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真空冷凍乾燥原理 在 食品真空乾燥裝置及其進展- 看板NCHU-PP87 的必吃
摘要： 真空乾燥在食品工業中有廣泛的重要的應用，近幾年來，真空技術與微波加熱技
術和其它乾燥技術相結合，出現了一些新的真空乾燥裝置類型，提出了我國應加快研製開
發真空微波乾燥裝置的新觀點。
前言
當前，食品加工技術的一個重要發展趨勢是最大限度地保持食品的營養和色香味，而乾燥
工藝和設備的選擇對食品產品的營養、色香味有很大影響。食品乾燥有很多與「食品」相
聯繫的特點，它不同於化工產品的乾燥，前者需要考慮食品衛生、營養損失、色香味變化
等等，對乾燥溫度和時間有嚴格限制；食品乾燥又不同於醫藥產品的乾燥，因為食品往往
是低附加值產品，而藥品一般是高附加值產品，前者必須考慮乾燥過程的經濟性。圍繞著
「質量和經濟」，近年來食品乾燥技術和設備還是取得了不少進步，而其中真空與其它乾
燥方法或加熱技術相結合，賦予了真空乾燥裝置新的內涵和生命力。
1．食品真空乾燥的特點
真空乾燥是基於這樣一個基本原理：水的飽和蒸氣壓與溫度緊密相關，在真空狀態下，水
的沸點降低，即在真空下操作也就是在低溫下操作，可避免在高溫下營養成分維生素等的
破壞，同時提高了乾燥速度。此外在真空系統中，單位體積內空氣的含量低於大氣中的含
量，在這相對缺氧的環境下進行食品乾燥可以減輕甚至避免食品中脂肪的氧化機會，色素
褐變或其它氧化變質等，所以採用真空乾燥獲得較好的食品質量。
2．傳統的真空乾燥裝置
真空乾燥在食品、製藥、化工等行業有廣泛的應用，國內也開發和引進了各種真空乾燥設
備，其結構形式多種多樣。在食品工業中常用的形式主要有箱式、雙錐式真空乾燥器，帶
式真空乾燥器等。這些傳統的真空乾燥裝置主要採用熱風，蒸汽或電等加熱，利用熱傳導
，對流或輻射原理將熱量從外部傳到物料內部。
2．1箱式真空乾燥器
箱式真空乾燥是歷史最悠久，也是最簡單的一種真空乾燥器，在真空乾燥箱內有多塊中空
加熱板，加熱板裡面一般通蒸氣加熱，也可用電加熱或其它輻射加熱。物料放在金屬盤裡
置於加熱板上，熱量通過熱傳導到達物料內部，使水份加熱蒸發。箱式真空乾燥器目前在
實際中使用仍很普遍，適用於液體、漿體、粉體和散粒食品物料的乾燥。
2．2雙錐真空乾燥器
雙錐真空乾燥器是使有對稱夾套的圓錐形容器回轉，借內部圓錐體本身的傾斜度使物料不
斷被攪拌，通過回轉接頭由回轉軸的一側送入蒸汽或加熱載體，並借助於設另一端軸中心
的帶過濾網的排氣管排氣。雙錐真空乾燥器能達到較高真空度，內部結構簡單，清理容易
，物料能全部排出。
2．3真空帶式乾燥器
真空帶式乾燥器是由一連續的不銹鋼帶組成的，鋼帶繞過加熱滾筒和冷卻滾筒，結構呈多
層式，構成乾燥器主體，然後納入密閉的真空室內。物料簿簿地平鋪在帶式加熱板上隨之
運動，由於在真空條件下，物料在加熱板上呈沸騰狀發泡，故成品具有多孔性；全系統為
密閉操作，衛生條件好，實際操作真空度100~10Kpa之間，加熱溫度為150℃左右，其運條
件(乾燥溫度和時間)介於冷凍乾燥和噴霧乾燥之間，成品質量與冷凍乾燥很接近，但冷凍
乾燥是間隙操作而真空帶式乾燥機是連續作業，特別適合於熱敏性和極易氧化的食品的乾
燥，液態或漿狀物料勻可使用，食品中常用此乾燥橙汁、蕃茄汁、速溶茶等。
2．4真空滾筒乾燥機
真空滾筒乾燥機將滾筒密閉在真空室內，在真空滾筒乾燥機中，進料、卸料和刮料等都必
須從乾燥室外進行控制，因此乾燥成本很高，故只能用於非常熱敏性食品的乾燥，如果汁
、酵母、嬰兒食品等。
3．真空乾燥裝置的新進展
傳統的真空乾燥裝置大多採用熱傳導、對流或熱輻射的方式加熱，加熱速度慢且不夠均勻
，近幾年來，研究者將真空技術與微波加熱技術及其它乾燥技術相結合，出現了一些新的
真空乾燥裝置類型。
3．1真空冷凍乾燥
水有三種聚集狀態，即液態、固態和汽態。隨著壓力的不斷降低，冰點的變化不大，而沸
點側越來越低，越來越靠近冰點。當壓力下降到某一值時，沸點即與冰點相結合，固態冰
可以不經過液態而直接轉化為汽態。水的三相點壓力為610.5Pa，三相點溫度為0.0098℃
，在壓力低於三相點壓力時，固態冰可以吸收熱量直接轉化為汽態的水蒸汽，冷凍乾燥的
原理就在於此。真空冷凍乾燥時，產品放在真空室內，處在兩加熱板之間，利用低溫激發
遠紅外加熱，保證乾燥均勻，加熱板的溫度是按乾燥過程的加熱曲線精確控制的。真空度
的選擇要能保證整個乾燥過程中所有水份都以冰的形式而不溶融，對於大多數蔬菜和肉類
來說，選擇0.5~1Pa,相應於25℃左右的昇華溫度為適。
