真空冷凍干燥技術(shù)(vacuum freezing technology)是將物料預(yù)先凍結(jié)到共晶點溫度以下，在一定的真空狀態(tài)下,，通過升華過程除去物料中水分的一種干燥方法,，由制冷,、供熱和真空三大操作系統(tǒng)組成。由于應(yīng)用真空冷凍干燥技術(shù)加工的食品維持了低溫狀態(tài),，避免了高溫對食品的影響,，能夠很大限度的保持原料的營養(yǎng)、色澤,、形態(tài)和風(fēng)味,，并且制品含水量低，復(fù)水性好,，被一致認為是目前生產(chǎn)高品質(zhì)食品的干制方法,。近年來，食品冷凍干燥技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于食品,、藥品,、保健品等行業(yè)，其中許多高值食品如刺參,、人參,、水蛭、扇貝等均探索使用真空冷凍干燥技術(shù)進行加工,，從而有效提高了食品的質(zhì)量和附加值。

然而利用真空冷凍干燥技術(shù)進行食品加工

,、共晶點和共融點
共晶點和共熔點是凍干中需要考慮的重要物性參數(shù),，直接影響凍干產(chǎn)品質(zhì)量，因此,，在開展食品真空冷凍干燥工藝之前,，首先要清楚食品的共晶點和共融點,，才能針對性的制定食品物料凍結(jié)的合理工藝參數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量,，縮短凍干時間,，降低能耗。

1.1,、食品的共晶點

食品的共晶點是指食品物料中的水分被全部凍結(jié)時物料的溫度,，在食品進行冷凍干燥加工前，需要對物料進行預(yù)凍,，如果物料的凍結(jié)溫度過低,，會延長凍干時間，浪費能源;如果凍結(jié)溫度設(shè)定過高,，物料沒有*凍結(jié),，物料在生化過程中會造成局部沸騰和起泡現(xiàn)象，不能保證食品的水分除去,，導(dǎo)致收縮,、軟化甚至崩解等變形現(xiàn)象，造成凍干產(chǎn)品表面硬化,，產(chǎn)品質(zhì)量下降,。因此，在真空冷凍干燥工藝的預(yù)凍溫度要根據(jù)物料共晶點設(shè)定,，為保證食品凍結(jié)*,，食品原料預(yù)凍溫度一般控制比其共晶點低5～10℃為宜。

1.2,、食品的共融點

食品的共熔點是指已經(jīng)全部凍結(jié)成冰的食品因溫度升高到冰晶開始融化時的溫度,。食品的共熔點和共晶點是兩個相反的變化過程，但是兩個溫度并不重合,，同一種食品物料的共晶點要比共熔點低,，這是因為共晶點是食品中水分全部凍結(jié)時的溫度，而共熔點是已經(jīng)全部凍結(jié)的物料開始融化時的溫度,。通常在食品物料進行干燥時,，加熱溫度不能高于物料的共融點溫度，否則物料內(nèi)部會產(chǎn)生氣泡,，出現(xiàn)融化和干縮等現(xiàn)象,，甚至不能保證水分全部汽化除去，從而影響凍干產(chǎn)品的水分含量和質(zhì)量,。

1.3,、共晶、共融點的測定

食品物料的共晶點、共融點的準(zhǔn)確測量對于優(yōu)化食品凍干工藝,，保證凍干食品的品質(zhì),、降低能耗具有重要意義。目前,，食品物料的共晶點,、共融點的測量方法主要有低溫顯微鏡直接觀察法、電阻法,、差示掃描量熱法(DSC),、數(shù)學(xué)公式推算法等，其中應(yīng)用很是廣泛的是電阻法,，它具有操作簡單,、穩(wěn)定性好、測量范圍廣泛等特點,。

