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相同,有些产品仅需放入无菌干燥空气条件中,出箱后密封保存即可;有些产品需充氮保存,在出箱后放入氮气中,密封保存;有些产品需真空保存,出箱后再重新抽真空密封保存[27]。
4. 真空冷冻干燥的特点
真空冷冻干燥的原理与过程决定了它比其它干燥方法有很多优点
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(1)物料在低压下干燥,使物料中的易氧化成分不致氧化变质,同时因低压缺氧,能灭菌或抑制某些细菌的活力。
(2)物料在低温下干燥,能保留物料中的热敏成分,营养成分和风味损失很少,可以最大限度地保留食品原有成分、味道、色泽和芳香。据美国食品研究所测定,真空冷冻干燥对肉、蛋、豆类、青菜类、甜玉米等食品中的蛋白质无损害,Vc、β-胡萝卜素和其他水溶性维生素仅损失5%,脂溶性维生素完全不受影响
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。
(3)由于物料在升华脱水以前先经冷冻,形成稳定的固体骨架,所以水分升华以后,固体骨架基本不变,干制品不失原有的固体结构,保持原有形状。多孔结构的制品具有很理想的速溶性和快速复水性。
(4)由于物料中水分在预冻以后以冰晶的形态存在,使原来溶于水中的无机盐类溶解物质被均匀分配在物料之中。升华时,溶于水中的溶解物质就地析出,避免了一般干燥方法中因物料内部水分向表面迁移所携带的无机盐在表面析出而造成的表面硬化现象发生。 (5)脱水彻底,质量轻,适合长途运输和长期保存;在常温下,采用真空包装,保质期可长达3-5年。
真空冷冻干燥的主要缺点是设备的投资和运转费用高,冻干过程时间长,产品成本高。但由于冻干后产品质量减轻了,运输费用降低了;能长期储存,减少了物料的变质损失;对某些农、副产品深加工后,减少了资源的浪费,提高了自身价值[12]。
5. 真空冷冻干燥技术的应用
[26]
真空冷冻干燥技术的优点很多,深受人们的欢迎,因此被广泛地应用于各种物料的加工中:
食品方面:果蔬类、调味品、营养品、粮食胚芽、水产品、速溶饮品、方便食品、汤料等。 医药方面:抗生素、疫苗、保健品、培养基、激素、 血液、细菌、煤制品、植物提取液、维生素、肝精等。
生物方面:藻类、原生动物、生物标准制品、刺激素溶液等。 标本方面:动植物标本、骨骼、角膜、皮肤、干花等。 收藏方面:古、旧书画修补复原、书籍、文献等。
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材料方面:隔热轻陶瓷、合成超导粉等。 特殊行业:航天、航海、探险、军需等。
其他学科:临床外科、化学工业、病理学、解剖学、细菌病毒学等。
6. 真空冷冻干燥技术的发展状况 (1) 国外冷冻干燥技术研究现状及发展[26.27]
真空冷冻干燥技术最早出现在1811年,当时用来对生物体脱水。1813年美国人 Wollaston发现在真空低温条件下,水易汽化,水在汽化时将导致温度的降低,这说明水的饱和蒸汽压与水的温度有关。1890年,Altmann利用真空冷冻干燥技术制作器官和组织的标本。1909年,美国科学家Wollaston利用真空冷冻干燥技术保存菌种、血清和病毒,效果良好。同年,Shackll对补体、狂犬病毒、抗毒素、免疫血清、肉和血液进行了冻干,将冻干技术引入到细菌学和血清学领域。1930年,Flosdorf进行了食品冻干的试验;之后英国科学家Fikidd提出了用冷冻干燥方法处理食品的技术。1935年,默克提出在冷冻干燥过程中进行加热,大大提高了冻干效率。同年,第一台冷冻干燥机问世,主要用于培养基、荷尔蒙和维生素等药品生产。1942 年第二次世界大战期间,由于血液制品和抗生素的需要量急剧增加,促使冷冻干燥技术在医药工业中得到了迅速的发展(徐成海,2008)。1943年丹麦科学家发明了食品冷冻干燥的设备。1944年Flosdorf在真空冷冻干燥理论方面提出了冷冻干燥数学模型。随后,King和sandll提出了URIF模型。1961年英国食品部在Aberdeen实验工厂进行试验证明冻干法是获得优质食品的一种方法。同一时期,美、日、德、荷兰、丹麦等国家相继建立了食品冻干加工厂。1968年,D.Z.Dyre提出了准基态模型。1979年,Lifchield提出了真空冷冻干燥的解析-升华模型。