冷凍濃縮技術發展論文

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[論文關鍵詞]冷凍濃縮食品加工

[論文摘要]隨著人類對自身健康的關注及生活水平的提高，冷凍技術被廣泛的應用到了食品加工技術上，主要對冷凍技術的發展和應用作闡述。

近年來，人類的生活水平的提高，高品質、高附加值產品日益增加，高檔飲料、果汁、生物制藥等也逐漸成為人們日常消費的主體。推動了食品的加工技術與方法的發展,食品原料中含有的營養成分與風味物質等要得到最大限度的保護就離不開冷凍濃縮技術。

一、冷凍濃縮技術國內外發展現狀

（一）國外發展概況

自上世紀50年代末學者們開始關注冷凍濃縮這一工藝以來，人類對冷凍濃縮技術的研究已有較長的歷史。荷蘭Eindhoven大學Thijssen等在70年代成功地利用奧斯特瓦爾德成熟效應設置了再結晶過程造大冰晶,并建立了冰晶生長與種晶大小及添加量的數學模型,從此冷凍濃縮技術被應用于工業化生產。依此制造的Grenco冷凍濃縮設備在食品工業中用于果汁、葡萄酒、咖啡提取物、牛奶等的濃縮，得到了高質量的產品。

之后，Shirai等為降低成本在采用懸浮結晶冷凍法時將小冰晶凝聚成為大冰晶來減小單位體積冰晶的表面積。研究者以10%(質量分數)的葡萄糖溶液做試料,在0.212K的過冷卻度下,添加占溶液總量6%(質量分數)的種晶,經7h凝聚成直徑為0.77mm～2.85mm的大冰晶。他們還將此方法用于海水淡化及燒酒廢液處理等方面。MarinoRodriguez等[3]對比研究了反滲透法和冷凍濃縮法在從廢水中去除戊酸中的應用，兩種操作方法的經濟運算結果表明冷凍濃縮法的能耗雖是反滲透的五倍，但卻正好折中了反滲透中所用膜的代價。

F.A.Ramos將冷凍濃縮技術應用于一種生長于安第斯山脈的漿果，發現此技術并未改變其果肉的色澤及PH值，并明顯降低了揮發性物質的損失量，且很好地保留了漿果獨特的香味。

OsatoMiyawaki將管式結冰漸進式冷凍濃縮系統應用于咖啡萃取物可其溶液濃縮至30%，含果肉的番茄汁可濃縮至12.5%，而將夾帶有5%果肉的冰相溶解再次經過管狀結冰器濃縮后所得冰相的濃度低至0.25%，如果事先將果肉去除，則番茄汁可濃縮至40%，蔗糖水溶液可由41.8%濃縮至54.8%，且濃縮效果非常好。

（二）國內研究及應用現狀

由于冷凍濃縮的基本原理很簡單，我國傳統的老陳醋生產工藝中就曾應用過冷凍濃縮技術。近年來，該技術在國內已被廣泛應用于各行業中，并在相關理論和設備開發上取得了許多新進展。

1.釀酒業。冷凍濃縮的優勢尤其可用于釀酒產業。冷凍濃縮技術最先在啤酒工業中應用，可在除去冰晶的同時除去形成混濁的多酚、丹寧酸等物質，從而減少啤酒的貯存容積，特別是對冷凍濃縮后的啤酒采用混合水技術可以完全恢復到原來的啤酒。后來，有人通過對葡萄酒進行冷凍分離試驗,發現酒精和還原糖比較易于利用冷凍法在液相中進行濃縮分離，通過冷凍濃縮技術改善了干白葡萄酒的品質。

2.果汁工業。我國是生產甘蔗的大國，將糖蔗改種果蔗并加工成甘蔗汁既解決了甘蔗的銷路,又滿足了人們對果汁日益增長的需要。甘蔗汁的熱敏性很強,對其進行普通的蒸發濃縮極容易使甘蔗汁焦糖化,喪失其特有的風味。應用冷凍濃縮工藝對甘蔗汁的處理，對濃縮前后的甘蔗汁進行了感官上的比較，發現濃縮后的甘蔗汁品質穩定，除了在顏色、氣味、甜味方面感覺更加濃重外,其它基本保持了冷凍濃縮前甘蔗汁的原有風味。

