真空凍干食品的歷史與現(xiàn)狀

真空凍干食品的歷史與現(xiàn)狀

1凍干食品的發(fā)展真空冷凍是一項(xiàng)古老的現(xiàn)代技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用可以追溯到20世紀(jì)初。1909年，沙克應(yīng)用了真空冷凍技術(shù)，以保存細(xì)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(xiàng)技術(shù)提高了一大步。到1940年,凍干血漿開始進(jìn)入市場。二戰(zhàn)期間,由于戰(zhàn)爭的需要,大大促進(jìn)了凍干技術(shù)在制備血漿和抗生素方面的應(yīng)用和發(fā)展。將凍干技術(shù)應(yīng)用于食品脫水,技術(shù)難度較大,直到20世紀(jì)60年代初,才從實(shí)驗(yàn)研究發(fā)展到小規(guī)模生產(chǎn)。凍干食品具有非常好的品質(zhì),市場需求量越來越大,因而促進(jìn)了凍干技術(shù)的不斷改進(jìn),生產(chǎn)能力的不斷提高,生產(chǎn)成本的不斷下降?，F(xiàn)在全世界凍干食品的年產(chǎn)量已達(dá)數(shù)千萬噸。在凍干食品的發(fā)展初期,由于產(chǎn)量低,價格貴,僅限于宇航、遠(yuǎn)洋航行、極地考察、山區(qū)作業(yè)等特殊工作人員享用。在20世紀(jì)80年代后,凍干食品的品種和數(shù)量都迅猛增長?，F(xiàn)在,不僅對絕大部分的蔬菜、水果、肉食、水產(chǎn)品都可進(jìn)行凍干,而且對牛奶、豆?jié){、果汁、菜汁、蜂蜜等也可凍干。現(xiàn)在,在食品工業(yè)原料、烹飪原料、土特產(chǎn)品、調(diào)味品、補(bǔ)品、飲料、休閑食品等各個方面,都出現(xiàn)了日益增多的凍干產(chǎn)品。近些年來,凍干食品又發(fā)展到一個更高的層次,已見報導(dǎo)的有:(1)凍干方便面。不僅調(diào)料是凍干的,而且面條也是凍干的,還按營養(yǎng)需求搭配足量的凍干蔬菜。(2)凍干湯料。用凍干的調(diào)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(shù)與超微粉碎技術(shù)相結(jié)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(diǎn)、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(yǎng)素等天然營養(yǎng)物質(zhì),又有鮮美的味道,極宜病人或營養(yǎng)不良者食用。真空凍干食品的生產(chǎn)在我國起步較晚,上規(guī)模的凍干食品生產(chǎn)線,到20世紀(jì)80年代后期才出現(xiàn),而且設(shè)備還是進(jìn)口的。到90年代初期,我國才開始從事食品凍干技術(shù)的開發(fā)和凍干設(shè)備的制造。近三、五年來,凍干食品產(chǎn)業(yè)從沿海到內(nèi)地發(fā)展較快,已有大約三十幾條生產(chǎn)線,但生產(chǎn)規(guī)模大都較小,干品年總產(chǎn)量大約只有兩、三千噸。從國內(nèi)外市場需求情況來看,我國的凍干食品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景極其廣闊。2食品的凍干—食品的凍干原理及品質(zhì)將含水的新鮮食品脫水成為干品,可實(shí)現(xiàn)的方式有兩種:一是加熱蒸發(fā),另一是凍結(jié)升華。人們常見的曬干、晾干、烤干等,都屬于加熱蒸發(fā)方式。凍結(jié)升華方式在日常生活中是不常見的。眾所周知,水有三態(tài):固態(tài)的冰,液態(tài)的水,氣態(tài)的汽,三態(tài)可以隨溫度和壓力的不同而相互變化。冰直接轉(zhuǎn)化為氣叫“升華”。從原理上講,生產(chǎn)凍干食品的過程是:先在低溫條件下讓食品凍結(jié)(食品內(nèi)水分形成微小冰晶),然后再在低氣壓(真空狀態(tài))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(chǎn)的脫水食品相比,具有許多不可比擬的優(yōu)點(diǎn),可以簡單概括為:營養(yǎng)成分、形狀、顏色、味道與鮮品基本相同,而且復(fù)水性特好。這是因?yàn)?(1)物料在真空條件下脫水——物料處于缺氧環(huán)境中,不僅易氧化的成分不致氧化變質(zhì),而且還能抑制某些細(xì)菌的有害作用。(2)物料在低溫狀態(tài)下脫水——物料處于低溫狀態(tài)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(zhì)損失極少。