真空冷冻干燥技术在中国的发展
引言 ：作者在2002～2005年期间有幸参加了东北玉米、及四川天府花生的低温真空连续干燥技术研讨及其塔形干燥设备的研制安装、调试设备、干燥试验工作。现就低温真空连续干燥技术（以下简称真空干燥）及其塔形干燥设备研发试制工作中的一些心得体会和大家共同讨论。
中国是一个农业大国，全国各地气候条件土壤条件千差万别，农林果蔬产品十分丰富、产量巨大，随着国力的增长，人民的生活水平日益提高，高产量、高品质、低成本、快速及时的用机械设备干燥农林果蔬产品，以满足工业原料加工和高品质的、人们食品需求的紧迫性，摆在了从事干燥事业工作者的面前。目前国内用于干燥农林果蔬产品，谷物、林果、茶叶、中草药、蔬菜的设备绝大多数是常压热风塔形干燥设备，该种设备由于经几十年的研制、生产使用，其技术、工艺业已十分成熟，该类设备具有结构相对简单，制造工艺、干燥工艺参数可靠，干燥加工脱水成本较低等突出的特点。目前在国内南北方各地使用十分普遍，各种型号估计在用量万台以上。
机遇与挑战：
由于常压热风干燥技术本身的技术特点；被干燥物是利用常压热空气供热，而物料和内部的水分脱干、是依靠热空气中、温度条件下不饱和蒸汽压力与饱和蒸汽压力差蒸发出颗粒内部，随着热空气排出干燥仓外。那么供热温度越高、空气内水蒸汽越少、干燥效率就越高。高温热风干燥谷物类物料时如快速干燥、则造成谷物爆腰、种皮裂纹甚至破裂，降低了品质。即使降低温度也必须多段缓苏以减少破碎。高温热风干燥谷物等物料时，物料在高温富氧条件下容易氧化、酸解、变质、失去食用价值，淀粉容易变性。高温 ≥83℃时蛋白质变性，≥64℃时淀粉变性，≥55℃时活性酶失活，维生素С在≥40℃时分解失效，种子对温度更敏感。稻谷类种子≥35℃时细胞组织等生理活性将随温度提高而降低、直至丧失发芽能力。采用低温干燥具有热敏性物质的物料时，对热空气温度及空气湿度有严格条件限制。例如在南方高温湿热天气环境，空气已处于高温水蒸汽饱和状态，很难利用环境空气加热低温热风干燥；在北方即使用低温空气作为热介质，但由于低温空气热焓低、低温下空气中水蒸汽分压、力差小，和高温空气相比同质量时蒸发量大大降低，因而供风动力消耗增大，干燥效率低、时间长、干燥成本大幅提高。另外要指出的是对热风干燥物料后的高温热空气必须排出仓外。空气当中排出仓外的热空气除了蒸发出的水蒸汽带汽化潜热外，其中出仓空气带出的热量约占进仓前热量的30～60％，进热风炉空气温度越低、空气湿度越大、物料允许热风温度越低其干燥热能利用率越低，低温热风干燥热敏性物料，热能综合利用率仅在20％左右。资料报道，干燥设备能耗占国民经济总能耗12％左右，而农林类原料干燥及其成品干燥在工农业生产中占有重要地位，且又是大宗产品。其耗能在国民经济生产中占有一定比重，是耗能“大户”之一。目前全世界性的能源紧缺，中国在石化类特别是油、气资源均占有量上处于极低水平，国家因而制定了建设节约型经济科技发展道路的方向。再加上人们对高品质生活的需求，就给我们提供了研制高效、节能、低成本高质量干燥物料的新型设备提供了良好机遇。真空干燥技术设备在技术上提供了良好支持，但原有的真空干燥设备由于技术上、原材料配套设备上的原因，不能满足设备低价位、运行低成本、大产量需要；因而研发生产出较低售价、大产量、低成本干燥、易操作的低温真空连续干燥技术设备向我们提出了要克服一个个难以逾越的困难的严峻挑战。由于国家的改革开放，新技术、新材料不断出现就又给我们提供了解决一个个技术难题的可能性。历经四年的研发已初步实现了低温真空连续干燥技术设备生产的可能性。今已研制出20吨∕天、60吨∕天、300吨∕天、真空干燥加工东北玉米样机。干燥加工水分36％干燥至4％四川天府花生样机。经试用该设备干燥后的物料品质优良，节能效果显著。该技术已通过专家评审，现就有关问题提出供大家批评指正。
