真空凍結乾燥果物・野菜製品（凍結乾燥クランベリー、ブルーベリー）の製造工程と事例紹介

真空凍結乾燥の主な設備と生産ラインの簡単な説明

1. 主な装備

凍結乾燥食品生産にとって最も重要な設備は食品用真空凍結乾燥装置であり、装置の性能、エネルギー消費量、操作自動化の程度が凍結乾燥食品生産企業の技術レベルを決定します。食品用凍結乾燥機はバッチ式と連続式に分けられます。そのうち、バッチ式凍結乾燥機は、乾燥ボックス、加熱システム、真空システム、冷却システム、制御システムの5つの部分で構成されています。

（1）乾燥箱：円筒形と四角形の2つの主な形状があり、それぞれに利点があります。円筒形は製造が容易ですが、使用できないスペースが多くなります。逆に、四角形はスペースの利用率が高いですが、製造がより困難です。

（２）加熱方式：ほとんどが放射熱伝達方式を採用しており、放射板は陽極酸化アルミニウム製、熱伝導媒体は熱伝導油、飽和水、二次蒸気、プロピレングリコール、グリセリンなどの有機溶剤、熱源は高圧水蒸気である。

（3）真空システム：機械式真空ポンプを使用し、ルーツポンプ+オイルシールポンプとルーツポンプ+ルーツポンプ+ルーツポンプ+大気注入+水リングポンプがあり、2つの主な違いは、前者は蒸気をポンプできないため、コールドトラップの効率が高く、利点はエネルギー消費が少ないことです。後者はその逆で、少量の水蒸気をポンプできますが、欠点はエネルギー消費が大きいことです。

（4）冷凍システム：冷凍ユニットと冷却パイプで構成され、放射板アセンブリとの相対位置によって、以下の形式で水蒸気トラップ（コールドトラップとも呼ばれる）として使用されます：（1）底部取り付け型：放射板アセンブリの底部に配置する。（2）側面取り付け型：放射板アセンブリの両側に配置する。（3）後部取り付け型：放射板アセンブリの後ろに配置。（4）代替型：放射板コンポーネントを同じ容器内に配置せず、別の容器に配置し、2つの容器の間に短くて太いパイプ継手接続があります。

（５）制御システム：手動制御と自動制御の２種類があり、自動制御は計器自動制御とPLCプログラマブル制御の２種類に分かれる。

2. 簡易フリーズドライ食品製造ラインの構成

（1）前処理装置：（1）多目的スライサー1台、生産能力は200〜500kg / h。 （2）冷却タンク：滅菌冷却タンクは洗浄タンクに置き換えることができ、簡単な生産ラインでは通常、水道水冷却および排水に振動排水機を使用しますが、可能であれば遠心分離機を使用するのが最適です。 （3）急速冷凍倉庫：急速冷凍倉庫の構成は、凍結乾燥機の処理能力に適しており、2〜3シフトの凍結乾燥に対応するために、毎日のシフトで原料を生産することをお勧めします。急速冷凍倉庫の熱負荷が大きい場合は、凍結乾燥プロセスのコールドトラップの温度が影響を受けないように、冷源を別々または半別々（低圧循環部分が独立）に設定するのが最適です。

（2）凍結乾燥工場：凍結乾燥工場は凍結乾燥食品生産の重要なプロセスであり、その設定は製品品質への影響の程度も考慮する必要があります。一般的な急速凍結倉庫と凍結乾燥ボックスのドアの間の距離は短いほど良く、このチャネルは人の流れではなく物流チャネルとして専用にするのが最善です。凍結乾燥ボックスのドアの端は、凍結乾燥機や設備の他の部分から分離されているのが最善であり、環境と完成品の汚染を減らします。

（3）荷降ろしおよび梱包室：荷降ろしおよび梱包室は密閉され、地面は少なくともテラゾーワックスが塗られ、壁には高さ1.5mの白いタイルが貼られ、その上の部分には白い防水コーティングが施されている必要があります。作業場にはエアコン除湿設備が装備されている必要があります。エアコン冷蔵は冷蔵システムと併用できます。除湿設備は回転式除湿機を選択する必要があります。除湿コストを削減するために、作業場には窓がなく、ドアはできるだけ密閉され、ほこりのないクリーンルームには特別な密閉ドアを使用するのが最善です。換気、消毒、殺菌などの設備が必要です。

梱包する場合、一般的にはステンレス製の作業台、真空窒素充填シール機、真空装置として水封式真空ポンプを使用し、排気速度は約20L/s、窒素充填源は工業用窒素であり、真空濾過によって充填することができます。

