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食品真空干燥裝置及其進(jìn)展

2017-6-5 1:57:36??????點(diǎn)擊:
真空干燥在食品工業(yè)中有廣泛的重要的應用,進(jìn)幾年來(lái),真空技術(shù)與微波加熱技術(shù)和其它干燥技術(shù)相結合,出現了一些新的真空干燥裝置類(lèi)型,提出了我國應加快研制開(kāi)發(fā)真空微波干燥裝置的新觀(guān)點(diǎn)。 
      0. 
      前言當前,食品加工技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢是最大限度地保持食品的營(yíng)養和色香味,而干燥工藝和設備的選擇對食品產(chǎn)品的營(yíng)養、色香味有很大影響。食品干燥有很多與“食品”相聯(lián)系的特點(diǎn),它不同于化工產(chǎn)品的干燥,前者需要考慮食品衛生、營(yíng)養損失、色香味變化等等,對干燥溫度和時(shí)間有嚴格限制;食品干燥又不同于醫藥產(chǎn)品的干燥,因為食品往往是低附加值產(chǎn)品,而藥品一般是高附加值產(chǎn)品,前者必須考慮干燥過(guò)程的經(jīng)濟性。圍繞著(zhù)“質(zhì)量和經(jīng)濟”,近年來(lái)食品干燥技術(shù)和設備還是取得了不少進(jìn)步,而其中真空與其它干燥方法或加熱技術(shù)相結合,賦予了真空干燥裝置新的內涵和生命力。 
      1. 
      食品真空干燥的特點(diǎn)真空干燥是基于這樣一基本原理:水的飽和蒸氣壓與溫度緊密相關(guān),在真空狀態(tài)下,水的沸點(diǎn)降低,即在真空下操作也就是在低溫下操作,可避免在高溫下?tīng)I養成分維生素等的破壞,同時(shí)提高了干燥速度。此外在真空系統中,單位體積內空氣的含量低于大氣中的含量,在這相對缺氧的環(huán)境下進(jìn)行食品干燥可以減輕甚至避免食品中脂肪的氧化機會(huì ),色素褐變或其它氧化變質(zhì)等,所以采用真空干燥獲得較好的食品質(zhì)量。 
      2. 
      傳統的真空干燥裝置真空干燥在食品、制藥、化工等行業(yè)有廣泛的應用,國內也開(kāi)發(fā)和引進(jìn)了各種真空干燥設備,其結構形式多種多樣。在食品工業(yè)中常用的形式主要有箱式、雙錐式真空干燥器,帶式真空干燥器等。這些傳統的真空干燥裝置主要采用熱風(fēng),蒸汽或電等加熱,利用熱傳導,對流或輻射原理將熱量從外部傳到物料內部。 
      2.1箱式真空干燥器箱式真空干燥是歷史最悠久,也是最簡(jiǎn)單的一種真空干燥器,在真空干燥箱內有多塊中空加熱板,加熱板里面一般通蒸氣加熱,也可用電加熱或其它輻射加熱。物料放在金屬盤(pán)里置于加熱板上,熱量通過(guò)熱傳導到達物料內部,使水份加熱蒸發(fā)。箱式真空干燥器目前在實(shí)際中使用仍很普遍,適用于液體、漿體、粉體和散粒食品物料的干燥。 
      2.2雙錐真空干燥器雙錐真空干燥器是使有對稱(chēng)夾套的圓錐形容器回轉,借內部圓錐體本身的傾斜度使物料不斷被攪拌,通過(guò)回轉接頭由回轉軸的一側送入蒸汽或加熱載體,并借助于設另一端軸中心的帶過(guò)濾網(wǎng)的排氣管排氣。雙錐真空干燥器能達到較高真空度,內部結構簡(jiǎn)單,清理容易,物料能全部排出。 
      2.3真空帶式干燥器真空帶式干燥器是由一連續的不銹鋼帶組成的,鋼帶繞過(guò)加熱滾筒和冷卻滾筒,結構呈多層式,構成干燥器主體,然后納入密閉的真空室內。物料簿簿地平鋪在帶式加熱板上隨之運動(dòng),由于在真空條件下,物料在加熱板上呈沸騰狀發(fā)泡,故成品具有多孔性;全系統為密閉操作,衛生條件好,實(shí)際操作真空度100~10Kpa之間,加熱溫度為150℃左右,其運條件(干燥溫度和時(shí)間)介于冷凍干燥和噴霧干燥之間,成品質(zhì)量與冷凍干燥很接近,但冷凍干燥是間隙操作而真空帶式干燥機是連續作業(yè),特別適合于熱敏性和極易氧化的食品的干燥,液態(tài)或漿狀物料勻可使用,食品中常用此干燥橙汁、蕃茄汁、速溶茶等。 
      2.4真空滾筒干燥機真空滾筒干燥機將滾筒密閉在真空室內,在真空滾筒干燥機中,進(jìn)料、卸料和刮料等都必須從干燥室外進(jìn)行控制,因此干燥成本很高,故只能用于非常熱敏性食品的干燥,如果汁、酵母、嬰兒食品等。 
      3. 
