在人類可用的天然食品中,絕大多數(shù)食品是由其獨特固有物質(zhì)和水組成的。水是各種微生物生長和酶作用的決定性因素,新鮮的食品由于水分存在而很快變質(zhì)。為了延長食品的儲存時間,人們早在三千多年以前就借助陽光、風(fēng)等自然條件使水分從其內(nèi)部脫離出來。隨著人類社會的進步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們創(chuàng)造出很多種脫水技術(shù),如熱風(fēng)干燥、冷風(fēng)干燥、噴霧干燥、真空冷凍干燥等,這些脫水技術(shù)各有其不同的特點。針對食品保鮮與保質(zhì)而言,真空冷凍干燥技術(shù)最具應(yīng)用價值,因為只有凍干技術(shù)才能最大限度、最長時間地保持其色、味、形和營養(yǎng)成分。食品真空冷凍干燥被喻為20世紀(jì)食品工業(yè)技術(shù)進步的主要標(biāo)志。

    1、食品真空冷凍干燥技術(shù)的優(yōu)點

    真空冷凍干燥是將含水物料凍結(jié)后,保持冰凍狀態(tài),在真空環(huán)境下加熱,使冰升華成蒸汽并排出,從而脫出物料中水分獲得凍干制品的過程。由于該過程在低溫低壓下進行,而且水分不經(jīng)過液態(tài)直接升華,凍干制品能保持其天然色澤與氣味基本不變、外觀形狀基本不變、蛋白質(zhì)與維生素等各種營養(yǎng)成分基本不變、固有物質(zhì)基本不損失,因此真空冷凍干燥技術(shù)具有其它干燥技術(shù)無可比擬的優(yōu)點。(1)干燥在高真空度下進行,氧氣極少,易氧化物質(zhì)得到保護,并且因缺氧而滅菌或抑制某些細(xì)菌的活力。(2)干燥在低壓下進行,被干燥的物料不致氧化變質(zhì)。(3)干燥在低溫下進行,物料中易發(fā)揮的熱敏性成分不致變性或失去活力。(4)凍結(jié)時被干燥的物料可形成“骨架”,干燥后保持原形,不會出現(xiàn)收縮現(xiàn)象,且內(nèi)部呈疏松多孔的海綿結(jié)構(gòu)。(5)脫水徹底,干燥時能排除90%～95%左右的水分,干燥后可在常溫下長期保存,并且因重量輕而便于運輸。(6)復(fù)水性極好,凍干制品能迅速吸水復(fù)原,其色澤、品質(zhì)與鮮品基本相同。

    2、食品凍干技術(shù)的應(yīng)用狀況

    2.1國外的應(yīng)用狀況

    食品真空冷凍干燥技術(shù)起源于20世紀(jì)30年代。1930年丹麥的Flosdorf開始了食品凍干實驗,1940年英國的Fikidd提出了用冷凍干燥方法進行食品處理的技術(shù)。1961年英國食品部在Aberdeen實驗工廠開始了食品凍干技術(shù)的研究,其研究成果證明,凍干技術(shù)用于食品加工是獲得優(yōu)質(zhì)食品的一種方法。據(jù)有關(guān)資料記載:1963年美國有凍干食品廠11家,荷蘭、丹麥、前西德等歐洲國家有25家。1965年全球凍干食品廠已發(fā)展到50多家。到1972年,美國有凍干食品廠41家,日本有13家,歐洲有49家。凍干食品產(chǎn)量增加亦較快,僅從美國統(tǒng)計,1963年凍干食品產(chǎn)量近5000t,1970年

    產(chǎn)量為157000t,1972年產(chǎn)量為175000t。20世紀(jì)80年代初,白俄羅斯的斯魯茨克建成了大型凍干食品生產(chǎn)線,僅凍干奶酪一種年產(chǎn)量即達150t。1985年日本有凍干食品廠25家,歐洲接近百家。1989年,保加利亞的索非亞建立了低溫生物學(xué)和冷凍干燥技術(shù)研究所(InstituteofCryobiologyandLyophilizationinSofia),主要研究宇航食品、兒童食品、方便食品、保健食品和營養(yǎng)食品。當(dāng)時,該研究所綜合實力在全球同類科研機構(gòu)中名列前茅。從20世紀(jì)80年代中期至90年代末,是全球凍干技術(shù)快速發(fā)展階段,美國和日本凍干食品產(chǎn)量增加幅度最大。

