宠物食品真空冷冻干燥技术及设备讨论

真空冷冻干燥技术是将含有水分的物料预先冻结成固体，然后在真空状态下从冰晶状态直接升华为水蒸气的一种干燥方法，即利用冰晶升华的原理，在高度真空的环境下，将食品物料的水分直接从冰固体升华为蒸汽。真空冷冻干燥工艺能够保留食品原有营养成分、颜色和味道，便于运输和储藏且复水性好。

真空冷冻干燥技术的基本原理及流程

1.基本原理

水有可以相互转换和共存固液气三种相态，真空冷冻干燥技术基本原理是基于三种相态的变化。水、冰和水蒸气在温度和水蒸气压分别为0.0098℃和610.5Pa(三相点)时可共存且相互平衡，冰在三相点以下时可由固相直接升华为气相。在高真空状态下，利用升华原理不经过冰的融化，直接将预先冻结食品中的水分转变为水蒸气而被除去，达到冷冻干燥的目的。

2.基本流程

前处理、预冻、速冻、真空脱水干燥、后处理为真空冷冻干燥食品加工工艺的基本流程，这是一个循序渐进的过程。

前处理。为清除杂质，便于升华干燥，应对固态食品原料进行选料、清洗、切分、烫漂、装盘等预处理；真空低温浓缩或冷冻浓缩是对液态食品原料的预处理方法。

预冻。影响产品质量，预冻食品物料的温度、时间和速度应合理掌握。一般将低于物料共熔点5~10℃左右作为预冻温度，预冻时间应充分(低于共熔点温度后约2h)，预冻速度应由实验确定，一般控制在每分钟下降1~4℃为宜。

速冻。要求冻结速度快冻结时间短，终了温度在-30℃左右，终了中心温度在共晶点以下，这可迅速固化食品中的水分，减轻机械损坏细胞的程度，避免蛋白质变质，使冻干食品形态与冻干前相同，避免抽真空时出现的起泡、收缩、浓缩等现象。

真空脱水干燥。食品物料冻结后要迅速进行升华干燥，即在真空条件下食品吸热并及时供给热能维持升华温度，使食品中的冰晶转化为水蒸气从其表面逸出；升华干燥后要提高温度至45℃左右进行解析干燥，当料温与板温趋于一致时可结束干燥过程，这可清除食品中少量较牢固的结合水，达到成品水分含量。整个过程约需8~9h。

后处理。出仓时机为仓内真空度达到大气压力，出仓后立即检查、称量并采用真空或充氮包装干燥后的食品，避免吸收大量的水分和氧气。包装时，应选用密闭性好、强度高、颜色深的包装材料，其中防治干燥剂，维持干制食品含水量在5%以下。

真空冷冻干燥技术的强化

1.高压电场真空冷冻联合干燥技术

高压电场相关的干燥技术有设备成本投入低、干燥过程能够保持物料温度的特点，很大程度上留存了食物的营养成分。唯一缺点是后期的干燥速度比较慢。与传统的干燥技术相比，将产品在高压电场中进行预先处理，完全可以有效节约后续干燥时间。这提升了干燥速度，还增强了食物细胞的通透性。高压电场真空冷冻联合干燥技术还有节能的效用，解决了传统干燥技术的缺点。

2.热风真空冷冻联合干燥技术

热风真空干燥技术拥有成本低、产量高的特点。相关原理是通过空气中的热量将食物中水分进行蒸发，从而达到食品干燥的目的。

该技术也有一定的缺点，干燥的时间比较长，无法保障食物的质量。比如，用冷冻热风联合干燥技术对黄瓜和南瓜干燥后发现，相对于单一热风冷冻干燥技术，联合技术可减少食物中营养素流失。在确保食物质量的方面，冷冻热风联合干燥工艺也更胜一筹，不仅能够降低产品的消耗，还能提高生产质量。

3.改变干燥室压力，提高已干层的导热性

在升华干燥的过程中，如果将加热板的热量迅速传递到升华表面,让该界面的温度接近又稍微低于共熔点，这样的方法会使升华过程得到强化。已干层的导热性能其实就是热量是否能够迅速传递到升华表面的主要因素。在常温和常压的情况下，气体导热性与压力之间关系很小，但在压力相当低的情况下，气体稀薄会使导热系数随压力的降低而降低。在操作中，想要强化已干层中的气体导热性能，对于提高干燥室压力是有益处的。此外，气体导热性与气体之间的扩散能力也密切相关，气体扩散的能力强，就表明其导热性能更好。

宠物食品的真空冷冻干燥设备

1.宠物食品企业选择真空冷冻干燥设备的要求

a.能否达到用户要求的冻干食品残余含水率要求。影响残余含水率的主要因素是冻干设备能达到的工作真空度，这个指标是由冷阱工作能力和真空机组性能共同决定的。

b.设备生产率。以单位时间内的脱水量(原料加工量或冻干制品产量)表示。影响冻干设备生产率的因素非常复杂，比如:原料初始含水率、冻干产品残余含水率、工作真空度、食品最高允许温度等等。一般设备供应商只能给出几种常见产品的生产率，而不保证设备的具体产量指标。

c.设备均匀性指标。以每批度品重量占产品总重量的百分比衡量。一般设备只给出加热板湿度均匀性，当然加热板温度均匀是保证物料干懆均匀的必要条件；但是加热板温度均匀不能保证被干燥物料受热均匀，而且物料干燥均匀与否与很多因素有关，如:托盘装料均匀性、真空管道位置、冷阱位置、托盘位置等等，实际干燥均匀性只能通过实验测得。

d.设备运行能耗指标，以每公斤脱水量消耗能量(电能、蒸汽)计算。该指标直接影响冻干食品生产成本，也是冻干设备设计合理性和冻干工艺先进性的标志。

e.单位时间最大水蒸气升华量，该指标对干燥速率有很大影响，是衡量加热系统能力、冷阱工作能力的指标。

2.真空冷冻干燥设备的价格

宠物食品冷冻干燥机有小型宠物食品冷冻干燥机，中型生产冷冻干燥机，大型生产冷冻干燥机等。其中小型宠物食品冷冻干燥机用于产品实验冻干和小型家用冻干，按处理量如1KG~10KG等要求不等价格在2万~15万人民币左右；中型生产冻干机主要处理量为50~1000KG左右的冷冻干燥机设备，价格分别在40~230万之间，具体看配置和功能要求确定价差。大型的处理量在1000KG以上的低温冷冻干燥机设备机型，最大是冻干宠物食品原料3000KG的真空冻干机。根据用户选择辐射型冷冻干燥机和接触式冷冻干燥机，价格有所不一，基本在450万左右。

影响宠物食品冷冻干燥设备价格包括：冷冻干燥机的箱体、隔板、冷凝器、物料盘等材质、冷冻干燥机的压缩机组、真空泵机组、电控系统的匹配和性能要求，这些选择直接影响生产宠物食品的冻干品质，和冷冻干燥机设备运行稳定性。

部分来源：张婷婷《真空冷冻干燥食品加工工艺的研究》，仅用于学习交流用！