摘要：本文简单介绍了真空冷冻干燥在我国食品中的研究现状，并分析了真空冷冻干燥技术的工艺流程；重点介绍了真空冷冻干燥技术应用时于要注意的关键问题；最后浅谈了真空冷冻食品的应用，为食品中更加成熟的应用真空冷冻干燥技术提供参考。

关键词：真空冷冻干燥；食品加工；关键问题

Abstract: Some research progress are introduced on the vacuum freezing evaporation technology in food application.The technical process of vacuum freeze-drying is analyzed;and some key issues are intraduction on the vacuum freezing evaporation technology in food area;Finally, the applization of vacuum freeze-drying food is discussed,which provides a reference for more mature vacuum freeza-drying technology in food.

Keywords:vacuum freeze-drying;food processing;key issues

前言：

真空冷冻干燥技术（Vacuum freezing technology）是将物料预先冻结到共晶点温度以下，在一定的真空状态下，通过升华过程除去物料中水分的一种干燥方法，由制冷、供热和真空三大操作系统组成^[1]。由于应用真空冷冻干燥技术加工的食品维持了低温状态，避免了高温对食品的影响，能够最大限度的保持原料的营养、色泽、形态和风味，并且制品含水量低，复水性好，被一致认为是目前生产高品质食品的最好的干制方法。近年来，食品冷冻干燥技术被广泛的应用于食品、药品、保健品等行业，其中许多高值食品如刺参、人参、水蛭、扇贝等均探索使用真空冷冻干 燥技术进行加工，从而有效提高了食品的质量和附加值^[2]。然而利用真空冷冻干燥技术进行食品加工时，需要对几个关键问题加以 关 注，否则不仅会直接影响加工产品的质量，还可能导致能源浪费。文章根据目前国内外对真空冷冻干燥技术的研究热点问题及其研究进展进行了综述和探讨。并总结了真空冷冻干燥技术提高干燥速率、节能减排的工艺要求，为食品中应用真空冷冻干燥技术提供参考。

1.真空冷冻干燥技术在我国食品业中的研究现状

真空冷冻干燥技术最开始出现在一九二一年。在一九四三年，美国在制药行业中应用此技术，随后在一九六零年之后，德国、荷兰等西方国家逐渐在食品加工中应用真空冷冻干燥技术^[3]。我国引进真空冷冻干燥技术较晚，大约在一九五零年，我国也是世界较早将此技术应用在食品加工中的国家。在二十世纪七十年代，北京、上海等城市陆续建立生产技术和研发基地，但由于当时特殊的经济条件，真空冷冻干燥技术的研发速度较慢。随着社会经济的发展，人们不断追求高质量的生活，对食品营养的要求越来越高，为此研究专家为迎合大众需求开始研究冷冻食品的处理问题，并取得优异成果。目前，在我国很多城市都可以看到冷冻食品，采用真空冷冻干燥技术制成的，这显示出我国真空冷冻干燥技术水平的提高，以及国内应用范围较广。

我国应用真空冷冻干燥技术的食品主要是咖啡、奶粉等高端食品，或者是草莓、牛排、人参等产品中，不论是哪种产品，为保持其营养价值以及原本的色香味，都可以应用真空冷冻干燥技术^[4]。除此之外，使用真空冷冻干燥技术加工后的产品，贮存时间更长，不易变质，方便食品运输。

2. 真空冷冻干燥技术生产的工艺流程

主要技术过程为：

前处理→预冻→速冻→升华干燥→成品

前处理：就是将要要加工的物品先得以运作 , 过程为：首先分选，然后洗净和切分，最后漂烫、去毒。特别要把附着在食品或植物上的虫以及卵或者泥土等进行清理 , 不要温度过于高。只要在此过程中整理完善 , 就能够获得品质更高的冷冻食品。

预冻：食物最先将其预冻 , 其次抽成真空。预冷在整个加工过程中成为首要环节。由于食品中部的大量水分 ,如果先进行抽真 , 可能将食品水中的气体得以散发出来 , 从而出现气泡有“沸腾”的现象^[5]。水分蒸发后冻成冰 , 随后冰进行汽化 , 食品随后发泡鼓气 , 其内部会产出大量的气孔。预冻时需要的冷量是通过物料底部的隔板传递给物料，冷量是由下而上传导的，其速度很慢。所以会产生一种温度梯度。这种不同温度的形成，使料液产生了不同的作用。预冻很大程度上提高了冻干效果和食品的质量。

