干燥技术在果蔬加工中的应用2023-09-12

随着中国食品加工行业的不断发展与进步,干燥技术的应用越来越广泛,特别是在果蔬加工中,干燥技术可以让果蔬中的多余水分快速蒸发,以达到快速锁鲜、保证质量的目的,并将新鲜果蔬制作成果干、蔬菜干,因此具有比较广泛的应用市场。本文介绍了果蔬加工中的几种干燥技术,并分析了它们在果蔬加工中的具体应用和效果。

一、热泵干燥技术在果蔬加工中的应用

1. 热泵干燥技术的原理。

热泵干燥技术主要是通过热泵操作使室内湿热空气中的水分达到干燥水平,再对除湿后的空气重新加热。通过热泵对物料进行干燥,可以充分利用水蒸汽的蒸发潜能来减少能源损失,既不需要对外排除湿空气,也不需要补充新鲜空气,还能防止因为换气而带来的物料污染问题,因此比较适用于食品、药品等物料的干燥处理。热泵干燥需要的温度比较低,一般在20℃-80℃,而且相比于其他干燥设备,投资更少,功率消耗也很低,因此是一种高效节能的干燥技术,在目前的工业和食品干燥加工过程中得到了普遍应用。

热泵主要利用高位能让热量从低位热源向高位热源装置进行转移,热泵干燥技术原理如图1所示。热泵机的主要组成部分包括蒸发器、冷凝器、压缩机、干燥室等,在具体的运作过程中,压缩机会提升气态热泵工质的温度和压力,在冷凝器放热冷凝成液态后,由液态热泵工质进行膨胀处理,再在蒸发器中吸热蒸发后转化成低压低温的气态,气态的热泵工质进入压缩机后就完成了热泵工质闭路循环。此外,经冷凝器加热的干空气在进入干燥室后,干燥物料接触了湿热空气,再进入除湿蒸发器析出水分排除到机外,此时降温后的干空气再经过冷凝器处理后进入干燥室中,就完成了一个空气闭路循环过程。

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图1:热泵干燥技术原理图   


2. 热泵干燥技术的特点。

(1)高效节能。热泵干燥技术的突出特点之一就是节能,热效率较高,使用一份电能就可以转换成更多份热能,节能效率接近50%。而且干燥过程整体是在封闭系统中进行,从干燥室排出湿热空气,再经过冷凝器处理被加热成干热空气,对被干燥物料进行水分吸收处理,以此不断循环,直到完全实现干燥目标。(2)提升干燥物料合格率。为了确保干燥产品的高质量,必须控制好干燥环境中的温度和湿度。热泵干燥机能够获得较低的温度和低相对湿度的干燥环境,在很多农产品、药材等热敏性物料的干燥过程中应用较多。而且热泵干燥是一种相对温和的干燥方式,在干燥处理过程中需要的温度不高,表面水分的蒸发速度和内部水分向表面的迁移速度十分接近,能够确保被干燥物品质量好、色泽好、等级高。对果蔬产品进行热泵干燥处理后,不仅不会严重破坏果蔬的外观和色泽,还可以减少干燥处理中的干裂和变形情况,以提升食品加工的质量。(3)自动化程度高,环保效益好。热泵干燥装置运行中使用电能这种清洁能源,使用过程中很少产生污染,而且控制较为方便,自动化程度高,广泛适用于城市。(4)工作环境卫生。使用热泵干燥技术时,热泵会在封闭状态下工作,在具体的干燥过程中,除了冷凝水,一般不会有废气、废液排出,所以加工过程十分卫生,能够保障操作人员的安全,还可以创造良好的环保效益。(5)加工成本低。相对于其他的食品干燥加工技术,热泵干燥技术的设备投资和运行成本不高,热泵干燥装置的投资成本只有冷冻升华干燥技术投产所需资金的四分之一到五分之一左右,而其运行使用成本只有其他干燥方式的三分之一,成本比较低。同时,热泵干燥机的使用周期长,生产过程连续性好,后期还可以通过降低设备的运转成本来提升产品的生产量,以确保生产满足市场需求。(6)可精准控制干燥介质的温湿度。使用热泵干燥技术对果蔬进行加工处理,能够精准控制被干燥果蔬的温湿度以及气流速度,尤其是一些高温下易变质的果蔬,可以在保证其形态和成色基本稳定的情况下,切实提升干燥产品的质量。(7)加热温度低。热泵干燥工艺的加热温度范围(20℃-100℃)相对低于一般干燥技术,相对湿度的调节范围一般在15%-80%,相对宽松的适用范围能够为更多种果蔬提供合适的干燥处理。

二、真空冷冻干燥技术在果蔬加工中的应用

1. 真空冷冻干燥技术的原理。

真空冷冻干燥技术是通过对湿物料进行冻结,使其达到共晶点的温度以下,这样物料中的水分就会变成固态冰,在较高的真空环境中,通过对物料进行加热处理,让冰直接升华成为水蒸气,再通过真空系统中的水汽凝结器就可以将水蒸气冷凝,最终获得干燥制品。这种干燥加工技术是将含水物料放置在真空环境中,供给一定的热量,使得物料中的水直接升华后被排出,最后获得干制品。这是目前国际上比较常用的一种保鲜加工技术,这一过程获得的产品也被称为冻干物。真空冷冻干燥机原理如图2所示。

