冷凍濃縮與冷凍干燥課件

冷凍濃縮與冷凍干燥一、冷凍濃縮的原理

冷凍濃縮冷凍濃縮：利用冰與水溶液之間的固液相平衡原理而實現(xiàn)分離的方法。采用冷凍濃縮時，溶液的濃度必須低于低共熔濃度。（一）冷凍濃縮中的相平衡冰點下降：：

稀溶液：

T0:純?nèi)軇┑谋c，K；w：濃度rm：溶解熱，J/kg冷凍濃縮

溶液濃度必須低于低共熔點

平衡相為冰晶和溶劑1—咖啡2—蔗糖3—蘋果汁4—葡萄糖5—果糖流體食品的凍結(jié)曲線

（二）冷凍濃縮中的結(jié)晶過程

冰晶顆粒大，結(jié)晶操作成本高；分離容易；溶質(zhì)夾帶損失少小，結(jié)晶操作成本低；分離困難；溶質(zhì)夾帶損失大最優(yōu)冰晶尺寸結(jié)晶形式結(jié)晶條件分離器形式濃縮液價值最主要因素溶液主體過冷度與晶體臨界直徑的關(guān)系圖

思考：在懸浮凍結(jié)中，如果將小晶體懸浮液與大晶體懸浮液混合在一起1Torr（托）＝1mmHg＝133Pa冬天結(jié)冰衣服風(fēng)干？真空冷凍干燥1、增加壓差2、減少阻力溫度℃升華/汽化熱kJ/kg飽和蒸氣壓Pa102477.1122802500.8/2835611.2-102836.5259.9-202838.0103.3-302838.738.0-402838.612.8-502837.83.9-602836.31.08冷凍干燥（3）升華時原來均勻地溶于水中的無機鹽就地析出，避免了因物料內(nèi)部水分向表面擴散時攜帶無機鹽而造成的表面硬化現(xiàn)象，制品復(fù)水后易恢復(fù)原有的性質(zhì)和形狀；（4）升華所需的熱可用常溫或溫度稍高的加熱劑提供，熱能利用的經(jīng)濟性好；（5）操作是在高真空和低溫下進行，需要有一整套高真空獲得設(shè)備和制冷設(shè)備，故投資和操作費用都大，生產(chǎn)成本高。（一）水的相圖技術(shù)裝備示意圖控制系統(tǒng)干燥箱捕水器真空系統(tǒng)制冷系統(tǒng)加熱系統(tǒng)（2）升華干燥:對物料進行供熱,使供熱僅轉(zhuǎn)變?yōu)樯A熱而不使物料升溫熔化。一般冷凍干燥采取的絕對壓強為0.2kPa左右。升華產(chǎn)生的大量水蒸氣以及不凝氣經(jīng)冷阱除去大部分水蒸氣后由其后的真空泵抽走。（1）物料的預(yù)凍:通過實驗確定合適的凍結(jié)速度，使物料組織造成的破壞小，又能形成有利于以后升華傳質(zhì)的冰晶結(jié)構(gòu)。（三）冷凍干燥過程（3）解吸干燥:在真空下提高物料溫度，一般采用30~60℃。待物料干燥到預(yù)期的含水量時，解除真空，取出產(chǎn)品。1—干燥室2—產(chǎn)品3—熱板4—冷凝器（冷阱）

5—真空系統(tǒng)6—制冷劑進7—制冷劑出8—加熱流體進9—加熱流體出（四）冷凍干燥中的傳熱和傳質(zhì)主要組成清洗消毒二、冷凍干燥裝置

（一）冷凍干燥裝置的主要構(gòu)成（1）預(yù)凍系統(tǒng)

對固態(tài)物料，應(yīng)用最多的預(yù)凍手段為鼓風(fēng)式和接觸式凍結(jié)法。對液態(tài)物料，也可用真空噴霧凍結(jié)法進行預(yù)凍。

凍結(jié)技術(shù)必須具備的條件1應(yīng)避免物料因凍結(jié)而引起破壞和損害；2確定低共熔溫度以及防止凍結(jié)層熔解；3控制凍結(jié)過程的條件，使生成的純冰晶的形狀、大小、排列適當(dāng)；4凍結(jié)體的形態(tài)要好。

