食品干燥新技术-真空冷冻干燥技术（食品高新技术课件）

第二节真空冷冻干燥技术一、概述(一)定义：冷冻干燥是将物料预冷至-30～-50℃，使物料中的大部分水冻结成冰，然后提供低温热源，在真空状态下，使冰直接升华为水蒸气而使物料脱水的过程。因此，冷冻干燥又称真空冷冻干燥、冷冻升华干燥。（二）真空冷冻干燥原理真空冷冻干燥就是先将固体湿料冷冻到“三相点”以下，使湿料中的水分变成固态（冰）；然后在真空环境下加热，使冰直接升华为水蒸气逸出；并通过不断移走水蒸气，使物料脱水而干燥。即：pTABCDO水的平衡相图(p－T图)液相区气相区固相区Tf湿物料预冻升华干燥冻干产品水分(物料冻结)(除非结晶水)解析干燥(除残余水分)真空冷冻干燥流程框图（三）真空冷冻干燥的特点优点1.真空冷冻干燥是在较低温度（低于水的冰点）下进行操作，对于许多热敏性物质的干燥特别适用。例如，对蛋白质、微生物等物质，采用真空冷冻干燥不会发生变性或失去生物活性。2.物料在真空冷冻操作下干燥，可排出物料中99％左右的水分，使得到的干燥产品不易收缩，不易变质，能较好地保留物料的构造（营养纤维和固状物），使其加水后能迅速水化，恢复原来的性状。因此，采用真空冷冻干燥方法生产的食品更接近新鲜食品的风味。3.由于物料的干燥是在冷冻下进行操作，物料中的水分由冰直接升华为水蒸气被移出，使得物料中的一些挥发性成分或营养成分损失很小，比较适合一些生化制品或食品的干燥。4.因物料的干燥是在真空、冷冻条件下进行，系统中高度缺氧，能较好地抑制微生物的生长，使易氧化的物料受到较好的保护。冻干蔬菜缺点1.干燥后食品表面有细孔，冷冻干燥食品对包装要求严格。2.多孔疏松结构降低了产品的韧性。3.冷冻干燥时间长，耗时耗能，成本高。4.设备投资大。三、真空冷冻干燥技术的应用生物制品方面疫苗、诊断制剂、血清制品等的冻干医药工业方面抗生素、维生素、酶制剂、血液制品等的冻干食品和化学工业方面速溶咖啡、果汁、催化剂等的冻干1.真空冷冻干燥食品的范围当食品满足下列一个或多个标准时，冷冻干燥方法是非常适用的：①产品品质不稳定；②不耐热；③要求快速和完全复水；④高价值或高附加值产品；⑤要求质量最小化；⑥不适合长期冰冻冷藏的产品。2.适合冻干产品的种类(按品种分)①蔬菜类：蘑菇、辣椒、姜蒜、胡萝卜等②水果类：香蕉、苹果、草莓、桔子、水蜜桃等③鱼、肉类：猪肉、牛肉、虾仁、海虾、海带、海参、贝类等④方便食品类：碗仔面、盒装便餐、婴儿食品、旅游食品、军用食品等；⑤调味品类：汤料、果酱、香料等；⑥饮料类：速溶咖啡、速溶茶等；⑦中草药类：人参、冬虫夏草、山药、生物制品等⑧营养品类：蜂蜜、蜂王浆、甲鱼、龟类等例：大蒜冷冻干燥工艺目的：提高产品出口率；

大大提高大蒜制品的附加值；使大蒜应用前景更加广阔。操作要点1原料预处理：选取无病虫害、无严重损伤、饱满的大蒜头，去除蒜衣膜，洗净，切片，厚度控制在7~8mm。为保留大蒜原有风味，切片后不经漂烫直接进入预冻。2预冻：预冻温度设在-25℃。3升华干燥：对物料进行升温过程中，始终保持物料温度低于但又接近物料共晶点。操作压力控制在13.3～40Pa。解析干燥：该阶段虽然产品内不存在冻结冰，但产品内还存在10%左右的水分，在该阶段，可以使板层的温度迅速地上升到该产品的最高允许温度，并维持到冻干结束为止结论1大蒜共晶点为-18℃。2冷冻干燥的最佳工艺为：操作压力13.3～40Pa条件下，升华干燥温度控制在-20℃左右，隔板加热温度控制在40℃，冻干时间约为12h左右。3蒜片厚度为8mm时，设备生产能力达到最大，产品得率为14.7%。产品含水量为2.8%，复水率是86.3%。干燥成品思考：1.什么是“真空冷冻干燥”？真空冷冻干燥的原理是什么？2.在真空冷冻干燥操作中，升华干燥阶段的时间长短主要与哪些因素有关？3.真空冷冻干燥有哪些主要优点？二、冷冻干燥工艺与设备（一）冷冻干燥工艺由真空冷冻干燥流程可知，该过程可粗略地分为预冻、升华、解析三个主要步骤，其中升华和解析是在真空条件下进行的。1.预冻：预冻是指干燥前须将物料进行在低温下冻结，使物料固定，为升华干燥做准备。或者说，预冻是真空冷冻干燥操作的准备阶段。2.升华干燥升华干燥是使冻结物料中的冰升华为水蒸气，使物料脱水。升华阶段称为第一阶段干燥，主要除去冻结物料中大部分（约90％）非结晶水。升华干燥阶段的时间长短，主要与下列因素有关。②物料装填厚度物料的装填厚度直接影响着升华干燥速率，物料装填越厚，所需的升华干燥时间越长；反之，物料装填越薄，所需的升华干燥时间越短。①物料种类不同种类的冻结物料，所需的升华干燥时间不同。一般而言，共熔点温度较高的物料易于干燥，所需的升华干燥时间较短；反之，共熔点温度较低的物料难以干燥，所需的升华干燥时间较长。冻干胡萝卜块③热量升华过程是一个吸热过程，升华时提供的热量直接影响着升华干燥速率。在升华干燥过程中，若提供的热量不足，必然会减慢升华速率，延长升华干燥时间；反之，会加快升华速率，缩短升华干燥时间。冰(s)

