1凍干工藝
1.1前處理工藝
對於不同的待乾物料，前處理的方法是不同的。根據原料的特點採用相應的處理方法，如蔬菜冷凍乾燥的前處理，除進行原料的分選、清洗、切分外，還需進行漂燙。
1.2預凍工藝
預凍有抽真空自身蒸發凍結和用速凍設備凍結兩種，為了保證食品的品質，一般選用後者。根據被凍物料的共晶點溫度，選擇預凍溫度；根據被凍物料的結構，形狀和大小，選擇凍結時間；根據物料的性質，選擇預凍速率，預凍工藝直接影響著物料的品質。
1.3升華乾燥
升華乾燥在真空裝置中進行，因而在升華乾燥真空冷凍乾燥技術在食品工業中的應用朱克慶，呂少芳（河南工業大學主食工程研究所，鄭州450052）摘要：闡述了真空冷凍乾燥技術的工藝和特點、設備的結構和性能及該項技術在食品工業中的應用。真空冷凍乾燥是首先將新鮮食品（物料）凍結，在高真空狀態下，利用水的升華特性，使物料中的水分，不經過冰的融化，直接以冰態升華為水蒸汽被除去，從而使物料乾燥。關鍵詞：真空冷凍；乾燥技術；食品工業中圖分類號：TS205.7文獻標誌碼：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，縮短產品凍干時間，需要適當提高升華的溫度、傳熱係數以及減少水蒸汽的逸出阻力。升華時的溫度受條件的制約：食品凍結部分的溫度應低於共晶點溫度，否則凍結部分將融化，使已乾燥部分構成的骨架剛度下降，變得有粘性而塌陷，封閉了已乾燥部分的海綿狀微孔，阻止升華繼續進行，這時如果供熱過量，產品將融化報廢。升華中熱量的獲得是由乾燥箱中的加熱板以輻射的形式傳導給被乾燥物的。加熱板的溫度是根據乾燥物的允許最高溫度以及傳熱係數，按照乾燥過程的加熱曲線而精心控制的。這種曲線稱為冷凍乾燥曲線，選擇合適的曲線是冷凍乾燥工藝的關鍵。
1.4後處理工藝
真空冷凍乾燥食品一般為多孔疏鬆狀，表面積大，易吸濕與破碎。為了便於保存，後處理工藝不容忽視，常用真空包裝或充入惰性氣體進行包裝，以便於長期貯藏。
2真空冷凍乾燥技術的特點
2.1營養成分基本保持不變
由於食品處於低溫、低氧、避光等環境中加工，因此，無論是碳水化合物、脂肪、蛋白質或者維生素，其損耗都小，特別是對那些熱敏性物質更為突出。
2.2保持原有新鮮食品的形態
食品中的水分是由冰轉變為水蒸汽，根據平衡原理，供給冰結晶升華的熱量，只能使冰升華，不會導致物料溫度升高，所以，食品不會發生干縮和乾裂現象。另外，食品中的水分在乾燥之前，已凍結成冰晶，溶於水中的無機鹽被均勻地分配在食品中。當冰晶升華時，無機鹽不會隨水蒸汽而帶到食品表面，所以，冷凍乾燥不會產生「表面硬化」現象。
2.3色澤保持不變
在凍結過程中，食品的溫度非常低，酶的活性很小，並且，又在高真空狀態下乾燥，即氧氣的含量極低。凍結乾燥的產品，產生酶褐變和非酶褐變的程度都很低。所以，凍結乾燥的食品，幾乎保持了原來的色澤。
2.4風味基本保持不變
每一種食品都有其獨特的風味，良好的風味又是構成質量的重要因素之一。冷凍乾燥，因乾燥溫度很低，風味物質損失少，基本保持了原產品的風味。如冷凍乾燥的韭菜、香菜，復水後具有韭菜、香菜的風味，而熱力乾燥的韭菜、香菜，復水後風味很淡。
2.5復水性極佳
冷凍乾燥食品的多孔性是由於在乾燥時，食品的形態固定不變，冰升華後留下的孔隙造成的。這樣結構是海綿狀多孔結構，孔多、且分布均勻，並無堵塞，復水性好，可以在幾秒鐘之內恢復到凍干前狀態。
2.6保存方便便於運輸
凍干食品應進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，不需要複雜的冷鏈，且重量輕，便於運輸。
3真空冷凍乾燥設備的組成及結構特點
食品真空冷凍乾燥設備各系統優化配置，是由一台或多台凍干機及相應的製冷系統、真空系統、熱媒循環系統、電氣控制系統組成。
3.1製冷系統