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图2:真空冷冻干燥机原理图   


就真空冷冻干燥技术的应用来看,食品脱水处理可以通过加热蒸发来实现,也可以通过冷冻升华进行。其中,冷冻升华处理可以有效地排除果蔬中的水分,考虑到果蔬中的水并不是纯水,升华压力和温度都要相对低一些,所以真空冷冻干燥处理方式的脱水效果会比较好。在真空冷冻干燥技术的应用过程中,需要先将果蔬产品速冻,使其达到熔点温度以下,从而得到干燥脱水食品。在加工处理过程中,会从周围向内部展开,干燥层逐步加厚,在果蔬表面形成多孔结构。完成升华吸热后,在最后阶段需要开展必要的能量补充,通过干燥层向冻结部分传递,在干燥和冻结分界的升华面上,水分被加热后升华脱出,完成小分子向外转移的过程。在整个干燥过程中,果蔬物料都要处于真空冷冻状态,还需要将物品温度控制在三相电温度以下。

2. 真空冷冻干燥技术的特点。

(1)色形味俱全。冻干果蔬是在真空环境中进行干燥处理,果蔬中的水分在速冻后以冰晶的形式存在,食品中可溶性物质在原位置被析出,避免了通过一般干燥处理方式来促进果蔬中的内部水分向表面毛细流动。在冷冻干燥处理后,果蔬制品就不易被氧化了,且处理后的果蔬组织结构稳定,不容易变质和被破坏,能够达到持续确保色素以及芳香物质的效果,让果蔬干制品的品质和口感更好。果蔬中的易挥发热敏性成分也不会因为高温而流失,所以食品的色香味可以最大限度地保留下来。一些新鲜果蔬在完成真空冷冻脱水后,因为香味和甜度都有一定的浓缩,所以吃起来会更为香甜。(2)保证食品的营养成分更加健全。使用真空冷冻干燥技术,在低温低压的环境中能够让一些热敏性成分和极易氧化物质的损失不断降低,有效保存食品中的维生素、碳水化合物、蛋白质等营养成分,以及最大限度地保存叶绿素、生物酶、氨基酸等物质。冻干食品在低温环境中进行加工,不易滋生细菌,其营养成分也不易流失,因此经真空冷冻干燥处理后的果蔬产品不仅保质期更长,营养成分也比较健全。(3)复水性好。冻干果蔬在升华前先进行了冻结,使其骨架固定,在水分升华后可以保持固体骨架稳定不变形,干制品也可以最大限度地保持自身的形态。在进一步干燥处理中,果蔬中的固态冰晶升华成水蒸气后,会导致果蔬表面出现一定的气孔,这些气孔能够保持良好的复水性。真空冷冻食品在脱水处理后,产品的质量较轻,可以在常温环境中贮藏保管,在一些野外作业、军事、航海等特殊的工作环境中,可以作为有效的食品供给。冻干的果蔬都会提前洗净切好,所以可以直接食用,而且无需在加工中添加抗氧化剂或者防腐剂。一些果蔬的冻干品即使不进行复水也可以直接食用,整体香脆可口,在快餐领域使用较多,也是一种颇受欢迎的家庭方便食品。

三、果蔬加工中应用的其他干燥技术

在果蔬干制中,除了上述两种干燥技术外,还可以使用联合干燥技术,这是一种融合了多种干燥技术的干制方案,至少使用两种或两种以上的干燥技术处理,以达到不同干燥技术之间的优势互补。这种干燥处理方法将不同干燥技术的优势都发挥了出来,在相应的干燥阶段,借助有效的方法进行应用,具有干燥时间短、能耗低、质量高等优势,且使用安全性高,干燥处理效率好,可以保证产品的品质,缩减加工成本。

需要注意的是,果蔬食品在干制处理过程中会出现一定的变化。一是物理变化,果蔬食品在干制处理中会出现干缩和干裂,表面逐渐硬化,还可能形成多孔。二是化学变化,果蔬食品在干制处理后,其营养成分会出现一定的变化,颜色以及风味也会发生改变。所以在干制处理中,要尽可能地保证食品的营养成分不流失,尽可能地避免对其外形造成太大的破坏,让干制后的果蔬产品保持颜色鲜艳,口感酥脆,这就需要在选择具体的干燥技术时仔细斟酌。

在果蔬干制的降率干制阶段,一要设法降低食品表面水分的蒸发速率,确保其能够和逐步降低的食品内部水分扩散速率保持一致,防止食品表面过度受热而导致的不良反应。二要注意在干燥末期,结合预期干制品的水分效果,对干燥介质的相对湿度进行合理调整,尽可能降低在干燥过程中对果蔬外形、颜色、营养成分等方面的破坏,保证干燥过程的合理性,从而最大限度地保留果蔬的新鲜和营养,制作出优质的果蔬干制产品。三要在果蔬干制机械加工设备中合理地设定干燥条件,控制干燥时间,确保各个干燥处理流程能够有效衔接,为果蔬的干制处理创造良好的环境和条件。