食品真空冷冻干燥机的研究现状和发展趋势

时间：2024-12-26作者：杭州川一实验仪器有限公司浏览：149

冻干食品在市场上的产量以每年 30 %的 速度递增 ,正成为贸易的大宗食品。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 ,其它的消费数量也很可观[1 ] 。 国内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 ,东学成功研 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 菜如宫保鸡丁等 ,用冻干工艺加工 ,已在国内申请专 利。随着人们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。
1 　真空冷冻干燥设备的原理及组成 真空冷冻干燥设备的工作原理是 :先将物料冻 结到共晶点温度以下 ,使水分变成固态的冰 ,然后将 经过前处理的预冻食品装入干燥仓内 ,在低温真空 状态下 ,由加热板导热或辐射方式供给食品热能 ,使 食品中的水分直接由冰升华成水蒸气。不断升华出 的水蒸气 ,由真空泵组抽至捕水仓内 ,在 - 40～ - 45 ℃的排管外壁上凝结被捕捉 ,直至按冻干曲线 达到规定的要求而停止供热和抽真空 ,完成食品冻 干全过程。真空冷冻干燥机(简称冻干机) 主要由真 空冷冻干燥箱(简称冻干箱) 、真空系统、制冷系统、 加热系统及自动控制系统等几部分组成。
1. 1 　干燥箱 干燥箱是一个真空密闭容器 ,是冷冻干燥设备 的重要组成部件之一 ,是干燥过程中传热和传质的 场所 ,它的性能直接影响到冷冻干燥设备的性能。 如果带有蒸气消毒灭菌功能 ,冻干箱还应是一个低 压内压容器。干燥室的形状主要有圆形和矩形两 种 ,圆形干燥室操作、强度高、制作 ,但其 内部空间的利用率低 ;矩形干燥室的空间利用率高 , 但制造费用高。
1. 2 　真空系统 真空系统包括真空干燥室、隔离阀、水蒸气捕集 冷凝器、真联式旋片真空泵、联接管道以及放气阀 等。系统内空气水蒸气的抽除是由真空泵完成的当真空泵工作时 ,打开隔离阀 ,真空干燥室内的空气 及水蒸气经过水蒸气捕集冷凝器捕获水分后进入真 空泵 ,由真空泵排气口排出系统。为防止经水蒸气 捕集冷凝器后抽除的气体中含有的少量的水蒸气 进入泵内 ,系统内配置了气镇阀 ,冷冻干燥时 ,打开 气镇阀。在真空泵的排气口装有油雾捕集器 ,以防 止排出气体中的烟雾污染室内环境。
1. 3 　加热系统 为了使冻结后制品中的水蒸气不断地从冰晶中 升华 ,就提供水蒸气升华所需的足够热量 ,因此 要配置加热系统。加热系统除加热板以外 ,还包括 热媒加热罐、换热器、气动调节阀、循环泵及管路、阀 门、液位计、温度传感器等。
1. 4 　制冷系统 水蒸气凝结器又称为冷阱 ,是制冷系统的主要 部件。在 13. 3 Pa 真空下 ,质量为 1 g 的冰升华可生 成 100 m3 的水蒸气 ,若这大量的水蒸气不加以处理 而由真空泵抽出 ,则需要大容量的抽气机才能维持 所需的真空度。冷阱的作用是将干燥室中的水蒸气 冷凝吸附变成冰 ,以免进入真空泵 ,一方面可以减少 真空泵的工作负担 ,另一方面能够干燥室具有 较低的真空度。
1. 5 　自动控制系统 自动控制系统是冻干机的指挥机构 ,冻干机的 控制包括制冷机、真空泵的起、停 ,加热温度的控制 , 物料温度、冷阱温度、真空度的测试与控制 ,自动保 护和报警装置等。自动控制系统的功能是对冻干机 的各个重要参数进行测量、显示 ,根据预先的设置对 冻干机进行J确控制 ,使其运行在规定的状态 ,并可 对故障状态报警并自动应急处理。通过测量和记录 冻干过程的工艺参数 ,可以完整地了解整个冻干过 程。对这些参数实施有效地控制 ,则可以实现对整 个冻干过程的优化。即在产品品质的前提下 , 提高生产效率及减少能量消耗。 2 　食品冻干机的研究现状 食品冻干机的特点是产量高 ,脱水量大。 因此 ,要求真空系统排气量大 ,真空度不高。目前除 采用大型捕水器和罗茨旋转泵机组之外 ,大多采用 几级串联的水蒸气喷射泵 ,这种泵能直接以气态排 除水蒸气 ,系统中不必设置捕水器。由于装料量大 , 大多采用装料车。食品冻干机中 ,丹麦阿特拉斯的 RA Y型间歇式和 CONRAD 型连续式冻干机 ,日本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 可代表世界食品冻干机的技术。1989 年 10 月 17 日保加利亚的索非亚成立了低温生物学和冷冻 干燥 技 术 研 究 所 ( Institute of Cryobiology and Lyophilizatin in Sofia ,简称 ICL) ,主要研究宇航食 品、儿童食品、方便食品、保健食品和营养食品。该 研究所的科研实力目前在世界上排名三位 ,仅次 于美国和俄罗斯[2 ] 。
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