凍干用冷源包括兩部分：預凍結用冷和蒸汽捕集器用冷。預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。製冷系統選用氨為製冷工質，雙級壓縮製冷，採用氨泵強制循環供液。速凍隧道採用土建庫或聚氨脂組合庫板拼裝而成，庫內安裝軌道與整個工藝軌道銜接，採用落地式冷風機，頂側吹風，降溫速度快，且物料處於迴風區，降低了乾耗損失。
3.2真空系統
真空系統是由二套抽空機組和一套維持機組組成，抽空機組可在15min以內將乾燥倉內真空度從大氣壓抽至133Pa，以避免物料表面溶化；維持機組確保在整個凍干過程中，倉內真空度維持在13～133Pa工藝所要求的真空度。該系統還包括：真空管道、真空閥、法蘭、接頭和控制裝置。
3.3熱媒循環加熱系統
該系統由一個熱媒加熱罐和一套熱媒循環溫控迴路組成，向倉體內的加熱板供熱，並根據不同的凍干工藝曲線精確控制加熱板溫度，控溫範圍為常溫至120℃。熱媒在該系統內處於封閉循環，由熱媒泵驅動。可編程智能溫度調節器可存貯多種食品凍干曲線，根據凍干工藝曲線自動控溫，熱媒循環系統還包括以下主要部件。（1）熱媒加熱罐用於貯存熱媒，熱媒用蒸汽加熱，包括罐體、蒸汽加熱器及相關的管道、閥門、液位計、測溫點等。（2）蒸汽換熱器通過強制循環將蒸汽與熱媒進行換熱，以提供加熱板所需熱量。（3）熱媒循環泵用於系統中熱媒的強制循環，該系統還包括相應的各種管道、閥門、法蘭、接頭等。
3.4電氣控制系統
電氣控制系統的功能是對凍干機的各個重要參數進行測量、顯示和記錄，並根據預製的凍干工藝曲線驅動各系統執行元件對凍干過程進行精確控制,對所發生的故障報警且自動實施應急處理。控制系統由控制櫃和測量變送元件組成，用於乾燥過程電氣設備控制測量、控制、記錄、報警和監測。採用彩色觸摸屏顯示和控制，採用西門子電氣進行過程控制和數據收集。在觸摸屏上可進行手動操作，在系統運行過程中，能隨時在觸摸屏上修改和設置控制參數，能顯示設備工作狀態和系統流程，系統出故障時能報警並立即實施保護。可編程智能控制儀表以PLC為核心，監測、控制和管理整個凍干工藝流程，使全套設備的工作達到和諧與統一。可編程智能溫控儀表可存貯多種食品凍干工藝曲線，根據不同物料可方便地選擇相應的凍干曲線。一體化報警和故障處理系統可在凍干過程任何階段對故障狀態報警和顯示，並準確作出保護動作。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據，在觸摸屏上適時顯示，並將整個凍干過程的各項數據存儲記憶在其內部，作為生產過程記錄備查。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乾燥程度。
4其它系統
4.1物料運輸系統
物料由裝盤開始經速凍隧道至乾燥倉乾燥，再由乾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，該系統包括懸架導軌、料架小車、物料托盤部分。
4.2除霜系統
乾燥倉每批次乾燥過程結束後，對蒸汽捕集器進行熱水噴淋除霜。該系統包括：除霜熱水池、熱水泵及噴淋、排水和吹乾管路、閥門、法蘭、接頭等，除霜水池配有自動控溫控制裝置。
4.3氣動系統
用於真空系統、熱媒循環系統、除霜系統的有關氣動閥門的驅動氣源，提供蒸汽捕集器除霜後吹乾用壓縮空氣。
4.4蒸汽捕集器（水汽凝結器）
布置在乾燥倉外部，自成一體，用於捕集升華出來的水蒸氣。冷凝面由熱浸鋅無縫鋼管製成，特殊設計的蒸汽捕集器保證了製冷和結霜的高效率。每批次凍乾結束後進行除霜，噴淋除霜水由除霜系統提供。
5應用