水蒸气(g)升华、吸热凝华、放热冰(s)

水蒸气(g)升华凝华水(l)熔化气化注意：若升华时提供的热量如果过多，会导致冰熔化，改变相变化路线，使干燥产品性状受到严重影响。④冻干机本身的性能：这包括冻干机的真空性能，冷凝器的温度和效能，甚至机器构造的几何形状等，性能良好的冻干机使升华阶段的时间较短些。3.解析干燥升华干燥阶段只除去了冻结物料中约90％的非结晶水，还含有约10％的残余非结晶水。这部分水是未被冻结的，是靠范德华力吸附在物料毛细管壁上或靠氢键粘附在物料的极性基团上。实现。此处应注意，解析干燥的温度不能超过物料的最高允许温度。为了确保干燥产品的安全，可通过实验来确定解析温度。例如：细菌产品的最高干燥温度一般为30℃，血清、抗生素等产品的最高干燥温度一般为40℃。为了使干燥产品的含水量达到标准，还需对物料进一步干燥，除去此部分水。此时的干燥常称为解析干燥，或第二阶段干燥。OHHO＝CNHHOHH氢键

解析干燥阶段一般是通过升高干燥操作温度来（二）冷冻干燥设备真空冷冻干燥器常称为冻干机，其种类繁多。由系统功能来看，冻干机主要由制冷系统、真空系统、加热系统和控制系统等四个部分组成。从设备结构来看，冻干机主要由干燥室、冷凝器（冷阱）、真空泵、阀门、电气控制元件等部件组成。1.ZG系列真空冷冻干燥机该设备主要由干燥箱、冷凝器（捕水器）、加热系统、真空系统、制冷系统和电气控制系统等六大部分组成。该设备在食品工业主要用于果蔬、肉禽、水产、调味品、方便食品及名优特产等干燥；在医药工业方面主要用于血浆、疫苗、酶、抗生素、激素等中西药品的脱水与保存。该设备结构紧凑，占地面积小，操作方便。可用于医药工业、生物化学工业等产品的脱水干燥。2.LGJ台式真空冷冻干燥机4.ZDGS系列真空冷冻干燥设备

ZDGS系列真空冷冻干燥设备是由一台或多台冻干机及相应的制冷系统、真空系统、加热系统、电气控制系统、除霜系统、物料运输系统、气动系统组成。该干燥设备动化程度高、能耗低、操作简单、维修方便、物料托盘清洗方便，主要用于各种农副产品的深加工和生化制品的生产。冻干食品(三)影响冷冻干燥的因素1.降温过程食品工业中通常采用的快速冻结对食品品质的保持有利，但对于冷冻干燥过程来说不利。原因是快速冻结将水分在短时间内固定在原地，冻结后的冰晶体个体小、数量多，干燥时水分外逸途径少、阻力大，致使干燥时间长。一般而言，快速冻结的食品冻干时间要长于慢速冻结。但也不能简单说慢速冻结优于快速冻结，如苹果采用慢速冻结，表面会发生酶促褐变。2.真空度对冷冻干燥过程的影响真空越大，压力越小，则干燥时间越短，产品品质越高。3.外界热量对冷冻干燥过程的影响冷冻干燥过程中物料中冰的升华需要一定的热量，升华后的物料温度降低，升华过程变缓，干燥速率降低。因此，为了保持一定的冷冻干燥速率，需要给物料提供一定的热量。如果在产品升华过程中不提供热量，那从冻结产品到冷凝器表面的水蒸气分子数与从冷凝器表面返回到冻结产品的水蒸气分子数相等，冻