真空技术在冷冻干燥领域中的应用

有很多种方法可以延长食品的保质期。在最古老的熏制法和腌制法中，有一个关键步骤就是晾干。在冷冻、高温煮制或真空包装之前，这种方法就已经流传很久了。现代的冷冻干燥技术是对传统干燥方法的改良升华，可以在更长时间内防止食品变质。 这一过程只有通过现代真空技术才能实现，因为冷冻干燥食品需要在真空下进行。

冷冻干燥的应用有哪些？

冷冻干燥适用于水果和浆果，也适用于熟肉或蔬菜。香草和香料也可以通过冷冻干燥来保存，经过处理后，这些产品中仅残留低至百分之几的水分。最著名的冷冻干燥食品可能是可溶性（速溶）咖啡。许多只溶于沸水，并且已被制成颗粒状或粉末状的即食食品也都经过冷冻干燥处理。一般来说，食品也可以用更简单的方式进行干燥，例如：晾干。但这样做的不足之处就是可能会改变食品的结构和外观， 香味还会与大气中的氧气发生反应，影响口感。

冷冻干燥过程不会改变食品的结构，干燥后的食品细胞在烹制过程中很容易再次吸收水分。通过真空干燥，香味能尽可能多地保留下来。

冷冻干燥工艺

冷冻干燥（图 1）是一个利用升华原理的纯物理过程。在干燥室的真空环境下，结冰后的水分升华为水蒸气。冰跳过“液态”，直接从“固态”变成“气态”。

实际上，在开始利用干燥工艺进行处理前，无论是浆果、水果片还是咖啡萃取物，都必须在冷藏室中被低温冷藏。为此，产品会被铺放在托盘上，然后直接或用手推车放置在冷藏室中， 之后，冷冻后的产品被放置在干燥室中（图 2）。

在一些冷冻干燥机中，冷冻直接在干燥室中进行。冷冻干燥机也被用于食品的连续加工过程中。

冷却后，实际的干燥过程是在气密室中进行的，通过真空泵降低气密室中的气压，直至达到 1 至 0.5 mbar 的真空度。现在，被冷冻的水分在 -50 至 -40 ℃ 的低温下开始蒸发， 水蒸气被真空泵从干燥室抽吸至下游冷凝器。在这个冷却到至少 -70 ℃ 的“冰阱”中，水蒸气在冷却盘管上升华凝结成冰， 在此过程中，产品中的大部分水分被去除，称为初步干燥。

当水分升华时，它会从干燥室中吸收热能， 这意味着在此过程中，腔室中的温度会下降， 因此需要对该腔室进行加热。为了保持温度恒定或允许温度轻微升高至 -20 ℃，必须小心确保加入的热能与从水中提取的热能一样多。

对大多数食品来说，初次干燥之后要立即进行二次干燥。这包括通过将真空度降低到 0.01 mbar 或以下，并将温度提高到冰点以上，以去除产品中处于强吸附状态的残余水分。然后将干燥室通风至大气压，并将干燥后含水量为 1 - 4% 产品移出，以供进一步加工。采用干燥空气或惰性气体进行通风，使干燥后的产品不能吸收环境空气中的水分。

物理参数

冷冻干燥过程基本上取决于这些参数（图 3）：
当然，产品及其特性也起着重要的作用。因此，在工业冷冻干燥前或对大量产品进行干燥前，将在试点工厂进行试验。

用于冷冻干燥的真空技术

冷冻干燥需要稳定可靠、精准可调的真空供给。有两种真空产生方式已在食品行业的冷冻干燥机中得到广泛应用：


这两种真空系统中具体哪一种更合适，取决于干燥设备的大小、待干燥的产品以及上述物理参数。

配备旋片真空泵和罗茨泵的真空系统

旋片真空泵采用油润滑，可以达到 0.1 mbar 的极限压力。

为了产生更高的真空度，并在小于 1 mbar 的工作范围内有足够高的抽速，建议使用罗茨泵。

这样不仅可以满足所需的抽气速率，还可以达到 < 0.005 mbar 的真空度。此外，使用旋片真空泵和罗茨泵组合，不仅可以满足大型冷冻干燥机大抽气量的需求，与单台大型旋片真空泵相比，此真空系统更节能。

最后，真空专家可以计算出最高效的真空泵组合。由于 Busch 普旭可以提供多种规格的旋片真空泵和罗茨泵，因此，Busch 普旭能够为多种规格的冷冻干燥机提供合适的真空系统。

配备螺杆真空泵和罗茨泵的真空系统

螺杆真空泵采用干式运行原理，即无油运行，配合罗茨泵使用，极限压力最高可达 < 0.005 mbar。

另外，与单台螺杆真空泵相比，配备罗茨泵的真空系统在大抽气量方面也更为理想。

螺杆真空泵可以配备变频电机，使抽气速率自动适应冷冻干燥过程中各个加工步骤的要求。

如何为您的工艺选择理想的真空技术？

在选择真空技术及真空设备的尺寸时，一般应咨询真空专家， 真空专家能够提供经济且合理的解决方案。

数十年来，Busch 普旭一直为冷冻干燥食品和医药产品提供真空解决方案。除真空技术外，Busch 普旭还提供整体加工流程所需的监控、测量和检测设备。

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