蒸汽噴射加熱流程1—水槽

2—水泵

3—蒸汽

4—蒸汽噴射器

5—加熱板

6—真空泵

（2）供熱系統(tǒng)供熱系統(tǒng)主要提供凍結(jié)制品水分不斷升華所需的熱量，其次是間歇性地提供低溫凝結(jié)器（冷阱）積霜熔化所需的熔解熱。傳熱方式主要采用傳導(dǎo)和輻射兩種。工廠常用噴射混合換熱法。加熱系統(tǒng)供熱不足：升華熱補充不上，造成凍干品溫度下降，飽和蒸氣壓隨之下降，在捕水器溫度不變情況下，水蒸氣驅(qū)動壓差減小。供熱過多：升華界面容易融化，此外，升華干燥層可能出現(xiàn)塌陷。接觸加熱法輻射加熱法微波加熱法接觸、輻射混合加熱法（3）蒸汽和不凝結(jié)氣體的排除系統(tǒng)多采用低溫冷凝器（冷阱）。物料中升華的水蒸汽在冷阱中大部分結(jié)霜除去后，還有部分的水蒸汽和不凝結(jié)氣體必須通過真空泵抽走。這樣就構(gòu)成了冷阱—真空泵的組合系統(tǒng)。（二）冷凍干燥裝置的型式1．間歇式冷凍干燥裝置

1—干燥箱2—冷阱3—真空泵4—制冷壓縮機5—冷凝器6—熱交換器7—冷阱進口閥8—膨脹閥凍結(jié)和干燥過程中物料的溫度和含水量變化的示意圖共晶點、共熔點

共晶點是冷凍過程中全部結(jié)冰的溫度點，共熔點是升溫過程中的開始融化溫度點共晶點和共熔點的測定方法主要有電阻測定法、熱差分析測定法、低溫顯微鏡直接觀察法和數(shù)字公式計算法預(yù)處理

指凍結(jié)前對食品進行必要的物理和化學(xué)處理。主要內(nèi)容有：清洗、分級、切分、漂燙、殺菌、添加抗氧化等反應(yīng)制劑、濃縮等。食品材料不同，預(yù)處理內(nèi)容也不同。1．果蔬類食品的預(yù)處理:漂燙、切分成型

目的是盡量減少其營養(yǎng)成分和色、香、味在加工、貯運中的損失，同時利于傳熱與傳質(zhì)。漂燙是鈍化蔬菜中酶活性的常用方法(表8-3)。通常將其在沸水中(95~100℃)浸泡數(shù)分鐘，或用蒸汽熏蒸數(shù)分鐘均可達到很好效果。水果預(yù)處理可用漂燙或用硫磺熏蒸

切分成型也是預(yù)處理工藝中的主要內(nèi)容，尺寸大小和切分形狀應(yīng)該根據(jù)是否有利于冷凍干燥中的傳熱與傳質(zhì)，是否符合食用習(xí)慣，是否有利于包裝貯運等因素而定

2．肉類、魚類食品預(yù)處理:

剔除肥膘、切分、蒸煮和添加必要的抗氧化劑等

3．液體食品的預(yù)處理:

主要指果汁、咖啡、蔬菜汁、茶葉和調(diào)味品提取汁、蛋湯等食品。殺菌、濃縮、制粒、添加各種抗氧化、抗結(jié)塊等制劑。凍干終點判斷常規(guī)方法：凍干品溫度內(nèi)外一致（升華干燥結(jié)束）捕水器溫度下降（升華干燥結(jié)束）干燥箱壓力下降解吸干燥結(jié)束（試驗確定）動壓測量技術(shù)包裝與貯藏(后處理)

盡管冷凍干燥食品的含水率很低，若酶活性未被鈍化，仍會發(fā)生酶促反應(yīng)。此外，多孔疏松結(jié)構(gòu)使食品極易吸濕和氧化，尤其是含糖和有機酸較高的果汁等食品，盡管在真空狀態(tài)下貯藏，如果貯藏溫度偏高，也極易出現(xiàn)結(jié)塊、塌陷、變色等現(xiàn)象，使果汁粉末失去其速溶性而變成不易溶解的塊狀體。因此，冷凍干燥食品的包裝與貯藏是一個重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。 一般要求包裝材料安全、無毒副作用、不吸濕、不透氣、能遮光并有一定的機械強度，能適合于機械填充、密封以及容易貯運和使用。常見的包裝容器有：復(fù)合薄膜袋、馬口鐵罐、鋁拉罐、棕色玻璃瓶和聚丙烯杯等。