干燥脫水技術是一項適用于蔬菜、水 果、肉類、水產、藥品的護色、保鮮、保質、保營養成分 的高新加工技術 ,其原理是在真空狀態下 ,利用升華 原理 ,使預先凍結的物料中的水分不經過冰的融化 直接以冰態升華為水蒸氣而除去 ,從而獲得干燥制 品的技術 ,簡稱凍干技術。用此方法生產的食品叫 真空凍干食品。由于真空冷凍干燥是在低溫、高真 空狀態下進行 ,物料中的水分直接從固態升華為氣 態 ,因而可以有效地保持被干物料的細胞活性 以及被干物料的色、香、味、形和營養成分 ,而且復水 性能好。凍干食品是采用現代脫水技術與工藝加工 而成的集方便、保健、為一體的高品質綠色食品 ,避免了傳統脫水方法帶來的變色、變質、變味、成 分流失、無法還原等缺陷。
凍干食品在國際市場上的產量以每年 30 %的 速度遞增 ,正成為國際貿易的大宗食品。據統計 ,目 前 ,美國年消費凍干食品 500 萬噸 ,日本 160 萬噸 , 法國 150 萬噸 ,其它的消費數量也很可觀[1 ] 。 國內在凍干方面的研究起步較晚 ,近年來一些科研 單位對某些產品進行了工藝研究 ,東北大學成功研 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 ,上海華裔發展有限公司將一些名 菜如宮保雞丁等 ,用凍干工藝加工 。隨著人們對凍干產品需求量的逐年增大 ,凍干 設備也有了較大的發展。
1 真空冷凍干燥設備的原理及組成 真空冷凍干燥設備的工作原理是 :先將物料凍 結到共晶點溫度以下 ,使水分變成固態的冰 ,然后將 經過前處理的預凍食品裝入干燥倉內 ,在低溫真空 狀態下 ,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 ,在 - 40～ - 45 ℃的排管外壁上凝結被捕捉 ,直至按凍干曲線 達到規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、制冷系統、 加熱系統及自動控制系統等幾部分組成。
1. 1 干燥箱 干燥箱是一個真空密閉容器 ,是冷凍干燥設備 的重要組成部件之一 ,是干燥過程中傳熱和傳質的 場所 ,它的性能直接影響到冷凍干燥設備的性能。 如果帶有蒸氣消毒滅菌功能 ,凍干箱還應是一個低 壓內壓容器。干燥室的形狀主要有圓形和矩形兩 種 ,圓形干燥室操作容易、強度高、制作費用低 ,但其 內部空間的利用率低 ;矩形干燥室的空間利用率高 , 但制造費用高。
1. 2 真空系統 真空系統包括真空干燥室、隔離閥、水蒸氣捕集 冷凝器、真聯式旋片真空泵、聯接管道以及放氣閥 等。系統內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 ,真空干燥室內的空氣 及水蒸氣經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。為防止經水蒸氣 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 ,系統內配置了氣鎮閥 ,冷凍干燥時 ,打開 氣鎮閥。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環境。
1. 3 加熱系統 為了使凍結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。加熱系統除加熱板以外 ,還包括 熱媒加熱罐、換熱器、氣動調節閥、循環泵及管路、閥 門、液位計、溫度傳感器等。
1. 4 制冷系統 水蒸氣凝結器又稱為冷阱 ,是制冷系統的主要 部件。在 13. 3 Pa 真空下 ,質量為 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 ,另一方面能夠保證干燥室具有 較低的真空度。
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