随着干燥设备的广泛应用,旋转闪蒸干燥机作为一种常见的干燥设备在工业生产中发挥着重要作用。然而,为了延长设备的使用寿命并确
DTS系列冻干燥机集干燥室、冷阱、冷冻压缩机、真空泵、加热器、仪器仪表、控制箱等为一体,可满足各种试品的冻干要求。干燥室全部为不锈钢制造,透明干燥室门可观察物料情况,220V电压,在普通试验室或办公室内即可使用,可任意移动,适合科研单位或工厂试验室做生物、药品、食品等的研究试燥,产品开发或小规模生产使用。
冷冻干燥技术的原理与特点
冷冻干燥技术是将物料中的水份经冻结后在真空条件下脱除的一种干燥方法。通常水是在液体状态下蒸发散失的,普通干燥过程都是如此,而水在冻结状态下直接变成蒸汽的过程物理学称为升华。这一过程需在特定的真空条件下才能实现,即真空压力低于水的汽、液、固三相共存所对应的压力点(即三相点),此时水只以固态的冰和汽态两种相态存在,不再有水的相态,因而对于食品原料来说,其中的水在冻结成冰以后在三相点压力以下的真空环境中同样可以不经液态水的过程而直接变成蒸气升华出去,终达到干燥目的。
食品和保健品等物料采用冷冻干燥的方法可以有很多好处。
、可以使物料中的热敏成份不丧失;
第二、可以使物料的外形保持原状;
第三、可以保持物料的色泽不改变;
第四、可以使物料中的各种成份不流失、保留完整;
第五、可以使物料中的各种成份不氧化、不变性、便于长期贮存;
第六、干燥后产品组织多孔、松脆、极易粉碎、吸水复原迅速;
第七、干燥后的产品口感酥爽、香味宜人。所有这些特点是一般烘烤产品所无法比拟的。
冷冻干燥技术在食品加工的应用
冷冻干燥技术用途十分广泛,早在本世纪初科学家就在实验室中用冻干的方法来保存生物标本、菌种等,后来在工业上一些制药厂用冻干的方法来生产抗菌素、疫苗、血清和各种生物药品。到了60年代,欧美、日本等发达国家开始用冻干的方法生产食品,主要品种有:蘑菇、大蒜、蔬菜、牛肉、海产品、咖啡等等。到了80年代,冻干产品生产几乎包罗万象,诸如各种饮料、调料、快餐食品、小食品、保健食品、水产、肉蛋、食用菌、酶制剂、藻类等等,同时规模和产量也不断扩大。
在我国,冷冻干燥技术在制药工业上早有应用,如抗菌素、疫苗等生物类药品都是冻干方法生产的。80年代中期,东北地区开始用冻干方法生产人参、鹿茸、林产品等,后来又逐步扩大到食品生产,但规模和应用范围还很小。
从经验上看,冻干食品应选择那些有当地资源特点、能突出冻干特性的品种生产。如生物类产品:包括酶制品、菌类、藻类、维生素等均含有大量热敏感成份,只能用冻干的方法生产;一些名优山珍、土特产、水产、花果等珍稀动植物,需保持原有特色、外形色泽不变,即有观赏价值又有食用价值,用冻干方法生产效果理想; 一些保健食品原料所含成份价值较高,容易流失和变质且难以保存,用冻干方法则可圆满解决这个问题;对一些有特殊风味的食品如洋葱、胡椒、水果、咖啡、香料、调料和饮料,用冻干方法加工要使其风味更加浓厚;那些日常食品如蔬菜、水果、水产肉蛋等可用冻干的方法加工成各种方便食品、快餐食品,具有复水快速、口感酥脆、美观新鲜,食用方便等优点,将会越来越受到人们的青睐。我国是农副产品、土特产、中草药资源十分丰富的国家,开发各种冻干食品和保健品具有得天独厚的优势。各地已有不少厂家开展了这项工作并收到了良好的效果,预计在今后几年内冻干产品将会得到较大发展。
