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真空冷冻干燥食品加工工艺分析
标签: 真空冷冻干燥
2022-07-28  阅读

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  【康沃真空网真空冷冻干燥食品又称为“冻干食品”,由于其在加工过程中处于一种基本无氧的状态,所以可以极大程度避免食品发生化学反应,从而能保持食品的色泽、香气、味道及形状等,而且能够很好地保存食品内部的各种维生素、蛋白质和碳水化合物等大部分营养成分。由于冻干食品含水率较低,通常为1% ~ 3%,在经过密封存储后能够保存较长时间,便于长期储藏和运输。

  一、真空冷冻干燥技术

  1、真空冷冻干燥技术原理

  真空冷冻干燥技术是一门根据热力学中相平衡理论,将含水物品在低温下进行冻结,然后在真空状态下将食品中的冰晶体直接升华为水蒸气并由真空排出使其干燥的技术。

  在食品加工过程中,首先将含有大量水分的食品在低温、低压下进行预冻处理,然后在高真空的环境条件下,使冻结食品中的水分直接从固态冰状态升华为水蒸气,接下来去除食品中的部分吸附水,最终得到含水量为1% ~ 3% 的干燥食品。

  2、真空冷冻干燥技术特点

  温度是影响真空冷冻干燥效果的关键因素,因此,严格控制加工温度是确保食品加工质量的重要步骤,尤其是在食品冻干过程中,需要将温度严格控制在-40 ~ -55 ℃。同时,还要确保整个加工过程都处于一种高度真空的状态,这样才能确保经冷冻干燥的食物结构不会被破坏,而且能够最大限度地保持食品的营养,该技术对于一些容易氧化、热敏感度较高食品加工效果良好。

  另外,经过真空冷冻干燥技术加工后的食品具有较好的复水性,在吸收水分后,能够很好地保证食品的新鲜程度。

  二、真空冷冻干燥食品加工过程

  真空冷冻干燥技术最大的障碍就是生产与加工成本高,如何综合利用企业资源,降低生产成本是食品冻干行业面临的重要问题。由于冻干食品的种类比较繁多,每一种类的加工工艺都比较复杂,只有根据不同的食材选择不同的真空冷冻干燥方式,才能保证食品的冷冻效果。

  1、初处理工艺

  该阶段的主要流程是对食品进行择选、整理、清洗、切分等处理。冻干食品的质量直接取决于食品原材料的质量。由于冻干食品的加工成本和售卖价格都比较高,所以对于食品原材料的质量要求也比较严,尤其是对于食品材料的新鲜度的关注程度更高。

  食品的种类多种多样,其加工条件、时间、温度等方面的要求也不同,从而使得初处理阶段的自动化程度受到严重限制。例如,在果蔬类食品的初处理阶段,通常在采摘后的2 ~ 10 h 内就必须对其进行加工或冷藏,以保持其颜色的鲜艳度,避免维生素和营养的流失。

  如果室温为20 ℃,新鲜菠菜在摘下后的6 h 内就会发黄,新鲜莴苣在摘下后的10 h 内维生素会流失1/3 左右。整理与清洗后的食品进行切分工序,在这一环节中需要根据产品的最终用途确定食品的切分方向、形状、厚度和大。

  一般情况下,真空冻干食品主要有条状、片状、块状、丁状和粉状等形态,形态不同,真空冷冻的时间和效率也会有差异,所以,一般要求食品在切成块状时,厚度不宜超过20 mm;在切成片状时,以4 ~ 5 mm 的厚度为宜;丁状的食品厚度以5 mm 见方。

  值得注意的是,在将食品切成片状时,若食品有纤维组织,应垂直于食品的纤维方向进行切断,以便冻干过程中水蒸气溢出、减少能耗、提高已干燥部分的传热系数。

  此外,在切片时应尽可能地减少食品的厚度,以加快食品冻结时间。例如,在对牛肉进行切片处理时,如果切片厚度为0.1 m,冻结时间需要10.9 h,但切片厚度若为0.2 m 时,冻结时间需要26.6 h。

  2、前处理工艺

  前处理主要指食品的烫漂、预冷、滤水、装料等步骤。烫漂的主要目的是使食品中的酶失去活性,以避免酶影响食品的风味和颜色。

  在处理过程中,通常采用热水和蒸汽两种方式进行烫漂,不同的食品,会依据其特性选择适宜的烫漂方式,并需要合理地控制烫漂时间,少则几秒,多则数分钟。其中,利用热水烫漂时,热水温度控制为90 ~ 100 ℃,同时,在热水中可以加入有机酸、亚硫酸盐、维生素C 等物质,以减少食品的营养流失、改善食品的色泽度。