近年来，真空冷冻干燥技术在我国有了较快的发展，但与国外相比，还有一定差距，本文从该技术国内外发展状况及应改进的几个方面入手，对这一技术进行剖析。
发展态势产量递增速度每年达30%
真空冷冻技术简称为冻干技术。国家质检总局锅炉压力容器检测研究中心主要从事真空冷冻干燥过程优化研究的专家介绍，冻干原理是在真空状态下，利用升华原理，使预先冻结的物料中的水分不经过冰的融化直接以冰态升华为水蒸气而除去，从而获得干燥制品的技术。实践表明，真空冷冻干燥脱水技术是一项适用于果蔬、肉类、水产、药品的护色、保鲜、保质及保持营养成分的高新加工技术。
据统计，目前美国年消费冻干食品500万吨，日本160万吨，法国150万吨，其他国家的消费数量也在逐年攀升。如今，冻干食品在国际市场上的产量以每年30%的速度递增。
我国在冻干方面的研究起步较晚。近年来一些科研单位对某些产品进行了工艺研究。东北大学已成功研究了人参冻干工艺；四川大学研究了牦牛肉的冷冻干燥工艺。此外，上海华裔发展有限公司将一些名菜，如：“宫爆鸡丁”等，用冻干工艺加工，已在国内申请专利。如今，随着我国消费者对冻干产品需求量的逐年增大，冻干设备也有了较大的发展。
专家介绍，由于真空冷冻干燥是在低温、高真空状态下进行，物料中的水分直接从固态升华为气态，因而可以最大限度地保持被干物料的细胞活性以及被干物料的色、香、味、形和营养成分，而且复水性能好。冻干食品则是采用现代脱水技术与工艺加工而成的集方便、保健、纯天然为一体的高品质绿色食品。从而避免了传统脱水方法带来的变色、变味、成分流失及无法还原等缺点。
国内现状整体设计及控制水平有所提高
冻干食品品质的优劣，除了与工艺有关，在很大程度上取决于食品冻干设备。食品冻干机主要包括对物料进行冻结的冻结库和升华脱水的干燥仓及真空、制冷及加热等辅助设备。专家谈到，世界较为先进的冻干机主要包括：丹麦阿特拉斯的RAY型间歇式和CON-RAD型连续式冻干机，日本—0共和真空株式会社的无隔离干燥过程水气凝结器除冰再生技术和TL型液体食品密闭系统管式冻干机。
此外，早在十多年前在保加利亚成立的，以研究宇航食品、保健食品和营养食品为主要方向的低温生物学和冷冻干燥技术研究所的科研实力也极为雄厚。
近年来，国内食品冻干机发展较快，生产厂家较多，质量、性能及规格型号各不相同。20世纪50年代初期，武汉及北京等生物制品研究所先后进口了一批冻干机；20世纪60年代北京、天津、南京、上海及大连等地相继建立了一些实验性冻干食品生产厂家，并先后仿制了一批冻干机。其特点是整体式，搁板温度不均匀，手动操作，能自动记录；20世纪70年代湖北自行设计了一种冻干机，采用单机双级压缩机，可在箱内加盖瓶塞；上海则建立了年产300吨的中等规模的冻干车间。
为加快我国冻干技术的发展，机电部将工业真空冷冻干燥机列入1986年工业技术发展基金项目，由华中理工大学承担并与浙江真空设备厂协作进行研制，产品于1989年通过部级鉴定，该机结构紧凑、功能齐全、搁板间距可调，采用微机程控。
此外，清华大学核能设计研究院也引进俄罗斯大型食品真空冷冻干燥设备的先进技术，直接与国家一级企业烟台冰轮集团合作，共同探索出一条发展我国冷冻干燥事业的新路。所研制设备的优点是：起点高、投资少、见效快。在引进、消化及吸收的同时，对设备的改进提出了切实可行的方案，特别是控制系统设计，从工艺要求出发，在考虑节能的同时，以进一步提高效率为目的，采用现代化的仪表和先进控制手段，对设备的控制系统重新进行了优化设计，从根本上提高了我国大型食品冷冻干燥机的整体设计及控制水平。