速冻：速冻是迅速冷冻，食品产生很小的冰晶不会使其食品内部组织损坏，就保证其完好的质量，食品内的结晶越小，使食物的结构组织收到破坏的程度就越小，而且保存的时间长。

升华干燥：经过速冻的物品就需要尽快在抽真中升华而干燥。在药品、生物制品和食品行业中有广泛的使用，疫苗、胰岛素等都在生活中应用广泛^[6]。

3. 真空干燥技术在应用中的关键问题

3.1共晶点和共融点

共晶点和共熔点是冻干中需要考虑的重要物性参数，直接影响冻干产品质量，因此，在开展食品真空冷冻干燥工艺之前，首先要清楚食品的共晶点和共融点，才能针对性的制定食品物料冻结的合理工艺参数，提高产品质量，缩短冻干时间，降低能耗。

3.1.1食品的共晶点

食品的共晶点是指食品物料中的水分被全部冻结时物料的温度，在食品进行冷冻干燥加工前，需要对物料进行预冻，如果物料的冻结温度过低，会延长冻干时间，浪费能源；如果冻结温度设定过高，物料没有完全冻结，物料在生化过程中会造成局部沸腾和起泡现象，不能保证食品的水分除去，导致收缩、软化甚至崩解等变形现象，造成冻干产品表面硬化，产品质量下降^[7]。因此，在真空冷冻干燥工艺的预冻温度要根据物料共晶点设定，为保证食品冻结完全，食品原料预冻温度一般控制比其共晶点低5～8 ℃为宜^[8]。

3.1.2食品的共融点

食品的共熔点是指已经全部冻结成冰的食品因温度升高到冰晶开始融化时的温度。食品的共熔点和共晶点是两个相反的变化过程，但是两个温度并不重合，同一种食品物料的共晶点要比共熔点低^[9]，这是因为共晶点是食品中水分全部冻结时的温度，而共熔点是已经全部冻结的物料开始融化时的温度。通常在食品物料进行干燥时，加热温度不能高于物料的共融点温度，否则物料内部会产生气泡，出现融化和干缩等现象，甚至不能保证水分全部汽化除去，从而影响冻干产品的水分含量和质量^[10]。

3.2塌陷（崩解）温度

食品的塌陷温度也叫崩解温度，是指在冻干升华阶段，随着温度上升，产品失去刚性，开始变粘，发生类似塌方的崩解、熔化或产生发泡现象时的温度^[11]，冻干过程中发生塌陷会严重影响产品品质，因此需要在食品物料冻干过程中防止塌陷的发生，塌陷主要与产品工艺和物料本身性质有关。塌陷温度也受食品物料本身的物理性质影响，有的食品崩解温度高于共晶点温度，进行冻干操作时要控制产品温度低于共晶点温度；有的食品的崩解温度低于共晶点温度，进行冻干操作时应以密切关注崩解温度^[12]。目前，塌陷温度测量比较困难，需要借助冻干显微镜进行测量。近年来，许多 研究采用冻干保护剂的方式来避免产品的塌陷，以便达到节能和保护产品形 态 的 目 的，Hamoudi等优化了白地霉冻干保护剂的配方，曾小群等优化确定了干酪乳杆菌冻干保护剂的最佳配方。

3.3干燥速率和干燥能耗

干燥速率和能耗决定着食品中应用真空冷冻干燥技术的成本问题，通常情况下，物料的干燥速率和能耗有直接关系，干燥速率越快，耗时越短，耗能则越低^[13]。高能耗问题仍然是真空冷冻干燥技术在食品中应用的瓶颈问题，目前，通过工艺优化的方法来提高食品干燥速率、降低能耗的方法主要有以下几种。

3.2.1　控制适宜的预冻速度

对食品原料的预冻是冷冻干燥工艺的前提步骤，研究表明，快速预冻和慢速预冻对食品物料所需要的冻干时间有显著影响，快速预冻要比慢速预冻所需要的冻干时间长，这是由于食品进行快速预冻时产生的冰晶小，致密的冰晶对于冰的升华起阻碍作用，而在慢速预冻时，食品中形成的冰晶大，冰晶之间具有较大缝隙，能够促进冰升华，但是冰晶越大对冻干产品品质影响也越大，特别是对一些生物制品进行冻干时，慢速预冻产生的大冰晶会破环细胞结构，如果对终产品要求不 高，可以考虑通过慢速预冻来提高冻干速率。

