真空冷凍干燥

真空冷凍干燥是利用升華的原理使物料脫水的一種干燥技術(shù)。物料經(jīng)快速凍結(jié)后，在真空 (低于水的三相點(diǎn)壓力)環(huán)境下加熱。

[1] 中文名 真空冷凍干燥 外文名 vacuum freeze drying 拼 音 zhen kong leng dong gan zao 釋 義 將濕物料等在低溫下凍結(jié)成固態(tài) 溫 度 －10℃～－50℃ 真 空 1.3～13帕 簡(jiǎn)介近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)革新化和食品加工工業(yè)化，人們的生活節(jié)奏不斷加快，投入在烹飪上的時(shí)間越來(lái)越少。同時(shí)， 隨著生活水平的提高、 消費(fèi)觀念的改變，人們對(duì)食品的追求更趨向于綠色、方便、營(yíng)養(yǎng)。廠家處理二手東富龍真空冷凍干燥機(jī) 凍干機(jī)

日前，方便食品存在一些問(wèn)題，包括方便食品的品種結(jié)構(gòu)不全面;肉類(lèi)主食多為油炸類(lèi)、膨化類(lèi)， 而中式菜肴類(lèi)的方便食品市場(chǎng)占有量小、生產(chǎn)技術(shù)不完善等。而凍干技術(shù)的興起能夠很好地滿足人們對(duì)于綠色、方便、營(yíng)養(yǎng)的需求。真空冷凍干燥技術(shù)是將含水物料冷凍成固體，在低溫低壓條件下利用水的升華性能，使物料低溫脫水而達(dá)到干燥的新型干燥手段。

由于真空冷凍干燥技術(shù)在低溫、低氧環(huán)境下進(jìn)行，大多數(shù)生物反應(yīng)停滯，且處理過(guò)程無(wú)液態(tài)水存在，水分以固體狀態(tài)直接升華，使物料原有結(jié)構(gòu)和形狀得到保護(hù)，終獲得外觀和內(nèi)在品質(zhì)兼?zhèn)涞膬?yōu)質(zhì)干燥制品。目前，真空冷凍干燥技術(shù)已在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是將該技術(shù)用于食品加工可獲得高質(zhì)量的脫水食品。 基本原理與其它干燥方法一樣，要維持升華干燥的不斷進(jìn)行，必須滿足兩個(gè)基本條件，即熱量的不斷供給和生成蒸汽的不斷排除。

在開(kāi)始階段，如果物料溫度相對(duì)較高，升華所需要的潛熱可取自物料本身的顯熱。但隨著升華的進(jìn)行，物料溫度很快就降到與干燥室蒸汽分壓相平衡的溫度，此時(shí)，若沒(méi)有外界供熱，升華干燥便停止進(jìn)行。在外界供熱的情況下，升華所生成的蒸汽如果不及時(shí)排除，蒸汽分壓就會(huì)升高，物料溫度也隨之升高，當(dāng)達(dá)到物料的凍結(jié)點(diǎn)時(shí)，物料中的冰晶就會(huì)融化，冷凍干燥也就無(wú)法進(jìn)行了。供給熱量的過(guò)程是一個(gè)傳熱過(guò)程，排除蒸汽的過(guò)程是一個(gè)傳質(zhì)的過(guò)程，因此，升華干燥過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)傳熱、傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程。

自然界中所發(fā)生的任何過(guò)程都有驅(qū)動(dòng)力，升華干燥中的傳熱驅(qū)動(dòng)力為熱源與升華界面之間的溫差，而傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力為升華界面與蒸汽捕集器（或冷阱）之間的蒸汽分壓差。溫差愈大，傳熱速率愈快；蒸汽分壓差愈大，傳質(zhì)（即蒸汽排除）速率愈快。凍干時(shí)，既要保持產(chǎn)品的優(yōu)良品質(zhì)，又要取得較快的干燥速率。升華所需要的潛熱必須由熱源通過(guò)外界傳熱過(guò)程傳送到被干燥物料的表面，然后再通過(guò)內(nèi)部傳熱過(guò)程傳送到物料內(nèi)冰升華的實(shí)際發(fā)生處。

所產(chǎn)生的水蒸氣必須通過(guò)內(nèi)部傳質(zhì)過(guò)程到達(dá)物料的表面，再通過(guò)外部傳質(zhì)過(guò)程轉(zhuǎn)移到蒸汽捕集器（冷阱）中。任何一個(gè)過(guò)程或幾個(gè)過(guò)程一起都可能成為干燥過(guò)程的“瓶頸”，它取決于凍干設(shè)備的設(shè)計(jì)、操作條件以及被干燥物料的特征。只有同時(shí)提高傳熱、傳質(zhì)效率，增加單位體積凍干物料的表面積，才能取得更快的干燥速率。水有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種態(tài)相。