由於真空冷凍乾燥食品是在很低的溫度下脫水，食品的營養成分風味物質損失少，可以最
大限度地保留原有的營養和風味，復水性極好，可在數秒至數分鐘內完成復原，其色、味
、形與新鮮品基本完全相同。真空冷凍乾燥產品很多：有咖啡、速溶茶、果汁、草藥等，
蔬菜類有蔥、大蒜、姜、磨茹、肉類、鮮貝等。真空冷凍乾燥一次性投資很大，令很多食
品廠家望而卻步，如丹麥的ATLAS的RAY50型凍干設備(凍乾麵積45m2 )報價高達105萬美元
，國產凍干機剛剛起步，質量方面與國外產品還有很大的差距，此外真空冷凍乾燥的生產
費用也較高，這是因為需要維持較高的真空和(-25℃)的低溫，乾燥時間長，能耗較高，
這些因素使冷凍乾燥在食品工業中使用帶來很大的阻力。
3．2噴射式連續真空乾燥器又稱（Filtermat噴霧乾燥器)
噴射式連續真空乾燥器又稱Filtermat噴霧乾燥器，相當於是帶式真空乾燥器與噴霧乾燥
器的組合。Niro Hudson公司研製的該種乾燥器成功地解決了粘性食品----如含糖量高、
含脂肪量高或酸含量高的食品物料的乾燥問題，粘性大的物料用傳統的噴霧乾燥器會發生
粘壁現象，乾燥困難。乾燥過程中物料通過壓力噴嘴垂直向下噴向噴霧乾燥室，熱空氣也
向下噴，半干的粉末物料聚集在移動的網帶上，尾氣也由風機排出，乾燥好的物料在網帶
上進一步移動、冷卻、收集。由於噴霧塔內維持中等的真空度，熱風溫度只需100℃左右
，而一般的噴霧乾燥熱風溫度150℃左右，因而熱敏性物料損失少，同時降低了噴霧塔內
的高度。
3．4微波真空乾燥
微波是波長1.0~0.001m，頻率為300~300000MHz，具有穿透性的電磁輻射波，微波乾燥原
理是：微波發生器將微波輻射到乾燥物料上，當微波射入物料內部時，透使水等極性分子
隨微波的頻率作同步旋轉，例如乾燥蔬菜類製品採用915MHz的微波，則蔬菜內的極性水分
子等每秒轉動9.15億次，水等極性分子作如此高速旋轉的結果使物料瞬時產生摩擦熱，導
致物料表面和內部同時升溫，使大量的水分子從物料逸出，達到物料乾燥的效果。傳統的
加熱方法如蒸汽、熱風、電等加熱是利用熱傳導、對流、輻射的原理將熱量從外部傳物料
內部，由表及裡需要一定的時間，物料的熱傳導性能越差所需的時間就越長，因此加熱速
度慢且受熱不均勻，能耗較高。微波加熱是使被加熱物體本身成為發熱體，故稱之為內部
加熱方法，微波從四面八方穿過食品，食品內外同時加熱，既不需要傳熱介質，也不利用
對流，食品內外溫度同時上升，加熱速度快而均勻，僅需傳統加熱方法的幾分之一或幾十
分之一，並能較好保留食品中維生素及食品原有的色香味。有實驗表明，曬乾的鮮菜其葉
綠素、維生素等營養成分僅剩3%，陰乾則可保留17%，熱風快速乾燥可保留40%，微波乾燥
可保留60%~90%，真空冷凍乾燥可保留97%{2}。
微波真空乾燥是將微波技術和真空技術有機地結合，充分發揮微波加熱快和均勻，真空條
件下水汽化點低的特點，是一項很有前途的乾燥技術。微波真空乾燥技術在法國、日本、
美國近年來已由實驗室推向工業化生產，這種技術很適合於熱敏性食品的深加工。
美國加州大學與某公司合作，使用微波真空乾燥無籽葡萄乾，保持了葡萄原有的形狀和顏
色，避免了過去傳統工藝(65℃熱空氣烘24小時)產品顏色、形狀、風味和營養成分變化的
缺點，產品質量大大提高。法國國際微波公司製造的微波真空乾燥機(2450MHz，48Kw)微
波真空乾燥室直徑為1.5m，長度12m，加工速溶桔粉，產品不僅保持原有的色香味，其維
生素的保留遠遠高於噴霧乾燥。
近年來國內外對高檔脫水蔬菜的需求量很大，而脫水蔬菜的生產，其乾燥工藝是決定產品
質量的關鍵，採用真空冷凍乾燥制備脫水蔬菜雖然質量好，但真空冷凍乾燥設備價格昂貴
，生產成本高；80年代以來國外已有採用真空微波--熱風（45%~55%）生產脫水蔬菜，在
質量上與冷凍乾燥工藝生產的產品相當，而一次性投資少，總成本有較大幅度下降。
4． 結束語
（1） 真空乾燥具有乾燥溫度低，乾燥室內相對缺氧，可避免脂肪氧化，色素褐變等一系
列優點，適合於熱敏感性食品物料的乾燥，此外設備成本、乾燥費用也相對較低，真空乾
燥在食品乾燥中點有重要的地位。
（2） 真空乾燥與微波加熱技術或其它乾燥方法相結合，出現了不少新型的真空乾燥裝置
，賦予了真空乾燥新的內涵及生命力。
（3） 真空微波乾燥吸收了微波加熱和真空乾燥兩者的優點，是一種很有前途的乾燥技術
，建議我國加快研製、開發真空微波乾燥裝置。
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