3. 最新の組立ライン構成

単純な生産ラインと比較すると、現代の組立ラインでは、前処理に洗浄、剥離、ウイルス対策、冷却、搬送などの自動機械設備のみを追加し、前処理における手作業の量を削減します。

フリーズドライ果物・野菜の製造工程

1.&注意;プロセスフロー

原材料の選定→仕上げ→予備凍結→昇華・乾燥→後加工→包装・保管。

2. 運用上のポイント

（1）前処理：一般的な前処理とは、昇華乾燥前のすべての処理を指します。したがって、乾燥前の凍結も前処理に属します。原材料の前処理は、従来の果物と野菜の乾燥や果物と野菜の急速冷凍製品と同じであり、選択、洗浄、皮むき、切断、湯通し、冷却などの処理が必要です。果物や野菜のジュースの凍結乾燥の場合、製品はより安価な処理方法を使用して事前に濃縮され、その後、前凍結中に顆粒になります。

予備凍結は、前処理後の原材料の凍結であり、凍結乾燥の重要なプロセスです。果物や野菜の凍結プロセスにおける一連の複雑な生化学的および物理的化学的変化により、予備凍結の品質は凍結乾燥果物や野菜の品質に直接影響します。凍結プロセスでは、凍結材料の凍結速度がその品質と乾燥時間に与える影響を考慮することが重要です。

急速冷凍と緩速冷凍には、次のような違いがあります。急速冷凍で生成される氷結晶は小さく、緩速冷凍で生成される氷結晶は大きくなります。大きな氷結晶は昇華しやすく、小さな氷結晶は昇華しにくいです。小さな氷結晶は細胞への影響が少なく、氷結晶が小さいほど、乾燥後の製品の元の組織構造と特性を反映できます。ただし、凍結速度が高く、必要なエネルギーも高くなります。凍結に必要なエネルギー消費を最小限に抑えながら、フリーズドライ食品の品質を確保するには、最適な凍結速度を選択する必要があります。

（２）昇華乾燥：凍結乾燥食品の製造工程における中核工程であり、工程条件を制御する必要がある。

（1）積載容量：乾燥時、凍結乾燥機の湿重量積載容量は、乾燥プレート上の単位面積あたりの乾燥品質であり、乾燥時間を決定する重要な要素です。乾燥対象食品の厚さも乾燥時間に影響を与える要因です。凍結乾燥では、材料の乾燥が外層から内層に押し出されるため、乾燥対象材料が厚いほど、乾燥時間が長くなります。実際の乾燥では、乾燥した材料を15〜30mmの均一な厚さに切断します。単位面積あたりに乾燥プレートに積載する材料の量は、加熱方法と乾燥食品の種類に応じて決定する必要があります。工業用大型装置を使用して乾燥する場合、乾燥サイクルが6〜8時間の場合、乾燥プレートの積載容量は5〜15kg / m2です。

（２）乾燥温度：乾燥時間を短縮するためには、氷結晶の昇華に必要な熱を効果的に供給する必要があるため、様々な実用的な加熱方法が考案されている。乾燥温度は、被乾燥物中の氷結晶が溶けず、乾燥部分が過熱による熱変性を起こさない範囲で制御する必要がある。したがって、単一の加熱方法では、乾燥プレートの温度は、昇華が激しい乾燥初期には70〜80℃、乾燥中期には60℃、乾燥後期には40〜50℃に制御する必要がある。

（３）乾燥終点の判定：乾燥終点は、以下の指標によって判定することができる：材料の温度と加熱プレートの温度は、基本的に一定であり、一定時間維持される傾向がある。ポンプセット（またはコールドトラップ）の真空計は、乾燥室の真空計と基本的に一定であり、一定時間維持される傾向がある。乾燥室の真空計のコールドトラップの温度は、基本的に機器が無負荷のときの指標に戻り、一定時間維持される。大型バタフライバルブを備えた凍結乾燥機の場合、大型バタフライバルブを閉じることができ、真空機は基本的に低下しないか、または非常にわずかに低下する。上記の4つの判断基準は、個別に使用することも、組み合わせて使用​​することもできます。

（３）後処理：後処理には、荷降ろし、半製品の選別、梱包等の工程が含まれる。

凍結乾燥速度が一定に達した後、乾燥室に窒素または乾燥空気を注入して真空を破り、相対湿度50％未満、温度22〜25℃、粉塵の少ない密閉環境で材料を直ちに取り出して排出し、同じ環境で半製品を選別して包装します。凍結乾燥材料は表面積が大きく、吸湿性が非常に高いため、これらのプロセスを比較的乾燥した環境で完了する必要があります。

