食品真空冷凍干燥機的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

時間：2024-12-30作者：杭州川一實驗儀器有限公司瀏覽：152

凍干食品在市場上的產(chǎn)量以每年 30 %的 速度遞增 ,正成為貿(mào)易的大宗食品。據(jù)統(tǒng)計 ,目 前 ,美國年消費凍干食品 500 萬噸 ,日本 160 萬噸 , 法國 150 萬噸 ,其它的消費數(shù)量也很可觀[1 ] 。 國內(nèi)在凍干方面的研究起步較晚 ,近年來一些科研 單位對某些產(chǎn)品進行了工藝研究 ,東學成功研 究了人參凍干工藝 ,四川大學研究了牦牛肉的冷凍 干燥工藝。此外 ,上海華裔發(fā)展有限公司將一些名 菜如宮保雞丁等 ,用凍干工藝加工 ,已在國內(nèi)申請專 利。隨著人們對凍干產(chǎn)品需求量的逐年增大 ,凍干 設(shè)備也有了較大的發(fā)展。
1 　真空冷凍干燥設(shè)備的原理及組成 真空冷凍干燥設(shè)備的工作原理是 :先將物料凍 結(jié)到共晶點溫度以下 ,使水分變成固態(tài)的冰 ,然后將 經(jīng)過前處理的預凍食品裝入干燥倉內(nèi) ,在低溫真空 狀態(tài)下 ,由加熱板導熱或輻射方式供給食品熱能 ,使 食品中的水分直接由冰升華成水蒸氣。不斷升華出 的水蒸氣 ,由真空泵組抽至捕水倉內(nèi) ,在 - 40～ - 45 ℃的排管外壁上凝結(jié)被捕捉 ,直至按凍干曲線 達到規(guī)定的要求而停止供熱和抽真空 ,完成食品凍 干全過程。真空冷凍干燥機(簡稱凍干機) 主要由真 空冷凍干燥箱(簡稱凍干箱) 、真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、 加熱系統(tǒng)及自動控制系統(tǒng)等幾部分組成。
1. 1 　干燥箱 干燥箱是一個真空密閉容器 ,是冷凍干燥設(shè)備 的重要組成部件之一 ,是干燥過程中傳熱和傳質(zhì)的 場所 ,它的性能直接影響到冷凍干燥設(shè)備的性能。 如果帶有蒸氣消毒滅菌功能 ,凍干箱還應(yīng)是一個低 壓內(nèi)壓容器。干燥室的形狀主要有圓形和矩形兩 種 ,圓形干燥室操作、強度高、制作 ,但其 內(nèi)部空間的利用率低 ;矩形干燥室的空間利用率高 , 但制造費用高。
1. 2 　真空系統(tǒng) 真空系統(tǒng)包括真空干燥室、隔離閥、水蒸氣捕集 冷凝器、真聯(lián)式旋片真空泵、聯(lián)接管道以及放氣閥 等。系統(tǒng)內(nèi)空氣水蒸氣的抽除是由真空泵完成的當真空泵工作時 ,打開隔離閥 ,真空干燥室內(nèi)的空氣 及水蒸氣經(jīng)過水蒸氣捕集冷凝器捕獲水分后進入真 空泵 ,由真空泵排氣口排出系統(tǒng)。為防止經(jīng)水蒸氣 捕集冷凝器后抽除的氣體中含有的少量的水蒸氣 進入泵內(nèi) ,系統(tǒng)內(nèi)配置了氣鎮(zhèn)閥 ,冷凍干燥時 ,打開 氣鎮(zhèn)閥。在真空泵的排氣口裝有油霧捕集器 ,以防 止排出氣體中的煙霧污染室內(nèi)環(huán)境。
1. 3 　加熱系統(tǒng) 為了使凍結(jié)后制品中的水蒸氣不斷地從冰晶中 升華 ,就提供水蒸氣升華所需的足夠熱量 ,因此 要配置加熱系統(tǒng)。加熱系統(tǒng)除加熱板以外 ,還包括 熱媒加熱罐、換熱器、氣動調(diào)節(jié)閥、循環(huán)泵及管路、閥 門、液位計、溫度傳感器等。
1. 4 　制冷系統(tǒng) 水蒸氣凝結(jié)器又稱為冷阱 ,是制冷系統(tǒng)的主要 部件。在 13. 3 Pa 真空下 ,質(zhì)量為 1 g 的冰升華可生 成 100 m3 的水蒸氣 ,若這大量的水蒸氣不加以處理 而由真空泵抽出 ,則需要大容量的抽氣機才能維持 所需的真空度。冷阱的作用是將干燥室中的水蒸氣 冷凝吸附變成冰 ,以免進入真空泵 ,一方面可以減少 真空泵的工作負擔 ,另一方面能夠干燥室具有 較低的真空度。
1. 5 　自動控制系統(tǒng) 自動控制系統(tǒng)是凍干機的指揮機構(gòu) ,凍干機的 控制包括制冷機、真空泵的起、停 ,加熱溫度的控制 , 物料溫度、冷阱溫度、真空度的測試與控制 ,自動保 護和報警裝置等。自動控制系統(tǒng)的功能是對凍干機 的各個重要參數(shù)進行測量、顯示 ,根據(jù)預先的設(shè)置對 凍干機進行J確控制 ,使其運行在規(guī)定的狀態(tài) ,并可 對故障狀態(tài)報警并自動應(yīng)急處理。通過測量和記錄 凍干過程的工藝參數(shù) ,可以完整地了解整個凍干過 程。對這些參數(shù)實施有效地控制 ,則可以實現(xiàn)對整 個凍干過程的優(yōu)化。即在產(chǎn)品品質(zhì)的前提下 , 提高生產(chǎn)效率及減少能量消耗。 2 　食品凍干機的研究現(xiàn)狀 食品凍干機的特點是產(chǎn)量高 ,脫水量大。 因此 ,要求真空系統(tǒng)排氣量大 ,真空度不高。目前除 采用大型捕水器和羅茨旋轉(zhuǎn)泵機組之外 ,大多采用 幾級串聯(lián)的水蒸氣噴射泵 ,這種泵能直接以氣態(tài)排 除水蒸氣 ,系統(tǒng)中不必設(shè)置捕水器。由于裝料量大 , 大多采用裝料車。食品凍干機中 ,丹麥阿特拉斯的 RA Y型間歇式和 CONRAD 型連續(xù)式凍干機 ,日本共和真空株式會社的無隔離干燥過程水氣凝結(jié)器除 冰再生技術(shù)和 TL 型液體食品密閉系統(tǒng)管式凍干機 可代表世界食品凍干機的技術(shù)。1989 年 10 月 17 日保加利亞的索非亞成立了低溫生物學和冷凍 干燥 技 術(shù) 研 究 所 ( Institute of Cryobiology and Lyophilizatin in Sofia ,簡稱 ICL) ,主要研究宇航食 品、兒童食品、方便食品、保健食品和營養(yǎng)食品。該 研究所的科研實力目前在世界上排名三位 ,僅次 于美國和俄羅斯[2 ] 。
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