    到2005年,美國凍干食品廠超過百家、日本有凍干食品廠35家,美、日有近一半的方便食品采用凍干技術(shù)生產(chǎn)。凍干食品在歐、美、日等國家已經(jīng)被人們廣泛地接受。
    全球第一臺食品真空冷凍干燥設(shè)備于1943年在丹麥問世。經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展,現(xiàn)在工業(yè)發(fā)達國家都具備自主研制食品凍干機的能力。食品凍干機按用途不同劃分類型,有實驗用凍干機和生產(chǎn)用凍干機;按干燥擱板面積大小劃分類型,有小、中、大、特大四種(凍干面積在50m2以下的為小型、50～100m2為中型、100～500m2為大型、

    500m2以上為特大型);按凍結(jié)方式劃分,有凍干合一型和凍干分離型;按作業(yè)方式劃分有間歇式、半連續(xù)式和連續(xù)式;按干燥倉形狀劃分,有方形、圓型和隧道式;按自動化程度劃分,有手動型、半自動型和全自動型。丹麥Atlas公司和日本共和真空株式會社,是全球最具影響力的食品凍干設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)。丹麥?zhǔn)莾龈稍O(shè)備出口量最多的國家,美國是凍干設(shè)備擁有量最多的國家。Atlas公司生產(chǎn)的食品凍干機類型齊全,其中凍干分離型和連續(xù)式食品凍干設(shè)備結(jié)構(gòu)合理、自動化程度高、能源消耗低,主要技術(shù)指標(biāo)均居全球領(lǐng)先地位。前者用裝料車整體裝料、凍干和運輸,可實現(xiàn)半連續(xù)生產(chǎn);后者適用于大批量凍干食品的生產(chǎn)。共和真空株式會社研制的食品凍干設(shè)備一般是間歇式的,該類型機周期性工作,物料干燥分批進行。

    2.2國內(nèi)的應(yīng)用狀況

    我國真空冷凍干燥技術(shù)的發(fā)展僅有五十余年的歷史。20世紀(jì)50年代中期從前蘇聯(lián)引進了真空冷凍干燥技術(shù),當(dāng)時主要用于生物制品和藥品生產(chǎn)。到20世紀(jì)60年代,國家出于戰(zhàn)略需要,相繼在北京、上海、天津建立了凍干食品基地,生產(chǎn)供軍事、航海等野外作業(yè)用的特殊食品。從此,食品真空冷凍干燥技術(shù)在我國開始應(yīng)用。20世紀(jì)70年代中期上海、廣東興建了凍干食品生產(chǎn)線,主要生產(chǎn)食品工業(yè)原料和調(diào)味食品。由于凍干工藝較落后、生產(chǎn)成本高、缺乏市場競爭力,至1985年已無一家能維持經(jīng)營。近二十年來,隨著我國經(jīng)濟建設(shè)和國際凍干技術(shù)的快速發(fā)展,我國食品凍干技術(shù)取得了長足進展。青島第二食品廠率先引進日本共和真空株式會社凍干設(shè)備,其后,湖南康寶食品公司引進丹麥Atlas公司凍干設(shè)備,廈門佳裕食品公司引進臺灣設(shè)備,使我國食品凍干技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模不斷擴大。現(xiàn)在,上海、廣東、山東、福建等地已建成二十余家凍干食品生產(chǎn)企業(yè);開展食品凍干技術(shù)研究工作的高校有清華大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、東北大學(xué)、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)等十余所,在大蒜粉、湯料、蘑菇、人參、山藥及部分水果、蔬菜等凍干食品的研制方面,取得了一定的成果。

