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冷冻干燥

更新时间:2023-04-28   点击次数:688次

冷冻干燥

  •   冷冻干燥技术是指在低温下将药品溶液冻结,然后在真空条件下升华干燥,除去冰晶(祛除水分),升华结束后再进行解吸(解析)干燥,除去部分结合水的方法。

    冷冻干燥技术的历史

      1813年,英国的华莱斯顿(Wol-laston)发明了真空冷冻干燥技术;

      1890年Altman在制作显微镜下观察的组织和细胞切片时,为了保持原来的成分又不使样品变形,使用了该技术,从而创建了生物制品的冷冻干燥技术;

      1909年沙克尔(Shackell)用冻干技术对抗毒素、菌种、狂犬病毒及其他生物制品进行了冻干保存,目的是使制品易于储藏并且避免蛋白样品的高温变性;

      1935年,冻干技术引起了各国学者的重视,学者们改进了冻干技术,在冻干过程中采用强制加热,加快了冻干过程;

      1940年,采用该项技术来保存青霉素及血浆,推动了该项技术的应用。二战之后冻干技术应用于商业生产,如冻干菌种、培养基、荷尔蒙、维生素、人血浆及药品等,使真空冷冻干燥技术开始真正应用于医药生物工业中。

      1950年代后,各种形式的冷冻干燥设备相继出现,技术进一步得到提高。

    冷冻干燥原理

      根据热力学中的相平衡理论,水的三相点(汽、液、固三相共存)温度为0.0098℃,三相点压力为609.3pa(4.57mm/mg)在水的相变过程中,当压力低于三相点压力时,固态冰可以直接转化为气态的水蒸气即冰晶升华。

      冷冻干燥即是把含有大量水的物质预先冷冻,使物质中的游离水结晶,冻结成固体,泳后在高真空条件下使物质中的冰晶升华,待冰晶升华后再除去物质中部分吸附水,Z终得到残余水量为1-4%左右的干制品。

    冷冻干燥技术的特点

      1、在食品冷冻干燥的过程中必须要将温度控制在零下40℃到零上55℃这一范围之内,同时在加工的过程中必须要使得周围的环境处于高真空的状态,所以这种加工方式对热敏感度高和非常容易出现氧化问题的食品加工当中,它在保留了食品自身味道的同时也使得事物的营养成分得到了很好的保护。

      2、干燥之后的产品不会失去原有的骨架结构,可以*大程度的保持材料原有的形状。

      3、冷冻干燥技术加工出来的食品具有多孔的结构,所以它具有很好的复水性,同时其溶于水的速度也非常快,在这样的情况下食物的新鲜程度也有了很好的保障。

      4、在升华的过程中可以让溶于水的物质顺利的析出,这样也有效的防止了其他干燥方法因为物料内部的水分向物质表面转移而使得养分和无机盐大量流失,可以在*大程度上保持物质的营养成分。

      5、冷冻干燥食品在生产的过程中采用的是真空或者是冲氮包装,同时还可以在避光的条件下进行保存,所以这类物质保质期可以长达五年,和速冻食品相比,不需要运输存储,这种加工方法可以十分有效的提高产品的质量。

    冷冻干燥工艺流程

      在食品加工中采用冷冻干燥技术,主要经过四个流程,分别是前期处理、速冻、升华温度和包装。

      1、加工食品的前期处理

      采用冷冻干燥技术需要对加工食品进行前期处理,处理环节主要有:清洁食品、切分食品、热烫食品、对食品进行杀菌、食品抗氧化处理、甩干以及食品装盘等环节。

      在冷冻干燥食品过程中需要水槽、台案、食品甩干机、切菜仪器等加工设备。在食品加工过程中,需要注意一点,对蔬菜进行冷冻干燥处理时需要认真清理蔬菜根茎上的泥沙灰尘以及虫子,保证食品安全。在食品加工中应用冷冻干燥技术,为提高其食品加工质量,必须做好前期处理工作。

      2、食品速冻

      食品加工中,加工的食品储存在速冻库,防止食品变质。速冻库的温度是共晶点温度或比其*少低十摄氏度。食物种类繁多,不同种类的食物的共晶点的温度不同,例如水果的共晶点是零下七摄氏度,所在在冷冻水果时保持速冻库的温度为零下二十摄氏度即可。为提高食品的冷冻干燥水平,需要全面掌握各食品的共晶点温度,在了解食品的冻结温度之后,在食品加工中,要保证食品内零水分,将其冻透。

      如果在真空条件下冻结食品,食品中存有的水分会蒸发,食品容易在这种情况下变质,破坏食品安全。食品加工中应用冷冻干燥技术要注意冻结时间,一般只要两到三小时即可,在之后需要有一个小时的保温过程,保证食品冻结效果,实现食品速冻目标。

      一般来说,前期处理过的食品在加工中进行速冻,冻结速度较快,使用时间较短,食品中结晶较少,有利于维持食品的营养价值。

      3、升华温度

      对食品进行冷冻干燥处理过程中,需要升华食品温度,主要目的是为了升华食品中残存的水分。水在升华为水蒸气的过程中吸收大量的热量,因此在升华温度过程中需要加热食品,保证升华温度环节的食品安全。

