四环冻干——果蔬真空冷冻干燥工艺与技术（一）

  由于冻干食品避免了传统脱水技术方法带来的变色、变味、营养成分损失大、复水性差等缺陷，具有保持原食品形、色、香、味、营养不变、复水性好、重量轻、可常温贮藏等优点。因此，冻干食品在国际市场的价格是热风干燥食品4～6倍，是速冻食品7～8倍。它在登山、航海、探险、军队野战等特殊场合中具有无法替代的地位，也是宇航员在太空中的主要食品。 （北京四环福瑞科仪）

  冻干食品在一些发达工业国家已达到相当高的普及水平，美国、日本冻干食品的比重已达到40%以上。椐有关部门统计，目前，美国每年消费冻干食品500万t，日本160万t，法国150万t，其他几个国家也很可观。日本每年约需花1000亿日圆进口冻干食品，香港、新加坡和南韩每年进口冻干食品达500亿日元。日本、美国及欧洲等每年约需冻干大蒜粉6000t，可见冻干食品的国际市场之大。

  随着我们国家的经济的可持续发展和人民生活水平的逐步的提升，人们对食品安全质量的要求慢慢的升高，特别是对高质量的婴幼儿食品和保健食品的需求量飞速增加。另外，我国旅游、探险、航海事业必将有大的发展，同时高档餐饮业的迅速崛起、我们正常的生活节奏的加快，都对方便即食食品的需求量慢慢的变大。因此，发展冻干食品具有广阔的国际、国内市场。

  与其它干燥方法一样，要维持升华干燥的不断进行，一定要满足两个门槛，即热量的不断供给和生成蒸汽的不断排除。在开始阶段，如果物料温度相比来说较高，升华所需要的潜热可取自物料本身的显热。但随着升华的进行，物料温度很快就降到与干燥室蒸汽分压相平衡的温度，此时，若没有外界供热，升华干燥便停止进行。在外界供热的情况下，升华所生成的蒸汽如果不及时排除，蒸汽分压就会升高，物料温度也随之升高，当达到物料的冻结点时，物料中的冰晶就会融化，冷冻干燥也就没有办法进行了。

  供给热量的过程是一个传热过程，排除蒸汽的过程是一个传质的过程，因此，升华干燥过程实质上是一个传热、传质一起进行的过程。自然界中所发生的任何过程都有驱动力，升华干燥中的传热驱动力为热源与升华界面之间的温差，而传质驱动力为升华界面与蒸汽捕集器（或冷阱）之间的蒸汽分压差。温差愈大，传热速率愈快；蒸汽分压差愈大，传质（即蒸汽排除）速率愈快。

  冻干时，既要保持产品的优良品质，又要取得较快的干燥速率。升华所需要的潜热必须由热源通过外界传热过程传送到燥物料的表面，然后再通过内部传热过程传送到物料内冰升华的实际发生处。所产生的水蒸气一定要通过内部传质过程到达物料的表面，再通过外部传质过程转移到蒸汽捕集器（冷阱）中。任何一个过程或几个过程一起都有几率会成为干燥过程的“瓶颈”，它取决于冻干设备的设计、操作条件以及燥物料的特征。只有同时提高传热、传质效率，增加单位体积冻干物料的表面积，才能取得更快的干燥速率。

  在冰晶的升华过程中，每升华1g冰晶约需吸收2822.4J的热量，假如没有热量来源，冰晶升华时将会从制品中吸热，亦即通过降品的温度来维持升华所必须的热能，当制品的温度降低后，其冰晶饱和蒸汽压亦降低，当降低到与环境中绝对压力相等时，升华亦即停止，因此，冻干过程中，必须给制品施加热能，但是，要在真空环境中传输热能，也不是一件容易的事情，为此，人们设计出下列种种加热方式：

  ①接触传热方式 这是一种最简单的加热方法，在干燥室内设置可加热的多层搁板，上面放置装有燥食品的干燥盘。利用干燥盘与搁板接触传导加热。在这种情况下。加热搁板与干燥盘，干燥盘与干燥食品间不能完全良好地接触，因此利用这中办法来进行加热时，干燥时间多少较其它方法长些，但其优点是干燥是构造简单，并可充分利用空间。

  ②复式加热方式 接触传导仅加热食品的一面，而在本法中燥的食品两面都与加热板接触，因此传热良好而可缩短干燥时间，所采用的方式将燥食品在与加热板接触前，先以金属网状铝板夹住，以打开升华时水蒸汽的通道并减少其阻力，然后用移动搁板，使之与网状铝板接触，此法优点是可缩短干燥时间，但为能与上搁板接触，搁板必须是活动的，因此必须使用电动装置，而导致构造复杂，并降低干燥室的利用率，故设备费用高昂，此外，对非平面而不定形燥食品，则有不能充分发挥效果的缺点。

  ③有异形板加热方式 这是上述复式加热方式的变形，此法是利用装有多个异性加热板将燥食品夹在中间以加热，这种方式的加热接触面积扩大到燥食品的内部，因而能有效地进行热供给，利用此方式，干燥时间可大幅度缩短，这正是被希望的方式，但相反的是，大量处理燥食品时，干燥前与干燥后的操作繁杂，需要人力与时间，另外还涉及卫生的问题，因此在实用规模装置上几乎都不采用。

  ④辐射加热方式 此种方式是将被加热干燥的食品置于干燥盘或干燥网上，然后插入两片加热板之间，使之不与加热板接触，而由加热板辐射来供给热量，因此加热板可加热到容许温度以上的高温，而燥食品的温度则保持在容许温度之内，这样做才能够缩短干燥时间，且燥食品的形状若不是定型时也不会有所防碍。干燥前后的操作也很容易，特别是在大型连续干燥装置中更加有效，已经设计出适当的控制方式，并提高加热板的辐射能转换效率，其干燥时间已缩短至可以与复式加热相匹敌的程度，因此，该加热方式已演变成冻干食品设备的基本形式。

  ⑤微波加热方式 微波照射能使不一样的形状的食品内外都得到加热，快速缩短干燥时间（约10%～20%）。此外，干燥室的利用率也较高。尽管微波加热有着非常明显的优点，但是到目前为止还没有在工业上成功的例子。这是因为产生微波形式的能量是昂贵的，其费用为蒸汽费用的10～20倍。另外，微波加热过程很难控制。如果供热量有余，会导致升华界面有少量冰融化，而水的介电常数比冰的介电常数大得多，水将吸收更多的热量使温度上升而使更多的冰融化，最后导致干燥失败。

  ⑥红外线加热 在干燥室安装红外线发生器产生红外线辐射。但由于其维持费用相当高，故很少应用于冷冻干燥食品方面。

  综上所述，各种加热方法各有其特点。人们在不断认识冻干过程本质的基础上，探索出了多种加热、辐射的组合，如传导-辐射加热法、传导-微波加热法、辐射-微波加热法等。其目的都是期望能在保证产品质量的前提下，提高干燥速率，降低能耗。