癟塌溫度

在食品冷凍乾燥的二級乾燥過程中，應注意溫度補加不能太快，以避免食品溫度上升快而使原先形成的固態狀框架結構變為易流動的液態狀，從而導致食品的固態框架結構癟塌(collapse)，乾製品癟塌時的溫度稱為癟塌溫度。

基本介紹

• 中文名：癟塌溫度
• 外文名：collapse temperature
• 適用過程：冷凍乾燥
• 調控對象：溫度
• 適用對象：乾製品
• 形態特徵：乾製品癟塌

冷凍乾燥過程

初級乾燥(升華乾燥)

在冰晶體形成後，通過控制冷凍乾燥機中的真空度和注意補充熱量，冰可快速升華，使食品中形成的全部冰被全部升華完畢，這一過程稱為初級乾燥或升華乾燥。通常，在初級乾燥階段，只能使水分含量降低到一定程度，一般減少到10%～20%，這個值取決於食品組成，剩餘的水分是未凍結水分。在冷凍乾燥中，升華溫度一般為一35～一5℃。

因升華相變是一個吸熱過程，需要提供相變潛熱或升華熱。如果不提供熱量則物料隨著升華進行溫度迅速下降，當溫度降到與真空度下相應水蒸汽壓相等時，則水蒸氣揮發停止。凍結物料溫度的最低極限不能小於冰晶體的飽和蒸汽壓相對應的溫度，所提供的熱量應等於冰晶體升華熱，同時應注意使物料上升溫度不能超過被凍結物料的溫度或略低於冰晶體熔化溫度，以便能進行升華。

隨著乾燥的進行，食品中的冰由表向里逐漸減少，這樣就出現了食品的凍結層和乾燥層，兩者之間的界面被稱為升華前沿(sublimation front)，確切地說是在食品的凍結層和乾燥層之間存在一個水分擴散過渡區(見圖1)。在乾燥層中由於冰升華後水分子外逸留下了原冰晶體大小的孔隙，形成了海綿狀多孔性結構，這種結構有利於產品的復水性，但這種結構使傳熱速度和水分外逸的速度減慢，特別是限制了傳熱。因此，為了加快升華，都必須將熱量傳遞到該區，讓水蒸氣穿過乾制層而轉移被除去。若採用一些穿透力強的熱能如輻射熱、紅外線、微波等，使之直接穿透到(冰層面)升華界面上，就能有效地加速乾燥速率。

圖1

二級乾燥

當食品中的冰全部升華完畢，升華界面消失時，乾燥就進入另一個階段，稱為二級乾燥。剩餘的水分即是未結凍的水分，在很低冷凍溫度下水處於玻璃態，必須補加熱量使之加快運動而克服束縛從而外逸出來。但此時應注意溫度補加不能太快，以避免食品溫度上升快而使原先形成的固態狀框架結構變為易流動的液態狀，從而導致食品的固態框架結構癟塌(collapse)，乾製品癟塌時的溫度稱為癟塌溫度。在癟塌中冰晶體升華後的空穴隨著食品流動而消失，食品密度減小，復水性差(疏鬆多孔結構消失)。食品的癟塌溫度實際上就是玻璃態轉化溫度(glass transition temperature)。一些常見食品的癟塌溫度見圖2所示。圖3所示是典型的冷凍乾燥軌跡(溫度對水分含量在乾燥中隨時間變化的影響)。食品物料在A點經冷凍到B點結冰，在真空下升華除去冰，隨著溶質濃度的提高，冰點不斷下降到C點，此時為低共熔點，處於玻璃態；進一步乾燥時隨著溶質濃度的增加，物料的玻璃態溫度沿CD線逐漸上升，直到物料乾燥。在初級乾燥階段的溫度，凍結時應當低於癟塌溫度，以產生最大量的冰；在二級乾燥階段，應當根據狀態圖保持溫度和水分含量，以便溫度正好停留在CD線玻璃態溫度之下。

圖2

冷凍乾燥食品的結構決定了二級乾燥所需的時間。因為只有通過水分子在食品中的擴散，乾燥才發生。如果幹燥層固化結實，冰孔間沒有通道，水分子難穿過已乾層擴散到表面，乾燥就慢。另一方面，若在已乾層間存在通道，該通道無論是由冷凍過程的本質所決定還是由於冷凍和乾燥過程中的爆裂所形成，水分的轉移會更快。蒸發的水分子通過擴散穿過冰晶孔而外逸出來。通常在二級乾燥中除去剩餘水分所需時間與初級乾燥去除80%以上水分所花費的時間差不多或更長。

圖3

冷凍乾燥的終點總是不明顯。通常，在冷凍乾燥過程中水分含量減少到2%，但這在過程中難於測量。另外，在乾燥過程中食品有一個溫度梯度，表面區域的水分含量比內部區域要低。冷凍乾燥的終點可通過測定食品內溫度或重量測定來指定。雖然需要事先知道溫度和水分含量之間的關係，但測量食品在特定點的溫度就可以估算出那一點的水分含量。

食品乾制方法的選擇

食品乾制方法的選擇通常需根據乾燥物料的種類、乾製品的品質要求及乾燥加工的成本並綜合考慮物料的性狀以及它的分散性、粘附性能、乾態與濕態的熱敏性、黏性、表面張力、水分含量、物料與水分的結合狀態以及其在乾燥過程中的主要變化等來決定。乾製品的質量要求通常是選擇乾燥方法的主要依據。一般希望乾制時間儘量最短、生產過程能耗低、生產費用少而產品品質最好，對原有營養成分等損失最少或基本不損失。

選擇乾燥方法時要考慮：

(1)不同的物料物理狀態不同：液態、漿狀、固體、顆粒等。

(2)性質不同：對熱敏感性、受熱損害程度、對濕熱傳遞的感受性。

(3)最終於製品的用途。

(4)消費者的不同要求。

乾燥方法不同，乾製品的質量相差較大。有些乾燥方法生產的產品在復水時有優越的性質。一個經典的例子就是噴霧乾燥和冷凍乾燥速溶咖啡之間的差別。由於冷凍乾燥不涉及氣一液界面(乾燥由冰升華而引起)，易揮發風味和芳香化合物在乾燥過程中不會損失，冷凍乾燥產品有更高的質量。

水果橙汁與澱粉乾制時所選用的乾燥方法不一樣，橙汁粉的價格比干澱粉貴得多，故可選用費用較大但能精確控制的乾燥方法，又因為前者比後者易受熱損害，故選用的方法還應該溫和一些或儘量在低溫下乾燥。

不同的方法有不同的特點，食品的物料也是各不相同，需要綜合考慮；也可以根據需要將多種方法結合使用。有些新的物料或食品可以先進行小試，再在生產中放大和套用。