国内外冻干产品市场
欧美、日本等发达国家生产冻干食品的历史已很长。据90年代初统计资料看,美国、日本平均每年需进口冻干食品约1.5~2万吨,欧洲每年需进口冻干食品约1万吨左右,主要品种包括各种蔬菜、肉类、咖啡、蘑菇等,其价格比普通烘干产品高出3~7倍。广东地区出口冻干食品价格显示:各类冻干青菜为70~170元/公斤、蘑菇160元/公斤、水果160~250元/公斤、肉类170~220元/公斤、虾仁贝类240~350元/公斤。
国内市场上,各类冻干蔬菜、肉类不多见,常见的冻干产品有保健品如蛇粉、鳖粉、人参粉、蜂王精粉、果粉、蔬菜粉、水果片、山野菜、蒜粉、胡椒粉、食用菌、山药粉、明太鱼片及速食汤料中的小虾、青葱、胡罗卜、肉粉、鸡蛋等,这类产品的产量在逐年增加,一些有地方特色的产品如山野菜、食用菌、中药材、茶叶、山药、芦笋、甜玉米、藻类、酶制品、豆制品、水产品等都在积极的开发当中,预计两三年内将会有大量上市。全国冻干产品的年总产量将会达到3~6万吨,年总产值逾30亿元。
冷冻干燥技术与设备
一、冷冻干燥原理
食品、药品及生物制品中含量高的成分是水,约为67—98。为了减少其重量,抑制微生物的生长和晦的作用,便于长期贮存和长途运输,人们采用了各种方法来除去其中的水分也就是将其干燥。干燥方法以水分脱除的形式可以分为蒸发和升华两种,蒸发即热力干燥,一般加工温度较高,食品、药品及生物制品中的各种成分损耗较大,而且干燥后复水性能差。升华即冷冻干燥,物料处于低温、低氧、避光的环境中加工,其成分可以大限度地得以保持,储藏期长且复水性好,是目前先进的干燥方法之一。其基本原理如下:
含水物料中的水分自然状态下(一个大气压)一般以液体状态存在。众所周知,水有三种集态,即固态(冰)、液态(水)、气态(蒸汽)。随着压力的不断降低,水的沸点也不断降低,而趋于与冰点重合。由水的三相图可知,随着压力降低,其冰点几乎不变而其沸点明显下降,一个大气压时水的沸点为100℃,而当压力降至三相点(610.5Pa)时,其沸点降至0.0098℃,而与冰点重合。由此可见,若压力高于三相点压力,水须经液态方可蒸发汽化,而如果压力低于三相点压力,水不经液态即可由固态直接汽化升华。由于食品、药品及生物制品中含有盐类、糖类、酸类、脂肪、胶质等物质,其中水的冰点较一般纯水低(-0.5~-5℃),因此,其冻结温度可选在-8℃~-25℃或更低,相应的压力为60Pa以下。冷冻干燥就是根据冻结水升华的原理先将物料中的水冻结起来然后在低于三相点的真空环境下加热使其脱离物料而实现的。
二、冷冻干燥过程
1、预冻过程:预冻的目的是使物料中的水分固化为后期升华创造条件,同时冻结可以保持冻干后产品形态不变,防止由于抽真空引起物料浓缩和表面起泡等不良变化,预冻过程的关键是控制适当的预冻速度。
A:冻速对产品质量影响:物料冻结后,内部组织细胞间的结合面被拉开,由于冻结膨胀在细胞内产生应力破坏细胞的组织结构,从而引起机械损伤,影响干燥后产品的形态,冻速越快,这种机械损伤越小,冻干后产品形态保持越好。
B:冻速对干燥速度的影响:冻速越快,物料内部形成的冰晶越细,升华的速度越慢,使升华时间延长。此外冰晶过细会使冰晶升华后物料内部形成的孔隙过小甚至堵死,使后期的干燥过程水蒸汽逸出通道变窄而延长后期干燥时间。