      真空干燥裝置的新進(jìn)展傳統的真空干燥裝置大多采用熱傳導、對流或熱輻射的方式加熱,加熱速度慢且不夠均勻,近幾年來(lái),研究者將真空技術(shù)與微波加熱技術(shù)及其它干燥技術(shù)相結合,出現了一些新的真空干燥裝置類(lèi)型。 
      3.1真空冷凍干燥水有三種聚集狀態(tài),即液態(tài)、固態(tài)和汽態(tài)。隨著(zhù)壓力的不斷降低,冰點(diǎn)的變化不大,而沸點(diǎn)側越來(lái)越低,越來(lái)越靠近冰點(diǎn)。當壓力下降到某一值時(shí),沸點(diǎn)即與冰點(diǎn)相結合,固態(tài)冰可以不經(jīng)過(guò)液態(tài)而直接轉化為汽態(tài)。水的三相點(diǎn)壓力為610.5Pa,三相點(diǎn)溫度為0.0098℃,在壓力低于三相點(diǎn)壓力時(shí),固態(tài)冰可以吸收熱量直接轉化為汽態(tài)的水蒸汽,冷凍干燥的原理就在于此。真空冷凍干燥時(shí),產(chǎn)品放在真空室內,處在兩加熱板之間,利用低溫激發(fā)遠紅外加熱,保證干燥均勻,加熱板的溫度是按干燥過(guò)程的加熱曲線(xiàn)精確控制的。真空度的選擇要能保證整個(gè)干燥過(guò)程中所有水份都以冰的形式而不溶融,對于大多數蔬菜和肉類(lèi)來(lái)說(shuō),選擇0.5~1Pa,相應于25℃左右的升華溫度為適。由于真空冷凍干燥食品是在很低的溫度下脫水,食品的營(yíng)養成分風(fēng)味物質(zhì)損失少,可以最大限度地保留原有的營(yíng)養和風(fēng)味,復水性極好,可在數秒至數分鐘內完成復原,其色、味、形與新鮮品基本完全相同。真空冷凍干燥產(chǎn)品很多:有咖啡、速溶茶、果汁、草藥等,蔬菜類(lèi)有蔥、大蒜、姜、磨茹、肉類(lèi)、鮮貝等。真空冷凍干燥一次性投資很大,令很多食品廠(chǎng)家望而卻步,如丹麥的ATLAS的RAY50型凍干設備(凍干面積45m2 
      )報價(jià)高達105萬(wàn)美元,國產(chǎn)凍干機剛剛起步,質(zhì)量方面與國外產(chǎn)品還有很大的差距,此外真空冷凍干燥的生產(chǎn)費用也較高,這是因為需要維持較高的真空和(-25℃)的低溫,干燥時(shí)間長(cháng),能耗較高,這些因素使冷凍干燥在食品工業(yè)中使用帶來(lái)很大的阻力。 
      3.2噴射式連續真空干燥器又稱(chēng)(Filtermat噴霧干燥器) 
      噴射式連續真空干燥器又稱(chēng)Filtermat噴霧干燥器,相當于是帶式真空干燥器與噴霧干燥器的組合。Niro 
      Hudson公司研制的該種干燥器成功地解決了粘性食品----如含糖量高、含脂肪量高或酸含量高的食品物料的干燥問(wèn)題,粘性大的物料用傳統的噴霧干燥器會(huì )發(fā)生粘壁現象,干燥困難。干燥過(guò)程中物料通過(guò)壓力噴嘴垂直向下噴向噴霧干燥室,熱空氣也向下噴,半干的粉末物料聚集在移動(dòng)的網(wǎng)帶上,尾氣也由風(fēng)機排出,干燥好的物料在網(wǎng)帶上進(jìn)一步移動(dòng)、冷卻、收集。由于噴霧塔內維持中等的真空度,熱風(fēng)溫度只需100℃左右,而一般的噴霧干燥熱風(fēng)溫度150℃左右,因而熱敏性物料損失少,同時(shí)降低了噴霧塔內的高度。 