      不同类型的食品所需的热量不同,主要依据食品升华的温度、加热方式决定,所以在食品升华温度这一环节要注意其温度要低于食品的崩解温度,同时要加快速冻食品的升华干燥加工,在真空条件下看,一般使用辐射加热提供升华加工所需的热量。

      4、食品包装

      因为经过真空冷冻加工技术处理过的食品一般呈多孔状,组织的表面会比原来扩大一百到一百五十倍,所以和氧气接触的机会会增加,因此从低温低压下恢复至常压时,应该避免和氧气接触,若能够在纯氮气环境中进行*好。

      粉碎、包装应在相对湿度百分之三十多到百分之四十、温度零下二十五摄氏度以下的环境中进行。为保持干质食品含水量小于百分之五,包装内可辅助放入干燥剂以吸附微量的水分,包装材料应选择强度高、颜色深、不透气的材料。

    冷冻干燥技术在食品中的应用

      冷冻干燥技术在我国食品加工中应用越来越广泛,涉及食品类的冷冻干燥产品种类繁多。市场上已有的冷冻干燥产品包括蔬菜类、水果类、肉禽类、水产品类、方便食品类、饮料类、调味料类、保健食品类、食品工业原料类及其他制品。

      1、冷冻干燥果蔬脆片

      果蔬营养价值高,但是容易变质腐烂,一般都很难运输和长期贮藏,具有较强的时令性和地域性。

      随着技术的革新与发展,对果蔬进行深加工形成脱水蔬菜和冷冻干燥果蔬,将果蔬中所含过多水分脱去,而果蔬中所含叶绿素和维生素仍能保存,食用时只要将果蔬浸入清水中即可复原,并保留果蔬原来的色泽、营养和风味。冷冻干燥果蔬脆片越来越流行,据相关部门统计,我国脱水蔬菜出口量迅猛增加,尤其是在世界总产量中的比例也越来越大。

      果蔬脆片现在成为一类新型食品,目前已有的蔬菜包括番茄、辣椒、莲菜、卷心菜、香菜、香葱、洋葱、菠菜、香菇、山药、西兰花、胡萝卜、甘薯等,水果包括桂圆、香蕉、苹果、哈密瓜、草莓、菠萝、桃子、葡萄等。一些学者对冷冻干燥技术进行了研究,结果表明冷冻干燥技术能够更好地保留原材料的营养且口感较其他干燥方式更好。

      冷冻干燥果蔬不仅便于贮存、保管、运输,而且能有效调节果蔬生产淡旺季节,同时Z大限度地保留蔬菜原来的色泽、营养和风味,冷冻干燥果蔬作为新的食品种类将会越来越受到消费者的欢迎。

      2、冷冻干燥肉制品

      目前,在国内外市场上冷冻干燥肉制品已达到相当高的比例,且保持着迅猛发展的态势。这是由于冷冻干燥既提高肉制品的品质、延长产品保质期、提高干制品的档次,又可以制作即食肉制品、丰富肉制品的种类、增加肉制品附加值和销售渠道。因此,众多学者对肉制品的冷冻干燥技术进行了研究。

      在冷冻干燥肉制品中,水产品也是一项研究热点,市场上已有的水产品包括虾仁、干贝、海参、鱿鱼、甲鱼、海蛰、海菜等。

      3、冷冻干燥冲调饮品

      以糖(或不加糖)、果汁(或不加果汁)、植物抽提物及其他配料为原料,加工制成粉末状、颗粒状或块状的经冲饮用的饮料制品即为冲调饮品。例如,咖啡、茶叶等固体饮料,以及果汁、果茶、菜汁、保健茶、营养茶、营养冲剂、红绿茶等。冲调饮品结合冷冻干燥技术既营养又容易冲调,迎合了消费者在快节奏的生活中对营养健康的需求。

      由于冷冻干燥技术能Z大限度地保留原料原来的色泽、营养和风味,同时冷冻干燥冲调饮品质量轻、体积小,易于包装携带;含水量低,微生物生长受到YZ,易于保存;同时速溶性好,方便人们饮用。随着人们生活水平的不断提高,冲调饮品类将得到持续发展,也将为增强人们体质和满足人类生活需要等方面起到更加重要的作用。

      4、冷冻干燥主食

      方便主食主要包括方便面、方便米饭、方便粥、馄饨、饺子、包子等。目前,生产方便主食的干燥方法主要有热风干燥、微波干燥、微波热风干燥、冷冻干燥等。许多学者对比这几种干燥方法发现,冷冻干燥技术生产出的方便主食口感好,营养物质保持完整、复水性好,干燥效果明显*于其他干燥方法,并且由于低温操作的原因,特别适合营养强化食品的生产。

      目前,方便米饭、方便面都是比较常见的主食类,而且种类越来越丰富,而方便粥也越来越受欢迎,目前市场比较流行的粥类有银耳莲子粥、绿豆粥、小米粥、香菇粥、海鲜粥等,这些粥品多是人们日常食用的粥类,具有大众化和普遍性,更易被接受。

      5、其他冷冻干燥产品

      对于保健品而言,冷冻干燥在延长产品保质期的同时,可以Z大限度降低其活性成分和营养成分的损失。市场上已有采用冷冻干燥技术制备的保健品,如人参、鹿茸、蜂王浆、蜂蜜、花粉、冬虫夏草、天麻、三七、当归、首乌、鳖粉、甲鱼、龟类等。