(3)物料在凍結(jié)狀態(tài)下脫水——物料凍結(jié)后形狀得到固定,組成物料的物質(zhì)形成骨架,細(xì)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(nèi)的冰晶升華脫走,是從表面開始逐步深向內(nèi)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(zhì)仍保留于原處,水汽通道不會受到堵塞,也不會因溶質(zhì)外移而引起物料收縮和硬化。3冷私系統(tǒng)和冷罐凍干設(shè)備主要包括對物料進(jìn)行凍結(jié)的速凍庫和進(jìn)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(tǒng)。干燥倉是最核心的設(shè)備,它的結(jié)構(gòu)能滿足對已凍結(jié)的物料在其中升華脫水的要求。中國科學(xué)院蘭州近代物理研究所1993年開發(fā)的JDG系列凍干機(jī)的干燥倉,都是臥式圓筒,圓筒中部有多層能產(chǎn)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(nèi)兩側(cè),也可以放在倉外。制冷系統(tǒng)要為速凍庫和水汽冷阱供給足夠的冷量。真空系統(tǒng)能為干燥倉內(nèi)建立必要的低氣壓。加熱系統(tǒng)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(jié),再送入干燥倉。倉內(nèi)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(fā)展中國的凍干食品產(chǎn)業(yè),必須開發(fā)中國的食品凍干設(shè)備。中國科學(xué)院蘭州近代物理研究所利用幾十年研制加速器的技術(shù)積累,瞄準(zhǔn)國際先進(jìn)水平,1993年開發(fā)了JDG系列食品凍干機(jī),經(jīng)甘肅省科委組織專家鑒定,其技術(shù)性能為國內(nèi)領(lǐng)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(chǎn)線,共已裝配了JDG60型、90型、100F和200F型凍干機(jī)30多套。目前,已建的凍干生產(chǎn)線凍干面積2956m我國現(xiàn)有凍干食品生產(chǎn)線總裝料面積約10000m中國科學(xué)院蘭州近代物理研究所開發(fā)的JDG系列食品凍干機(jī)及生產(chǎn)線,已由國家科學(xué)技術(shù)部先后編入《國家科技成果重點(diǎn)推廣指南項(xiàng)目(2001)》和《2001年國家級火炬計劃項(xiàng)目》。4冷凍食品的生產(chǎn)工藝4.1凍干機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行一條凍干食品生產(chǎn)線可視生產(chǎn)規(guī)模大小,由一套或數(shù)套凍干機(jī)組成,每套凍干機(jī)有各自的水氣冷阱、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng),一般1個速凍庫每次可凍結(jié)1個干燥倉的物料,為便于生產(chǎn)調(diào)度,每3個干燥倉配1個速凍庫較為恰當(dāng)。生產(chǎn)線的全部設(shè)備和安裝設(shè)備的車間要根據(jù)生產(chǎn)流程合理布局。4.2物料的后處理凍干食品的生產(chǎn)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(yùn)料天軌循環(huán)于精處理車間、凍干車間和后處理車間。物料經(jīng)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(jìn)速凍庫,凍結(jié)后沿天軌推進(jìn)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(jìn)入下一個循環(huán)。干品在后處理車間進(jìn)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(nèi)容是不盡相同的,所用的設(shè)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(jìn)行挑選、摘枯、去皮、洗泥等;而精處理主要是進(jìn)一步清洗、切割、殺菌、防氧化、漂燙、甩干、裝盤等。所需基本設(shè)備,主要是臺案、水槽、切菜機(jī)、甩干機(jī)等。(2)速凍的操作比較簡單,即在速凍庫溫度達(dá)到-30℃左右情況下,將滿載料盤的料架推進(jìn)速凍庫即可。要根據(jù)物料的品種、形狀和重量,來適當(dāng)掌握凍結(jié)時間。(3)在干燥倉內(nèi)進(jìn)行升華脫水這一步是最關(guān)鍵的。對不同的物料有不同的升華工藝要求。