摘要：近年来，随着云南真空冷冻干燥蔬菜制品，特别是冻干葱类制品的迅速发展，已成为云南发展特色经济的支撑产业。解决真空冷冻干燥过程中葱类产品泛白，有助于提高葱类产品的质量，又能创造社会效益和经济效益。本文研究了德国米葱在冷库冻结的温度、时间、湿度；并且通过实际生产中的观察和总结。确定了德国米葱在冷库冻结最佳条件和在生产过程中需要注意的问题。研究结果表明，德国米葱在冷库冻结的最适冻结温度为-20℃至-25℃，在此温度下维持2h-4h，湿度控制在40.5-45.0%产品干燥后的泛白率均＜1.0%。通过生产实际中的观察，理论结合实际，要减少德国米葱产品在真空冷冻干燥过程中的泛白现象，需要解决的问题为两个：一为避免物料冻结不透而造成的在干燥过程中进行自我冻结时产品冻害，二为冻结过度；这还与人员的操作过程，干燥时物料真空度、温度的控制相当密切的关系。
关键词：真空冷冻干燥；德国米葱；葱类产品泛白；冻害；冻结过度
中图分类号：TS205.7 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-06-0092-4
1 绪论
1.1 真空冷冻干燥技术的发展进程
食品真空冷冻干燥技术起源于20世纪30年代。1930年丹麦的Flosdorf开始了食品冻干实验，1940年英国的Fikidd提出了用冷冻干燥方法进行食品处理的技术。1961年英国食品部在Aberdeen实验工厂开始了食品冻干技术的研究，其研究成果证明，冻干技术用于食品加工是获得优质食品的一种方法。我国真空冷冻干燥技术的发展仅有五十余年的历史。20世纪50年代中期从前苏联引进了真空冷冻干燥技术，当时主要用于生物制品和药品生产。到20世纪60年代，国家出于战略需要，相继在北京、上海、天津建立了冻干食品基地，生产供军事、航海等野外作业用的特殊食品。从此，食品真空冷冻干燥技术在我国开始应用。真空冷冻干燥技术经历了几十年的起伏和徘徊后，在最后的二十年中取得了长足进展。进入二十一世纪后，人们对消费品的品质将提出更高的要求，环保意识、健康意识将进一步加强，生活节奏的不断加快也将使人们对方便快餐食品的需求日趋旺盛。这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。因此，真空冷冻干燥必将成为二十一世纪的重要应用技术。
1.2 研究背景
近些年来，欧、美、日对冻干食品的需求量迅速增加。在欧洲，冻干食品占全部脱水食品的50%～70%；全美方便食品中，冻干食品占50%以上；日本市场上的脱水食品中，冻干食品接近60%。冻干食品在国际市场上的价格是热风干燥食品的4-6倍，正逐渐成为国际贸易的大宗食品。据国家海关总署统计，自20世纪90年代中期以来，我国大陆脱水蔬菜年出口量以平均30%的速度递增；我国大陆脱水蔬菜出口量超过全球总产量的1/2，加上台湾地区出口量则约占全球总产量的2/3。
我国是农业大国，有丰富的蔬菜(包括土特产品)和土地资源，应用冻干技术(国产冻干设备价格仅为进口设备的(1/3-1/2)，是一个前景看好、利润大、风险小的出口创汇项目。目前，我国生产的冻干食品基本是外需型，主要包括烹饪原料、食品工业原料、调味食品和保健食品，年产量不足20000t。据业内人士预测，未来十年我国的外需型和内需型冻干食品都将进入大幅度增长阶段；到2015年，仅方便面辅料一种，约需冻干食品50000-60000t，加上快餐配料、汤料、饮品等，冻干食品的消费量将超过150000t。国内外市场对冻干食品的巨大需求。
