食品级真空冷冻干燥机设备工作原理

作者: 时间:2021-05-21 阅读:1190

        真空冷冻干燥技术是将真空技术和冷冻技术结合起来的一种综合性技术 ,亦称真空冷冻升华干燥技术。 采用该技术生产的食品称为真空冷冻干燥食品,生产设备称为食品真空冷冻干燥机。  

   真空冷冻干燥食品能最大限度地保持新鲜食品原有的品质 ,其色泽、形状、外观只有轻微的变化 ,营养成分损耗极少 ,结构、质地、风味变化很小 ,因而受到消费者的欢迎。真空冷冻干燥技术已成为一种新兴的食品加工技术 ,是 21世纪食品加工的发展方向。

   食品的脱水干燥方法有蒸发和升华 2种。 食品中的水分若由液态变为气态水蒸气除去 ,谓之蒸发。食品中的水分若从固态冰直接变为气态水蒸气除去 ,谓之升华。通常食品的脱水干制是 ,在高温下使食品中的水分从液态蒸发成水蒸气并除去。

   与此不同 ,真空冷冻干燥方法则是在高真空和极低的温度下 ,使固态冰升华成气态水蒸气除去 ,从而完成食品干燥加工过程。化学热力学中的相平衡理论是食品真空冷冻干燥技术原理的基础。 在一定的压力和温度条件下 ,水的 3种聚集态 (固、液、气态 )之间达到一定的相平衡。

   据此得到水的相态图 ,它表明了水的各种相态之间的关系。三相点显示了水的气、液、固三相共存的压力和温度条件 ,为 t = 0.0098℃ , p = 610.5Pa;

   在压力大于三相点的压力 ( 610·5Pa)时 ,将固态冰等压加热升温 ,冰需首先转化成液态水 ,然后再转化成气态水蒸气 ,其过程为蒸发过程。 如果在低于三相点的压力下进行加工 ,存在于食品中的水分就只有固态和气态两相 ,此时若温度不变、压力降低 ,或压力不变、温度降低 ,都会使食品中的固、气两相平衡遭到破坏 ,食品中的固态冰可以直接升华转化成为气态水蒸气 ,达到脱水干燥的目的。这就是真空冷冻干燥技术依据的原理 ,故真空冷冻干燥亦称为真空冷冻升华干燥。

   干燥室内的真空度低于610Pa绝对压力,物料温度低于0℃,物料内的冰晶才能直接升华成水蒸气。一般采用预冻结的方法先将含水食品快速低温冻结 ,使食品中的游离水结晶成固体冰晶,(食品的水分中含有各种溶质,导致冻结点一般低于-4℃ ) ,然后在高度真空的条件下,使食品中的冰晶升华,待冰晶升华后再除去食品中的部分吸附水,即成为冷冻干燥食品。冷冻干燥食品的残留水量一般在1% ~ 4% 左右。

   冰晶的升华需要升华热,故必须设置加热增温系统以加快升华速率。提供的热量应恰好等于食品内的冰晶升华所需要的相应升华热,并保证冻结食品的温度略低于冰晶的熔解温度,以使冰晶能以最快速率升华。提供热量过大将会引起食品解冻 ,达不到冷冻干燥的目的;而若提供的热量过少,则会导致升华速率减慢。实际加工时采用低温激发远红外加热的方法,以保证加热的均匀。

   真空室里的产品位于两块加热板之间,并按照干燥过程的加热曲线,严格控制加热板的温度。要保证在整个真空冷冻过程中,食品中所有的水分都以冰晶存在而不熔融。冻结食品的温度不能低于与冰晶饱和蒸汽压 (等于真空室内的压力 )相对应的温度。应注意到,只有真空室内食品中冰晶的饱和蒸汽压大于真空室内的绝对压力时,冰晶才能发生升华,食品中的水蒸气才能向外扩散,因此应选择并保证真空室有适当的真空度。

   当真空室内的绝对压力超过 610 Pa时,食品物料中就会出现液相 , 667Pa时就会出现沸腾。 Blair发现 ,有些食品物料在 533Pa下就会飞溅,在 400 Pa下就会膨化。肉类虽有固定形态 ,同样可以形成类似结构,故真空度以 200 Pa为宜。食品一般只有在 533Pa绝对压力时才会处于三相点以下,故真空冷冻干燥加工时真空度至少须低于此压力

  冻干玫瑰花

  食品的升华干燥完全是在冰晶的表面进行 ,随着干燥的进行 ,物料内冰晶层的界面不断向物料中心移动 ,直到最后的冰晶升华。此时食品物料的水分已降至 5% 以下。


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