（4）包装と保管：凍結乾燥後の食品は表面積が広く、食品中の一部の成分は直接空気にさらされるため、空気中の酸素や吸着水分と接触しやすく、凍結乾燥食品は徐々に劣化します。第二に、凍結乾燥食品のほとんどは天然色であり、光にさらされると劣化する傾向があります。温度も酸化と色素劣化のプロセスにおける重要な要素です。したがって、凍結乾燥食品の包装では、主に上記の4つの要素の影響を防止または緩和する方法を検討します。

フリーズドライ食品の多孔質のスポンジのような構造には、長所と短所があります。第一に、製品が空気にさらされると、水分を吸収して酸化し、品質が劣化しやすいため、フリーズドライ食品は真空パック、できれば窒素充填包装にする必要があります。第二に、フリーズドライ食品は比較的大きな容積を占めるため、包装、輸送、販売に不便であるため、フリーズドライ食品は圧縮包装されることがよくあります。また、多孔質で緩い構造のため、輸送中や販売中にフリーズドライ食品が壊れやすいため、圧縮包装が不便なフリーズドライ食品の場合、包装材料または包装形態に一定の保護効果が必要です。

凍結乾燥食品の包装材としてよく使われるのはPE袋とアルミ複合プラチナ袋で、PE袋は大型包装によく使われ、アルミ複合プラチナ袋は小型包装によく使われます。外装は通常クラフト段ボール箱で作られ、そのサイズはコンテナ輸送のニーズを満たしています。PE袋を内装に使う場合、酸素、水、蒸気を遮断する役割を強化するために、通常は二重包装で使われます。必要に応じて鉄缶に包装することもできますが、価格が高く、あまり一般的ではありません。どのような包装材を使うにしても、必ず真空窒素充填を使用し、酸素除去剤と乾燥剤を加える必要があります。

フリーズドライ食品は涼しく乾燥した場所に保管する必要がありますが、可能であれば、低温低湿度の環境に置くのが最適です。賞味期限は通常1〜2年ですが、鉄缶に包装すると適切に延長できます。

フリーズドライの果物と野菜の例

1. フリーズドライクランベリー

（1）果実の選別と洗浄：良質の成熟したクランベリーを選び、きれいな水で洗い、濃度70％のエタノール溶液を噴霧して殺菌し、噴霧後、涼しく風通しの良い場所に置いて乾燥させる。

（２）予備冷凍：ドライクランベリーを急速冷凍し、温度を-40℃以下に下げる。°15分以内にC;果実の温度は≤35 °Cで5.0時間凍結を継続した。

（３）真空凍結乾燥：冷凍クランベリーを低温制御装置（-10℃）付きの電子レンジ真空乾燥機に入れる。°Ｃ——-20°C）、真空ポンプを起動し、30分後に真空度が450Paに達し、マイクロ波源を起動し、マイクロ波電力を8W / gに設定し、乾燥時間は6時間で、材料温度は-10℃以下で制御されます。°マイクロ波乾燥中に 100 ℃ まで加熱し、最終的な水分含有量が 5% 未満に達する。

（４）包装：電子レンジ乾燥後、真空パックしたクランベリー。

2. フリーズドライブルーベリー

（１）洗浄：熟した新鮮なブルーベリーの果実20kgを取り、不純物を取り除き、濃度75ppmの二酸化塩素水溶液に4分間浸し、水を切り、置いておきます。

（２）予備冷凍：ブルーベリーを凍結乾燥トレイに入れ、-40℃以下の冷蔵室で予備冷却する。°Cで180分。

（３）真空凍結乾燥：冷凍機をオンにして、ウォータートラップの冷媒温度が-30〜-40に達するようにします。°C;真空凍結乾燥のプロセスでは、加熱プレートの温度はコンピュータの自動制御プログラムによって加熱され、加熱プレートの加熱プロセスは関数F = フロリダ州 + kに従って実行されます。×（t/t1）2、Fは加熱時の加熱板の温度、t=0〜tl、単位は分。合計時間t1=1200分、加熱板の初期温度F1=34°C、終了温度F2=58°C:k=24。予冷したブルーベリーを真空凍結乾燥機に入れ、真空ポンプをオンにします。真空チャンバーの真空度が50Paに等しいとき、プログラム加熱プログラムを開始し、タイミングを開始します。乾燥プロセス全体を通して、真空度は50Paに保たれ、ブルーベリー果実の凍結乾燥が終了してから約1400分後、ブルーベリー果実の凍結乾燥後、材料の水分含有量は5.0%〜7.0%になります。

（4）包装：材料を凍結乾燥機から素早く取り出し、アルミフィルム袋に入れる。