      3.4微波真空干燥微波是波長(cháng)1.0~0.001m,頻率為300~300000MHz,具有穿透性的電磁輻射波,微波干燥原理是:微波發(fā)生器將微波輻射到干燥物料上,當微波射入物料內部時(shí),透使水等極性分子隨微波的頻率作同步旋轉,例如干燥蔬菜類(lèi)制品采用915MHz的微波,則蔬菜內的極性水分子等每秒轉動(dòng)9.15億次,水等極性分子作如此高速旋轉的結果使物料瞬時(shí)產(chǎn)生摩擦熱,導致物料表面和內部同時(shí)升溫,使大量的水分子從物料逸出,達到物料干燥的效果。傳統的加熱方法如蒸汽、熱風(fēng)、電等加熱是利用熱傳導、對流、輻射的原理將熱量從外部傳物料內部,由表及里需要一定的時(shí)間,物料的熱傳導性能越差所需的時(shí)間就越長(cháng),因此加熱速度慢且受熱不均勻,能耗較高。微波加熱是使被加熱物體本身成為發(fā)熱體,故稱(chēng)之為內部加熱方法,微波從四面八方穿過(guò)食品,食品內外同時(shí)加熱,既不需要傳熱介質(zhì),也不利用對流,食品內外溫度同時(shí)上升,加熱速度快而均勻,僅需傳統加熱方法的幾分之一或幾十分之一,并能較好保留食品中維生素及食品原有的色香味。有實(shí)驗表明,曬干的鮮菜其葉綠素、維生素等營(yíng)養成分僅剩3%,陰干則可保留17%,熱風(fēng)快速干燥可保留40%,微波干燥可保留60%~90%,真空冷凍干燥可保留97%{2}。微波真空干燥是將微波技術(shù)和真空技術(shù)有機地結合,充分發(fā)揮微波加熱快和均勻,真空條件下水汽化點(diǎn)低的特點(diǎn),是一項很有前途的干燥技術(shù)。微波真空干燥技術(shù)在法國、日本、美國近年來(lái)已由實(shí)驗室推向工業(yè)化生產(chǎn),這種技術(shù)很適合于熱敏性食品的深加工。 
      美國加州大學(xué)與某公司合作,使用微波真空干燥無(wú)籽葡萄干,保持了葡萄原有的形狀和顏色,避免了過(guò)去傳統工藝(65℃熱空氣烘24小時(shí))產(chǎn)品顏色、形狀、風(fēng)味和營(yíng)養成分變化的缺點(diǎn),產(chǎn)品質(zhì)量大大提高。法國國際微波公司制造的微波真空干燥機(2450MHz,48Kw)微波真空干燥室直徑為1.5m,長(cháng)度12m,加工速溶桔粉,產(chǎn)品不僅保持原有的色香味,其維生素的保留遠遠高于噴霧干燥。近年來(lái)國內外對高檔脫水蔬菜的需求量很大,而脫水蔬菜的生產(chǎn),其干燥工藝是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵,采用真空冷凍干燥制備脫水蔬菜雖然質(zhì)量好,但真空冷凍干燥設備價(jià)格昂貴,生產(chǎn)成本高;80年代以來(lái)國外已有采用真空微波——熱風(fēng)(45%~55%)生產(chǎn)脫水蔬菜,在質(zhì)量上與冷凍干燥工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品相當,而一次性投資少,總成本有較大幅度下降。 
      4. 結束語(yǔ)(1) 
      真空干燥具有干燥溫度低,干燥室內相對缺氧,可避免脂肪氧化,色素褐變等一系列優(yōu)點(diǎn),適合于熱敏感性食品物料的干燥,此外設備成本、干燥費用也相對較低,真空干燥在食品干燥中點(diǎn)有重要的地位。(2) 
      真空干燥與微波加熱技術(shù)或其它干燥方法相結合,出現了不少新型的真空干燥裝置,賦予了真空干燥新的內涵及生命力。(3) 
      真空微波干燥吸收了微波加熱和真空干燥兩者的優(yōu)點(diǎn),是一種很有前途的干燥技術(shù),建議我國加快研制、開(kāi)發(fā)真空微波干燥裝置。