根據(jù)熱力學(xué)中的相平衡理論，隨壓力的降低，水的冰點(diǎn)變化不大，而沸點(diǎn)卻越來(lái)越低，向冰點(diǎn)靠近。當(dāng)壓力降到一定的真空度時(shí)，水的沸點(diǎn)和冰點(diǎn)重合，冰就可以不經(jīng)液態(tài)而直接汽化為氣體，這一過(guò)程稱(chēng)為升華。

食品的真空冷凍干燥，就是在水的三相點(diǎn)以下，即在低溫低壓條件下，使食品中凍結(jié)的水分升華而脫去。加熱方式 ①接觸傳熱方式 這是一種的加熱方法，在干燥室內(nèi)設(shè)置可加熱的多層擱板，上面放置裝有被干燥食品的干燥盤(pán)。利用干燥盤(pán)與擱板接觸傳導(dǎo)加熱。在這種情況下。加熱擱板與干燥盤(pán)，干燥盤(pán)與干燥食品間不能*良好地接觸，因此利用這種方法進(jìn)行加熱時(shí)，干燥時(shí)間多少較其它方法長(zhǎng)些，但其優(yōu)點(diǎn)是干燥是構(gòu)造簡(jiǎn)單，并可充分利用空間。

②復(fù)式加熱方式 接觸傳導(dǎo)僅加熱食品的一面，而在本法中被干燥的食品兩面都與加熱板接觸，因此傳熱良好而可縮短干燥時(shí)間，所采用的方式將被干燥食品在與加熱板接觸前，先以金屬網(wǎng)狀鋁板夾住，以打開(kāi)升華時(shí)水蒸汽的通道并減少其阻力，然后用液壓加上擱板，使之與網(wǎng)狀鋁板接觸，此法優(yōu)點(diǎn)是可縮短干燥時(shí)間，但為能與上擱板接觸，擱板必須是活動(dòng)的，因此必須使用液壓裝置，而導(dǎo)致構(gòu)造復(fù)雜，并降低干燥室的利用率，故設(shè)備費(fèi)用高昂，此外，對(duì)非平面而不定形被干燥食品，則有不能充分發(fā)揮效果的缺點(diǎn)。 廠家處理二手東富龍真空冷凍干燥機(jī) 凍干機(jī)

③有釘板加熱方式 這是上述復(fù)式加熱方式的變形，此法是利用裝有多枚釘子的2片加熱板將被干燥食品夾在中間以進(jìn)行加熱，這種方式的加熱接觸面積擴(kuò)大到被干燥食品的內(nèi)部，因而能有效地進(jìn)行熱供給，利用此方式，干燥時(shí)間可大幅度縮短，這正是被希望的方式，但相反的是，大量處理被干燥食品時(shí)，干燥前與干燥后的操作繁雜，需要人力與時(shí)間，另外還涉及衛(wèi)生的問(wèn)題，因此在實(shí)用規(guī)模裝置上幾乎都不采用。

④輻射加熱方式 此種方式是將被加熱干燥的食品置于干燥盤(pán)或干燥網(wǎng)上，然后插入兩片加熱板之間，使之不與加熱板接觸，而由加熱板輻射來(lái)供給熱量，因此加熱板可加熱到容許溫度以上的高溫，而被干燥食品的溫度則保持在容許溫度之內(nèi)，這樣可以縮短干燥時(shí)間，且被干燥食品的形狀若不是定型時(shí)也不會(huì)有所妨礙。干燥前后的操作也很容易，特別是在大型連續(xù)干燥裝置中更加有效，已經(jīng)設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)目刂品绞剑⑻岣呒訜岚宓妮椛淠苻D(zhuǎn)換效率，其干燥時(shí)間已縮短至可以與復(fù)式加熱相匹敵的程度，因此，該加熱方式已演變成凍干食品設(shè)備的基本形式。

⑤微波加熱方式 微波照射能使不同形狀的食品內(nèi)外都得到加熱，大大縮短干燥時(shí)間（約10%～20%）。此外，干燥室的利用率也較高。盡管微波加熱具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，但是到目前為止還沒(méi)有在工業(yè)上成功的例子。這是因?yàn)楫a(chǎn)生微波形式的能量是昂貴的，其費(fèi)用為蒸汽費(fèi)用的10～20倍。另外，微波加熱過(guò)程很難控制。如果供熱量有余，會(huì)導(dǎo)致升華界面有少量冰融化，而水的介電常數(shù)比冰的介電常數(shù)大得多，水將吸收更多的熱量使溫度升高而使更多的冰融化，終導(dǎo)致干燥失敗。