近年来，云南省冻干葱类的发展，已有相当一部分出口至日本、韩国、德国、美国等多个国家，但对于冻干葱制品的质量要求是：生物活性不变、外观色泽均匀、形态饱满、结构牢固、溶解速度快，残余水分低。在真空冷冻干燥过程中，任何一个环节掌握不好，都会导致葱制品的质量下降，目前，国内FD葱制品在冻干过程中均存泛白的问题，如何解决这一问题，受到很多国内冻干专家的关注。
1.3 真空冷冻干燥技术
1.3.1 真空冷冻干燥 冷冻干燥就是把含有大量水分物质，预先进行降温冻结成固体，然后在真空的条件下使水蒸汽直接升华出来，而物质本身剩留在冻结时的冰架中，因此它干燥后体积不变，疏松多孔在升华时要吸收热量。引起产品本身温度的下降而减慢升华速度，为了增加升华速度，缩短干燥时间，必须要对产品进行适当加热。整个干燥是在较低的温度下进行的。
1.3.2 真空冷冻干燥技术的特点 真空冷冻干燥较其他干燥有很多优点：
（1）冷冻干燥在低温下进行，因此对于许多热敏性的物质特别适用。如蛋白质、微生物之类不会发生变性或失去生物活力。因此在医药上得到广泛地应用。
（2）在低温下干燥时，物质中的一些挥发性成分损失很小，适合一些化学产品，药品和食品干燥。
（3）在冷冻干燥过程中，微生物的生长和酶的作用无法进行，因此能保持原来的性装。
（4）由于在冻结的状态下进行干燥，因此体积几乎不变，保持了原来的结构，不会发生浓缩现象。
（5）干燥后的物质疏松多孔，呈海绵状，加水后溶解迅速而完全，几乎立即恢复原来的性状。
（6）由于干燥在真空下进行，氧气极少，因此一些易氧化的物质得到了保护。
（7）干燥能排除95-99%以上的水份，使干燥后产品能长期保存而不致变质。
真空冷冻干燥的主要缺点是设备投资和运转费用高，冻干过程时间长，产品成本高。
1.3.3 真空冷冻干燥的基本过程
1.3.3.1 前处理工序：指对食品的预处理，包括选料、清洗、切分、漂烫、杀菌、添加反应抑制剂和抗氧化剂等；只有把好前处理的关，才有可能出高品质的冻干食品。
1.3.3.2 速冻：经过前处理的物料，需要进行冻结后再升华干燥。冻结温度和冻结速度对冻干食品的质量与冻干速率有很大影响。物料必须在共晶点温度以下才能够进行升华。冻结的最终温度通常比其共晶点温度低5-10℃。冻结过程是放热过程，需要一定的时间，达到欲冻温度后还需要保持一段左右，使整箱产品全部冻结。
1.3.3.3 升华干燥：冻结后的物料必须进行真空升华干燥。要求真空度很快达到升华压力。保持升华压力低于三相点。在升华过程中，由于物品中的热量不断被升华热带走，如果不能及时供给升华热时，物品的温度就不断降低。为此，在整个升华过程中，要供给升华热能，来维持升华温度不变。
1.3.3.4 包装：FD产品的粉碎、包装应在相对湿度30-40%、温度25℃以下进行。为保持干制食品含水在5%以下，包装材料应选择阻气性强、强度大、颜色深的为好。
1.5 对葱类产品泛白问题的研究的目的及意义
本课题的研究，是针对FD葱类产品的泛白问题，寻找适合大生产的合适的解决方案，用于FD葱的加工，以提高FD葱类产品的质量，主要研究了预冻条件、真空干燥条件，为解决FD葱类产品在生产中的泛白问题提供依据。
2 试验材料与方法
2.1 材料和设备
2.1.1 材料来源 试验所用葱是从云南楚雄地区，FD葱产品生产加工厂基地原料，经鉴定为德国米葱；原料质量符合生产加工标准。如无特别说明，本研究中所用的德国米葱菌采自云南楚雄地区。
2.1.2 主要设备 主要仪器见表1。
2.2 研究方法与技术路线
葱类产品泛白由于前处理的装盘工序（与装盘厚度有关：为节省能耗考虑，装盘），冷冻工序，干燥工序引起，因此研究主要针对这几个工序进行。