    我國食品凍干設(shè)備的發(fā)展始于20世紀(jì)80年代中期,起步晚、發(fā)展迅速。早期的凍干設(shè)備以仿制20世紀(jì)70年代國外產(chǎn)品為主,其凍干面積通常不超過20m2、作業(yè)方式皆為間歇式、能耗較高、自動化程度較低。近十年來,經(jīng)過高校、科研院所及生產(chǎn)廠家的共同努力,我國探索出一條消化吸收與創(chuàng)新相結(jié)合的道路,逐步形成了自主設(shè)計、自主生產(chǎn)的能力,而且在食品凍干裝置國產(chǎn)化方面取得了重大進展,在大型化方面填補了空白,研制出接近20世紀(jì)90年代國際先進水平的凍干設(shè)備。例如:清華大學(xué)核能技術(shù)設(shè)計研究院的TH-FD50型凍干機,中科院蘭州物理研究所的DG系列凍干機,東北大學(xué)機械工程學(xué)院的LG系列凍干機,廣東省制冷學(xué)會食品保鮮工程開發(fā)中心的FD系列大型凍干機。

    至21世紀(jì)初,已有沈陽新陽航天速凍設(shè)備公司、廣州長城制冷設(shè)備公司、蘭州科近真空凍干技術(shù)公司、南通冷凍設(shè)備公司等二十多個廠家具備食品凍干設(shè)備制造能力。
    2.3凍干食品的種類

    美國有資料統(tǒng)計,到2005年全球采用凍干技術(shù)生產(chǎn)的食品已超過百種,可分為以下幾類。(1)烹飪原料類:肉、蛋、魚、蝦、貝、海參、蔬菜。(2)調(diào)味食品類:蔥、姜、蒜、香料、色素、湯料。(3)水果類:蘋果、香蕉、菠蘿、草莓、梨、桃等。(4)飲品類:咖啡、茶葉、果汁、菜汁。(5)保健食品類:人參、山藥、蜂蜜、甲魚、冬蟲夏草。(6)土特產(chǎn)品類:蘑菇、黃花菜、香椿等。(7)食品工業(yè)原料類:蛋料、豆料、干果粉、植物蛋白粉等。(8)特殊食品類:航天、航海、軍事、登山、探險等野外作業(yè)用食品。

    3、食品凍干技術(shù)的發(fā)展趨勢

    進入21世紀(jì)以后,隨著人們環(huán)保意識、健康意識的不斷增強,生活節(jié)奏的不斷加快,人們對科學(xué)加工的食品產(chǎn)生了更高的認(rèn)識、提出了更多的要求,這將大大推動食品真空冷凍干燥技術(shù)的進一步發(fā)展。對此,可依據(jù)目前國外新型食品開發(fā)狀況,從國際市場對凍干食品需求趨勢分析中得到求證。

    3.1國外正在或擬開發(fā)的凍干食品

    (1)新型方便食品。在日本,新型方便食品均添加采用凍干技術(shù)生產(chǎn)的維生素、全蛋粉或蛋黃粉、大豆粉或花生粉,以確保其營養(yǎng)成分。在歐洲大多數(shù)國家,將人們?nèi)粘ＯM的胚芽玉米粉和椰子油、食糖、維生素、礦物質(zhì)混合制成的方便食品定為第一代方便食品;第二代方便食品是用凍干的海帶粉、天然水果粉、海藻膠、麥芽糊精加適量的檸檬酸與玉米胚芽、燕麥胚芽、魚粉、免肉粉、牛肉粉等制成的。歐、美國家還有一種營養(yǎng)豐富、香甜可口的水果型方便食品,是用凍干的草莓粉、葡萄粉、橙桔粉、菠蘿粉、香蕉粉和獼猴桃粉等混合制成的。捷克正在對用于加工新型方便食品的薄層物料的凍干工藝進行研究,意大利正在對凍干蘋果、檸檬和食糖的均化混合液加牛奶后脫水的理化特性進行研究,西班牙正在研究凍干乳酸干,日本正在研究凍干膠狀魚粉等。美國賓夕法尼亞大學(xué)的J·H·MacNeil博士預(yù)測,本世紀(jì)的雞蛋將是以凍干技術(shù)濃縮成固體含量為18%～25%或30%～40%的蛋品。

    (2)顆粒蔬菜。蔬菜是人類生活中的一大營養(yǎng)寶庫。日本東洋FD食品株式會社于20世紀(jì)90年代找到一種不同尋常的吃菜方法。該方法是將油菜、菠菜、芹菜、蘿卜葉、豌豆、胡蘿卜、南瓜、雪里紅等8種蔬菜混合,凍干后制成顆粒蔬菜。這種含豐富的葉綠素、胡蘿卜素、維生素和礦物質(zhì)等天然營養(yǎng)成分的蔬菜,不但營養(yǎng)豐富、味道鮮美,而且非常適合于斷奶伊始的嬰兒、不喜歡吃蔬菜的兒童、牙口不好的老年人、吃流食或半流食的病人以及食量受限的運動員等特殊人群。現(xiàn)在,顆粒蔬菜已成為日本大眾的日常消費品。