由此看冷冻速度既不能过低,也不能过高,应控制在适宜的范围内,不同品种的水果、蔬菜对冷冻的承受能力不同,应通过试验确定,一般冻速可控制在每分钟0.2℃~1℃,温度选在-20℃~-30℃,预冻时间控制在2~4小时左右为宜。
2、升华过程:将冻结后的物料置于密封的真空室内,物料在真空条件下吸热,冰晶就会升华成水蒸汽从物料表面逸出。升华过程从物料表面逐渐向物料内部扩散而使物料形成多孔性海绵状,冰晶升华后的残隙形成了后期水蒸汽蒸发的通道。由于升华过程是从外向内推移,水汽不会带动可溶性物质移向物料表面,不会在表面沉积盐类等,即物料表面不会形成硬壳,亦不会使物料干燥后引起收缩变形,故易吸水恢复原状。
冰晶升华需吸收热量,若只靠干燥室本身和外界的传热或辐射热来获得热量那么升华速度太慢,为了加速升华,真空室内设有加热系统,加热量应等于物料内冰晶升华所需升华热,1kg的冰升华为水蒸汽需要约675kcal的升华热。所提供的热量不应过大,应保证物料中的冰晶不至融解。升华过程中真空室内压力必须小于冰晶体的饱和蒸气压方可保证物料内的水蒸汽向外扩散,升华过程中真空室压力一般应保持在60Pa以下。真空室压力也不能个过低,否则会影响热量传递。
3、解析过程:为剩余水份蒸发阶段。此时冻结水已蒸发完毕产品已定型,但物料内部由于水分子极性而形成的结合水仍未蒸发,此时应加快加热速度使该部分水份从物料内部解析出来,以便进一步降低含水量从而达到长期贮存的目的。此时干燥速度下降,剩余水份不断排除物料温度逐渐升高。视不同的物料其温度一般不应超过40-80℃,此阶段真空室内仍应保持较高真空度。产品的剩余含水量根据具体要求一般在2-5,不应追求过低含水量以免无谓地延长干燥时间,后破坏真空取出产品。由于干燥产品极易吸潮,干产品取出后宜马上用防潮袋或容器密封包装。
冷冻干燥技术的原理与特点
冷冻干燥技术是将物料中的水份经冻结后在真空条件下脱除的一种干燥方法。通常水是在液体状态下蒸发散失的,普通干燥过程都是如此,而水在冻结状态下直接变成蒸汽的过程物理学称为升华。这一过程需在特定的真空条件下才能实现,即真空压力低于水的汽、液、固三相共存所对应的压力点(即三相点),此时水只以固态的冰和汽态两种相态存在,不再有水的相态,因而对于食品原料来说,其中的水在冻结成冰以后在三相点压力以下的真空环境中同样可以不经液态水的过程而直接变成蒸气升华出去,终达到干燥目的。
食品和保健品等物料采用冷冻干燥的方法可以有很多好处。
、可以使物料中的热敏成份不丧失;
第二、可以使物料的外形保持原状;
第三、可以保持物料的色泽不改变;
第四、可以使物料中的各种成份不流失、保留完整;
第五、可以使物料中的各种成份不氧化、不变性、便于长期贮存;
第六、干燥后产品组织多孔、松脆、极易粉碎、吸水复原迅速;
第七、干燥后的产品口感酥爽、香味宜人。所有这些特点是一般烘烤产品所无法比拟的。
冷冻干燥技术在食品加工的应用
冷冻干燥技术用途十分广泛,早在本世纪初科学家就在实验室中用冻干的方法来保存生物标本、菌种等,后来在工业上一些制药厂用冻干的方法来生产抗菌素、疫苗、血清和各种生物药品。到了60年代,欧美、日本等发达国家开始用冻干的方法生产食品,主要品种有:蘑菇、大蒜、蔬菜、牛肉、海产品、咖啡等等。到了80年代,冻干产品生产几乎包罗万象,诸如各种饮料、调料、快餐食品、小食品、保健食品、水产、肉蛋、食用菌、酶制剂、藻类等等,同时规模和产量也不断扩大。