真空冷凍乾燥技術的應用範圍是非常廣泛的，只要是含水、無毒、無腐蝕性的物質都可以運用凍干技術將其製成干品。目前，應用凍干技術最為廣泛的是食品行業、生物製藥行業、醫療行業、保健品行業等。幾乎所有的農副產品，如肉、禽、蛋、水產品、蔬菜、瓜果等都可以製成凍干食品，藥品、生物製品等也都使用凍干技術製成脫水製品。凍干食品正廣泛應用於方便食品、湯料加工、速溶飲品、營養保健品以及軍需、野外作業、登山、宇航等特殊行業。目前，凍干技術常用於乾燥下列凍干食品：①烹飪食品類肉、禽、蛋、蔬菜類；②土特產品類蘑菇、魔芋、黃花菜、蕨菜、香椿芽等；③調味品類蔥、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。我國凍干食品工業剛剛起步，凍干食品的綜合開發及應用還處於初級階段。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、營養保健食品等行業，以及登山、軍需、野外作業等特殊行業都未得到廣泛的應用，不能滿足人民日益增長的物質要求。隨著社會經濟的發展和人民生活水平的不斷提高，生活節奏的加快，人們對食品的需求從溫飽型向營養型、方便型轉化，越來越需要各種營養豐富，衛生方便的功能食品。凍干食品以其獨特的優點已逐步被人們認識和接受。目前，市場上的凍干食品主要有以下兩大類。（1）作為最終產品直接面向消費者的凍干食品，包括：營養保健品如凍干蜂王漿粉、活性人參、甲魚粉、蛇粉等；調味品如大蒜、生薑、香蔥、香菜、洋蔥、大蔥等。（2）作為方便食品行業的配料、湯料的凍干食品：如牛肉、雞肉、蝦、魚片、香菇、胡蘿蔔、青豆、荷蘭豆等。
6結論
在所有的食品保鮮、貯存方法中，真空冷凍乾燥技術的發展前途最為寬廣，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產品具有巨大的市場前景，在目前提倡綠色生產、健康消費的環境下，重點研究真空冷凍乾燥技術具有重要戰略意義。
1.1前處理工藝
對於不同的待乾物料，前處理的方法是不同的。根據原料的特點採用相應的處理方法，如蔬菜冷凍乾燥的前處理，除進行原料的分選、清洗、切分外，還需進行漂燙。
1.2預凍工藝
預凍有抽真空自身蒸發凍結和用速凍設備凍結兩種，為了保證食品的品質，一般選用後者。根據被凍物料的共晶點溫度，選擇預凍溫度；根據被凍物料的結構，形狀和大小，選擇凍結時間；根據物料的性質，選擇預凍速率，預凍工藝直接影響著物料的品質。
1.3升華乾燥
升華乾燥在真空裝置中進行，因而在升華乾燥真空冷凍乾燥技術在食品工業中的應用朱克慶，呂少芳（河南工業大學主食工程研究所，鄭州450052）摘要：闡述了真空冷凍乾燥技術的工藝和特點、設備的結構和性能及該項技術在食品工業中的應用。真空冷凍乾燥是首先將新鮮食品（物料）凍結，在高真空狀態下，利用水的升華特性，使物料中的水分，不經過冰的融化，直接以冰態升華為水蒸汽被除去，從而使物料乾燥。關鍵詞：真空冷凍；乾燥技術；食品工業中圖分類號：TS205.7文獻標誌碼：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，縮短產品凍干時間，需要適當提高升華的溫度、傳熱係數以及減少水蒸汽的逸出阻力。升華時的溫度受條件的制約：食品凍結部分的溫度應低於共晶點溫度，否則凍結部分將融化，使已乾燥部分構成的骨架剛度下降，變得有粘性而塌陷，封閉了已乾燥部分的海綿狀微孔，阻止升華繼續進行，這時如果供熱過量，產品將融化報廢。升華中熱量的獲得是由乾燥箱中的加熱板以輻射的形式傳導給被乾燥物的。加熱板的溫度是根據乾燥物的允許最高溫度以及傳熱係數，按照乾燥過程的加熱曲線而精心控制的。這種曲線稱為冷凍乾燥曲線，選擇合適的曲線是冷凍乾燥工藝的關鍵。
1.4後處理工藝
真空冷凍乾燥食品一般為多孔疏鬆狀，表面積大，易吸濕與破碎。為了便於保存，後處理工藝不容忽視，常用真空包裝或充入惰性氣體進行包裝，以便於長期貯藏。