1989年保加利亚的索非亚成立了低温生物学和冷冻干燥技术研究所(ICL)主要针对宇航食品、儿童食品、方便食品、保健食品和营养食品的研究。1998年美国夏威夷大学冻干老鼠精子,复水后成功使母鼠受孕。真空冷冻技术在果蔬方面的应用最早主要针对叶薄、水分含量高且易蒸发的蔬菜如生菜、甘蓝、芹菜、花椰菜、甜玉米等的冷冻干燥;Bae等人的研究结果表明真空冷冻可以延缓蘑菇的褐变程度,游离氨基酸的保留量也较高。Ganlan等介绍了真空冷冻在蔬菜中的应用,以及真空冷冻机的使用方法;Genin等(1996)研究了冻干过程中残余水分和终点的测定方法。Krokida研究了冻干条件对脱水香蕉、胡萝卜和土豆的收缩率的影响。Hayakawa等系统的研究了叶菜和根茎类蔬菜的真空冷冻的性质,经比较表明叶菜类蔬菜更适合使用真空冷冻技术处理;Bailey等就食品安全的需求方面展望了真空冷冻技术的发展前景和趋势。Hammami等对草莓冻干过程的工艺参数进行了测定。
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目前,全世界美国冻干食品发展最快,在全美方便食品中冻干食品占40%~50%,有1/2的咖啡和茶的工厂采用冻干法生产。目前欧州有100家冻干食品生产企业,美国有80多家,日本有40多家,年产量近千万吨。冻干食品的普及性在一些发达国家已经达到相当高的程度。
(2) 我国冷冻干燥技术的发展[26.27]
与发达国家相比,我国的冷冻干燥事业起步较晚,开始于五十年代,当时主要用于生物制品,而且由于技术、产品等原因,没有得到很好的发展甚至处于停顿的状态。60年代末期,广东、北京、上海、大连等地相继建立了冻干食品生产基地,主要用于军需供给和战略储备。直到80年代后期,中国丰富的原料市场吸引了大量外商,开始在大陆投资建厂生产冻干食品,产品主要外销。90年代以后,我国脱水蔬菜出口量约占世界总产量的2/3,每年出口量以30%的速度增加。
目前国内冻干技术已从应用阶段逐步走向研究阶段,从偏于冻干技术、生物制品及食品的生产,逐步转向冻干基础理论研究及冻干的机理性研究。程江等采用电阻测量装置测得草菇的共晶点为-23℃,共融点为-20℃,实验表明草菇最高允许温度为50℃~53℃,并研究了采用网状托盘辐射供热和板状托盘导热两种供热方式对于草菇升华过程的影响。李云飞等对食品真空冷冻节能技术进行了研究,提出了真空冻干替代技术。李远志对荔枝果肉真空冷冻干燥工艺作了研究。试验结果表明:用柠檬酸和抗坏血酸混合液(pH= 3.0)处理的护色效果最好;速冻时间在2.5 h 为最好,季阿敏在冻干试验中采用电阻法测定不同成熟度的沙棘果的共晶点温度,得出成熟度为“果皮黄色”和“果皮红色”的沙棘果共晶点分别为-22℃和-23℃。章斌以产品复水率、色差值、含水量和VC 含量为指标,采用液氮快速冻结与真空干燥技术相结合,对比热风干燥加工方式,进行了香蕉片的真空冷冻干燥研究,结果表明:物料厚度6-8 mm,搁板温度43-47.5℃,真空度50~60 Pa。房星星以Vc损失率、叶绿素损失率和冻干时间作为冻干指标,对猕猴桃片真空冷冻干燥过程进行优化,得到最佳工艺参数为:干燥仓压力45Pa,解析时物料表面温度44℃,切片厚度7mm,最佳工艺条件下,冻干时间为25-41h。
7. 真空冷冻干燥技术在应用中存在的问题
真空冷冻干燥技术发展到今天,已在许多领域得到成功应用。但与其它干燥方法相比,设备投资依然较大、能源消耗及产品成本依然较高,限制了该技术的进一步发展。因此,如何在确保产品质量的同时,实现节能降耗,降低生产成本是真空冷冻干燥技术当前面临的最主要的问题。真空冷冻干燥设备已相对趋于完善,但由于该技术的发展历程较为曲折,近年
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来应用推广又非常迅速,使得基础理论的研究显得相对滞后、相对薄弱。而我国在这方面的研究与国外的差距仍然很大,缺乏对冻干过程理论及相关学科的系统研究。此外,我国的冻干设备同进口设备相比,也有一定差距。
另外,由于冻干机所使用场所的特殊性,设备要求十分苛刻,运行环境恶劣,这都对冻干机的运行可靠性、合理性、方便性提出了更高的要求。新技术、新标准、新法规的出台,都对冻干技术提出了更多的要求。这为冻干领域的发展提出了更多的研究课题。
8. 真空冷冻干燥食品发展前景
