真空冷凍干燥（又稱冷凍干燥）其原理是依據(jù)水的三相變化，物料在低溫環(huán)境下凍結(jié)成固態(tài)，然后在真空狀態(tài)下使水分由固態(tài)升華為氣態(tài)，最終使食品水果等物料脫水，從而獲得脫水干制食品物料。真空凍干技術(shù)可有效防止物料理化及生物特性的改變，對生物組織、細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷小，能最大限度地保持物料的風(fēng)味、活性、固體結(jié)構(gòu)、形狀等原始特性，可有效保護(hù)熱敏性食品、生物醫(yī)藥制品有效成分的穩(wěn)定性。

但真空冷凍干燥技術(shù)整體來說技術(shù)還不是非常完善，存在干燥時(shí)間稍長、速率低、能耗過大、投資費(fèi)用高等缺點(diǎn)。物料在升華干燥過程的能耗占凍干總能耗的48%。因此，縮短凍干時(shí)間、提高干燥速率、降低能耗已成為國內(nèi)外生產(chǎn)商研究的熱點(diǎn)問題。本文主要總結(jié)近年來真空冷凍干燥技術(shù)在節(jié)能方法上的研究并進(jìn)行簡單的論述。

真空冷凍預(yù)處理技術(shù)對凍干能耗影響的研究

水果食品物料在真空凍干前進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理，可去除部分水分，或形成微孔通道，從而達(dá)到降低凍干能耗的目的。研究人員發(fā)現(xiàn)，超聲波與介質(zhì)相互作用產(chǎn)生的熱效應(yīng)、空化效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)能夠去除物料部分水分，將超聲波與真空冷凍干燥機(jī)相互結(jié)合，可縮短凍干時(shí)間。

段續(xù)等采用超聲波對香菇進(jìn)行預(yù)處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)功率為300 W的超聲波處理10 min，香菇的冷凍干燥時(shí)間縮短29.4%，且復(fù)水性提高29%。超聲波預(yù)處理不但可以降低凍干能耗，還可以提高物料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg)，從而提高干制品貯藏穩(wěn)定性，延長貨架期。

除超聲波外，水果食品等物料進(jìn)行真空冷卻處理，也可減少水分，且外表層能夠較快形成微孔通道，這是由于物料水分蒸發(fā)時(shí)，相變吸熱首先發(fā)生于外表面。因此，外表層水分含量相對較少，在升華干燥過程，降低內(nèi)部冰晶升華時(shí)的阻力，加快升華界面由外向內(nèi)的推進(jìn)，升華干燥速度加快。周頉等采用真空冷卻技術(shù)對蘋果片進(jìn)行凍干預(yù)處理，以凍干時(shí)間及復(fù)水比為指標(biāo)，結(jié)果表明，處理組較常規(guī)組蘋果片的凍干時(shí)間縮短近2 h，復(fù)水比增加1.99%，且感官評價(jià)良好。

相關(guān)研究表明，高壓脈沖電場能夠?qū)崿F(xiàn)對果蔬細(xì)胞的可逆擊穿，使得細(xì)胞膜通透性增加，從而提高干燥速率，且物料組織結(jié)構(gòu)不會(huì)被損壞。Wu等以蘋果為實(shí)驗(yàn)材料，凍干時(shí)間、干燥速率、單位能耗及單位面積生產(chǎn)率為指標(biāo)，研究高壓脈沖電場預(yù)處理對凍干蘋果的影響。結(jié)果表明:凍干時(shí)間縮短22.5%，干燥速率提高27.02%，單位能耗降低20.46%。高壓脈沖電場具有溫升小、運(yùn)行成本低、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足某些食品熱敏性需求，作為真空冷凍干燥預(yù)處理方法應(yīng)用前景廣闊。

冷凍過程冰晶成核的研究

冷凍過程中冰晶的尺寸、成核溫度對后續(xù)升華干燥有較大影響，周新麗等發(fā)現(xiàn)超聲波可在較低過冷度下刺激冰晶成核，獲得較大尺寸的冰晶，從而升華阻力下降，干燥時(shí)間縮短。國外學(xué)者Searles等證明了成核溫度與一次干燥速率之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性，結(jié)果表明，冰核溫度提升12℃，一次干燥速率提高37%。

目前常采用超聲波、高壓及冰霧等技術(shù)來控制冰晶成核，但是，由于不能直接控制成核溫度，它們中的大多數(shù)可擴(kuò)展性或重復(fù)性較差。因此，添加成核劑是直接控制冰成核的有效途徑。

真空凍干過程熱利用的研究

凍干過程中，在供給物料升華所需熱量的同時(shí)，大量熱量散失到環(huán)境中被浪費(fèi)。然而，水果食品物料升華所需的熱量遠(yuǎn)低于凍干機(jī)中制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的總冷凝熱負(fù)荷，用壓縮機(jī)的高溫高壓排氣來加熱物料，熱量是足夠的。

