冷冻干燥技术

1、 南昌大学 张 彬 2010.4 冷冻干燥冷冻干燥食品的特点食品的特点 冷冻干燥技冷冻干燥技 术的发展史术的发展史 冷冻干燥冷冻干燥的基本概念的基本概念n1921年前苏联科学家发明真空冷冻干燥技术n1943年，丹麦出现了原始的食品冷冻干燥技术和设备n1961年英国食品部公布冷冻干燥是一种能获得优质食品的方法n50年代 中国冻干技术开始起步n90年代 冻干食品得到快速发展 。n又称真空冷冻 干燥、冷冻升 华干燥、分子 干燥等n物料冻结至 冰点以下， 水分变为固态冰，在较高的真空下冰升华转化为蒸汽而除去，物料即被干燥。基本保持食品原有的色、香、味、形和营养物质食用或加工前复水快，可直接食用或烹调密

2、封后可在常温下长期贮藏、运输和销售重量轻，满足宇航、旅游等人员需求生产成本偏高冷冻干燥的理论基础冷冻干燥的理论基础水的相图和升华干燥过程示意图水的相图和升华干燥过程示意图u水的三相点压力P=610.5Pa，温度T=0.0098u不同物料的冻结点不同u冻结速度对冻干食品的质量和升华速度有影响u适当提高升华温度、传热速度以及减少水蒸汽逸出阻力可提高升华速度n固态食品原料的预处理包括选料、清洗、切分、烫漂和装盘等。n液态食品原料一般采取真空低温浓缩或冷冻浓缩的方法进行预处理。n装料容器一般是玻璃模子瓶、玻璃管子瓶或安瓶，装量要均匀，蒸发表面尽量大而厚度尽量薄一些物料预处理预处理预冻抽真空捕水器降温升

3、华干燥解吸干燥干燥结束加热预处理和可升华水量估计预处理和可升华水量估计1克水体积常温常压下1毫升100Pa，-20下1200000毫升RTMmPV 253K KkmolJ8314 18 0.001kg Pa100TRMmP如果真空泵抽出速率为30m3/h，则每小时可升华25ml水物料预冻的好坏直接影响物料预冻的好坏直接影响 冷冻干燥产品的品质冷冻干燥产品的品质将物料放入与干燥箱板层尺寸相适应的金属盘内。 对瓶装一般采用脱底盘，有利于热量的有效传递。装箱之前，先将冻干箱进行空箱降温，然后将产品 放入冻干箱内进行预冻；或者将产品放入冻干箱内层板上同时进行预冻物料预冻预冻抽真空捕水器降温升华干燥解吸

4、干燥干燥结束加热预处理抽真空前要根据冷凝器制冷机的降温速度提前使冷凝抽真空前要根据冷凝器制冷机的降温速度提前使冷凝器工作，抽真空时冷凝器至少应达到器工作，抽真空时冷凝器至少应达到40的温度。的温度。物料预冻抽真空捕水器降温捕水器降温升华干燥解吸干燥干燥结束加热预处理低温下水的升华热和饱和蒸气压低温下水的升华热和饱和蒸气压 待真空度达到一定数值后（通常为待真空度达到一定数值后（通常为13Pa26Pa），），或者有的冻干工艺要求达到所要求的真空度后继续抽真或者有的冻干工艺要求达到所要求的真空度后继续抽真空空12h以上；即可对箱内产品进行加热。以上；即可对箱内产品进行加热。物料预冻抽真空抽真空捕水器

5、降温升华干燥解吸干燥干燥结束加热预处理 真空度与系统性能真空度与系统性能u真空度过高，虽然降低全压，但对传热不利。u真空泵抽出系统渗入的不凝性气体u捕水器抽出水蒸气u开始阶段真空泵负荷大CLASSIFICATIONPRESS RANGELOW VACUUM760 Torr 1 Torr100kPa 100PaMID VACUUM1 Torr 10-3 Torr100Pa 0.1PaHIGH VACUUM10-3 Torr 10-7 Torr0.1Pa 10PaEXTRA HIGH VACUUM10-7 Torr 10-10 Torr10Pa 104PaEXTREMELY HIGH VACUUM

