冷凍干燥技術(shù)應(yīng)用實例

1、7凍十果蔬生產(chǎn)實例小香蔥工藝流程原料分檢清洗切段鋪盤預(yù)凍結(jié)凍十卸料半成品分檢包裝入庫。操作要點原料要求新鮮，無病害、無枯黃葉、無損傷，色澤青綠。分檢按原料驗收方法將合格的原料挑選出來，注意剔除夾雜物，清洗用流動水漂洗，洗去表面泥沙。切段用切片機切成45mm的小蔥段。鋪盤 把截切好的蔥段均勻鋪入凍十盤中，裝載量為89kg/m2。速凍鋪好盤后的小香蔥連同凍十盤一起放置在專用吊車上，推入急凍庫中速凍，注 意放置好測溫探頭，當(dāng)溫度達(dá)到一18C以下，維持0.5h即可。凍十把預(yù)凍結(jié)好的物料迅速推入準(zhǔn)備好的凍十機中，動作越快越好，迅速關(guān)上干燥 箱門，并立即開始抽真空，完成上述部驟的時間一般在1015min左

2、右，太長則有 可能引起物料表面的熔化。到工作壓力后，開始按設(shè)定的加熱曲線加熱，凍十小香 蔥加熱曲線一般分成6段：在30mim內(nèi)，均勻升溫至120C，性能優(yōu)良的設(shè)備可 在15min內(nèi)達(dá)到；在120|持恒溫3上在1h內(nèi)，均勻降溫至80C ；在80 II 持恒溫2上 在1.5h內(nèi)，均勻降溫至60C ；在60 I持恒溫2h。整個凍十周期約 10h，由于各臺動十設(shè)備的性能有所不同，上述參數(shù)僅供參考，能否采用，應(yīng)先試驗 后確定。卸料 卸料應(yīng)在密閉、少塵埃的潔凈區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，室內(nèi)相對濕度50%以下，溫度22 25 C，卸料后如來不及進(jìn)行半成品分檢，則應(yīng)先密閉口在容器中。半成品分檢主要挑去夾雜物，分切不良及其它

3、不合格品，其環(huán)境要求與卸料同。包裝按與客戶簽訂合同時的規(guī)格包裝，通常有5kg/箱、8kg/箱、10kg/箱可供選擇， 為防止堆疊時外包裝箱變形，外箱常設(shè)計成高箱式（四方底，高為底邊長的兩倍半 左右），且裝料時只裝至離頂22.5cm為宜。真空冷凍干燥技術(shù)是將冷凍技術(shù)結(jié)合起來的一種綜合性技術(shù)、亦稱真空冷凍升華干燥 技術(shù)1。自20世紀(jì)初創(chuàng)立以來，真空冷凍干燥（簡稱凍干）技術(shù)有了很大的完善和發(fā)展，從最 初的生物制品和醫(yī)藥行業(yè)，發(fā)展到軍需、宇航、石油、地質(zhì)、海洋、食品等工業(yè)領(lǐng)域。尤 其在食品工業(yè)方面，該技術(shù)能夠很好地吻合綠色食品”、保健食品”、方便食品”三大發(fā)展趨 勢3。利用其低溫、高真空狀態(tài),特別適用

4、于熱敏性高和極易氧化的食品的干燥，可以保留新 鮮食品的色、香、昧及營養(yǎng)成份，同時維持固體骨架結(jié)構(gòu)，形成多孔結(jié)構(gòu)，防止表面硬化和 營養(yǎng)損失現(xiàn)象；采用真空或充氨包裝和避光保存，可保持5年不變質(zhì)；且易于運輸和貯藏， 成本低等特點4。現(xiàn)在市場上很多方便食品基本上都是采用冷凍干燥技術(shù)生產(chǎn)。比如方便面、 速溶咖啡、軟罐頭等等。隨著人們工作和生活節(jié)奏的加快，安全意識和營養(yǎng)意識的加強，外 出旅行的頻繁，方便食品開始成為首選。所以冷凍干燥技術(shù)應(yīng)用廣泛，潛力大。1.冷凍干燥機理冷凍干燥過程是水的物態(tài)變化和移動的過程，這種過程發(fā)生在低溫低壓的條件下，真 空冷凍干燥的基本原理就是在低溫低壓下傳熱與傳質(zhì)6。物料中所含水

