宠物食品技术--食品真空冷冻干燥技术原理和生产过程.docx

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食品真空冷冻干燥技术原理和生产过程1冻干食品冻干食品是在低温状态下进行生产的，其加工过程处于基本无氧和完全避光的环境中，使食品成分不会发生剧烈的化学反响；因此不仅保持了新鲜食品所具有的色泽、香气、味道和形状，而且最大限度地保存了食品中的各种维生素、碳水化合物和蛋白质等大局部营养成分。经实验检测证明，猪肉和腊肉中含有较多的维生素B1,假设用放射线杀菌时，99%的维生素B1被破坏；罐头制品中维生素B1的保存率为33%,经冷冻干燥的食品，维生素B1却相对稳定；经冻结干燥的青刀豆，每百克含抗坏血酸18.26毫克，胡萝卜素0.33毫克，分别占新鲜产品的79%和67%,而经其它技术脱水干燥的青刀豆，每百克仅含抗坏血酸8.5毫克，只占新鲜产品的37%,而胡萝卜素的含量几乎为0o冻干食品具有多孔组织结构，不会形成水份不能穿透的薄层，具有良好的复水性，烹调、食用十分方便。另外，冻干食品含水率极低，一般为1%〜3%,多者不超过5%〜6%；经密封包装后可以长期贮存。即使在常温下储藏，质量也很少变化，因而大幅度降低了储藏费用，也方便了运输。2冷冻干燥技术原理冷冻干燥又叫真空冻结升华干燥，是将含水物料在低温下冻结,然后在真空条件下将水升华除去是使物料干燥的一门技术。为阐述冷冻干燥原理，先作以下实验说明水的气化和冰的升华。1、曲线0A为气化曲线，A为水的临界点P,t(220bar,374℃),在0A曲线上水和水蒸气共存。2、曲线OB为融解曲线，水和冰共存的状态。3、曲线0C为升华曲线，冰和水蒸气共存的状态。4、0点为上述三曲线的交点，叫水的三相点，其对应的压力温度为P,t（610.5Pa,+0.0098℃）,此状态点水、水蒸气、水三相共存。5、设有一盅水，如果将盅内的水在常温常压下自然蒸发，那么需要相当长的时间才能把盅内的水完全蒸发掉，就是说水的气化速度很慢。提高水分气化速度的方法有两种：一、将水等压加热。即将水温升高并保持与大气压对应的饱和温度（即沸点10CTC）一致，这个状态就是过D点的等压线与气化曲线的交点E,水不停地沸腾气化。二、将盅内的水放进一密闭容器里，启动真空泵对容器降压，当压力降到2337Pa,水开始沸腾，此时水的状态是过D点的垂直与气化曲线的交点F。假设保证足够的真空度，使温度再降低，水的沸腾状态依然会继续下去。同理，在方法一中只要给水提供足够的热量保持沸点温度，沸腾状态也会继续下去，水分很快气化完毕。6、以-2（rc的冰为例，经实验证明，在610.5Pa的压力之下等压加热，发现当冰的温度升高至0℃时（即是过G点的等温线与融解曲线的交点H）,很容易导致冰融化，所以不主张用等压加热的方法提高升华速度。实验二、将-20。。的冰置于密闭容器中，然后对容器进行抽空降压，冰的状态沿等温线变化，当冰的压力降低到饱和蒸气压103.5Pa时（相态图中H点），冰出现急剧升华，并吸收大量的热量，向冰提供升华所需的热量，冰的温度将维持在-20寸。当提供的热量大于升华热时，水的温度升高，相应的饱和蒸气压升高。虽然在较高的温度下升华速度较快，然而冰能存在的最高温度为水的三相点湿度,超过此限，冰融化成水。这样食品中的冰晶融化，引起食品解冻，这是绝对不允许的。因此，食品的冻结干燥是在低温下使食品中的冰晶体直接升华为水蒸气，再由真空泵排出。3冻干食品的生产过程冻干技术最大障碍是生产本钱高。因此，如何进行能源的综合利用，强化装置的功能，降低设备造价都是冻干行业特别是食品冻干行业开展面临的重要课题。