真空冷凍干燥技術在zui近的二十年中取得了長足進展。進入二十一世紀后,隨著人們環保意識、健康意識的進一步加強,必將對消費品的品質提出更高要求。生活節奏的不斷加快,人們對方便快餐食品的需求也將日趨旺盛。所有這些都將有力地推動真空冷凍干燥技術的進一步發展,使其應用規模不斷擴大、應用領域不斷擴展。因此,真空冷凍干燥必將成為二十一世紀的重要應用技術。
真空冷凍干燥的基本原理
真空冷凍干燥是將含水物料凍結后,在真空環境下加熱,使物料中水分直接除去,從而使物料脫水獲得凍干制品。真空冷凍干燥屬于物理脫水,了解它應該從水的三相圖開始。
在低壓下水的相變過程和常壓下大體相似,但相變時的具體溫度不同。例如在103 Pa壓力下,固態冰轉化為液態水的溫度略高于0℃,而液態水轉化為蒸汽的溫度為6.3℃,可見降低壓力后冰點變化不大,而沸點卻大大降低了。可以想象,當壓力降低到某一值時,沸點即與冰點相重合,固態冰就可以不經液態而直接變為氣態,這時的壓力稱為三相點壓力,相應的溫度稱為三相點溫度。
水的三種聚集態隨溫度和壓強不同而變化,以壓強為縱坐標,溫度為橫坐標表示水的聚集態,稱為水的相平衡圖。由圖可以看出,OS,OL,OK三條曲線把相圖分成三個區域,即氣相、液相、固相。OS曲線為氣固兩相平衡共存的狀態,這時的水蒸氣壓強為水的飽和蒸汽壓,OL曲線為液固兩相平衡共存的狀態,OK曲線為氣液兩相平衡共存的狀態,K為水的臨界點,K點溫度為374℃,壓強為2.11×107Pa,在此點液態水不存在。O點為三條曲線的交點,即三相點,三相點溫度為0.01℃,三相點壓力為610.5Pa,是水的三相平衡共存的狀態。真空冷凍干燥是在三相點以下進行的。
凍干食品的特點
由于真空冷凍干燥在低溫低壓下進行,而且水分不經過液態直接升華,真空冷凍干燥產品可確保食品中蛋白質、維生素等各種營養成份,特別是那些易揮發的熱敏性成份不損失,因而能zui大限度地保持原有的營養成份,有效地防止干燥過程中的氧化、營養成份的轉化和狀態變化。冷凍干燥制品成海綿狀、無干縮、復水性極好、食用方便、含水分極少,相應包裝后可在常溫下長時間保存和運輸。
因此賦予其產品許多特殊的性能:
1.脫水比較徹底,有利于長時間貯存。
2.物料干燥過程在凍結狀態下完成,與其它干燥方法相比,其產品相對于新鮮物料的收縮率要小得多,較好地保存了其原料的組織結構和外觀形態。
3.不存在表面硬化問題,且內部呈多孔的海綿狀,因而具有優異的復水性。這一性能在即食方便食品中體現出了非常明顯的優勢。
4.由于干燥過程在很低的溫度下進行,而且基本隔絕了空氣,有效地抑制了熱敏物質的生物的、化學的或物理的變化。充分保存了原料中的營養成份和活性物質,較好地保持了原料的天然色澤和氣味。
5.減少了產品的含水量,降低了重量,便于運輸。
食品真空冷凍干燥技術的運用
由于真空冷凍干燥具有其它干燥方法*的優點,因此該技術問世以來越來越受到人們的青睞,在醫藥、生物制品和食品方面的應用已日益廣泛。
1 在特殊食品用途中的加工
在航天、航海、旅游、登山、探險等野外作業所用的食品中已廣泛使用真空冷凍干燥技術。
2 在嗜好及香味、調味食品中的應用
咖啡、茶以及各種香、調味料滿足人們的嗜好及對香味、滋味的感官要求。由于有效成份的不穩定性,使用傳統的干燥方法難以滿足這一點。真空冷凍干燥低溫、高真空度的加工方式使其在該領域很快找到了用武之地,并且產品深受大眾的喜愛,生產規模不斷擴大,在同類產品中的比例不斷提高。
3 在保健食品和方便食品中的應用
真空冷凍干燥制品能良好地保存加工原料的營養保健成份以及色、香、味、形。這一優良性能在方便快餐食品中體現尤為出色,表現出了強勁的發展勢頭,如日本的方便食品中約有50%是冷凍干燥食品。