5、分有2種存在方式。 一種是游離水，即機械結(jié)合水和物化結(jié)合水。另一種是結(jié)合水，以化學(xué)結(jié)合形式存在于物品 的組織中。通常需要將物料快速凍結(jié)，快速凍結(jié)的目的是使水成為細(xì)小冰晶粒。接著抽真空， 使冰晶在真空環(huán)境中加熱升華7。真空冷凍干燥是生產(chǎn)和保存微生物最理想的方法之一，它 能使細(xì)胞內(nèi)的游離水在凍結(jié)狀態(tài)下脫去，細(xì)胞的生理活動停止并處于休眠狀態(tài)而被長期保存 8-9。圖1水的三相圖（1）當(dāng)壓力高于610.5Pa時，從固態(tài)冰開始。水等壓加熱升溫的結(jié)果是先經(jīng)過液態(tài)再達(dá) 到氣態(tài)。（2）當(dāng)壓力低于610.5Pa時，水從固態(tài)冰加熱升溫的結(jié)果是直接由固態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。這 樣，可將物料先冷凍，然后在真空狀態(tài)下對其加熱，使

6、物料中的水分由固態(tài)冰直接轉(zhuǎn)化為水 蒸氣蒸發(fā)出來，移去水蒸氣，達(dá)到干燥的目的。這就是真空冷凍干燥的基本原理10。工藝研究一般食品的真空冷凍干燥流程：原料檢驗今預(yù)處理今預(yù)凍今真空冷凍干燥（升華干燥）今加熱干燥（解析干燥，或稱解吸干 燥）今成品檢驗今封裝今進(jìn)入儲、運、銷領(lǐng)域。2.1凍結(jié)時間和溫度速凍加工技術(shù)就是通過提高冷卻速率，加強傳熱速率，使食品的表面和中心都能夠迅 速地達(dá)到指定的過冷狀態(tài)，在細(xì)胞內(nèi)外的游離水同時迅速凍結(jié)成無數(shù)直徑小于100|im的細(xì) 小晶粒，并在很短的時間內(nèi)（30min或更短）通過食品最大冰晶生成帶（大多數(shù)食品為-1C -5C），在整個凍結(jié)過程結(jié)束時，最終平均溫度不高于-18C

7、.采用這種食品速凍加工技術(shù)， 生成的球晶細(xì)小而數(shù)量多.分布也均勻。在速凍過程中細(xì)胞內(nèi)外不會發(fā)生水分的滲透和遷 移.對食品的組織結(jié)構(gòu)的損傷最小11。2.2凍結(jié)物料的厚度被干燥食品的厚度也是影響干燥時間的因素。冷凍干燥時，食品的干燥是由外層向內(nèi) 層推進(jìn)，因此，被干燥食品較厚時，需要較長的干燥時間。在實際干燥時，被干燥食品物料 被切成1530mm的均一厚度。第一干燥階段3.1凍干溫度冷凍干燥時，為能縮短干燥時間，必須有效地供給冰晶升華所需要的熱量，因此設(shè)計 出各種實用的加熱方式。干燥控制在以不引起被干燥食品中冰晶融解、已干燥部分不會因過 熱而引起熱變性的范圍內(nèi)。因此，在單一加熱方式中，干燥板的升華旺

8、盛的干燥初期應(yīng)控制 在70C80C，干燥中期在60C，干燥后期在40C50C。在輻射加熱方式中，干燥板不 與加熱板接觸，被干燥食品的已干燥部分經(jīng)常會因升華潛熱而被冷卻，因此，加熱板的溫度 在干燥初期被調(diào)節(jié)在200C，干燥中期為90C，干燥后期為70C左右。無論是單一加熱、 輻射加熱還是接觸加熱，在于燥初期即干燥開始后的12h內(nèi)，升華處于旺盛階段，這時雖 然充分地供給食品熱量12。隨著升華部位向食品內(nèi)部移動，升華所需的潛熱量的降低，所以加熱的溫度要逐步調(diào) 低，防止表面熱變性或干裂，在干燥后期，升華量與升華速度更低，加熱溫度應(yīng)降低到被冷 燥食品的加熱允許溫度。3.2凍干壓力采用適度的真空度和較高的