另外，控制食品的冻干终点温度还比拟困难，冻干食品的口感、脆性、硬度与新鲜食品还有一定的差异，完全保证原来风味还不可能。冻干食品的种类很多，加工的工艺较为复杂，一般按如下流程进行：原料、检查选料、洗涤、前处理、冻结、升华干燥、分选检查、包装成品；生产过程可分为前处理、冻结、冻干和包装四个阶段，下面逐步予以分析。1、前处理由于物料种类多种多样，对需求的食品也要求不一，往往使前处理过程的自动化程度受到限制。前处理过程包括择选、清洗、切分、烫漂、预冷等，能耗主要来自清洗、切分设备及预冷。在物料的切制成片时，应垂直于食品的纤维方向切断，这有利于干燥中产生的水蒸汽逸出和提高已干燥局部的传热系数，可减少能耗。尽量减少固体食品的厚度以减小冻结中的能量消耗，如在相同状态下冻结相同重量相同冻结终温的牛肉，当厚度为0.2米时，冻结时间为26.6小时，当牛肉厚度为0.1米时，冻结时间为10.9小时，减少了59%。在下一阶段的冻结过程中，食品的初始温度直接影响到冻结结束时食品平均温度，因此在前处理时应对食品进行预冷处理。方法是将物料浸入温度为5。（2〜1CTC的水中快速冷却。2、冻结冻结是食品冻干过程中一个重要的环节，冻结温度和冻结速率对食品质量、水分的升华以及能耗均有很大的影响。当冻结的速度较快时，食品中的水分形成的冰晶体数量多，体积小，这样的冰晶体对细胞的机械损伤较轻，可以较好地保证食品的质量，这对于速冻食品来说是值得提倡的。但速冻所需的温度低，能耗大；另一方面，速冻产生出小而多的冰晶体；令晶体间的孔隙度变小，在升华干燥时，而使水蒸汽逸出阻力增大，造成食品干燥速度减慢，干燥时间延长，能耗设备就增加。解决这个问题的关键是增大冰晶体的体积，从食品冻干曲线上可以知道，B〜C是食品中绝大局部从液相变为固相的阶段，随着水分的不断冻结，食品的冰点逐渐降低，当降到-52时，食品中80%水分已被冻结，故-1℃〜-5寸被称为最大冰结晶生成带。在生产过程中有经验的技术员会在冻结阶段将预先设置的温度（如选择-UC〜T（TC）保存一段时间，以促进冰晶的生长，这也是冻干食品较为经济的一种方法。另一种方法又叫“细粒化”冻干法，主要是把小粒尺寸（一般取粒径0.5〜3毫米）作为冻干食品体形最正确条件进行冻结。3、升华干燥这一阶段包括加热、真空、制冷系统三局部的能耗。（一）加热局部食品在升华过程中吸收一定的热量，如果没有外界热源提供热量,会引起食品自身温度的降低，同时冰晶体的饱和蒸气压也随之降低，导致升华速度降低，因此必须向冻结食品提供一定的热量。为防止加热过量引起食品解冻，一般将食品温度控制在-io℃〜-3（rc间。所用热源主要有加热板、辐射加热板和微波发生器，目前大都采用辐射加热板作为热源。其原理如图三，传热和传质都在干燥层内，但方向相反，随着干燥的深入，干燥层厚度增厚，传热和传质阻力逐渐增加，由于传热、传质从两侧进行，因此干燥速度较快。（二）真空局部食品放在真空箱内，以提高升华压力来提高食品已干层的有效导热系数，但压力太大或太小都会降低升华的速度。不同的食品都有其对应的压力在升华干燥中使升华的速度最快，这个压力叫做该食品的最正确升华压力。在升华干燥过程中，为保证冻干食品的质量和冻干速率，减少不必要的能量损失，必须严格把握好真空箱中的压力。（三）制冷系统食品中的冰晶升华完毕之后，升华阶段即告结束，转入下一阶段水蒸汽的干燥过程，及时地把升华形成的水蒸汽抽放外界。真空泵主要用来排除干燥箱内的不凝性气体，因为箱内的压力很低，水蒸汽比容很大，大量的水气进入真空泵后很容易损坏真空泵。因此在真空泵和干燥箱之间应设置一个蒸气捕集器，它的外表温度比干燥箱低，水气的凝结是靠箱体与捕集器间的温差而形成的压力差作为动力。为减小制冷机的投资费用和日常运行费用，应保证捕集器有足够大的捕水面积。