(4)后處理的內(nèi)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(zhì)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(shè)備主要有挑選臺、篩選機(jī)、金屬探測器、包裝機(jī)等。4.3按照各階段的不同發(fā)展階段整個凍干過程可分3個階段:凍結(jié)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(jié)溫度對物料共晶點(diǎn)的影響物料在速凍庫中凍結(jié),一般要凍到共晶點(diǎn)以下10℃左右或更低。各種物料的共晶點(diǎn)的溫度是不相同的,多數(shù)蔬菜和水果的共晶點(diǎn)在-2℃左右,一般凍到-20℃左右即可。為合理掌握凍結(jié)溫度,應(yīng)該對物料共晶點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)真測量。在合適的凍結(jié)溫度下,一定要把物料凍透,如果因未凍透而在物料內(nèi)部仍存有少量液體,則在真空條件下這些液體便會蒸發(fā),從而引起物料變形。凍結(jié)的速度也要合理掌握,一般經(jīng)1～2小時或更長時間達(dá)到凍結(jié)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(nèi)恰當(dāng)?shù)牡蜌鈮?真空度)是實(shí)現(xiàn)升華的必要條件。要建立這個條件,水汽冷阱的溫度應(yīng)比物料溫度低約10℃,并且使倉內(nèi)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(nèi)氣壓過高(真空度過低),高于物料飽和蒸汽壓,則升華無法進(jìn)行。如果倉內(nèi)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(jìn)入中后期,蒸汽量逐漸減少,倉內(nèi)真空度一般處于幾十帕,冷阱熱負(fù)荷變小,冷量供給可以適當(dāng)減少。(3)物化結(jié)合水的篩選在升華階段結(jié)束后,物料中的機(jī)械結(jié)合水已不存在,但物化結(jié)合水還未脫出。物化結(jié)合水尚處于液態(tài),可能為微生物繁殖和產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)提供條件。為改善干品貯存的穩(wěn)定性和延長保存期,必須盡量把物化結(jié)合水排出。排出的方法是進(jìn)一步提高物料溫度,進(jìn)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(lǐng)域科技合作國際市場供不應(yīng)求,國內(nèi)凍干食品工業(yè)尚處于發(fā)展初期,產(chǎn)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(yīng)求的外因,也有我國凍干食品生產(chǎn)成本極低的內(nèi)因。我國應(yīng)充分利用西部大開發(fā)的機(jī)遇,大力發(fā)展凍干食品,把西部地區(qū)豐富的農(nóng)副產(chǎn)品深加工增值、外銷創(chuàng)匯。凍干食品在國際市場的價格是熱風(fēng)干燥脫水食品的5～10倍,為國際貿(mào)易的大宗食品。凍干食品雖然生產(chǎn)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(shí)現(xiàn)高附加值。加工凍干食品,規(guī)模越大生產(chǎn)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(chǎn)品,則需凍干面積200m我國是農(nóng)業(yè)大國,有豐富的蔬菜、肉食及水產(chǎn)資源,將此類食品資源加工成凍干食品,采用國產(chǎn)的凍干加工設(shè)備,其價格僅為進(jìn)口設(shè)備的1/4。抓住西部大開發(fā)的機(jī)遇,開發(fā)凍干蔬菜、凍干牛肉等大眾食品出口,是一項(xiàng)前景看好、利潤大、風(fēng)險小的出口創(chuàng)匯項(xiàng)目。長期以來,我國的農(nóng)牧產(chǎn)品一直徘徊在出口原料和初級加工階段,給人一種技術(shù)含量低的總體感覺。通過開發(fā)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(dāng)?shù)氐拿麅?yōu)特產(chǎn)品,經(jīng)過用凍干工藝加工后,就成為高檔脫水的名優(yōu)特產(chǎn)品。目前,我國生產(chǎn)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(chǎn)量不足10000噸。據(jù)專家預(yù)測,到20