3.制藥業。冷凍濃縮已發展應用到制藥工業，因此它為開發新產品和改良品種大開方便之門，并且通過其高效的加工節省能源。用冷凍濃縮工藝對中藥水提取液進行中試規模的濃縮試驗制取口服液，試驗表明用冷凍濃縮工藝代替真空蒸發濃縮可免去某些口服液制造過程中的醇沉工序，從而改善口服液的口感。

由于木聚糖酶解所得到的低聚木糖溶液常常需要脫水濃縮，如采用真空蒸發濃縮，可能導致低聚木糖在加熱管表面結焦變性，降低產品的質量。江華等研究了低聚木糖溶液冷凍濃縮時的冰晶生長動力學以及懸浮結晶法冷凍濃縮低聚木糖溶液過程中各因素對低聚木糖在固液兩相中分配的影響，為低聚木糖冷凍濃縮過程的開發利用提供了理論依據。二、冷凍技術發展方向

食品冷凍濃縮技術與傳統濃縮方法相比，其濃縮產品的質量是最好的，但仍存在某些問題。當物料粘度高時難以生成大冰晶，且由于迅速冷卻而形成的微小冰晶不能徹底從母液中分離出來，難以回收附在冰晶上的可溶性固形物和一些有效成分，從而限制了它的推廣與使用。

近年來有關冷凍濃縮的理論和技術又取得一些新進展。其中，將冰核細菌(IceNucleation-ActiveBacteria，簡稱INA細菌)用于食品冷凍濃縮中，是生物技術在食品中的一項獨特應用。國外已有相關文獻報道，表明INA細菌可顯著提高食品的過冷點，縮短冷凍時間，節省大量能源；還可促進較大冰晶的生長，使結晶操作成本降低，同時又使分離操作所需費用及因冰晶夾帶所引起的溶質損失減少。

Kumeno等用X.campestrisINXC-1對蛋清冷凍濃縮后加熱形成硬膠，其物理性質如起泡性、穩定性、硬度、粘彈性等均優于常規生產的產品。Minjung等用P.syringae冷凍濃縮蘋果汁，加入細菌的樣品在-2.2℃就出現冰核并開始結冰，而不加細菌的樣品則無結冰現象。

Watanabe等用海藻酸鈣包埋E.ananas制成活性膠囊,加入蛋清中做冷凍試驗，發現加了細菌的約在-3℃就有冰晶析出，而沒加的則在-18℃才有冰晶出現，熔化冰晶階段無顯著差異；又用E.ananas冷凍濃縮檸檬汁，濃縮汁的可溶性固形物回收率高，風味營養成分保持好，GC分析和感官評定均表明與原汁無異。

三、冷凍技術的發展前景

冷凍濃縮技術現已證明優質可靠，極具市場活力。隨著社會的進步，經濟的發展，人們生活水平的提高，冷凍濃縮這一低能耗、可生產高質量產品的加工技術具有很大的發展潛力。此方法除了用于濃縮，也可考慮用于有機廢水的處理，活性物質的回收再利用等方面。同時，整體的冰結晶又是很好的蓄冷、降溫用冷源。這些方面對于保護環境、促進資源的再利用都是很有意義的。

對食品冷凍濃縮技術來說，應在提高冰晶純度、減少固形物損失及降低生產成本方面加以深入研究，這樣才能充分發揮其自身的優勢。冰核微生物用于食品冷凍濃縮中，屬于生物技術與食品加工相結合的一項高新技術，極富應用潛力。

參考文獻：

[1]詹曉北.冷凍濃縮技術在啤酒工業中的應用[J].冷飲與速凍食品工業,1996（1）:14-16.

[2]袁林峰，閔華，黃霞萍.甘蔗汁冷凍濃縮特性研究初報[J].江西農業學報.2002，14(1):61-64.

[3]江華，余世袁.低聚木糖溶液冷凍濃縮時冰晶生長動力學研究[J].林產化學與工業.2007，27（3）：53-56.