2真空冷凍乾燥技術的特點
2.1營養成分基本保持不變
由於食品處於低溫、低氧、避光等環境中加工，因此，無論是碳水化合物、脂肪、蛋白質或者維生素，其損耗都小，特別是對那些熱敏性物質更為突出。
2.2保持原有新鮮食品的形態
食品中的水分是由冰轉變為水蒸汽，根據平衡原理，供給冰結晶升華的熱量，只能使冰升華，不會導致物料溫度升高，所以，食品不會發生干縮和乾裂現象。另外，食品中的水分在乾燥之前，已凍結成冰晶，溶於水中的無機鹽被均勻地分配在食品中。當冰晶升華時，無機鹽不會隨水蒸汽而帶到食品表面，所以，冷凍乾燥不會產生「表面硬化」現象。
2.3色澤保持不變
在凍結過程中，食品的溫度非常低，酶的活性很小，並且，又在高真空狀態下乾燥，即氧氣的含量極低。凍結乾燥的產品，產生酶褐變和非酶褐變的程度都很低。所以，凍結乾燥的食品，幾乎保持了原來的色澤。
2.4風味基本保持不變
每一種食品都有其獨特的風味，良好的風味又是構成質量的重要因素之一。冷凍乾燥，因乾燥溫度很低，風味物質損失少，基本保持了原產品的風味。如冷凍乾燥的韭菜、香菜，復水後具有韭菜、香菜的風味，而熱力乾燥的韭菜、香菜，復水後風味很淡。
2.5復水性極佳
冷凍乾燥食品的多孔性是由於在乾燥時，食品的形態固定不變，冰升華後留下的孔隙造成的。這樣結構是海綿狀多孔結構，孔多、且分布均勻，並無堵塞，復水性好，可以在幾秒鐘之內恢復到凍干前狀態。
2.6保存方便便於運輸
凍干食品應進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，不需要複雜的冷鏈，且重量輕，便於運輸。
3真空冷凍乾燥設備的組成及結構特點
食品真空冷凍乾燥設備各系統優化配置，是由一台或多台凍干機及相應的製冷系統、真空系統、熱媒循環系統、電氣控制系統組成。
3.1製冷系統
凍干用冷源包括兩部分：預凍結用冷和蒸汽捕集器用冷。預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。製冷系統選用氨為製冷工質，雙級壓縮製冷，採用氨泵強制循環供液。速凍隧道採用土建庫或聚氨脂組合庫板拼裝而成，庫內安裝軌道與整個工藝軌道銜接，採用落地式冷風機，頂側吹風，降溫速度快，且物料處於迴風區，降低了乾耗損失。
3.2真空系統
真空系統是由二套抽空機組和一套維持機組組成，抽空機組可在15min以內將乾燥倉內真空度從大氣壓抽至133Pa，以避免物料表面溶化；維持機組確保在整個凍干過程中，倉內真空度維持在13～133Pa工藝所要求的真空度。該系統還包括：真空管道、真空閥、法蘭、接頭和控制裝置。
3.3熱媒循環加熱系統
該系統由一個熱媒加熱罐和一套熱媒循環溫控迴路組成，向倉體內的加熱板供熱，並根據不同的凍干工藝曲線精確控制加熱板溫度，控溫範圍為常溫至120℃。熱媒在該系統內處於封閉循環，由熱媒泵驅動。可編程智能溫度調節器可存貯多種食品凍干曲線，根據凍干工藝曲線自動控溫，熱媒循環系統還包括以下主要部件。（1）熱媒加熱罐用於貯存熱媒，熱媒用蒸汽加熱，包括罐體、蒸汽加熱器及相關的管道、閥門、液位計、測溫點等。（2）蒸汽換熱器通過強制循環將蒸汽與熱媒進行換熱，以提供加熱板所需熱量。（3）熱媒循環泵用於系統中熱媒的強制循環，該系統還包括相應的各種管道、閥門、法蘭、接頭等。
3.4電氣控制系統
