國內(nèi)真空冷凍干燥技術(shù)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀

二十世紀(jì)三、四十年代，我國已有微生物學(xué)家用鹽水預(yù)凍，在蒸發(fā)器內(nèi)抽真空，用吸水劑的方法凍干菌毒種作保存用。到五十年代初期，哈爾濱、鄭州和南昌等地的獸藥廠開始生產(chǎn)凍干疫苗，并逐漸形成一定生產(chǎn)能力。六十年代開始批量生產(chǎn)凍干疫苗及凍干人血漿，并在制藥和食品工業(yè)應(yīng)用冷凍干燥技術(shù)。

1965年北京人民食品廠用英國的試驗裝置對果蔬、肉類等品種進(jìn)行凍干試驗。1967年旅大冷凍食品廠試制成一臺日產(chǎn)500Kg的凍干裝置并進(jìn)行生產(chǎn)。七十年代中期上海梅林食品廠建立了年產(chǎn)300噸的食品凍干車間。八十年代后，凍干食品在我國有了較大的發(fā)展，青島市第二食品廠，引進(jìn)了日本凍干設(shè)備生產(chǎn)凍干香蔥、姜片等用于出口。

我國在凍干設(shè)備制造方面的發(fā)展也十分迅速，1951年由武漢生物制品研究所陳疇等設(shè)計并由上海合眾機(jī)器廠（上海*冷凍機(jī)廠前身）zui先制造了一臺9m²凍干機(jī)。1972年上海醫(yī)用分析儀器廠、天津?qū)嶒瀮x器廠、南京藥械廠等仿制了一批中、小型凍干機(jī)。1975年華中科技大學(xué)林秀誠、趙鶴皋等和湖北獸醫(yī)生物藥品廠共同研制一臺大型凍干機(jī)，這是我國*臺自行設(shè)計制造的能在凍干箱內(nèi)進(jìn)行自動加塞的凍干機(jī)。

1983年上海醫(yī)械專機(jī)廠為廣西南寧獸醫(yī)生物藥廠研制成功10m²獸藥凍干機(jī)。1984年浙江縉云電子技術(shù)研究所研制了小型半導(dǎo)體凍干機(jī)，華中科技大學(xué)利用R12/R13混合工質(zhì)制冷系統(tǒng)，用單級壓縮實現(xiàn)-65℃的低溫并應(yīng)用于小型凍干機(jī)。

1998年，煙臺冰輪集團(tuán)有限公司引進(jìn)俄羅斯技術(shù)成功地研制了40m²的食品凍干機(jī)。中國科學(xué)院蘭州物理研究研發(fā)的DG系列凍干機(jī)在食品凍干設(shè)備中發(fā)展迅速，從1996年～2001年間，共生產(chǎn)了32套食品冷凍干燥機(jī)。

在目前凍干機(jī)的眾多生產(chǎn)廠家中，其中上海東富龍科技有限公司、北京松源華興科技發(fā)展有限公司、上海浦東冷凍干燥設(shè)備廠三家在國內(nèi)的凍干機(jī)*較高。

二十世紀(jì)八十年代初期，中國科技大學(xué)和天津石油化工公司利用凍干技術(shù)開發(fā)新型高比表面稀土鈣鈦礦型催化劑，是較早利用凍干機(jī)進(jìn)行納米材料制備的研究。二十世紀(jì)八十年代后期，國內(nèi)開始對食品凍干工藝的研究。華中科技大學(xué)首先進(jìn)行了大蒜凍干的實驗研究；華南理工大學(xué)對新鮮蛇肉的凍干工藝進(jìn)行研究，制訂了凍干曲線；華南理工大學(xué)對草菇凍干過程壓力循環(huán)法進(jìn)行研究，采用循環(huán)壓力法可使干燥時間縮短和節(jié)能，華南理工大學(xué)還對菠菜的凍干工藝進(jìn)行了研究。上海理工大學(xué)則進(jìn)行了蘋果、草莓凍干過程的實驗研究，比較了不同的降溫速率、真空度、加熱溫度和冷阱溫度對冷凍干燥過程的影響。此外，東北大學(xué)進(jìn)行了凍干大鼠皮膚以及凍干家兔眼角膜復(fù)水再植的試驗研究，武漢大學(xué)中國典型培養(yǎng)物保藏中心為有效保存嗜鹽古細(xì)菌，對其凍干條件進(jìn)行優(yōu)化，并研究了海藻糖對嗜鹽菌的凍干保護(hù)作用。

隨著生活水平的不斷提高，人們對消費品的品質(zhì)將提出更高的要求，環(huán)保意識、健康意識在進(jìn)一步加強(qiáng)，對于各類藥品、保健品及凍干食品的需求將越來越大。而為不斷滿足各類藥品，生物保健品，凍干食品以及固體微粉制備的需要，特別是生物工程的發(fā)展又將帶來研制新藥和生物類藥物的新高潮，這一切都將有力地推動真空冷凍干燥技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，使其應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大、應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。

冷凍干燥的原理
真空冷凍干燥是先將濕料凍結(jié)到共晶點溫度以下,使水分變成固態(tài)的冰,然后在較高的真空度下,使冰直接升華為水蒸氣,再用真空系統(tǒng)中的水汽凝結(jié)器將水蒸氣冷凝,從而獲得干燥制品的技術(shù)。干燥過程是水的物態(tài)變化和移動的過程。這種變化和移動發(fā)生在低溫低壓下。因此，真空冷凍干燥的基本原理就是低溫低壓下傳質(zhì)傳熱的機(jī)理。