2,、塌陷(崩解)溫度
食品的塌陷溫度也叫崩解溫度，是指在凍干升華階段,，隨著溫度上升,，產(chǎn)品失去剛性，開始變粘,，發(fā)生類似塌方的崩解,、熔化或產(chǎn)生發(fā)泡現(xiàn)象時的溫度，凍干過程中發(fā)生塌陷會嚴(yán)重影響產(chǎn)品品質(zhì),，因此需要在食品物料凍干過程中防止塌陷的發(fā)生,，塌陷主要與產(chǎn)品工藝和物料本身性質(zhì)有關(guān)。不同的凍干參數(shù)會對塌陷發(fā)生產(chǎn)生影響,，例如,，左建國等利用凍干顯微鏡研究了溶液冷凍干燥過程中降溫速率、升華壓力,、溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對干燥層塌陷溫度的影響,，結(jié)果表明對于10%的蔗糖/水二元溶液，降溫速率對塌陷溫度無明顯的影響;而對于10%叔丁醇/10%蔗糖/水三元溶液,，塌陷溫度隨降溫速率增大而顯著降低;壓力對塌陷溫度影響不大;溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同,，塌陷溫度略有變化。但可以通過優(yōu)化工藝減少塌陷發(fā)生,，董會龍等探索了影響番木瓜凍干脆片塌陷的因素,，結(jié)果表明，漂燙預(yù)處理和硬化預(yù)處理可減緩凍干產(chǎn)品的塌陷程度,，冷凍速率對產(chǎn)品品質(zhì)影響不大,，但冷凍時間不足會造成凍干產(chǎn)品塌陷,。

塌陷溫度也受食品物料本身的物理性質(zhì)影響，有的食品崩解溫度高于共晶點溫度,，進行凍干操作時要控制產(chǎn)品溫度低于共晶點溫度;有的食品的崩解溫度低于共晶點溫度，進行凍干操作時應(yīng)以密切關(guān)注崩解溫度,。目前,，塌陷溫度測量比較困難，需要借助凍干顯微鏡進行測量,。近年來,，許多研究采用凍干保護劑的方式來避免產(chǎn)品的塌陷，以便達到節(jié)能和保護產(chǎn)品形態(tài)的目的,，Hamoudi等優(yōu)化了白地霉凍干保護劑的配方,，曾小群等優(yōu)化確定了干酪乳桿菌凍干保護劑的最佳配方。

3,、干燥速率和干燥能耗
干燥速率和能耗決定著食品中應(yīng)用真空冷凍干燥技術(shù)的成本問題,，通常情況下，物料的干燥速率和能耗有直接關(guān)系,，干燥速率越快,，耗時越短，耗能則越低,。高能耗問題仍然是真空冷凍干燥技術(shù)在食品中應(yīng)用的瓶頸問題,，目前，通過工藝優(yōu)化的方法來提高食品干燥速率,、降低能耗的方法主要有以下幾種,。

3.1、控制適宜的預(yù)凍速度

對食品原料的預(yù)凍是冷凍干燥工藝的前提步驟,，研究表明,，快速預(yù)凍和慢速預(yù)凍對食品物料所需要的凍干時間有顯著影響，快速預(yù)凍要比慢速預(yù)凍所需要的凍干時間長,，這是由于食品進行快速預(yù)凍時產(chǎn)生的冰晶小,，致密的冰晶對于冰的升華起阻礙作用，而在慢速預(yù)凍時,，食品中形成的冰晶大,，冰晶之間具有較大縫隙，能夠促進冰升華,，但是冰晶越大對凍干產(chǎn)品品質(zhì)影響也越大,，特別是對一些生物制品進行凍干時，慢速預(yù)凍產(chǎn)生的大冰晶會破環(huán)細胞結(jié)構(gòu),，如果對終產(chǎn)品要求不高,，可以考慮通過慢速預(yù)凍來提高凍干速率,。

3.2、調(diào)整液態(tài)食品的濃度或改變固態(tài)食品的形狀

液態(tài)食品的凍干,，需要充分考慮溶液的濃度,，如果濃度過高，則不利于水分的升華,，如果濃度太低,，雖然利于升華，但因含水多,，則會耗時耗能造成浪費,。朱虹等證明了膠原在濃度為1g/60mL時，膠原膜制備簡單且穩(wěn)定性好;王旭等研究了棗漿的冷凍干燥工藝,，結(jié)果顯示棗漿的濃度在20%時很適宜,。應(yīng)用凍干技術(shù)進行液態(tài)食品干燥時，要充分衡量能耗與產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系,，探索優(yōu)化最佳凍干濃度,，進而提高凍干速率。