随着生活水平的不断提高,人们对消费品的品质将提出更高的要求,环保意识、健康意识在进一步加强,对于各类药品、保健品及冻干食品的需求将越来越大。而为不断满足各类药品,生物保健品,冻干食品以及固体微粉制备的需要,特别是生物工程的发展又将带来研制新药和生物类药物的新高潮,这一切都将有力地推动真空冷冻干燥技术的进一步发展,使其应用规模不断扩大、应用领域不断扩展。冷冻干燥设备技术内容涉及广,运行工况要求严格,常常需要采取更为严格的方式来达到运行要求。将更新的技术应用到当中,会比较合理的达到设备的要求。因此,大量的新技术也不断的在冻干设备上体现出来。但真空冷冻干燥技术的理论研究还很不完善,还需进一步加强。 四、
课题研究的目的及意义
菊花原产于中国,大多可以食用,并且有着悠久的栽培历史。早在两千五百年前 《礼记· 月令篇》中就有关于菊花的记载,古人认识菊花最早也是从野生菊花的食用价值的认识和利用开始的[28-30]。《夏小正》中有:“鞠荣树麦”,菊花自夏代就成为了指示农民种麦的节令植物了。在汉代发现了古人饮用菊花水的资料,并且菊花的药用价值得到了重视;至东晋陶渊明后,菊花观赏价值的发展可谓一日千里了。无论是在民俗活动中,还是文学文艺作品中,都渗透着古人对于菊花食用价值的关注。
菊花的饮用价值的发现与利用与其药理功效分不开的,在后汉的 《荆州记》 中记有: “南阳哪县北八里有菊水,其源旁悉芳菊,水极甘馨,又中有三十家不复穿井即饮此水,上寿者百二三十、中寿百余,七十者犹以为夭。”可见当时,古人就发现了饮菊水可以长寿。在晋代葛洪的《抱朴子》中也有此“菊水”的记载: “南阳哪县山中有谷水。谷水所以甘者,谷上左右,皆生甘菊。菊花坠入其中,历世弥久,故水味变。其临此谷居民,皆不穿井,悉食甘谷水,食者无不老寿。高者百四五十岁老人;下者不失八九十,无夭年人,得此菊力也。”在菊水能延年益寿的药效功能备受重视后,古人们发明了菊花酒。在《西京杂记》中就记有东汉时期有饮用菊花酒的习俗,从而达到人们延年益寿的期望。随着菊花的药理疗效
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知识的普及,无论是在宫廷还是民间,饮菊花酒成为了重阳节宴请宾客或文人登高游乐中的重要活动内容。
菊花亦可入膳,既有花膳之美,又有药膳之效。现代,在烹饪技术迅速发展的同时,菊花作为一种传统的色、香、味、养俱佳的膳食材料,广泛地用来佐餐和调味。烹饪的方法可拌、炒、炸、熠、蒸、煮等,可作菜、熬粥、蒸糕、凉拌等。我国不少地方都有传统的菊花菜肴和小吃,如杭州的菊花肉丝、北京的菊花鱼球、安徽的菊花鸡丝等,都是脍炙人口的珍肴。
菊花以其特有的药用、饮用和食用价值,融入到人们的日常生活中,不仅体现着菊花在物态文化形式上的丰富,也显现了在中国传统菊花文化中,不论菊花的观赏品种如何发展和丰富,人们对于菊花的实用性的关注从来没有减少,反而越来越重视,不仅是在重阳节时为了辟邪避祸而食用菊花,在平常生活中更是在不断开发菊花的实用的新形式。
食用菊花在品种繁多且分布广阔,《中华人民共和国药典》2000年版中载有贡菊、杭菊、滁菊和毫菊,全国各地著名的药菊和茶菊还包括怀菊、济菊、祁菊和川菊共八个品种[31]。其中贡菊和杭菊都是作为茶菊发展起来的,贡菊主要产于安徽款县,徽商先是利用贡菊制茶,后选择适合的优良品良品种栽培,形成了具有特色的地道药材。杭菊有黄菊与白菊之分,黄者习惯于药用,白者原供茶用,随着近代中医药发展,已成为茶药兼用之品,杭菊以浙江桐乡著产。滁菊以药用闻名,原产于滁县、定远一带;毫菊以安徽毫州为最,也是药菊中的佳品;怀菊是“四大怀药”之一,产于河南沁阳(怀庆),但近年来仅有少量栽培;济菊产于山东嘉祥县:祁菊产河北安国,与毫菊形态相似;川菊原产于四川中江,近年已无商品。此外,尚待开发的还有神农香菊,产于湖北神农架,其花金黄,清香浓郁,主要可作药用,亦可制茶。
在国内外方面很少有对于菊花在保持其食用性条件下进行干燥的报道,而多是进行以保持其观赏为主的干燥研究[32]。
本课题运用真空冷冻干燥方法以黄菊为研究对象进行试验研究,旨在通过试验优化干燥条件。食用菊花的干燥要求类似于果蔬,对干燥后的产品质量在形状、颜色上要求很高。真空状态下,水的沸点降低,即干燥过程在低温状态下进行,可避免高温下营养成分的破坏,并提高了干燥速度。此外可避免干燥物料的氧化,提高了干燥质量,而且真空可以使存在于食物中的空气和水蒸气膨胀,并且可以创造一个多泡的疏松的组织,同时为传热传质提供大的面积比率和体积比率。实验最终以菊花的形状、颜色和复水特性为质量目标,评价干燥工艺的优劣。
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