3.2.2调整液态食品的浓度或改变固态食品的形状

液态食品的冻干，需要充分考虑溶液的浓度，如果浓度过高，则不利于水分的升华，如果浓度太低，虽然利于升华，但因含水多，则会耗时耗能造成浪费。朱虹等^[14]证明了胶原在浓度为1g/60ml时，胶原膜制备简单且稳定性好；王旭等^[15]研究了枣浆的冷冻干燥工艺，结果显示枣浆的浓度在20%时最适宜。应用冻干技术进行液态食品干燥时，要充分衡量能耗与产品质量的关系，探索优化最佳冻干浓度，进而提高冻干速率。固态食品进行冻干时，切片、粉碎是增大传热面积、提高冻干速率的最佳方法。例如，彭帮柱等将猕猴桃进行切片冻干可以提高冻干速率；柳青等通过优化发现双孢菇切片厚度4mm 时，产品形、色、鲜、香等性状良好，冻干时间显著缩短。目前市售的冻干产品如冻干苹果片、冻 干草莓片、冻干柠檬片等，都采取了切片的方法。但是如果对固态食品形状要求严格，可以考虑对食品物料进行穿刺处理，通过穿刺孔通透性来增加传质，提高冻干速率。

3.2.3　控制食品原料装盘量和厚度

不同型号冻干机冷阱均有最大的捕水能力，如果装盘物料的水分超过了最大捕水量，就会造成产品不能达到一定的干燥程度，导致干燥失败；如果装盘物料过少，虽然会提高冻干速率，但会造成空间浪费，增加了产品成本。因此，在冻干前要根据冷阱的捕水能力，确定放入合适量的食品原料。在冷冻干燥装盘时，控制适当的物料厚度，可降低传热、传质阻力，提高干燥速率；张光杰等^[16]确定了真空冷冻干燥生姜粉最佳物料厚度2mm，产品得率、含水量及感官性能较好。在实际生产过程中，如果物料厚度太薄，装盘量就会自然减小，冻干速率提高同时却增加了单位冻干产品的成本，因此，并非物料的厚度越小越好，单位面积装载的食品原料，需要综合考虑原料装盘量对干燥速率和成本，根据冷阱捕水能力、物料性质、加热方式以及干燥效率等而定。

3.2.4设定适当的真空度

维持冷冻干燥时真空度的耗能约占冻干总耗能的26%，真空度越低，有利于能量传递，但却增加了水汽扩散阻力从而耗能。实际冻干过程中，每种食品原料都存在一个最佳的真空度，因此可以使能耗降到最低。 郭树国等^[17]在研究黄瓜真空冷冻干燥工艺发现真空度为60Pa比在50Pa和70Pa的效果都好，因此在升华干燥阶段要根据冷阱温度优化最佳的真空度；冻干机的真空度受冷阱温度和真空泵性能决定，在升华干燥阶段，一般冷阱温度越低、真空度越高可促进水汽凝结，提高冻干速率，但高真空度对真空泵有特殊的要求，真空度过高，会增加维持真空能耗；当冻干工艺处于在解析干燥阶段则应逐渐降低干燥室的真空度，来促进传热和传质，达到降低冻干能耗的目的。

4.真空冷冻干燥技术的应用

空冻干技术已经应用在生活中的每一个角落。对脱水蔬菜，脱水水果类，鱼肉蛋类，中药材类，各类食品中广泛使用。如洋葱、山野菜、食用菌；草莓、甜瓜、菠萝、山药等；速溶饮品如咖啡、茶等。这些食品与干燥食品有所不同，因为这种食物在冻结情况中脱水，在食物中的品质、味道和营养都损失的很少^[18]。一些真空冷冻技术，比如把芦荟鲜叶进一步处理，获得由稳定化的凝胶汁和浓缩汁的情况，在抽真冷干的过程中得到芦荟冷冻干粉，干粉有着成为食物、普通化妆品、中草药、保健品等众多产品的原料^[19]。一般处于冷冻技术的食物生产处理整个操作当中，因为这些技术情况和某种理化指标稍有些波动，会让所处理物品品质结构和含量有所变动或者改变。这种食品在加工的过程中，将极需要运用高科技、新手段的方法来解决这一难题，现阶段，运用的这种方法有很高的处理方法有物品生物技术、膜分离、提纯以及真空冷冻干燥等等。