冷凍干燥的優(yōu)點
（1）  冷凍干燥在低溫下進(jìn)行，因此在對于許多熱敏性的物質(zhì)特別適用。如蛋白質(zhì)、微生物之類，不會發(fā)生變性或失去生物活力。
（2）  在凍干過程中，微生物的生長和酶的作用無法進(jìn)行。因此能保持原來的性狀。
（3）  在低溫下干燥時，物質(zhì)中的一些揮發(fā)性成份和受熱變性的營養(yǎng)成分損失很小，適合一些化學(xué)制品、藥品和食品的干燥。
（4）  由于在凍結(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行干燥，因此制品的體積、形狀幾乎不變，保持了原來的結(jié)構(gòu)，不會發(fā)生濃縮現(xiàn)象。干燥后的物質(zhì)疏松多孔，呈海綿狀，加水后溶解迅速而*，幾乎立即恢復(fù)原來的性狀。
（5）  在真空下進(jìn)行干燥，物料處于高度缺氧狀態(tài)下，容易氧化的物質(zhì)得到了保護(hù)。
（6）  干燥能排除95-99%以上的水份，使干燥后產(chǎn)品能長期保存而不變質(zhì)。
 

凍干食品的特點：

1、冷干食品zui大限度地保留了新鮮食品的營養(yǎng)成分及色、香、味。凍干食品的干燥是在低溫和真空狀態(tài)下進(jìn)行的，使一些熱敏性和極易氧化物質(zhì)的損失大大減少，zui大限度地保留了食品中的各種營養(yǎng)成分。

2、凍干食品不失原有食品的骨架結(jié)構(gòu)，保持了食品原有的形態(tài)。

3、復(fù)水性能好，更接近新鮮食品品質(zhì)。

4、無一般干燥方法帶來的表面硬化問題。

5、易于儲藏、運輸。

凍干食品的種類：

任何食品都可以進(jìn)行凍干加工，但是，由于凍干食品生產(chǎn)成本高，目前凍干食品還主要局限在食品?，F(xiàn)可將凍干食品大致分為以下幾類：

1、果蔬類凍干食品：如菠蘿、番茄、胡蘿卜、蔥、蒜、蘋果、草莓、水蜜桃等。

2、禽肉類凍干食品：如豬肉、牛肉、雞肉、兔肉等。

3、水產(chǎn)品類凍干食品：如蝦、魚、海參、干貝、海帶、紫菜等。

4、調(diào)味品類凍干食品：如果醬、湯料、調(diào)理料及香料等。

5、方便食品及其他：如宇航食品、jun用食品、旅游食品、茶葉、咖啡等。
 

冷凍干燥食品生產(chǎn)工藝:

（一）前處理

1、果蔬類食品的前處理  

2、肉類食品的前處理

3、液態(tài)、糊狀食品的前處理：主要包括殺菌、濃縮、制粒、添加抗氧化和抗結(jié)塊的制劑等過程。
 

（二）預(yù)凍

凍結(jié)速率對于凍干食品的質(zhì)量和干燥時間影響較大。凍結(jié)速率快，食品內(nèi)形成的冰結(jié)晶細(xì)小，分布均勻，對食品的損傷小，干燥后能夠較好地反映出食品原來的組織結(jié)構(gòu)和性能。但是，小的冰結(jié)晶升華后留下的空隙也小，升華產(chǎn)生的水蒸氣逸出的通道也就狹小，阻力大，造成食品干燥速度減慢。

選擇一個*的凍結(jié)速率，能夠在保證食品質(zhì)量的情況下耗能zui小。

（三）升華干燥

1、凍干機(jī)的裝載量   濕重裝載量，它是決定凍干時間的重要因素。

2、干燥溫度  溫度的控制原則是不引起被干燥食品內(nèi)冰結(jié)晶的融化。

 冷凍干燥對食品品質(zhì)、營養(yǎng)成分的影響：

（一）貯藏期

凍干食品脫去了絕大部分水分（一般水分含量多在1.0%-2.0%之間）

一般凍干食品在常溫下通常可以保存2年，如果用鐵罐包裝，可以保存更長時間。
 

（二）風(fēng)味

食品中揮發(fā)性芳香物質(zhì)的損失明顯低于熱風(fēng)干燥時的損失量

（三）色澤

產(chǎn)品受氧氣的影響很小，各種滑雪反應(yīng)很少發(fā)生，所以由于食品直接被氧化或發(fā)生酶促反應(yīng)導(dǎo)致食品褐變、褪色的機(jī)會比較少。食品在凍干過程中可能發(fā)生非酶褐變

褐變的速度主要取決于干燥的溫度和食品中殘存的水分

總的來說，凍干食品的色澤要較其他干燥方法生產(chǎn)的產(chǎn)品色澤好

（四）體積質(zhì)量

脫水呈現(xiàn)多孔狀結(jié)構(gòu)，組織表面積比原來增大100-150倍，

所以凍干食品的體積質(zhì)量非常小，絕大多數(shù)都小于1