9、板層溫度（但不能使制品超過崩解溫度）比用高真空、低溫度 時冰晶升華速度快，減輕了樣品的過干程度13-14。升華時凍干箱內(nèi)的壓力不是越低越好，而 是控制在一定范圍之內(nèi)。凍干的合適壓力一般認(rèn)為是10Pa至50Pa。生物制品對質(zhì)量的要求 嚴(yán)格，壓力在10Pa至30Pa較好。食品和抗菌素可在20Pa至50Pa。壓力太高時產(chǎn)品升華速 率減慢3。3.3干燥程度干燥是由外表面逐步向內(nèi)推移的，冰晶升華后殘留下的空隙就變成以后升華水蒸氣的 逸出通道。當(dāng)全部冰晶除去時.第一階段干燥就完成了，此時約除去全部水分的90 % 15 0第二干燥階段4.1解析干燥在解吸階段產(chǎn)品內(nèi)不存在凍結(jié)冰，產(chǎn)品溫度可迅速上升到最高許可溫

10、度，并在該溫度 下一直維持到凍干結(jié)束。解吸階段的壓力一般在20Pa至30Pa左右為好。凍干的最后階段真 空度可以高些。解析階段水汽凝結(jié)器的溫度會因水蒸氣量小而下降，當(dāng)凍干室壓力下降到 20Pa附近，有利于水蒸氣從產(chǎn)品中逸出【3】。4.2.解析程度凍干結(jié)束之后.在干燥物質(zhì)的毛細(xì)管壁和極性基團(tuán)上還吸附有一部分水。這些水是未 被凍結(jié)的。經(jīng)歷第二階段干燥后，產(chǎn)品內(nèi)殘存的水分含量一般在0.5%4%之間15。凍干后產(chǎn)品的復(fù)水性冷凍干燥法能最好的保持食品原有形態(tài)。食品脫水前先經(jīng)過凍結(jié)，形成穩(wěn)定的固體骨 架。脫水之后固體骨架基本維持不變，且能形成多孔海綿狀結(jié)構(gòu)，無干縮，具有理想的速溶 性和快速復(fù)水性，加水后溶

11、解迅速而完全，幾乎立即恢復(fù)原來的性狀16。凍干設(shè)備現(xiàn)狀凍干技術(shù)的應(yīng)用和設(shè)備是分不開的，到目前為止，凍干設(shè)備的形式主要分為間歇式和 連續(xù)式兩大類，設(shè)備的規(guī)模從不到一平方米到幾十平方米都有。間歇式凍干設(shè)備適合多品種 小批量生產(chǎn)，特別是在食品領(lǐng)域適用于季節(jié)性強的食品生產(chǎn)。采用單機操作，如果一臺設(shè)備 發(fā)生故障，不會影響其它設(shè)備的正常運行。連續(xù)式設(shè)備的特點是適于品種單一而產(chǎn)量龐 大、原料充足的產(chǎn)品生產(chǎn)，特別適合漿狀和顆粒狀制品的生產(chǎn)。連續(xù)式設(shè)備容易實現(xiàn) 自動化控制，簡化了人工操作和管理，其主要缺點是成本高?，F(xiàn)在市面上常見的三大品牌凍干機為：美國sim凍干機，日本astece凍干機，德 國chist凍干機。據(jù)調(diào)查，國內(nèi)可以生產(chǎn)大中型凍干機的有廣州、深圳、杭州、上海、撫順、 蘭州等地，有ZDG-100、ZDG-60等型號；可生產(chǎn)中小型凍干機的有武漢、天津、沈陽等地，