改进趋势逐渐脱离仿制国外机型道路
专家分析，目前大部分国产食品冻干机生产厂家走的是仿制道路。一些厂家在在采用国外先进技术的同时，进行了较大的改进。如加热板内采用了特殊导流装置，使板内流体的流量均匀，保证了加热的均匀和稳定；捕水器在工作中可实现交替捕水和融冰，捕水器盘管内氨液制冷方式由传统的氨液相变制冷改为氨液无相变制冷，使捕水器盘管内温度均匀，结霜性能良好。
除仿制外，国内自身的研制能力也在提高，一些单位已经脱离了仿制国外机型，抽气系统采用低架式水蒸气喷射泵抽水蒸气，省去了捕水器和制冷系统，降低了设备价格。
研究方向重在降低成本减少能耗
然而，无论是国产设备还是引进设备，食品冻干机共同的缺点是价格昂贵、耗能高、收回投资慢。降低成本、减少能耗是冻干机今后的主要方向。因此，有关专家总结，食品冻干机的研究方向和发展趋势如下：
（1） 降低成本、减少能耗 国外一些冻干机不采用不锈钢制造，而采用低碳钢涂覆食品用可烘干树脂，在室温下会发出红外线。搁板表面涂高性能远红外发射材料、增强其辐射能力；料盘表面处理，增强其吸收能力。捕水器的结构、尺寸及结霜特性的优化更有实际意义，因为目前其造价相当于冻干箱的造价，运转功耗较大。对于冻干机而言，加热系统只是补充升华热，功率消耗本不应太高，但现有设备不尽如人意，应加以优化结构，并降低能耗。
（2） 保证质量 提高性能 在实际应用中，一些厂家的冻干机安装后，一直不能投入正常的生产；有些冻干机虽然能生产，但能耗高。还有一些元器件不断出现故障、影响正常生产。因此，必须保证冻干机的质量。提高性能是指除加热速率、抽气速率、温度均匀性、真空度稳定性之外，增强设备新的功能。例如增加冻干结束时的判断功能，最简单的办法是称重法。目前已有人试验、但不尽如人意。应该发展质量传感器、用较小的一次元件给出质量随时间的变化。
（3） 开发连续式冻干设备 当前生产的冻干机大都是间歇式产品，随着工业技术大量的发展，开发连续式冻干设备，增加冻干产品的产量将是必然趋势。
（4） 提高卫生标准 近年来，西方国家在食品生产企业开始推行HACCP系统，对食品加工设备的消毒杀菌及卫生管理等提出了更加严格的要求。日本的许多厂家纷纷将原有镀锌钢板的真空干燥室改为不锈钢真空室，减少了污染。
专家认为，目前国内科研人员已成功研制出系列真空冷冻干燥设备，为发展我国真空冷冻干燥技术奠定了良好的基础。随着国际市场对冻干食品需求量的不断增加和我国加入世贸组织以及人民生活水平的逐渐提高，冻干设备将会有长足的发展。
协会应成为政企间的润滑剂
1月14—18日，国务院食品安全综合检查组组长惠鲁生在广西检查工作时说，行业协会应成为政府与企业间的“润滑剂”。
在检查组召集的广西食品、水产、轻工、淀粉等食品相关行业协会以及有部分食品生产加工企业代表参加的食品安全座谈会上，惠鲁生强调，各种行业协会的出现是市场经济发展的标志，但行业协会不是二级政府，而是政府与企业之间的中介。协会舞台很大，有着政府不可替代的优势，许多政府做不了的事情协会可以做好，所以，应该正确定位，发挥“润滑剂”的作用。协会应当积极处理好政府与企业间的矛盾，处理好监管与发展的关系，积极为企业服务。只要认真研究市场，按市场规律办事，比企业更熟知市场，协会的前景将无限看好。惠鲁生要求协会：一要引导企业规范经营，促进市场良性发展；二要围绕企业素质做文章，帮助企业提高生产和管理的水平；三要维护企业权益，扶持企业做大做强。