随着居民生活质量的不断上升提高和生态气候的恶劣变化，我们人类对冷冻食品的需求日趋而增加，生产的真空冷冻食品更将会作为食品加工史上一个新标杆。现在，冻干食品在我国也运作不久，通过我过食品市场不断的充分也更加丰富我国视频资源。也需要进一步加快对海外国际营销量的提升，同时也是中国在冷冻食品也要更进一步加大力度推出外国海外，逐步提高新的技术技能。选用稳定完好的市场保证出口渠道，并选择绿色产品进行加工，也可以选择特殊的行业市场发展，如宇航和登山事业等。

参考文献：

[1]袁文鹏,刘昌衡,王小军,等.仿刺参真空冷冻干燥工艺的研究[J].山东科学，2010(2):67~70.

[2]李志平,傅璞,杨伟元,等．刺参冻干加工技术研究[J].海洋渔业，2004(1):52~56.

[3]韩志,谢晶.水蛭冷冻干燥过程优化及最佳工艺条件的确立[J].安徽农业科学，2008(31):13849~13850.

[4]石云波.真空冷冻干燥技术及其在海产品加工中的应用[J].制冷与空调，2012(2):47~51

[5]华泽钊.冷冻干燥新技术[M].北京：科学出版社，2005.8.

[6]黄传伟,梁晓会,范晓逶冻干物料共晶点、共熔点测定仪的设计[J].医疗卫生装备，2010,31(4):15~17.

[7]程远霞,陈素芝,谢秀英.食品共晶点和共熔点试验研究[J].食品工业，2004(1):49~50.

[8]崔清亮,郭玉明,程正伟.冷冻干燥物料共晶点和共熔点的电阻法测量[J].农业机械学报，2008,39(5):65~69.

[9]左建国,李维仲,翁林岽.冷冻干燥参数对塌陷温度的影响分析[J].农业机械学报，2011(2):126~129.　

[10]丁薇,赵丽芹.真空冷冻干燥工艺中海红果共晶点与共熔点的测定[J].内蒙古农业科技，2011(3):69~70.

[11]邢华,周国燕,蓝浩.食品冷冻干燥物料共晶、共融点测量[J].食品与机械，2010,28(1):19~21.

[12]黄娇丽,黄丽,韦保耀,滕建文,夏宁.高菜真空冷冻与热风联合干燥工艺研究[J].食品工业科技，2013(11).

[13]柳青,汪长钢,迟全勃,孙玉清,汪慧华.双孢菇真空冷冻干燥产品工艺技术研究[J].食品工业，2013(2).

[14]李玉.我国食药用真菌产业发展前瞻[J].微生物学杂志,2013,33( 1) : 1-3．

[15]陈合,赵燕,秦俊哲,等.食用菌真空冷冻干燥工艺研究[J].食品工业科技,2005,( 4) : 104-106．

[16] 郑秀莲.真空冷冻干燥技术原理及其在食用菌加工方面的应用[J].食用菌学报，1999，6( 3) : 43-45．

[17] 姜延舟,孙宏波,林崇实.香菇真空冷冻干燥工艺的研究[J].中国食用菌,1997，17( 1) : 39-40．

[18]MichaelDK,RobertBB,MichaelFH,etal.Generation of po-tentially bioactive ergosterol-derived products following pulsedultraviolet light exposure of mushrooms ( Agaricus bis-porus )[J].Food Chemistry,2012,135( 2) : 396-401.

[19]Zhang H,Wang Z,Yang X,et al.Determination of free aminoacids and 18 elements in freeze-dried strawberry and blueberryfruit using an Amino Acid Analyzer and ICP-MS with micro-wave digestion [J].Food Chemistry,2014,147: 189-194.

[20]Chatchai T,Saranyu K,Khajeelak C,et al.Antioxidant proper-ties and cytotoxicity of crude polysaccharides from Lenti-nuspolychrous Lév.[J].Food Chemistry,2011,128( 3) : 634-639.