蕨菜真空冷冻干燥工艺研究

真空冷冻干燥又称升华干燥，是在高真空的环境条件下，将冻结的农产品物料的水分不经的融化直接从固态冰升华成为水蒸气，通过真空泵的抽吸和冷阱的冷凝作用去除水蒸气的干燥过程。目前，真空冷冻干制品以其的干燥效果和大限度的保存营养成分的能力，已成为国际超级市场中的热门商品。真空冷冻干燥工艺技术是农产品脱水干燥的高新技术，在我国已加入世界贸易组织（WT0）、农业经济结构进行战略性调整的条件下，研究应用这项工艺技术具有重要的现实意义和长远的战略意义。
热源蕨菜冷冻干燥传热传质项目来源：辽宁省重点学科资助项目（项目编号：10511Z007）。
1972-），男，讲师，沈阳农业大学硕士研宄生毕业，现从事干燥机理与设备的教学与科研工作。
1蕨菜真空冷冻干燥的基本原理与其他干燥方法一样，要维持蕨菜升华干燥的不断进行，必须满足两个基本条件，即热量的不断供给和生成蒸汽的不断排除。供给热量的过程是一个传热过程，排除蒸汽的过程是一个传质过程。
因此，真空冷冻干燥过程实际上是一个传热、传质同时进行的过程，如所示。升华干燥中的传热驱动力为热源与升华界面之间的温差，而传质驱动力为升华界面与蒸汽捕集器（或冷阱）之间的蒸汽分压差。温差越大，传热速率越快；蒸汽分压差越大，传质速率越快。冻干时，既要保持蕨菜的优良品质，又要取得较快的干燥速率。它取决于冻干设备的设计、操作条件以及蕨菜的干燥特性。
只有同时提高传热传质速率，增加单位体积物料的表面积，才能取得更快的干燥速率。
2蕨菜真空冷冻干燥试验条件与操作工艺2.1试验条件试验仪器采用沈阳农业大学物料试验室的2DZ?90真空冷冻干燥机，冷冻速率为-1.真空度为96P*.干燥室搁板温度为40*C.结构如所示：1.冻干燥室；2.低温冷凝器（冷井）；3.真空泵；4.制冷压缩机；5.水冷却器；6.热交换器7.8.12.13.14阀门：9.搁板及温度传感器；10.低温冷凝及温度显示；11.真空计；15.膨胀阀真空冷冻干燥装置主要由制冷系统（冷冻机组、冷冻干燥室、低温冷凝器的管道系统），真空系统（冷冻干燥室，低温冷凝器，真空泵，真空阀门，真空仪表等），加热系统，控制系统等组成。
2.2操作工艺阶段：预冻过程。蕨菜先预冻，再抽真空。冷冻速度的快慢对于冰晶的形成有明显影响，当采用急速冷冻时，通常细胞壁内外均出现众多细小冰晶或出现玻璃体态，玻璃体态水是一种无定形状态水，其生成有利于维持生物细胞壁免受破坏，进而可获得优良的干燥制品。预冻时间约2h，预冻速度控制在每分钟下降2.0*C.第二阶段：升华干燥过程。在此阶段温度保持不变，排除冻结水分，为恒速过程。由冰直接n化需要吸收热量，此时应开始给予加热，保持冷冻干燥箱内温度接近且又低于蕨菜共熔点温度。
第三阶段：剩余水分蒸发加热阶段……
由可以看出，蕨菜真空冷冻干燥的速率相当缓慢。到达相对平衡水分的时间需要10h以上。
但是其干燥后的产品具有突出的优点：能大限度地保存蕨菜原有的色、香、味。水分可降至4，至此水分下物料可长期保存，品质不变。由看出，冷干速率的变化趋势主要分两大阶段：升速干燥期和降速干燥期。恒速干燥期很短。因此，蕨菜真空冷冻干燥的时间与其他干燥方式相比非常长。
时间（h）冻干曲线图冻干速率曲线。2试验指标评价真空冷冻的脱水蕨菜呈多孔海绵状，极易吸水复原，在8090 *C的热水中浸6090s，其复原性达到90.复水后的色泽、风味与鲜品相差不大。真空冷冻干燥蕨菜的试验指标如表1所示。
表1真空冷冻干燥蕨菜指标粗蛋白维生素C复水时间复水比脱水速率（Wb/h）收缩比口感色泽热千冻干热干冻干绿在高真空的环境下，将冻结了的蕨菜中的水分不经过冰的融化直接从固态升华为水蒸气。并不断去除冰表面的水蒸气，以使水蒸气压永远达不到冰的饱和蒸汽压。对应的相平衡温度低且在缺氧高时间（h）q/q*腓瑚屮真空状态下进行，故适用于热敏性及易氧化产品的干燥，可保留蕨菜的色，香，味及维生素C，复水性能非常好。
4试验模拟与验证根据蕨菜的真空冷冻干燥试验平均值，利用APSS软件进行试验曲线拟合，拟合曲线如所示。
蕨菜冻干拟合曲线图由可以看出，整个干燥过程平均含水率的间接验证的结果模拟值和实测值十分接近。大偏差不超过5.81，在后期的模拟值和实测值的大偏差也小于9. 40.由于未考虑温度与压力的耦合，拟合精度并不太高。但本文假设水分仅在内部重新分布来模拟蕨菜冷冻干燥是可行的。建立三5结论与讨论蕨菜真空冷冻干燥主要分两大阶段：升速干燥期和降速干燥期。恒速干燥期很短。蕨菜冷干的时间与其他干燥方式相比非常长。
冷冻干燥蕨菜的水分可降至4，长期保存干品，品质不变。本工艺不仅保持了鲜菜固有的色泽、风味及其形状，而且能有效地保持其营养成分，与同类的干燥工艺相比，其营养成分保存率高，其中粗蛋白、维生素C的损失不大。
真空冷冻的脱水蕨菜呈多孔海绵状，冻干蕨菜制品的复水性能好，其复水时间为其它干燥方法所获得干菜的1以下。
目前真空冷冻干燥技术尚存在产品生产成本高、易吸湿变潮、易氧化、易破损等缺点。可采取以下措施来改善：利用微波干燥技术与真空冷冻干燥技术相结合的干燥方法；在蕨菜冷冻干燥前进行预脱水；增大菜制品的表面面积，提高水分散失的速度；提高真空度加速冰晶体的升华；利用复合塑料袋密封抽气真空包装，低温环境（相对湿度在60以下）避光保存。