2.2.1 对冻结温度的研究 在料盘中铺相同厚度（铺满料盘：30cm）的物料，设定相同的冻结时间（4h），不同的冻结温度：-5℃至-50℃，每5℃为一个为梯度，冻结后用相同的干燥工艺进行干燥，来判断产品的质量，以确定适冻结温度；
2.2.2 对冻结时间的研究 通过对冻结温度的确定，用不同的冻结时间（1-8h），每0.5h或1h为一个梯度，冻结后用相同的工艺进行干燥，干燥后的产品进行质量判断，确定最适冻结时间；
2.2.3 对冷库湿度的研究 冷库湿度的多少，若湿度过大，造成结霜的会造成葱类产品或多或少的泛白，因此，本实验在确定冻结温度和冻结时间后，设定不同的冷库湿度（25-80%），干燥后对产品质量进行判断，确定冷库中适合的湿度；
2.2.4 针对产品不同的泛白类型，在干燥工序进行补救措施的研究 对不同泛白现象，结合冻结温度、时间和冷库湿度的分析，在干燥间断进行不同的真空度、温度的控制，干燥后对产品进行质量判断后，找出最佳措施。
3 对葱类产品泛白问题的研究
3.1 对冻结温度的确定
真空冷冻干燥是在真空状态下进行的，只有葱中的水分全部冻结，才能干燥出优质的产品，预冻的温度对于冻干产品的品质有很重要的影响，如果物料中有部分液体存在，就会造成物料泛白，乃至萎缩。物料预冻温度应低于葱共晶点的5-10℃为宜。
基于上述原因，本实验在德国米葱的料盘装量相同的情况下，选择了不同的冻结温度，对德国米葱进行冻结、干燥，通过产品的质量判断，对冻结的温度进行判断。用公式3-1，3-2计算出泛白率和产品收率。
表2 冻结温度对葱类泛白程度的影响
由上述公式（3-1）、（3-2）可知，其公式的意义是冻结温度对德国米葱泛白的影响，冷库冻结温度对于葱泛白的影响可见图1。
图1冷库冻结温度对葱泛白的影响
从表2可知，同样的装量、相同的冻结时间、冷库相对湿度相同和相同的干燥环境，选择冷库的冻结温度为-5℃，德国米葱的泛白率为最高：52.13%；选择冷库的冻结温度为-25℃，干燥后德国米葱的泛白率为最低：0.52%；
从图2可以看出，同样的装量、相同的冻结时间、冷库相对湿度相同和相同的干燥环境，冷库温度﹤-20℃，干燥后产品的泛白率随温度的升高而增加；而冷库温度﹥-25℃，干燥后产品的泛白率随温度的降低而增加。
实验进行后通过对产品的观察发现，同样的装量、相同的冻结时间、冷库相对湿度相同和相同的干燥环境，冷库温度﹤-20℃，干燥后产品显示的主要是整体泛白，而冷库温度﹥-25℃，干燥后产品显示的泛白主要是表面或边缘泛白。
3.2 对冻结时间的确定
真空冷冻干燥的冻结采用的是隧道式的连续冻结装置，产品在一个长形的、四周有隔热装置由输送带携带通过隧道，冷风由鼓风机吹过冷凝管道再送到隧道中穿流于产品之间，一般冷气进入隧道的方向与产品通过的方向相反，具有良好的冻结条件。
很好的掌握冻结时间，对控制葱类产品的质量有很大的帮助，基于以上原因，本实验以0.5h或1h为一个时间梯度，对德国米葱进行冻结、干燥，通过产品的质量判断，对冻结的温度进行判断。用公式3-1，3-2计算出泛白率和产品收率。
表3 冷库冻结时间对葱类泛白程度的影响
由上述公式（3-1）、（3-2）可知，其公式的意义是冻结时间对德国米葱泛白的影响，冷库冻结时间对于葱泛白的影响可见下图2。
图2 冷库冻结时间对葱类泛白程度的影响
