宠物食品技术-食品真空冷冻干燥技术原理和生产过程

1、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

2、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(220ba

3、r, 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

4、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

5、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

6、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

7、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。（21CTC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

8、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，BC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-UCT（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

9、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. 53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