真空冷凍干燥技術(shù)是將真空技術(shù)和冷凍技術(shù)結(jié)合起來的一種綜合性技術(shù) ,亦稱真空冷凍升華干燥技術(shù)。 采用該技術(shù)生產(chǎn)的食品稱為真空冷凍干燥食品,生產(chǎn)設備稱為食品真空冷凍干燥機?! ?/p>
真空冷凍干燥食品能最大限度地保持新鮮食品原有的品質(zhì) ,其色澤、形狀、外觀只有輕微的變化 ,營養(yǎng)成分損耗極少 ,結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、風味變化很小 ,因而受到消費者的歡迎。真空冷凍干燥技術(shù)已成為一種新興的食品加工技術(shù) ,是 21世紀食品加工的發(fā)展方向。
食品的脫水干燥方法有蒸發(fā)和升華 2種。 食品中的水分若由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)水蒸氣除去 ,謂之蒸發(fā)。食品中的水分若從固態(tài)冰直接變?yōu)闅鈶B(tài)水蒸氣除去 ,謂之升華。通常食品的脫水干制是 ,在高溫下使食品中的水分從液態(tài)蒸發(fā)成水蒸氣并除去。
與此不同 ,真空冷凍干燥方法則是在高真空和極低的溫度下 ,使固態(tài)冰升華成氣態(tài)水蒸氣除去 ,從而完成食品干燥加工過程。化學熱力學中的相平衡理論是食品真空冷凍干燥技術(shù)原理的基礎(chǔ)。 在一定的壓力和溫度條件下 ,水的 3種聚集態(tài) (固、液、氣態(tài) )之間達到一定的相平衡。
據(jù)此得到水的相態(tài)圖 ,它表明了水的各種相態(tài)之間的關(guān)系。三相點顯示了水的氣、液、固三相共存的壓力和溫度條件 ,為 t = 0.0098℃ , p = 610.5Pa;
在壓力大于三相點的壓力 ( 610·5Pa)時 ,將固態(tài)冰等壓加熱升溫 ,冰需首先轉(zhuǎn)化成液態(tài)水 ,然后再轉(zhuǎn)化成氣態(tài)水蒸氣 ,其過程為蒸發(fā)過程。 如果在低于三相點的壓力下進行加工 ,存在于食品中的水分就只有固態(tài)和氣態(tài)兩相 ,此時若溫度不變、壓力降低 ,或壓力不變、溫度降低 ,都會使食品中的固、氣兩相平衡遭到破壞 ,食品中的固態(tài)冰可以直接升華轉(zhuǎn)化成為氣態(tài)水蒸氣 ,達到脫水干燥的目的。這就是真空冷凍干燥技術(shù)依據(jù)的原理 ,故真空冷凍干燥亦稱為真空冷凍升華干燥。
干燥室內(nèi)的真空度低于610Pa絕對壓力,物料溫度低于0℃,物料內(nèi)的冰晶才能直接升華成水蒸氣。一般采用預凍結(jié)的方法先將含水食品快速低溫凍結(jié) ,使食品中的游離水結(jié)晶成固體冰晶,(食品的水分中含有各種溶質(zhì),導致凍結(jié)點一般低于-4℃ ) ,然后在高度真空的條件下,使食品中的冰晶升華,待冰晶升華后再除去食品中的部分吸附水,即成為冷凍干燥食品。冷凍干燥食品的殘留水量一般在1% ~ 4% 左右。
冰晶的升華需要升華熱,故必須設置加熱增溫系統(tǒng)以加快升華速率。提供的熱量應恰好等于食品內(nèi)的冰晶升華所需要的相應升華熱,并保證凍結(jié)食品的溫度略低于冰晶的熔解溫度,以使冰晶能以最快速率升華。提供熱量過大將會引起食品解凍 ,達不到冷凍干燥的目的;而若提供的熱量過少,則會導致升華速率減慢。實際加工時采用低溫激發(fā)遠紅外加熱的方法,以保證加熱的均勻。
真空室里的產(chǎn)品位于兩塊加熱板之間,并按照干燥過程的加熱曲線,嚴格控制加熱板的溫度。要保證在整個真空冷凍過程中,食品中所有的水分都以冰晶存在而不熔融。凍結(jié)食品的溫度不能低于與冰晶飽和蒸汽壓 (等于真空室內(nèi)的壓力 )相對應的溫度。應注意到,只有真空室內(nèi)食品中冰晶的飽和蒸汽壓大于真空室內(nèi)的絕對壓力時,冰晶才能發(fā)生升華,食品中的水蒸氣才能向外擴散,因此應選擇并保證真空室有適當?shù)恼婵斩取?/p>
當真空室內(nèi)的絕對壓力超過 610 Pa時,食品物料中就會出現(xiàn)液相 , 667Pa時就會出現(xiàn)沸騰。 Blair發(fā)現(xiàn) ,有些食品物料在 533Pa下就會飛濺,在 400 Pa下就會膨化。肉類雖有固定形態(tài) ,同樣可以形成類似結(jié)構(gòu),故真空度以 200 Pa為宜。食品一般只有在 533Pa絕對壓力時才會處于三相點以下,故真空冷凍干燥加工時真空度至少須低于此壓力
凍干玫瑰花
食品的升華干燥完全是在冰晶的表面進行 ,隨著干燥的進行 ,物料內(nèi)冰晶層的界面不斷向物料中心移動 ,直到最后的冰晶升華。此時食品物料的水分已降至 5% 以下。