从表3 和图2可以看出，在同样的干燥条件下，德国米葱在冷库冻结的维持时间低于2h泛白率随时间的缩短而增加，维持时间高于4h，泛白率随冻结时间的增加而增加而增加。其中，选择冷库相对湿度为40.0%，冻结温度25℃，维持时间0.5h，泛白率最高，为：37.84%；选择冷库相对湿度为40.0%，冻结温度25℃，维持时间3h，泛白率最低，为：0.79%；
实验进行后通过对产品的观察发现，同样的装量、相同的冻结温度和相同的干燥环境，冷库维持的冻结时间﹤2h，干燥后产品显示的主要是整体泛白；而冷库冻结时间﹥4h，干燥后产品显示的泛白主要是表面或边缘泛白。
3.3 对冷库湿度的确定
物料在冷库中冻结时，冷库相对湿度的高低，对葱产品的质量有较大的影响，冷库中相对湿度过低，容易造成葱产品干燥后萎缩；冷库中相对湿度过高，物料表面容易结霜，造成泛白。因此，对冷库相对湿度的研究是相当必要，本实验以5.0%梯度，对德国米葱进行冻结、干燥，通过产品的质量判断，对冻结的相对湿度进行判断。用公式3-1，3-2计算出泛白率和产品收率；实验数据详见表4和图3。
表4 冷库相对湿度对葱类泛白程度的影响
从表4和图3可以看出，在选择物料装盘量为3.00kg，冻结温度为-25℃维持3h，在冷库相对湿度＜40.0%时，德国米葱不出现泛白现象，但实际生产中出现的现象为不同程度的萎缩现象。当冷库相对湿度＞40.0%时，德国米葱的泛白率随相对湿度的增加而增加。并且在实际的实验中观察发现，泛白现象主要是料盘的表面和边缘泛白。因此，综合考虑，冷库的湿度选择40.0-45.0%较为适中。
图3 冷库相对湿度对葱类泛白程度的影响
4 结论与分析
4.1 结论
通过对冷库冻结时间、温度、湿度的研究，得出在冷库冻结时间为4-7h，冻结温度为-20℃至-25℃，湿度为40-45%时最为适宜。
通过对实验及冻干过程进行分析，在冻干过程中，造成葱泛白的原因主要由于冷库的冻结，但在实际操作过程中，还存在人为的因素，通过在生产和实验的过程中观察，理论结合实际，得出以下结论：
4.1.1 整体泛白 在冷库没有冻结好造成的自我冻结冻害。
4.1.1.1 铺盘物料的厚度与预冻的时间、温度 物料的装量及冻结的时间、温度有很大的关系，由于FD葱产品，为了节省能耗，装量为将料盘完全装满，物料在冷库库掌握不好物料冻结的时间及温度，使物料在冷库没有冻结好，存在“糖心”的问题，在物料进入干燥罐后，未冻结彻底的物料需要进行自我冻结，此时需要吸收周围物料大量的热量而造成周围物质冻害，从而出现了物料出仓时有不规则的整体泛白现象；
4.1.1.2 进仓处理不妥 由于机械、设备或人员的问题，进仓时速度过慢，导致物料融化，也会造成物料在自我冻结中冻害。
4.1.2 表面或料盘边缘泛白
4.1.2.1 冷库冻结时间、温度的掌握 物料在冷库冻结温度过低、冻结时间过长，由于在冷库冻结过程中很容易形成温度差，从而形成霜，在物料自冷库进入干燥罐的时候，由于温差较大，造成表面和料盘边缘的霜融化，同样进入干燥仓后，融化的物料需要自我冻结，导致表面部分物料冻害而造成表面或料盘边缘泛白；
4.1.2.2 冷库湿度处理不当 冷库的湿度过低，会更容易造成物料结霜，导致干燥后的物料泛白。
4.2 解决方法
通过以上分析，要解决真空冷冻干燥中的泛白问题，主要是要解决冻害和冻结不彻底的问题。而解决这两个问题，不仅需要对冷库进行很好的控制，还需要在干燥过程中根据实际情况对真空度和温度进行适当的调整。
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作者简介：吴艳（1985-）,女，云南楚雄人，云南楚雄瑞福康生物科技开发有限公司，技术研发人员，研究方向：研究蔬菜真空冷冻干燥。