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冷凍干燥

閱讀:1180        發(fā)布時間:2023-4-28

冷凍干燥

  •   冷凍干燥技術(shù)是指在低溫下將藥品溶液凍結(jié),然后在真空條件下升華干燥,除去冰晶(祛除水分),升華結(jié)束后再進(jìn)行解吸(解析)干燥,除去部分結(jié)合水的方法。

    冷凍干燥技術(shù)的歷史

      1813年,英國的華萊斯頓(Wol-laston)發(fā)明了真空冷凍干燥技術(shù);

      1890年Altman在制作顯微鏡下觀察的組織和細(xì)胞切片時,為了保持原來的成分又不使樣品變形,使用了該技術(shù),從而創(chuàng)建了生物制品的冷凍干燥技術(shù);

      1909年沙克爾(Shackell)用凍干技術(shù)對抗毒素、菌種、狂犬病毒及其他生物制品進(jìn)行了凍干保存,目的是使制品易于儲藏并且避免蛋白樣品的高溫變性;

      1935年,凍干技術(shù)引起了各國學(xué)者的重視,學(xué)者們改進(jìn)了凍干技術(shù),在凍干過程中采用強(qiáng)制加熱,加快了凍干過程;

      1940年,采用該項(xiàng)技術(shù)來保存青霉素及血漿,推動了該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。二戰(zhàn)之后凍干技術(shù)應(yīng)用于商業(yè)生產(chǎn),如凍干菌種、培養(yǎng)基、荷爾蒙、維生素、人血漿及藥品等,使真空冷凍干燥技術(shù)開始真正應(yīng)用于醫(yī)藥生物工業(yè)中。

      1950年代后,各種形式的冷凍干燥設(shè)備相繼出現(xiàn),技術(shù)進(jìn)一步得到提高。

    冷凍干燥原理

      根據(jù)熱力學(xué)中的相平衡理論,水的三相點(diǎn)(汽、液、固三相共存)溫度為0.0098℃,三相點(diǎn)壓力為609.3pa(4.57mm/mg)在水的相變過程中,當(dāng)壓力低于三相點(diǎn)壓力時,固態(tài)冰可以直接轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的水蒸氣即冰晶升華。

      冷凍干燥即是把含有大量水的物質(zhì)預(yù)先冷凍,使物質(zhì)中的游離水結(jié)晶,凍結(jié)成固體,泳后在高真空條件下使物質(zhì)中的冰晶升華,待冰晶升華后再除去物質(zhì)中部分吸附水,Z終得到殘余水量為1-4%左右的干制品。

    冷凍干燥技術(shù)的特點(diǎn)

      1、在食品冷凍干燥的過程中必須要將溫度控制在零下40℃到零上55℃這一范圍之內(nèi),同時在加工的過程中必須要使得周圍的環(huán)境處于高真空的狀態(tài),所以這種加工方式對熱敏感度高和非常容易出現(xiàn)氧化問題的食品加工當(dāng)中,它在保留了食品自身味道的同時也使得事物的營養(yǎng)成分得到了很好的保護(hù)。

      2、干燥之后的產(chǎn)品不會失去原有的骨架結(jié)構(gòu),可以*大程度的保持材料原有的形狀。

      3、冷凍干燥技術(shù)加工出來的食品具有多孔的結(jié)構(gòu),所以它具有很好的復(fù)水性,同時其溶于水的速度也非???,在這樣的情況下食物的新鮮程度也有了很好的保障。

      4、在升華的過程中可以讓溶于水的物質(zhì)順利的析出,這樣也有效的防止了其他干燥方法因?yàn)槲锪蟽?nèi)部的水分向物質(zhì)表面轉(zhuǎn)移而使得養(yǎng)分和無機(jī)鹽大量流失,可以在*大程度上保持物質(zhì)的營養(yǎng)成分。

      5、冷凍干燥食品在生產(chǎn)的過程中采用的是真空或者是沖氮包裝,同時還可以在避光的條件下進(jìn)行保存,所以這類物質(zhì)保質(zhì)期可以長達(dá)五年,和速凍食品相比,不需要運(yùn)輸存儲,這種加工方法可以十分有效的提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

    冷凍干燥工藝流程

      在食品加工中采用冷凍干燥技術(shù),主要經(jīng)過四個流程,分別是前期處理、速凍、升華溫度和包裝。

      1、加工食品的前期處理

      采用冷凍干燥技術(shù)需要對加工食品進(jìn)行前期處理,處理環(huán)節(jié)主要有:清潔食品、切分食品、熱燙食品、對食品進(jìn)行殺菌、食品抗氧化處理、甩干以及食品裝盤等環(huán)節(jié)。

