食品真空干燥装置及其进展

真空干燥在食品工业中有广泛的重要的应用，进几年来，真空技术与微波加热技术和其它干燥技术相结合，出现了一些新的真空干燥装置类型，提出了我国应加快研制开发真空微波干燥装置的新观点。
0.前言当前，食品加工技术的一个重要发展趋势是最大限度地保持食品的营养和色香味，而干燥工艺和设备的选择对食品产品的营养、色香味有很大影响。食品干燥有很多与“食品”相联系的特点，它不同于化工产品的干燥，前者需要考虑食品卫生、营养损失、色香味变化等等，对干燥温度和时间有严格限制；食品干燥又不同于医药产品的干燥，因为食品往往是低附加值产品，而药品一般是高附加值产品，前者必须考虑干燥过程的经济性。围绕着“质量和经济”，近年来食品干燥技术和设备还是取得了不少进步，而其中真空与其它干燥方法或加热技术相结合，赋予了真空干燥装置新的内涵和生命力。
1．食品真空干燥的特点真空干燥是基于这样一基本原理：水的饱和蒸气压与温度紧密相关，在真空状态下，水的沸点降低，即在真空下操作也就是在低温下操作，可避免在高温下营养成分维生素等的破坏，同时提高了干燥速度。此外在真空系统中，单位体积内空气的含量低于大气中的含量，在这相对缺氧的环境下进行食品干燥可以减轻甚至避免食品中脂肪的氧化机会，色素褐变或其它氧化变质等，所以采用真空干燥获得较好的食品质量。
2．传统的真空干燥装置真空干燥在食品、制药、化工等行业有广泛的应用，国内也开发和引进了各种真空干燥设备，其结构形式多种多样。在食品工业中常用的形式主要有箱式、双锥式真空干燥器，带式真空干燥器等。这些传统的真空干燥装置主要采用热风，蒸汽或电等加热，利用热传导，对流或辐射原理将热量从外部传到物料内部。
2．1箱式真空干燥器箱式真空干燥是历史最悠久，也是最简单的一种真空干燥器，在真空干燥箱内有多块中空加热板，加热板里面一般通蒸气加热，也可用电加热或其它辐射加热。物料放在金属盘里置于加热板上，热量通过热传导到达物料内部，使水份加热蒸发。箱式真空干燥器目前在实际中使用仍很普遍，适用于液体、浆体、粉体和散粒食品物料的干燥。
2．2双锥真空干燥器双锥真空干燥器是使有对称夹套的圆锥形容器回转，借内部圆锥体本身的倾斜度使物料不断被搅拌，通过回转接头由回转轴的一侧送入蒸汽或加热载体，并借助于设另一端轴中心的带过滤网的排气管排气。双锥真空干燥器能达到较高真空度，内部结构简单，清理容易，物料能全部排出。
2．3真空带式干燥器真空带式干燥器是由一连续的不锈钢带组成的，钢带绕过加热滚筒和冷却滚筒，结构呈多层式，构成干燥器主体，然后纳入密闭的真空室内。物料簿簿地平铺在带式加热板上随之运动，由于在真空条件下，物料在加热板上呈沸腾状发泡，故成品具有多孔性；全系统为密闭操作，卫生条件好，实际操作真空度100~10Kpa之间，加热温度为150℃左右，其运条件(干燥温度和时间)介于冷冻干燥和喷雾干燥之间，成品质量与冷冻干燥很接近，但冷冻干燥是间隙操作而真空带式干燥机是连续作业，特别适合于热敏性和极易氧化的食品的干燥，液态或浆状物料匀可使用，食品中常用此干燥橙汁、蕃茄汁、速溶茶等。
2．4真空滚筒干燥机真空滚筒干燥机将滚筒密闭在真空室内，在真空滚筒干燥机中，进料、卸料和刮料等都必须从干燥室外进行控制，因此干燥成本很高，故只能用于非常热敏性食品的干燥，如果汁、酵母、婴儿食品等。
3．真空干燥装置的新进展传统的真空干燥装置大多采用热传导、对流或热辐射的方式加热，加热速度慢且不够均匀，近几年来，研究者将真空技术与微波加热技术及其它干燥技术相结合，出现了一些新的真空干燥装置类型。
3．1真空冷冻干燥水有三种聚集状态，即液态、固态和汽态。随着压力的不断降低，冰点的变化不大，而沸点侧越来越低，越来越靠近冰点。当压力下降到某一值时，沸点即与冰点相结合，固态冰可以不经过液态而直接转化为汽态。水的三相点压力为610.5Pa，三相点温度为0.0098℃，在压力低于三相点压力时，固态冰可以吸收热量直接转化为汽态的水蒸汽，冷冻干燥的原理就在于此。真空冷冻干燥时，产品放在真空室内，处在两加热板之间，利用低温激发远红外加热，保证干燥均匀，加热板的温度是按干燥过程的加热曲线精确控制的。真空度的选择要能保证整个干燥过程中所有水份都以冰的形式而不溶融，对于大多数蔬菜和肉类来说，选择0.5~1Pa,相应于25℃左右的升华温度为适。