    (3)粉末蔬菜。在歐、美、日市場上,日漸流行一種新的蔬菜加工方法,即用凍干技術(shù)加工圓蔥、白菜、菠菜、胡蘿卜、南瓜等許多種粉末蔬菜。將粉末蔬菜加入面粉或食糖中,制成蔬菜面條、餅干、糕點和糖果、飲料等,能保持蔬菜中的營養(yǎng)成分、纖維質(zhì)及其色澤、風(fēng)味。

    3.2國際市場對凍干食品需求趨勢

    近些年來,歐、美、日對凍干食品的需求量迅速增加。
  
    在歐洲,凍干食品占全部脫水食品的50%～70%;全美方便食品中,凍干食品占50%以上;日本市場上的脫水食品中,凍干食品接近60%。盡管如此,英、德、美、日等國家每年都需
    進口大量的凍干食品,其品種有圓蔥、蘆筍、白菜、胡蘿卜、蘑菇、馬鈴薯,以及牛肉、雞蛋和魚蝦。瑞典、挪威、丹麥等北歐國家凍干蔬菜、凍干水果的進口量仍然逐年增加。凍干食品在國際市場上的價格是熱風(fēng)干燥食品的4～6倍,正逐漸成為國際貿(mào)易的大宗食品。據(jù)國家海關(guān)總署統(tǒng)計,自20世紀(jì)90年代中期以來,我國大陸脫水蔬菜年出口量以平均30%的速度遞增;我國大陸脫水蔬菜出口量超過全球總產(chǎn)量的1/2,加上臺灣地區(qū)出口量則約占全球總產(chǎn)量的2/3。

    我國是農(nóng)業(yè)大國,有豐富的蔬菜(包括土特產(chǎn)品)、肉食及水產(chǎn)資源,應(yīng)用凍干技術(shù)(國產(chǎn)凍干設(shè)備價格僅為進口設(shè)備的1/3～1/2),開發(fā)凍干蔬菜、凍干牛肉、凍干鮮蛋等大宗食品,銷往國際市場,是一個前景看好、利潤大、風(fēng)險小的出口創(chuàng)匯項目。目前,我國生產(chǎn)的凍干食品基本是外需型,主要包括烹飪原料、食品工業(yè)原料、調(diào)味食品和保健食品,年產(chǎn)量不足20000t。據(jù)業(yè)內(nèi)人士預(yù)測,未來十年我國的外需型和內(nèi)需型凍干食品都將進入大幅度增長階段;到2015年,僅方便面輔料一種,約需凍干食品50000～60000t,加上快餐配料、湯料、飲品等,凍干食品的消費量將超過150000t。國內(nèi)外市場對凍干食品的巨大需求,為發(fā)展我國的食品凍干技術(shù)和凍干食品產(chǎn)業(yè)提供了大好的機遇。

    4、結(jié)論

    食品真空冷凍干燥技術(shù)是一門跨學(xué)科的綜合技術(shù),涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域。食品凍干技術(shù)的進步依賴于交叉學(xué)科的發(fā)展。從食品凍干技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看,工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)日臻成熟、完善,凍干食品的普及性已經(jīng)達到相當(dāng)高的程度;我國處于借鑒、消化吸收與自主創(chuàng)新相結(jié)合階段,與當(dāng)今國際先進水平相比存在一定的差距,凍干食品尚未被人們廣泛地接受、在國內(nèi)市場尚不具備競爭力。

    俗話說:民以食為天。食品工業(yè)與國計民生息息相關(guān),只能越發(fā)展越進步,越發(fā)展越講科學(xué)。功能食品、營養(yǎng)食品、保健食品、方便食品以及兒童食品等,能夠滿足人們不斷增長的物質(zhì)生活需要的新型食品的發(fā)展都離不開凍干技術(shù)。因此,食品真空冷凍干燥技術(shù)必將成為21世紀(jì)的重要應(yīng)用技術(shù)。