  但对于蔬果类的食品,烫漂对于食品的味道会有较大的影响,所以会直接利用0.2% ~ 0.6% 的亚硫酸盐对食品进行浸泡。

  经过烫漂后的食品需要马上进行预冷处理,一方面,由于烫漂后的食品在空气中会受到氧化作用而发黄,另一方面,食品的初始温度会对食品冻结结束时的平均温度造成影响,所以,在前处理中必须对食品进行预冷处理,这样可以促进食品中水分的逸出,有利于提高食品的冻干效率。

  3、冻结工艺

  对于很多大型食品冻干设备来说,通常是先将食品冻结,然后再送至干燥仓内将食品中的剩余水分进行升华以实现干燥的目的。

  冻结工艺是真空冷冻干燥食品加工工艺中的重要环节,冻结的速率和温度直接影响着食品的加工质量、水分升华的效率以及加工能源的消耗情况。

  一般情况下,采用慢冻的方式对食品进行冻结,冻结速度为5 ~ 10 mm·h-1,然而在慢冻过程中,食品中的水分形成冰晶体数量较少,且多为一些粗大而连续的网状结晶,食品中的水蒸气升华速率比较快。

  快速冻结时,食品中的水分形成的冰晶数量多、体积小,这样的冰晶体对于食品的机械损伤较小,能够极大程度维持食品的新鲜度和口味,但是快速冻结的方式会产生很多小而多的冰晶体,会导致水蒸气逸出的阻力变大,从而延缓了食品干燥的速度,增加了设备的能耗。为了解决这个问题,增大冰晶体的体积是首要选择。

  在食品冻干过程中,随着水分的不断冻结,食品的冰点也会随之降低,当温度到达-5 ℃,食品中有80% 以上的水分已经被冻结,为了降低加工成本,一般在该阶段将预先设置的温度保留一段时间,以促进冰晶体的增长,这也是降低快速冻结加工成本的一种有效方法。

  4、冻干工艺

  冻干是真空冷冻干燥食品加工工艺中最为复杂的一个环节,也是至关重要的环节。在这一环节中,主要包括加热、真空、制冷3 个流程。

  (1)加热

  为了使冻干食品能够在常温下保存较长时间,首先需要通过加热的方式来抑制食品中微生物的生长,食品在加热过程中,其所含水分升华,当食品中的水分活性值在0.5 以下时,微生物就难以生存。

  同时,由于食品在升华的过程中需要吸收一定的热量,为避免食品自身温度的降低,所以需要向冻结食品提供一定的热量,也提高冰晶体的饱和蒸气压和升华速度。此外,为了防止加热过度,导致冻结食品解冻,需要将食品的温度始终控制在-10 ~ -30 ℃。

  (2)真空

  在食品加热结束后,被送至真空箱,通过提升冰晶的升华压力,提高食品已干层的导热系数,此时升华压力过小或过大都会对冰晶的升华速度造成影响。不同的食品,对应的升华压力不同,在升华干燥的过程中,只有精准把握真空箱的压力,才能减少不必要的能量损失,尽最大可能地保证冻干食品的质量以及冻干速率。

  (3)制冷

  在真空箱加工结束后,冰晶升华工作完毕,下一步进入到水蒸气的干燥环节中,在此阶段中主要利用真空泵对干燥箱内的不凝性气体进行排除。

  5、包装工艺

  在冻干食品加工结束,为便于运输和贮藏,需要对其进行包装。

  ①考虑到冻干食品的含水量比较低,为了避免冻干食品受潮,所使用的包装材料必须防水。

  ②冻干食品容易发生氧化、水解等化学反应,容易导致冻干食品发生变质,因此所选择的包装材料必须能够隔离氧气。

  ③光线的照射会使食品温度升高,进一步促使食品中的营养成分发生分解造成食品的腐变,因此所选择的包装材料必须能够遮光。

  综合冻干食品所具有的特点以及不同食品的运输要求,选择的冻干食品包装必须防水、隔氧、遮光。在通常情况下,包装材料选取真空镀铝的薄膜或PP 复合性材料,并通过真空包装或真空充气包装的形式对食品进行包装。

  此外,考虑到食品中所残留的微生物可能会影响食品质量和保存时间,必须采取辐射杀菌、紫外线杀菌等各种有效的杀菌和消毒方法,对食品及其包装材料进行杀菌处理,同时,考虑到运输过程中可能存在的风险,需要在包装前对冻干食品进行加湿处理,以便于贮藏和运输。

  三、结 语

  真空冷冻干燥食品加工是延长食品保质期和提高食品运输便捷性的重要手段,在冻干食品加工过程中,要根据食品品种选择正确的加工设备和加工工艺,并严格保证各工序按标准执行。同时,通过改善加工工艺、采取干燥组合等多种方法来提高食品加工品质、降低生产成本,在一定程度上促进了食品企业生产经营范围的扩大和物流行业的快速发展。