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真空冷凍干燥機的基本原理和應用
2023-4-25 閱讀(1208)
真空冷凍干燥技術(shù)在zui近的二十年中取得了長足進展。進入二十一世紀后，隨著人們環(huán)保意識、健康意識的進一步加強，必將對消費品的品質(zhì)提出更高要求。生活節(jié)奏的不斷加快，人們對方便快餐食品的需求也將日趨旺盛。所有這些都將有力地推動真空冷凍干燥技術(shù)的進一步發(fā)展，使其應用規(guī)模不斷擴大、應用領(lǐng)域不斷擴展。因此，真空冷凍干燥必將成為二十一世紀的重要應用技術(shù)。
真空冷凍干燥的基本原理
真空冷凍干燥是將含水物料凍結(jié)后，在真空環(huán)境下加熱，使物料中水分直接除去，從而使物料脫水獲得凍干制品。真空冷凍干燥屬于物理脫水，了解它應該從水的三相圖開始。
在低壓下水的相變過程和常壓下大體相似，但相變時的具體溫度不同。例如在103 Pa壓力下，固態(tài)冰轉(zhuǎn)化為液態(tài)水的溫度略高于0℃，而液態(tài)水轉(zhuǎn)化為蒸汽的溫度為6.3℃，可見降低壓力后冰點變化不大，而沸點卻大大降低了?？梢韵胂螅攭毫档偷侥骋恢禃r，沸點即與冰點相重合，固態(tài)冰就可以不經(jīng)液態(tài)而直接變?yōu)闅鈶B(tài)，這時的壓力稱為三相點壓力，相應的溫度稱為三相點溫度。
水的相平衡圖
水的三種聚集態(tài)隨溫度和壓強不同而變化，以壓強為縱坐標，溫度為橫坐標表示水的聚集態(tài)，稱為水的相平衡圖。由圖可以看出，OS,OL，OK三條曲線把相圖分成三個區(qū)域，即氣相、液相、固相。OS曲線為氣固兩相平衡共存的狀態(tài)，這時的水蒸氣壓強為水的飽和蒸汽壓，OL曲線為液固兩相平衡共存的狀態(tài)，OK曲線為氣液兩相平衡共存的狀態(tài)，K為水的臨界點，K點溫度為374℃，壓強為2.11×107Pa，在此點液態(tài)水不存在。O點為三條曲線的交點，即三相點，三相點溫度為0.01℃，三相點壓力為610.5Pa，是水的三相平衡共存的狀態(tài)。真空冷凍干燥是在三相點以下進行的。
凍干食品的特點
由于真空冷凍干燥在低溫低壓下進行，而且水分不經(jīng)過液態(tài)直接升華，真空冷凍干燥產(chǎn)品可確保食品中蛋白質(zhì)、維生素等各種營養(yǎng)成份，特別是那些易揮發(fā)的熱敏性成份不損失，因而能zui大限度地保持原有的營養(yǎng)成份，有效地防止干燥過程中的氧化、營養(yǎng)成份的轉(zhuǎn)化和狀態(tài)變化。冷凍干燥制品成海綿狀、無干縮、復水性*、食用方便、含水分極少，相應包裝后可在常溫下長時間保存和運輸。
因此賦予其產(chǎn)品許多特殊的性能：
1.脫水比較*，有利于長時間貯存。
2.物料干燥過程在凍結(jié)狀態(tài)下完成，與其它干燥方法相比，其產(chǎn)品相對于新鮮物料的收縮率要小得多，較好地保存了其原料的組織結(jié)構(gòu)和外觀形態(tài)。
3.不存在表面硬化問題，且內(nèi)部呈多孔的海綿狀，因而具有優(yōu)異的復水性。這一性能在即食方便食品中體現(xiàn)出了非常明顯的優(yōu)勢。
4.由于干燥過程在很低的溫度下進行，而且基本隔絕了空氣，有效地抑制了熱敏物質(zhì)的生物的、化學的或物理的變化。充分保存了原料中的營養(yǎng)成份和活性物質(zhì)，較好地保持了原料的天然色澤和氣味。
5.減少了產(chǎn)品的含水量，降低了重量，便于運輸。
食品真空冷凍干燥技術(shù)的運用
由于真空冷凍干燥具有其它干燥方法*的優(yōu)點，因此該技術(shù)問世以來越來越受到人們的青睞，在醫(yī)藥、生物制品和食品方面的應用已日益廣泛。
1 在特殊食品用途中的加工
在航天、航海、旅游、登山、探險等野外作業(yè)所用的食品中已廣泛使用真空冷凍干燥技術(shù)。
2 在嗜好及香味、調(diào)味食品中的應用
咖啡、茶以及各種香、調(diào)味料滿足人們的嗜好及對香味、滋味的感官要求。由于有效成份的不穩(wěn)定性，使用傳統(tǒng)的干燥方法難以滿足這一點。真空冷凍干燥低溫、高真空度的加工方式使其在該領(lǐng)域很快找到了用武之地，并且產(chǎn)品深受大眾的喜愛，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，在同類產(chǎn)品中的比例不斷提高。
