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一般来说,「冻干」就是「真空冷冻干燥(vacuum freeze drying)」的简称;真空冷冻干燥技术,是先通过冷冻,使湿物料中的水分冻结成固态的冰,再将这些固态的水分(也就是冰),直接升华成水蒸气,从而将这些水分排出物料。
那为啥要排出物料(例如食品)中的水分呢?
这通常是为了抑制微生物。
一、干燥、水与微生物
1、微生物是食物腐败变质的根源。
食品科学、食品加工技术的发展,大多都围绕着食品中的微生物而展开,或利用微生物(例如制作酒和奶酪)或防治微生物。
由于我们的食物都是有机物,这就给微生物提供了各种营养,例如碳源、氮源等。
以细菌为例,许多食物都是它们的栖身之地,尤其是蛋白质含量很高的食物,更是细菌的理想居所。
而「水」在微生物的生命活动中,是不可或缺的。
所以,干燥处理能抑制微生物的生长和繁殖。
2、水之于微生物,至关重要。
水之于微生物,主要有如下5个方面的作用:
①维持细胞形态:水是微生物机体的重要成分(微生物体内质量的70%~90%都是水分;
②作为微生物所需营养物质的载体或溶剂:微生物对所需营养物质的吸收与代谢,必须依靠水作为介质,才可以完成(例如细菌就是如此);
③维持生物大分子的稳定:水通过类似「粘合剂」的作用,维持蛋白质、核酸等生物大分子物质稳定的天然构象和状态;
④参与微生物细胞内一些列重要的生化反应(如:合成、水解等);
⑤帮助微生物应对温度变化:水作为良好的热导体,具有比热容较大等特点,可以吸收并散出微生物代谢过程中所产生的热,以帮助微生物应对温度变化。
低水活度(water activity),可以让微生物内部的蛋白质变性,进而使微生物的代谢活动停止(不同微生物对于干燥条件的抵抗能力也不同);干燥虽然能抑制微生物,但通常并不能将其杀灭,微生物的细胞并没有去世,而是在休眠的状态下长期存活,如果水分恢复供应,则很快就可以复苏。
虽然干燥食品并不等于无菌,且相差很远,但由于在非常低的水活度、非常干燥的条件下,微生物无法生长,因此干燥依然成为了保藏食物等物品的有利方法,是一种非常重要的食品加工手段,例如,奶粉、速溶咖啡等脱水食品,在室温下的保存时间有时能够达到一年甚至一年以上。
二、真空冷冻干燥的优势
对食品进行干燥加工,是一种古老的加工方式,早在史前时代,日晒法就被应用于制作干燥肉片,可以将晒干归类为自然干燥法(区别于人工干燥法),自然干燥还包括阴干、风干等。
正如我们上面所说,干燥加工的主要目标之一就是抑制食物中的微生物;而干燥加工还有一个目标,就是在尽量排出水分的前提下,减少食物品质的负面变化;例如,传统的干燥方式通常会让食物损失较多营养。
而在诸多干燥方式中,真空冷冻干燥就将「排出水分」和「减少品质变化」这两大目标,兼顾得很好。
首先,真空冷冻干燥降低物料水活度的效果名列前茅,同时还能使物料的纤维结构变化较少,最大程度保持食品原有的物理结构和营养成分,且具有很好的复水性。
冻干技术可以应用于加工制作食品和猫粮;以及生物制品的保存(例如疫苗和菌种),还有药品、航天食品等领域。
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