電氣控制系統的功能是對凍干機的各個重要參數進行測量、顯示和記錄，並根據預製的凍干工藝曲線驅動各系統執行元件對凍干過程進行精確控制,對所發生的故障報警且自動實施應急處理。控制系統由控制櫃和測量變送元件組成，用於乾燥過程電氣設備控制測量、控制、記錄、報警和監測。採用彩色觸摸屏顯示和控制，採用西門子電氣進行過程控制和數據收集。在觸摸屏上可進行手動操作，在系統運行過程中，能隨時在觸摸屏上修改和設置控制參數，能顯示設備工作狀態和系統流程，系統出故障時能報警並立即實施保護。可編程智能控制儀表以PLC為核心，監測、控制和管理整個凍干工藝流程，使全套設備的工作達到和諧與統一。可編程智能溫控儀表可存貯多種食品凍干工藝曲線，根據不同物料可方便地選擇相應的凍干曲線。一體化報警和故障處理系統可在凍干過程任何階段對故障狀態報警和顯示，並準確作出保護動作。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據，在觸摸屏上適時顯示，並將整個凍干過程的各項數據存儲記憶在其內部，作為生產過程記錄備查。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乾燥程度。
4其它系統
4.1物料運輸系統
物料由裝盤開始經速凍隧道至乾燥倉乾燥，再由乾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，該系統包括懸架導軌、料架小車、物料托盤部分。
4.2除霜系統
乾燥倉每批次乾燥過程結束後，對蒸汽捕集器進行熱水噴淋除霜。該系統包括：除霜熱水池、熱水泵及噴淋、排水和吹乾管路、閥門、法蘭、接頭等，除霜水池配有自動控溫控制裝置。
4.3氣動系統
用於真空系統、熱媒循環系統、除霜系統的有關氣動閥門的驅動氣源，提供蒸汽捕集器除霜後吹乾用壓縮空氣。
4.4蒸汽捕集器（水汽凝結器）
布置在乾燥倉外部，自成一體，用於捕集升華出來的水蒸氣。冷凝面由熱浸鋅無縫鋼管製成，特殊設計的蒸汽捕集器保證了製冷和結霜的高效率。每批次凍乾結束後進行除霜，噴淋除霜水由除霜系統提供。
5應用
真空冷凍乾燥技術的應用範圍是非常廣泛的，只要是含水、無毒、無腐蝕性的物質都可以運用凍干技術將其製成干品。目前，應用凍干技術最為廣泛的是食品行業、生物製藥行業、醫療行業、保健品行業等。幾乎所有的農副產品，如肉、禽、蛋、水產品、蔬菜、瓜果等都可以製成凍干食品，藥品、生物製品等也都使用凍干技術製成脫水製品。凍干食品正廣泛應用於方便食品、湯料加工、速溶飲品、營養保健品以及軍需、野外作業、登山、宇航等特殊行業。目前，凍干技術常用於乾燥下列凍干食品：①烹飪食品類肉、禽、蛋、蔬菜類；②土特產品類蘑菇、魔芋、黃花菜、蕨菜、香椿芽等；③調味品類蔥、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。我國凍干食品工業剛剛起步，凍干食品的綜合開發及應用還處於初級階段。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、營養保健食品等行業，以及登山、軍需、野外作業等特殊行業都未得到廣泛的應用，不能滿足人民日益增長的物質要求。隨著社會經濟的發展和人民生活水平的不斷提高，生活節奏的加快，人們對食品的需求從溫飽型向營養型、方便型轉化，越來越需要各種營養豐富，衛生方便的功能食品。凍干食品以其獨特的優點已逐步被人們認識和接受。目前，市場上的凍干食品主要有以下兩大類。（1）作為最終產品直接面向消費者的凍干食品，包括：營養保健品如凍干蜂王漿粉、活性人參、甲魚粉、蛇粉等；調味品如大蒜、生薑、香蔥、香菜、洋蔥、大蔥等。（2）作為方便食品行業的配料、湯料的凍干食品：如牛肉、雞肉、蝦、魚片、香菇、胡蘿蔔、青豆、荷蘭豆等。
6結論
在所有的食品保鮮、貯存方法中，真空冷凍乾燥技術的發展前途最為寬廣，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產品具有巨大的市場前景，在目前提倡綠色生產、健康消費的環境下，重點研究真空冷凍乾燥技術具有重要戰略意義。
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