在我国,冷冻干燥技术在制药工业上早有应用,如抗菌素、疫苗等生物类药品都是冻干方法生产的。80年代中期,东北地区开始用冻干方法生产人参、鹿茸、林产品等,后来又逐步扩大到食品生产,但规模和应用范围还很小。
从经验上看,冻干食品应选择那些有当地资源特点、能突出冻干特性的品种生产。如生物类产品:包括酶制品、菌类、藻类、维生素等均含有大量热敏感成份,只能用冻干的方法生产;一些名优山珍、土特产、水产、花果等珍稀动植物,需保持原有特色、外形色泽不变,即有观赏价值又有食用价值,用冻干方法生产效果理想; 一些保健食品原料所含成份价值较高,容易流失和变质且难以保存,用冻干方法则可圆满解决这个问题;对一些有特殊风味的食品如洋葱、胡椒、水果、咖啡、香料、调料和饮料,用冻干方法加工要使其风味更加浓厚;那些日常食品如蔬菜、水果、水产肉蛋等可用冻干的方法加工成各种方便食品、快餐食品,具有复水快速、口感酥脆、美观新鲜,食用方便等优点,将会越来越受到人们的青睐。我国是农副产品、土特产、中草药资源十分丰富的国家,开发各种冻干食品和保健品具有得天独厚的优势。各地已有不少厂家开展了这项工作并收到了良好的效果,预计在今后几年内冻干产品将会得到较大发展。
国内外冻干产品市场
欧美、日本等发达国家生产冻干食品的历史已很长。据90年代初统计资料看,美国、日本平均每年需进口冻干食品约1.5~2万吨,欧洲每年需进口冻干食品约1万吨左右,主要品种包括各种蔬菜、肉类、咖啡、蘑菇等,其价格比普通烘干产品高出3~7倍。广东地区出口冻干食品价格显示:各类冻干青菜为70~170元/公斤、蘑菇160元/公斤、水果160~250元/公斤、肉类170~220元/公斤、虾仁贝类240~350元/公斤。
国内市场上,各类冻干蔬菜、肉类不多见,常见的冻干产品有保健品如蛇粉、鳖粉、人参粉、蜂王精粉、果粉、蔬菜粉、水果片、山野菜、蒜粉、胡椒粉、食用菌、山药粉、明太鱼片及速食汤料中的小虾、青葱、胡罗卜、肉粉、鸡蛋等,这类产品的产量在逐年增加,一些有地方特色的产品如山野菜、食用菌、中药材、茶叶、山药、芦笋、甜玉米、藻类、酶制品、豆制品、水产品等都在积极的开发当中,预计两三年内将会有大量上市。全国冻干产品的年总产量将会达到3~6万吨,年总产值逾30亿元。
冷冻干燥技术与设备
一、冷冻干燥原理
食品、药品及生物制品中含量高的成分是水,约为67—98。为了减少其重量,抑制微生物的生长和晦的作用,便于长期贮存和长途运输,人们采用了各种方法来除去其中的水分也就是将其干燥。干燥方法以水分脱除的形式可以分为蒸发和升华两种,蒸发即热力干燥,一般加工温度较高,食品、药品及生物制品中的各种成分损耗较大,而且干燥后复水性能差。升华即冷冻干燥,物料处于低温、低氧、避光的环境中加工,其成分可以大限度地得以保持,储藏期长且复水性好,是目前先进的干燥方法之一。其基本原理如下:
含水物料中的水分自然状态下(一个大气压)一般以液体状态存在。众所周知,水有三种集态,即固态(冰)、液态(水)、气态(蒸汽)。随着压力的不断降低,水的沸点也不断降低,而趋于与冰点重合。由水的三相图可知,随着压力降低,其冰点几乎不变而其沸点明显下降,一个大气压时水的沸点为100℃,而当压力降至三相点(610.5Pa)时,其沸点降至0.0098℃,而与冰点重合。由此可见,若压力高于三相点压力,水须经液态方可蒸发汽化,而如果压力低于三相点压力,水不经液态即可由固态直接汽化升华。由于食品、药品及生物制品中含有盐类、糖类、酸类、脂肪、胶质等物质,其中水的冰点较一般纯水低(-0.5~-5℃),因此,其冻结温度可选在-8℃~-25℃或更低,相应的压力为60Pa以下。冷冻干燥就是根据冻结水升华的原理先将物料中的水冻结起来然后在低于三相点的真空环境下加热使其脱离物料而实现的。
二、冷冻干燥过程
1、预冻过程:预冻的目的是使物料中的水分固化为后期升华创造条件,同时冻结可以保持冻干后产品形态不变,防止由于抽真空引起物料浓缩和表面起泡等不良变化,预冻过程的关键是控制适当的预冻速度。
A:冻速对产品质量影响:物料冻结后,内部组织细胞间的结合面被拉开,由于冻结膨胀在细胞内产生应力破坏细胞的组织结构,从而引起机械损伤,影响干燥后产品的形态,冻速越快,这种机械损伤越小,冻干后产品形态保持越好。
B:冻速对干燥速度的影响:冻速越快,物料内部形成的冰晶越细,升华的速度越慢,使升华时间延长。此外冰晶过细会使冰晶升华后物料内部形成的孔隙过小甚至堵死,使后期的干燥过程水蒸汽逸出通道变窄而延长后期干燥时间。
由此看冷冻速度既不能过低,也不能过高,应控制在适宜的范围内,不同品种的水果、蔬菜对冷冻的承受能力不同,应通过试验确定,一般冻速可控制在每分钟0.2℃~1℃,温度选在-20℃~-30℃,预冻时间控制在2~4小时左右为宜。
2、升华过程:将冻结后的物料置于密封的真空室内,物料在真空条件下吸热,冰晶就会升华成水蒸汽从物料表面逸出。升华过程从物料表面逐渐向物料内部扩散而使物料形成多孔性海绵状,冰晶升华后的残隙形成了后期水蒸汽蒸发的通道。由于升华过程是从外向内推移,水汽不会带动可溶性物质移向物料表面,不会在表面沉积盐类等,即物料表面不会形成硬壳,亦不会使物料干燥后引起收缩变形,故易吸水恢复原状。
冰晶升华需吸收热量,若只靠干燥室本身和外界的传热或辐射热来获得热量那么升华速度太慢,为了加速升华,真空室内设有加热系统,加热量应等于物料内冰晶升华所需升华热,1kg的冰升华为水蒸汽需要约675kcal的升华热。所提供的热量不应过大,应保证物料中的冰晶不至融解。升华过程中真空室内压力必须小于冰晶体的饱和蒸气压方可保证物料内的水蒸汽向外扩散,升华过程中真空室压力一般应保持在60Pa以下。真空室压力也不能个过低,否则会影响热量传递。
3、解析过程:为剩余水份蒸发阶段。此时冻结水已蒸发完毕产品已定型,但物料内部由于水分子极性而形成的结合水仍未蒸发,此时应加快加热速度使该部分水份从物料内部解析出来,以便进一步降低含水量从而达到长期贮存的目的。此时干燥速度下降,剩余水份不断排除物料温度逐渐升高。视不同的物料其温度一般不应超过40-80℃,此阶段真空室内仍应保持较高真空度。产品的剩余含水量根据具体要求一般在2-5,不应追求过低含水量以免无谓地延长干燥时间,后破坏真空取出产品。由于干燥产品极易吸潮,干产品取出后宜马上用防潮袋或容器密封包装。
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