      在冷凍干燥食品過程中需要水槽、臺案、食品甩干機(jī)、切菜儀器等加工設(shè)備。在食品加工過程中,需要注意一點(diǎn),對蔬菜進(jìn)行冷凍干燥處理時需要認(rèn)真清理蔬菜根莖上的泥沙灰塵以及蟲子,保證食品安全。在食品加工中應(yīng)用冷凍干燥技術(shù),為提高其食品加工質(zhì)量,必須做好前期處理工作。

      2、食品速凍

      食品加工中,加工的食品儲存在速凍庫,防止食品變質(zhì)。速凍庫的溫度是共晶點(diǎn)溫度或比其*少低十?dāng)z氏度。食物種類繁多,不同種類的食物的共晶點(diǎn)的溫度不同,例如水果的共晶點(diǎn)是零下七攝氏度,所在在冷凍水果時保持速凍庫的溫度為零下二十?dāng)z氏度即可。為提高食品的冷凍干燥水平,需要全面掌握各食品的共晶點(diǎn)溫度,在了解食品的凍結(jié)溫度之后,在食品加工中,要保證食品內(nèi)零水分,將其凍透。

      如果在真空條件下凍結(jié)食品,食品中存有的水分會蒸發(fā),食品容易在這種情況下變質(zhì),破壞食品安全。食品加工中應(yīng)用冷凍干燥技術(shù)要注意凍結(jié)時間,一般只要兩到三小時即可,在之后需要有一個小時的保溫過程,保證食品凍結(jié)效果,實(shí)現(xiàn)食品速凍目標(biāo)。

      一般來說,前期處理過的食品在加工中進(jìn)行速凍,凍結(jié)速度較快,使用時間較短,食品中結(jié)晶較少,有利于維持食品的營養(yǎng)價值。

      3、升華溫度

      對食品進(jìn)行冷凍干燥處理過程中,需要升華食品溫度,主要目的是為了升華食品中殘存的水分。水在升華為水蒸氣的過程中吸收大量的熱量,因此在升華溫度過程中需要加熱食品,保證升華溫度環(huán)節(jié)的食品安全。

      不同類型的食品所需的熱量不同,主要依據(jù)食品升華的溫度、加熱方式?jīng)Q定,所以在食品升華溫度這一環(huán)節(jié)要注意其溫度要低于食品的崩解溫度,同時要加快速凍食品的升華干燥加工,在真空條件下看,一般使用輻射加熱提供升華加工所需的熱量。

      4、食品包裝

      因?yàn)榻?jīng)過真空冷凍加工技術(shù)處理過的食品一般呈多孔狀,組織的表面會比原來擴(kuò)大一百到一百五十倍,所以和氧氣接觸的機(jī)會會增加,因此從低溫低壓下恢復(fù)至常壓時,應(yīng)該避免和氧氣接觸,若能夠在純氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行*好。

      粉碎、包裝應(yīng)在相對濕度百分之三十多到百分之四十、溫度零下二十五攝氏度以下的環(huán)境中進(jìn)行。為保持干質(zhì)食品含水量小于百分之五,包裝內(nèi)可輔助放入干燥劑以吸附微量的水分,包裝材料應(yīng)選擇強(qiáng)度高、顏色深、不透氣的材料。

    冷凍干燥技術(shù)在食品中的應(yīng)用

      冷凍干燥技術(shù)在我國食品加工中應(yīng)用越來越廣泛,涉及食品類的冷凍干燥產(chǎn)品種類繁多。市場上已有的冷凍干燥產(chǎn)品包括蔬菜類、水果類、肉禽類、水產(chǎn)品類、方便食品類、飲料類、調(diào)味料類、保健食品類、食品工業(yè)原料類及其他制品。

      1、冷凍干燥果蔬脆片

      果蔬營養(yǎng)價值高,但是容易變質(zhì)腐爛,一般都很難運(yùn)輸和長期貯藏,具有較強(qiáng)的時令性和地域性。

      隨著技術(shù)的革新與發(fā)展,對果蔬進(jìn)行深加工形成脫水蔬菜和冷凍干燥果蔬,將果蔬中所含過多水分脫去,而果蔬中所含葉綠素和維生素仍能保存,食用時只要將果蔬浸入清水中即可復(fù)原,并保留果蔬原來的色澤、營養(yǎng)和風(fēng)味。冷凍干燥果蔬脆片越來越流行,據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計,我國脫水蔬菜出口量迅猛增加,尤其是在世界總產(chǎn)量中的比例也越來越大。