6、10-10 Torr (Less)104Pa (Less)真空范围真空范围 加热介质n接触加热法：介质424，循环液由水4份、乙醇2份，乙二醇4份配置成循环不冻液，其凝固点为-120，在使用时液温最高不超过60。n辐射加热法：采用蒸气加热，最高温度为120 物料预冻捕水器降温升华干燥解吸干燥干燥结束加热加热预处理抽真空对干燥箱内的物料加热，常用方法有微波加热、辐对干燥箱内的物料加热，常用方法有微波加热、辐射加热和接触加热射加热和接触加热干燥箱的温度比捕水器冷表面的温度要高（一般高干燥箱的温度比捕水器冷表面的温度要高（一般高10），此温差形成的压力差是水汽凝结的推动力），此温差形成的压力差是水汽

7、凝结的推动力物料预冻捕水器降温升华干燥升华干燥解吸干燥干燥结束加热预处理抽真空n温度不超过共熔点（共晶点）的温度温度不超过共熔点（共晶点）的温度n由于热量不断被升华热带走由于热量不断被升华热带走, 要及时供给升华热要及时供给升华热能能, 来维持升华温度不变。来维持升华温度不变。供热不足或过多供热不足或过多供热不足：升华热补充不上，造成冻干品温度下降，饱和蒸气压随之下降，在捕水器温度不变情况下，水蒸气驱动压差减小。供热过多：升华界面容易融化（玻璃化？），此外，升华干燥层可能出现塌陷。物料预冻捕水器降温升华干燥解吸干燥解吸干燥干燥结束加热预处理抽真空 待产品内水分基本干完后进行第二步加温，这时可待

8、产品内水分基本干完后进行第二步加温，这时可迅速地使产品上升的规定的最高许可温度。在最高许可迅速地使产品上升的规定的最高许可温度。在最高许可温度保持温度保持2h以上后，即可结束冻干以上后，即可结束冻干解析干燥时间n残余水分要求低的制品，降低捕水器温度。n提高供热量，加速解吸。n适当提高干燥箱的压力，改善供热条件。物料预冻捕水器降温升华干燥解吸干燥干燥结束干燥结束加热预处理抽真空 冻干终点判断冻干终点判断冻干品温度内外一致（升华干燥结束）捕水器温度下降（升华干燥结束）干燥箱压力下降解吸干燥结束（试验确定）1 321、Freezone 12Plus 冷冻冻干机2、 GZL3BY真空冷冻干燥机3、日处

9、理60吨连续式冻干机冷冻干燥设备冷冻干燥设备冷冻干燥设备示意图冷冻干燥设备示意图 型式型式系统结构系统结构 间歇式间歇式半连续式半连续式连续式连续式冻干设备的主要部分冻干设备的主要部分干燥箱干燥箱 工业用干燥箱能够制冷到55左右，也能够加热至+80左右，是能抽成真空的密闭容器。需要冻干的产品即放在箱内分层的搁板上，对产品进行冷冻，并在真空下加温，使产品内的水分升华而干燥。冻干设备的主要部分冻干设备的主要部分水汽凝结器（捕水器）水汽凝结器（捕水器）捕水器是冻干系统中能耗最大的部件升华阶段负荷大，解析阶段负荷小捕水器结构优化设计是提高系统性能（如样品处理量）的关键之一真空阻力小，结霜量大且均匀，易

10、融霜是设计目标冻干设备的主要部分冻干设备的主要部分 制冷系统制冷系统 对干燥箱中搁板的要求：平整、光滑、传热均匀，冷却速度一般要求为0.11.5/min，加热速率0.11.5/min。 制冷机的功用是对冻干箱和冷凝器进行制冷，它有直接制冷和间接制冷二种方式。冻干设备的主要部分冻干设备的主要部分 加热系统加热系统2131、辐射加热2、 传导加热3、微波加热，缩短干燥 周期85，但成本高冻干设备的主要部分冻干设备的主要部分真空泵（真空泵（1）效率低，一般在30%左右真空度低，极限压强20004000Pa10时饱和蒸气压为1227Pa20时饱和蒸气压为2337Pa30时饱和蒸气压为4241Pa水环式真空泵水环式真空泵冻干设备的主要部分冻干设备的主要部分真空泵（真空泵（2）滑片式真空泵滑片式真空泵该泵的工作抽气速率为30m3/h 罗茨泵罗茨泵是非变容式真空泵，若要求中、高真空度，需与前级泵组合。罗茨泵与滑片罗茨泵与滑片泵性能比较泵性能比较不同组合泵不同组合泵性能比较性能比较