、河南、陜西、甘肅等地建了十多條生產線,共已裝配了JDG60型、90型、100F和200F型凍干機30多套。目前,已建的凍干生產線凍干面積2956m我國現有凍干食品生產線總裝料面積約10000m中國科學院蘭州近代物理研究所開發的JDG系列食品凍干機及生產線,已由國家科學技術部先后編入《國家科技成果重點推廣指南項目(2001)》和《2001年國家級火炬計劃項目》。4冷凍食品的生產工藝4.1凍干機轉速運行一條凍干食品生產線可視生產規模大小,由一套或數套凍干機組成,每套凍干機有各自的水氣冷阱、真空系統、加熱系統和監控系統,一般1個速凍庫每次可凍結1個干燥倉的物料,為便于生產調度,每3個干燥倉配1個速凍庫較為恰當。生產線的全部設備和安裝設備的車間要根據生產流程合理布局。4.2物料的后處理凍干食品的生產流程,主要有4個部分:(1)前處理,(2)速凍,(3)升華脫水,(4)后處理。運料天軌循環于精處理車間、凍干車間和后處理車間。物料經粗處理和精處理后,計量裝盤并放入物料架。物料架沿天軌推進速凍庫,凍結后沿天軌推進干燥倉,脫水后再沿天軌推到后處理車間,卸料后的空架推回到前處理車間,進入下一個循環。干品在后處理車間進行篩選、挑選、包裝,然后送入干品庫。(1)前處理工作分粗處理和精處理。對不同的物料,前處理的具體內容是不盡相同的,所用的設備也不完全一樣。一般來說,如果加工蔬菜,粗處理主要是對原料進行挑選、摘枯、去皮、洗泥等;而精處理主要是進一步清洗、切割、殺菌、防氧化、漂燙、甩干、裝盤等。所需基本設備,主要是臺案、水槽、切菜機、甩干機等。(2)速凍的操作比較簡單,即在速凍庫溫度達到-30℃左右情況下,將滿載料盤的料架推進速凍庫即可。要根據物料的品種、形狀和重量,來適當掌握凍結時間。(3)在干燥倉內進行升華脫水這一步是最關鍵的。對不同的物料有不同的升華工藝要求。(4)后處理的內容主要是篩選、挑選、包裝。篩選是把干品中的太大和太小者篩出,挑選是從干品中挑出少量品質不合格者。包裝可用大袋或小袋,可充氣或抽空,這取決于客戶的要求。所需基本設備主要有挑選臺、篩選機、金屬探測器、包裝機等。4.3按照各階段的不同發展階段整個凍干過程可分3個階段:凍結階段、升華階段、解析階段。所謂凍干工藝,就是正確掌握真空度、冷阱溫度、加熱板溫度和物料溫度,使物料盡快脫水。(1)凍結溫度對物料共晶點的影響物料在速凍庫中凍結,一般要凍到共晶點以下10℃左右或更低。各種物料的共晶點的溫度是不相同的,多數蔬菜和水果的共晶點在-2℃左右,一般凍到-20℃左右即可。為合理掌握凍結溫度,應該對物料共晶點進行認真測量。在合適的凍結溫度下,一定要把物料凍透,如果因未凍透而在物料內部仍存有少量液體,則在真空條件下這些液體便會蒸發,從而引起物料變形。凍結的速度也要合理掌握,一般經1～2小時或更長時間達到凍結溫度,再保留1～2小時使之凍透。(2)物料在冷高和壓下的分布干燥倉內恰當的低氣壓(真空度)是實現升華的必要條件。要建立這個條件,水汽冷阱的溫度應比物料溫度低約10℃,并且使倉內氣壓處于物料冰晶飽和蒸汽壓與冷阱霜層表面飽和蒸汽壓之間。只有這樣,從物料升華出的水汽才能不斷脫走,而且不斷被冷阱捕獲。如果倉內氣壓過高(真空度過低),高于物料飽和蒸汽壓,則升華無法進行。如果倉內氣壓過低(真空度過高),低于冷阱霜層飽和蒸汽壓,則冷阱不再捕獲蒸汽。升華進入中后期,蒸汽量逐漸減少,倉內真空度一般處于幾十帕,冷阱熱負荷變小,冷量供給可以適當減少。(3)物化結合水的篩選在升華階段結束后,物料中的機械結合水已不存在,但物化結合水還未脫出。物化結合水尚處于液態,可能為微生物繁殖和產生化學反應提供條件。為改善干品貯存的穩定性和延長保存期,必須盡量把物化結合水排出。排出的方法是進一步提高物料溫度,進入解析階段,使這部分水分子獲得足夠能量從吸附中解析出來。5食品深加工領域科技合作國際市場供不應求,國內凍干食品工業尚處于發展初期,產量還很低,卻引來了外商向我國市場的大量求購。這既有國際市場對凍干食品供不應求的外因,也有我國凍干食品生產成本極低的內因。我國應充分利用西部大開發的機遇,大力發展凍干食品,把西部地區豐富的農副產品深加工增值、外銷創匯。凍干食品在國際市場的價格是熱風干燥脫水食品的5～10倍,為國際貿易的大宗食品。凍干食品雖然生產成本較高,但銷售價格更高,效益很好。如去年外商收購價(人民幣·元/kg凍干品):牛肉130、羊肉180、胡蘿卜130、大蔥140、枸杞240、菠菜160、百合200、蘑菇260、草莓180、洋蔥130、青辣椒190、紅辣椒210、大蒜片60～100、蒜苗130。高科技能幫助我們實現高附加值。加工凍干食品,規模越大生產成本越低,效益越高。如每年各以100天加工大蒜片、胡夢卜丁、醬牛肉3個產品,則需凍干面積200m我國是農業大國,有豐富的蔬菜、肉食及水產資源,將此類食品資源加工成凍干食品,采用國產的凍干加工設備,其價格僅為進口設備的1/4。抓住西部大開發的機遇,開發凍干蔬菜、凍干牛肉等大眾食品出口,是一項前景看好、利潤大、風險小的出口創匯項目。長期以來,我國的農牧產品一直徘徊在出口原料和初級加工階段,給人一種技術含量低的總體感覺。通過開發凍干蔬菜和肉食等,將提高我國出口食品的檔次,獲得較高的附加值(每公斤凍干菜按品種為100～300元)。我國各地都有一些當地的名優特產品,經過用凍干工藝加工后,就成為高檔脫水的名優特產品。目前,我國生產的凍干食品,主要包括:湯料、蝦仁、半成品(如雞蛋粉)、保健品(如凍干人參)及方便面輔料(如方便面中的脫水菜、肉丁)等,年產量不足10000噸。據專家預測,到20