      果蔬脆片現(xiàn)在成為一類新型食品,目前已有的蔬菜包括番茄、辣椒、蓮菜、卷心菜、香菜、香蔥、洋蔥、菠菜、香菇、山藥、西蘭花、胡蘿卜、甘薯等,水果包括桂圓、香蕉、蘋果、哈密瓜、草莓、菠蘿、桃子、葡萄等。一些學(xué)者對冷凍干燥技術(shù)進(jìn)行了研究,結(jié)果表明冷凍干燥技術(shù)能夠更好地保留原材料的營養(yǎng)且口感較其他干燥方式更好。

      冷凍干燥果蔬不僅便于貯存、保管、運(yùn)輸,而且能有效調(diào)節(jié)果蔬生產(chǎn)淡旺季節(jié),同時Z大限度地保留蔬菜原來的色澤、營養(yǎng)和風(fēng)味,冷凍干燥果蔬作為新的食品種類將會越來越受到消費(fèi)者的歡迎。

      2、冷凍干燥肉制品

      目前,在國內(nèi)外市場上冷凍干燥肉制品已達(dá)到相當(dāng)高的比例,且保持著迅猛發(fā)展的態(tài)勢。這是由于冷凍干燥既提高肉制品的品質(zhì)、延長產(chǎn)品保質(zhì)期、提高干制品的檔次,又可以制作即食肉制品、豐富肉制品的種類、增加肉制品附加值和銷售渠道。因此,眾多學(xué)者對肉制品的冷凍干燥技術(shù)進(jìn)行了研究。

      在冷凍干燥肉制品中,水產(chǎn)品也是一項(xiàng)研究熱點(diǎn),市場上已有的水產(chǎn)品包括蝦仁、干貝、海參、魷魚、甲魚、海蟄、海菜等。

      3、冷凍干燥沖調(diào)飲品

      以糖(或不加糖)、果汁(或不加果汁)、植物抽提物及其他配料為原料,加工制成粉末狀、顆粒狀或塊狀的經(jīng)沖飲用的飲料制品即為沖調(diào)飲品。例如,咖啡、茶葉等固體飲料,以及果汁、果茶、菜汁、保健茶、營養(yǎng)茶、營養(yǎng)沖劑、紅綠茶等。沖調(diào)飲品結(jié)合冷凍干燥技術(shù)既營養(yǎng)又容易沖調(diào),迎合了消費(fèi)者在快節(jié)奏的生活中對營養(yǎng)健康的需求。

      由于冷凍干燥技術(shù)能Z大限度地保留原料原來的色澤、營養(yǎng)和風(fēng)味,同時冷凍干燥沖調(diào)飲品質(zhì)量輕、體積小,易于包裝攜帶;含水量低,微生物生長受到Y(jié)Z,易于保存;同時速溶性好,方便人們飲用。隨著人們生活水平的不斷提高,沖調(diào)飲品類將得到持續(xù)發(fā)展,也將為增強(qiáng)人們體質(zhì)和滿足人類生活需要等方面起到更加重要的作用。

      4、冷凍干燥主食

      方便主食主要包括方便面、方便米飯、方便粥、餛飩、餃子、包子等。目前,生產(chǎn)方便主食的干燥方法主要有熱風(fēng)干燥、微波干燥、微波熱風(fēng)干燥、冷凍干燥等。許多學(xué)者對比這幾種干燥方法發(fā)現(xiàn),冷凍干燥技術(shù)生產(chǎn)出的方便主食口感好,營養(yǎng)物質(zhì)保持完整、復(fù)水性好,干燥效果明顯*于其他干燥方法,并且由于低溫操作的原因,特別適合營養(yǎng)強(qiáng)化食品的生產(chǎn)。

      目前,方便米飯、方便面都是比較常見的主食類,而且種類越來越豐富,而方便粥也越來越受歡迎,目前市場比較流行的粥類有銀耳蓮子粥、綠豆粥、小米粥、香菇粥、海鮮粥等,這些粥品多是人們?nèi)粘J秤玫闹囝?,具有大眾化和普遍性,更易被接受?/span>

      5、其他冷凍干燥產(chǎn)品

      對于保健品而言,冷凍干燥在延長產(chǎn)品保質(zhì)期的同時,可以Z大限度降低其活性成分和營養(yǎng)成分的損失。市場上已有采用冷凍干燥技術(shù)制備的保健品,如人參、鹿茸、蜂王漿、蜂蜜、花粉、冬蟲夏草、天麻、三七、當(dāng)歸、首烏、鱉粉、甲魚、龜類等。


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