⑥紅外線加熱 在干燥室安裝紅外線發(fā)生器產(chǎn)生紅外線輻射。但由于其維持費(fèi)用相當(dāng)高，故很少應(yīng)用于冷凍干燥食品方面。綜上所述，各種加熱方法各有其特點(diǎn)。人們?cè)诓粩嗾J(rèn)識(shí)凍干過(guò)程本質(zhì)的基礎(chǔ)上，探索出了多種加熱、輻射的組合，如傳導(dǎo)-輻射加熱法、傳導(dǎo)-微波加熱法、輻射-微波加熱法等。其目的都是期望能在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，提高干燥速率，降低能耗。

真空冷凍干燥工藝前處理原料的來(lái)源和應(yīng)用的不同，其前處理方式也不盡相同。如水果的預(yù)處理為挑選、清洗和切塊，蔬菜還需進(jìn)行漂燙，而速食粥類(lèi)還需進(jìn)行蒸煮、裝盤(pán)等。預(yù)凍原料預(yù)處理后一般要*行預(yù)凍。這是由于物料內(nèi)部水分較多時(shí)，若直接進(jìn)行抽真空處理，會(huì)使溶解在水中的氣體因外界壓力減小而逸出，形成氣泡，導(dǎo)致原料內(nèi)部和表面均出現(xiàn)空洞，影響感官品質(zhì)。速凍為了使物料內(nèi)部的水分固化，通常還需要進(jìn)行速凍。凍結(jié)的時(shí)間越短，物料凍結(jié)越快，其內(nèi)部結(jié)晶越小，對(duì)物料細(xì)胞機(jī)械損壞越小。因而需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)選擇合適的凍結(jié)速度。真空干燥真空干燥通常分為升華干燥和解析干燥2個(gè)階段。

升華干燥主要針對(duì)物料中的自由水;解析干燥主要是去除與固體結(jié)合較強(qiáng)的吸附水。干燥過(guò)程中的真空度、溫度和裝盤(pán)厚度等直接影響著干燥的進(jìn)程和產(chǎn)品的品質(zhì)。 [2] 主要設(shè)備凍干食品生產(chǎn)主要的設(shè)備為食品用真空冷凍干燥機(jī)組，該機(jī)組的性能，能耗和操作自動(dòng)化程度的高低決定了凍干食品生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)水平的高低，食品用凍干機(jī)分間歇式和連續(xù)式。連續(xù)式機(jī)組在國(guó)內(nèi)企業(yè)尚屬少見(jiàn)。間歇式凍干機(jī)由干燥箱體、加熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等5部分組成。

⑴干燥箱體 有圓筒形及方形兩種主要的形式，各有優(yōu)點(diǎn)，圓筒形制造容易，但無(wú)法利用的空間多；方形則相反，空間利用率高，但制造較困難。 ⑵加熱系統(tǒng) 大多數(shù)采用輻射傳熱，輻射板由陽(yáng)極電鍍鋁制成，導(dǎo)熱介質(zhì)有導(dǎo)熱油，飽和水、二次蒸汽，有機(jī)溶劑如丙二醇、甘油等，熱源均系用高壓水蒸汽。 ⑶真空系統(tǒng) 采用機(jī)械真空泵，有羅茨泵+油封泵及羅茨泵+羅茨泵+大氣噴射+水環(huán)泵兩種，兩者主要區(qū)別是前者不能抽水蒸汽，因此對(duì)冷阱效率要求較高，優(yōu)點(diǎn)是能耗小，后者則正好相反，能抽吸少量水蒸汽，缺點(diǎn)是能耗較大。

⑷制冷系統(tǒng) 由制冷機(jī)組與冷卻排管構(gòu)成，作水蒸汽捕集器（亦稱(chēng)冷阱）依其與輻射板組件的相對(duì)位置，有如下幾種形式：①底置式：放置在輻射板組件的底部；②側(cè)置式：放置在輻射板組件的兩側(cè)；③后置式：放置在輻射板組件的后面；④另置式：放置在輻射板組件不在同一容器內(nèi)，另外一個(gè)容器放置，兩容器之間有一個(gè)短而粗的管件連接。 ⑸控制系統(tǒng) 有手動(dòng)控制及自動(dòng)控制兩大類(lèi)，自動(dòng)控制又分儀表自動(dòng)控制與PLC可編程序控制兩類(lèi)。以PLC可編程序控制，現(xiàn)在已有的凍干程序控制儀問(wèn)世，是在PLC基礎(chǔ)上按凍干要求而設(shè)計(jì)的，能自動(dòng)完成凍干過(guò)程中復(fù)雜的控制操作，并且有貯存數(shù)據(jù)的功能。