由于真空冷冻干燥食品是在很低的温度下脱水，食品的营养成分风味物质损失少，可以最大限度地保留原有的营养和风味，复水性极好，可在数秒至数分钟内完成复原，其色、味、形与新鲜品基本完全相同。真空冷冻干燥产品很多：有咖啡、速溶茶、果汁、草药等，蔬菜类有葱、大蒜、姜、磨茹、肉类、鲜贝等。真空冷冻干燥一次性投资很大，令很多食品厂家望而却步，如丹麦的ATLAS的RAY50型冻干设备(冻干面积45m2)报价高达105万美元，国产冻干机刚刚起步，质量方面与国外产品还有很大的差距，此外真空冷冻干燥的生产费用也较高，这是因为需要维持较高的真空和(-25℃)的低温，干燥时间长，能耗较高，这些因素使冷冻干燥在食品工业中使用带来很大的阻力。
3．2喷射式连续真空干燥器又称（Filtermat喷雾干燥器)
  喷射式连续真空干燥器又称Filtermat喷雾干燥器，相当于是带式真空干燥器与喷雾干燥器的组合。Niro
  Hudson公司研制的该种干燥器成功地解决了粘性食品----如含糖量高、含脂肪量高或酸含量高的食品物料的干燥问题，粘性大的物料用传统的喷雾干燥器会发生粘壁现象，干燥困难。干燥过程中物料通过压力喷嘴垂直向下喷向喷雾干燥室，热空气也向下喷，半干的粉末物料聚集在移动的网带上，尾气也由风机排出，干燥好的物料在网带上进一步移动、冷却、收集。由于喷雾塔内维持中等的真空度，热风温度只需100℃左右，而一般的喷雾干燥热风温度150℃左右，因而热敏性物料损失少，同时降低了喷雾塔内的高度。
3．4微波真空干燥微波是波长1.0~0.001m，频率为300~300000MHz，具有穿透性的电磁辐射波，微波干燥原理是：微波发生器将微波辐射到干燥物料上，当微波射入物料内部时，透使水等极性分子随微波的频率作同步旋转，例如干燥蔬菜类制品采用915MHz的微波，则蔬菜内的极性水分子等每秒转动9.15亿次，水等极性分子作如此高速旋转的结果使物料瞬时产生摩擦热，导致物料表面和内部同时升温，使大量的水分子从物料逸出，达到物料干燥的效果。传统的加热方法如蒸汽、热风、电等加热是利用热传导、对流、辐射的原理将热量从外部传物料内部，由表及里需要一定的时间，物料的热传导性能越差所需的时间就越长，因此加热速度慢且受热不均匀，能耗较高。微波加热是使被加热物体本身成为发热体，故称之为内部加热方法，微波从四面八方穿过食品，食品内外同时加热，既不需要传热介质，也不利用对流，食品内外温度同时上升，加热速度快而均匀，仅需传统加热方法的几分之一或几十分之一，并能较好保留食品中维生素及食品原有的色香味。有实验表明，晒干的鲜菜其叶绿素、维生素等营养成分仅剩3%，阴干则可保留17%，热风快速干燥可保留40%，微波干燥可保留60%~90%，真空冷冻干燥可保留97%{2}。微波真空干燥是将微波技术和真空技术有机地结合，充分发挥微波加热快和均匀，真空条件下水汽化点低的特点，是一项很有前途的干燥技术。微波真空干燥技术在法国、日本、美国近年来已由实验室推向工业化生产，这种技术很适合于热敏性食品的深加工。
美国加州大学与某公司合作，使用微波真空干燥无籽葡萄干，保持了葡萄原有的形状和颜色，避免了过去传统工艺(65℃热空气烘24小时)产品颜色、形状、风味和营养成分变化的缺点，产品质量大大提高。法国国际微波公司制造的微波真空干燥机(2450MHz，48Kw)微波真空干燥室直径为1.5m，长度12m，加工速溶桔粉，产品不仅保持原有的色香味，其维生素的保留远远高于喷雾干燥。近年来国内外对高档脱水蔬菜的需求量很大，而脱水蔬菜的生产，其干燥工艺是决定产品质量的关键，采用真空冷冻干燥制备脱水蔬菜虽然质量好，但真空冷冻干燥设备价格昂贵，生产成本高；80年代以来国外已有采用真空微波——热风（45%~55%）生产脱水蔬菜，在质量上与冷冻干燥工艺生产的产品相当，而一次性投资少，总成本有较大幅度下降。
4.结束语
  真空干燥具有干燥温度低，干燥室内相对缺氧，可避免脂肪氧化，色素褐变等一系列优点，适合于热敏感性食品物料的干燥，此外设备成本、干燥费用也相对较低，真空干燥在食品干燥中点有重要的地位。
  真空干燥与微波加热技术或其它干燥方法相结合，出现了不少新型的真空干燥装置，赋予了真空干燥新的内涵及生命力。
  真空微波干燥吸收了微波加热和真空干燥两者的优点，是一种很有前途的干燥技术，建议我国加快研制、开发真空微波干燥装置。