Bando等提出了一種基于自熱回收（SHR)技術(shù)的冷凍干燥新工藝，通過應(yīng)用SHR技術(shù)循環(huán)整個(gè)過程中的熱量，所有的過程熱量都通過SHR技術(shù)被回收和循環(huán)，不需要進(jìn)一步的加熱，該裝置主要由干爆室、壓縮機(jī)、換熱器、排水管組成。物料升華后的蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)被壓縮，壓縮后的高溫高壓蒸汽與物料通過換熱器進(jìn)行換熱，蒸汽冷凝得到的冷凝水進(jìn)入排水管，物料吸熱繼續(xù)升華，產(chǎn)生蒸汽再次被壓縮機(jī)吸入，循環(huán)不斷進(jìn)行。通過實(shí)驗(yàn)，得出三種加熱溫度下凍干總能耗分別降低87%(10℃)79%(30℃)和70%(50℃)，因此，基于自熱回收技術(shù)的冷凍干燥工藝具有巨大節(jié)能潛力，是今后真空冷凍干燥發(fā)展的一個(gè)重要方向。

真空冷凍聯(lián)合干燥工藝的研究

將冷凍干燥與其他干燥方法依據(jù)各自優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行組合，可彌補(bǔ)單一冷凍干燥能耗高的缺點(diǎn)。目前研究的冷凍聯(lián)合干燥主要有熱風(fēng)冷凍聯(lián)合干燥、微波冷凍聯(lián)合干燥、紅外冷凍聯(lián)合干燥等。

1.熱風(fēng)-真空冷凍聯(lián)合干燥

近年來，研究人員對熱風(fēng)冷凍聯(lián)合干燥進(jìn)行了大量的研究，結(jié)果表明，熱風(fēng)冷凍聯(lián)合干燥的產(chǎn)品細(xì)胞特征與單一冷凍干燥相似，且熱風(fēng)冷凍干燥的總能耗比單一冷凍干燥低。熱風(fēng)冷凍聯(lián)合干燥技術(shù)因其低能耗已被廣泛運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中，但產(chǎn)品質(zhì)量較差，如何提高熱風(fēng)冷凍聯(lián)合干燥產(chǎn)品質(zhì)量是今后研究的重點(diǎn)。

2.微波-真空冷凍聯(lián)合干燥

傳統(tǒng)冷凍干燥依靠導(dǎo)熱或輻射對物料進(jìn)行加熱，加熱速度慢；而微波能夠直接作用于介質(zhì)分子轉(zhuǎn)換成熱能，具有穿透性，可對介質(zhì)內(nèi)外同時(shí)加熱，無需熱傳導(dǎo)，加熱速度快，從而達(dá)到節(jié)能目的。近年來，已有很多學(xué)者將微波與冷凍干燥結(jié)合，用來克服單一真空冷凍干燥耗能大的缺點(diǎn)。微波-真空冷凍聯(lián)合干燥雖然能提高干燥速率，但存在加熱不均勻、易放電現(xiàn)象等缺點(diǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降。如何使電場分布均勻、避免電暈放電已成為學(xué)者們研究的重點(diǎn)。

3.紅外-真空冷凍聯(lián)合干燥

紅外干燥具有加熱溫度穩(wěn)定，物料受熱均勻，干燥速率快等優(yōu)點(diǎn)。將紅外干燥與常規(guī)真空冷凍干燥相結(jié)合，可有效降低單一真空冷凍干燥能耗。研究發(fā)現(xiàn)，紅外-真空冷凍聯(lián)合干燥物料時(shí)，紅外干燥與真空冷凍干燥的使用順序?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量影響較大。

紅外-真空冷凍聯(lián)合干燥作為一種新型真空冷凍聯(lián)合干燥技術(shù)，目前仍處于研發(fā)階段，其機(jī)理研究不夠深入。

真空冷凍干燥與其他干燥方法優(yōu)勢互補(bǔ)，進(jìn)行聯(lián)合干燥，避免了單一干燥的不利影響，在降低能耗的同時(shí)，能夠最大程度保留物料的營養(yǎng)物質(zhì)、活性成分，具有很高的應(yīng)用價(jià)值，應(yīng)大力推廣其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。真空冷凍干燥與其他干燥方法同時(shí)或分段使用，以及確定最佳轉(zhuǎn)換點(diǎn)，將成為未來真空冷凍聯(lián)合干燥研究的方向。

總結(jié)

1.在凍干預(yù)處理方面，針對不同的物料，繼續(xù)研究開發(fā)不同的預(yù)處理方法，達(dá)到預(yù)干燥，從而縮短凍干時(shí)間。

2.完善和探索更加有效的控制冰晶成核技術(shù)，使后續(xù)升華干燥阻力更小，干燥效率更高。

3.改進(jìn)凍干設(shè)備，充分利用制冷系統(tǒng)中冷凝器散發(fā)的熱量，降低運(yùn)行成本。

4.深入研究真空冷凍聯(lián)合干燥機(jī)理，確定最佳轉(zhuǎn)換點(diǎn)來優(yōu)化凍干過程，降低凍干能耗。

廣東領(lǐng)晶科技有限公司，專業(yè)生產(chǎn)各式真空冷凍干燥機(jī)！專業(yè)生產(chǎn)制造中大型量產(chǎn)型真空凍干機(jī)！廣泛應(yīng)用于各種生物領(lǐng)域 食品凍干 寵物狗糧凍干 醫(yī)藥凍干 美容面膜凍干 蟲草菌類凍干 化工添加劑凍干等。歡迎蒞臨參觀指導(dǎo)！詳詢楊生：18144969939

本文轉(zhuǎn)載于：“寵物食品聯(lián)盟” 如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除