固態(tài)食品進行凍干時,，切片,、粉碎是增大傳熱面積、提高凍干速率的最佳方法,。例如,，彭幫柱等將獼猴桃進行切片凍干可以提高凍干速率;柳青等通過優(yōu)化發(fā)現(xiàn)雙孢菇切片厚度4mm時，產(chǎn)品形,、色,、鮮、香等性狀良好,，凍干時間顯著縮短,。目前市售的凍干產(chǎn)品如凍干蘋果片、凍干草莓片,、凍干檸檬片等,，都采取了切片的方法。但是如果對固態(tài)食品形狀要求嚴(yán)格,，可以考慮對食品物料進行穿刺處理,，通過穿刺孔通透性來增加傳質(zhì)，提高凍干速率,。

3.3,、控制食品原料裝盤量和厚度

不同型號凍干機冷阱均有最大的捕水能力，如果裝盤物料的水分超過了最大捕水量,，就會造成產(chǎn)品不能達到一定的干燥程度,，導(dǎo)致干燥失敗;如果裝盤物料過少,，雖然會提高凍干速率，但會造成空間浪費,，增加了產(chǎn)品成本,。因此，在凍干前要根據(jù)冷阱的捕水能力,，確定放入合適量的食品原料,。在冷凍干燥裝盤時，控制適當(dāng)?shù)奈锪虾穸?，可降低傳熱、傳質(zhì)阻力,，提高干燥速率;張光杰等確定了真空冷凍干燥生姜粉最佳物料厚度2mm,，產(chǎn)品得率、含水量及感官性能較好,。在實際生產(chǎn)過程中,，如果物料厚度太薄，裝盤量就會自然減小,，凍干速率提高同時卻增加了單位凍干產(chǎn)品的成本,，因此，并非物料的厚度越小越好,，單位面積裝載的食品原料,，需要綜合考慮原料裝盤量對干燥速率和成本，根據(jù)冷阱捕水能力,、物料性質(zhì),、加熱方式以及干燥效率等而定。

3.4,、設(shè)定適當(dāng)?shù)恼婵斩?/p>

維持冷凍干燥時真空度的耗能約占凍干總耗能的26%,，真空度越低，有利于能量傳遞,，但卻增加了水汽擴散阻力從而耗能,。實際凍干過程中，每種食品原料都存在一個最佳的真空度,，因此可以使能耗降到低,。郭樹國等在研究黃瓜真空冷凍干燥工藝發(fā)現(xiàn)真空度為60Pa比在50Pa和70Pa的效果都好，因此在升華干燥階段要根據(jù)冷阱溫度優(yōu)化最佳的真空度;凍干機的真空度受阱溫度和真空泵性能決定,，在升華干燥階段,，一般冷阱溫度越低、真空度越高可促進水汽凝結(jié),，提高凍干速率,，但高真空度對真空泵有特殊的要求,，真空度過高，會增加維持真空能耗;當(dāng)凍干工藝處于在解析干燥階段則應(yīng)逐漸降低干燥室的真空度,，來促進傳熱和傳質(zhì),，達到降低凍干能耗的目的。

3.5,、控制隔板加熱溫度

目前,，大部分的真空冷凍干燥設(shè)備都安裝了隔板加熱裝置，以提高物料升華所需要能量,，段江蓮等在研究梨棗凍干工藝時發(fā)現(xiàn),，擱板溫度每提高10 ℃，凍干時間就會縮短2.0h,，可見提高擱板溫度,，可提高干燥速率。對擱板溫度的控制包括控制凍結(jié)層和已干層的溫度,，對于凍結(jié)層的溫度應(yīng)首先保證低于共融點前提下越高越好;對于已干層的溫度,，在不出現(xiàn)因溫度升高造成產(chǎn)品塌陷或變性現(xiàn)象的前提下，盡量采用較高的隔板溫度,，在解析干燥階段,，應(yīng)密切注意產(chǎn)品溫度和隔板溫度差別，保持隔板溫度高于樣品溫度5 ℃左右,，同時對于小型凍干機要設(shè)法降低控制熱量輻射的影響,，擱板溫度要緩慢升高，但一般不高于70℃,，對于一些活性生物制品則應(yīng)當(dāng)一直維持更低的隔板溫度,。

4、組合冷凍干燥技術(shù)發(fā)展
4.1,、微波真空冷凍干燥技術(shù)

