宠物食品技术--食品真空冷冻干燥过程中的工艺参数分析.docx

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1、食品真空冷冻干燥过程中的工艺参数分析食品真空冷冻干燥原理和工艺流程01干燥原理真空冷冻干燥是将含水物料冻结后，在真空环境下加热，使物料中水分直接升华除去，从而使物料脱水获得冻干制品的技术。真空冷冻干燥属于物理脱水，理解其过程应从水的三相平衡图开始。如图1所示，AB、AC、AD分别为冰和水蒸汽、冰和水、水和水蒸汽两相共存时其压力和温度之间的关系，称之为升华曲线、溶解曲线和汽化曲线；三线交点A,为固、液、汽三相共存的状态，称为三相点，温度为0.01,压力为612Pa。箭头1、2、3表示冰升华成水蒸汽、冰融化成水、水汽化成水蒸汽的过程。升华现象是物质从固态不经液态而直接转变成汽态的现象。由该图可知，

2、只有当压力在三相点压力以下时，升华才可能发生，真空冷冻干燥就是基于这个原理。02工艺流程1）前处理工艺：在对物料进行冷冻干燥加工之前的前期处理工艺。如，对于植物性原料，它通常包括物料的清洗去皮去脐、分切破碎、蒸煮调理冷却甩干、称重装盘等。2）预冻工艺：该江艺是主工艺升华干燥前的预处理工艺。它是经前处理工艺称重装盘后的冷却物料、经轨道小车送至速冻机或冷冻隧道、按冻结工艺要求进行冷冻后，装入干燥仓或送入低温冷藏间储藏备用。3）升华干燥工艺：该工艺是物料冷冻干燥加工中的主要工艺环节。它是将预处理后的物料送入干燥仓中，按不同的物料冻干曲线，使冻结物料在真空状态下加热，进行物料中的游离水由冰到水蒸汽的升

3、华干燥过程和脱除结合水的解析干燥过程，最终脱去物料中的水分，完成物料的冻干。4）后处理工艺：该工艺是将己冻干的物料，进行后期加工处理的工艺。它一般包括对产品的质量检查、粉碎筛分，称重包装仓库存放等。03升华干燥工艺过程在食品真空冷冻干燥工艺过程中，升华干燥是整个工艺过程中的关键。典型食品冻干过程分为3个阶段，如图3所示：a段为匀速升华阶段或称为恒定加热功率阶段。这一阶段通常为最大加热功率（即加热板温度为最高温度），当物料上部温度达到最高允许温度时该阶段终止；b段为降速升华阶段或称为下降加热功率阶段。在此阶段控制加热功率（或加热板温度），以保证食品已干部分温度低于最高允许温度,冻结部分温度不超过

4、升华温度，保证仓内的真空度。这一阶段一般以食品内部最低温度超过0。2为结束标志；c段为干燥结束阶段或解析干燥阶段。这一阶段由于升华过程结束，真空度有一定提高，因为仓内真空度直接影响冻干食品残余含水量。该阶段以食品内部最低温度达到设定值，加热功率降到零为终点，这也是整个冻干过程结束的标志。工艺过程中主要工艺参数分析在食品冻干工艺过程中，预冻结有自冻结和预冻结两种。冻结温度和冻结速率是预冻结过程中重要参数，冻结温度和冻结速率对于物料中水分生成的晶体数量、大小、形状有直接关系。一般来讲，冻结温度越低，冻结速率越快，形成的晶核数量越多，晶粒越细，冻干产品质量好，但是冻干过程慢；相反，如果冻结速度慢，晶

5、核数量少，晶粒大，冻干时间短。在食品升华干燥过程中，食品最高温度、食品最低温度、仓内真空度、冷阱表面温度、加热板加热功率（或温度）是其中几个主要工艺参数。食品最高允许温度是由食品自身成分特性及冻干食品质量要求决定的。对于一般动植物食品，其在升华干燥阶段，食品最低温度是由对食品所含水分的冻结率的要求所决定的，通常不应高于预冻结要求温度。在解析干燥阶段，食品最低温度是由对食品残余含水量的要求所决定的。在升华干燥阶段，食品最低温度与仓内真空度有一定的对应关系。由于冻干过程中，真空机组只是抽去不可凝结汽体（食品中析出、设备表面析出、泄漏进的空汽）和极少量的水蒸汽。因此，仓内真空度主要由加热板加热功率和

6、冷阱表面温度共同决定。所以,冻干过程中实际控制的最主要参数是加热板加热功率和冷阱表面温度。冻干设备控制系统主要功能是控制加热功率以满足一定的冻干工艺要求，即食品最高允许温度和稳定的工作真空度。食品最高允许温度是保证食品内部成分在冻干过程中不受破坏的温度。该参数是由食品的营养成分特性决定的。通常对于食品最高温度在4060,具体按照各种食品的营养成分对温度要求确定。食品最高温度对冻干过程时间和冻干食品残余含水量也有影响。食品最低温度在升华干燥阶段可以近似为食品升华温度。对应此温度，物料中水分有一定比例为冻结状态，这样就使得食品中一定量的水分是以升华方式除去，因此，冻干食品质量（主要是食品残余含水量

7、及水分脱出方式）直接受食品中冻结水分含量影响。食品在不同温度下的水分冻结率见表lo该参数根据冻干产品质量要求在冻干过程中设定。在升华干燥阶段，稳定的真空度对应着干燥仓内食品稳定的升华温度，既保证了食品冻结层水分一定的冻结率，又使仓内传热传质保持动态平衡。在解析干燥过程阶段，真空度又是决定冻干食品残余含水量的重要工艺参数。在这一阶段的真空度越高，冻干食品的残余含水量越低。工作真空度由冷阱表面温度和抽除不可凝结汽体的真空机组共同决定的。冷阱表面温度也是冻干过程中重要参数之一，因为食品升华过程中产生的大量水蒸汽是由冷阱工作表面凝结，从而保证仓内稳定的真空度，冷阱表面温度对应着冷阱表面一定的饱和蒸汽压

8、力（见表2）,仓内压力同冷阱的饱和蒸汽压力差决定了水蒸汽从食品内部到表面、最后到冷阱表面的扩散流动，冷阱实质上是作为吸附水蒸汽的低温泵工作。通常冷阱表面温度比升华温度低5。（210匕左右。加热板加热功率（或温度）是冻干设备控制系统控制的主要参数,其变化应满足冻干工艺要求：保证食品已干部分温度在整个冻干过程中不超过最高允许温度，保持稳定的工作真空度以使冻结部分温度不超过规定的升华温度。综上所述，对某种食品制定其冻干工艺，首先应对该食品进行营养成分进行分析，对其物理化学特性进行研究，确定食品在冻干过程中最高允许温度和预冻结温度（按照一定的水分冻结率要求，可参照表1）；之后以食品冻结温度通过查表2,确定仓内真空度；冷阱温度根据仓内真空度的要求一般比预冻结温度低5。（210匕，生产中在保证仓内真空度稳定条件下确定。加热板温度应保证仓内真空度稳定和已干食品温度不超过最高允许温度。