近年來,，研究者使用微波輻射作為熱傳方式，將高效的微波輻射加熱技術(shù)和真空冷凍干燥技術(shù)相結(jié)合建立了微波真空冷凍干燥技術(shù),，主要利用微波輻射處于凍結(jié)狀態(tài)的被干燥物料,，將電磁能轉(zhuǎn)化為物料中水分升華所需要的熱能。江南大學(xué)研制出了微波冷凍干燥機器和工藝,，利用微波真空冷凍干燥技術(shù)處理食品脫水*,，可有效保持食品的品質(zhì)，干燥速率提高4～20倍,，Ma等通過試驗也證明了這一點,，他們采用微波加熱13mm厚的牛排，干燥時間只需4～6h,，而用傳導(dǎo)的方式加熱時,，干燥時間達11～13h,。但缺點是設(shè)備成本高，主要應(yīng)用于高值食品中,，大規(guī)模應(yīng)用仍處于研究階段,。

4.2、噴霧冷凍干燥技術(shù)

噴霧干燥和冷凍干燥結(jié)合起來,，形成了新的噴霧冷凍干燥技術(shù),，最早報道于歐洲中，該方法通過采用把待干燥的物料直接噴入液氮中,，依靠液氮極低的溫度使得霧滴迅速在液氮中形成冰粉,，然后再在真空冷凍干燥中完成對產(chǎn)品的干燥。噴霧冷凍干燥技術(shù)主要應(yīng)用于制造粉末狀的藥物和食品中,，該技術(shù)能顯著縮短凍干時間,，黃立新等利用該技術(shù)對奶粉進行了干燥，時間從48h縮短到10h,。

4.3、冷凍干燥與熱風(fēng)干燥聯(lián)合

在充分考慮能耗和產(chǎn)品品質(zhì)的同時,，許多研究者開始探索采取聯(lián)合干燥的方式對食品物料進行干燥,，其中將傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥和冷凍干燥技術(shù)聯(lián)合就是其中一個方法。徐艷陽等用真空冷凍干燥技術(shù)與熱風(fēng)干燥技術(shù)聯(lián)合進行毛竹筍干制,，結(jié)果表明,，聯(lián)合干燥方式比單一的冷凍干燥能耗減少約41.0%。其中先熱風(fēng)再凍干的產(chǎn)品整體質(zhì)量差,，先凍干后再熱風(fēng)干燥卻能獲得品質(zhì)較佳的產(chǎn)品,，說明冷凍干燥技術(shù)在保持產(chǎn)品形狀、維持產(chǎn)品品質(zhì)方面具有*性,。黃嬌麗等研究真空冷凍與熱風(fēng)聯(lián)合干燥腌制調(diào)味高菜,，聯(lián)合干燥方法比單純凍干節(jié)省能耗約22%，且產(chǎn)品水分和復(fù)水性能均達到了要求,。

4.4,、凍干與真空微波干燥聯(lián)合

真空微波結(jié)合了真空和微波干燥的優(yōu)點，使食品原料能快速被干燥,，但其過快的干燥速度會使果蔬切片等產(chǎn)生較大的變形,，影響產(chǎn)品的外觀品質(zhì)，研究者將凍干和真空微波干燥聯(lián)合起來,，取長補短,，可提高產(chǎn)品品質(zhì)，降低能耗,。宋蕓等采用冷凍干燥與微波真空聯(lián)合的方法生產(chǎn)脫水果蔬,，結(jié)果發(fā)現(xiàn),，產(chǎn)品品質(zhì)在色澤、營養(yǎng)成分和復(fù)水性能等方面都接近凍干產(chǎn)品,，且脫水胡蘿卜片能耗降低56%,，脫水蘋果片能耗降低20%。錢革蘭等利用真空微波和冷凍干燥組合來降低胡蘿卜片的干燥能耗,，發(fā)現(xiàn)兩種組合干燥工藝比單純凍干節(jié)能47.0%和54.2%,，干燥時間可縮短一半。

5,、展望
凍干食品因其很大限度保持了食品營養(yǎng),、水分含量低等優(yōu)點會受到更多消費者的關(guān)注，然而在應(yīng)用真空冷凍干燥技術(shù)進行食品加工時,，應(yīng)重視產(chǎn)品品質(zhì)和能耗問題,，通過改善加工工藝、采取干燥組合聯(lián)合等方法來提高產(chǎn)品品質(zhì),、降低生產(chǎn)成本是未來的真空冷凍干燥技術(shù)在食品中的重要發(fā)展方向,。