食品冷凍新技術(shù)課件

1、食品冷凍新技術(shù)第二節(jié) 流化速凍技術(shù)食品冷凍新技術(shù)一 食品的凍結(jié)過程食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)凡將食品中所含的水分大部分轉(zhuǎn)變成冰的過程，稱為食品的凍結(jié)。原理就是將食品的溫度降低到凍結(jié)點以下，使微生物無法進行生命活動、生物化學反應(yīng)速度減慢，達到食品能在低溫下長期貯藏的目的食品冷凍新技術(shù)（一） 凍結(jié)點與凍結(jié)率凍結(jié)點：冰晶開始出現(xiàn)的溫度凍結(jié)點：冰晶開始出現(xiàn)的溫度食品凍結(jié)的實質(zhì)是其中水分的凍結(jié)食品凍結(jié)的實質(zhì)是其中水分的凍結(jié)食品中的水分并非純水食品中的水分并非純水RaoultRaoult稀溶液定律：稀溶液定律：TTf f=K=Kf fb bB B，K Kf f為與為與溶劑有關(guān)的常數(shù)，水為溶

2、劑有關(guān)的常數(shù)，水為1.861.86。即質(zhì)量摩。即質(zhì)量摩爾濃度每增加爾濃度每增加1 mol/kg1 mol/kg，凍結(jié)點就會下，凍結(jié)點就會下降降1.861.86。因此食品物料要降到因此食品物料要降到00以下才產(chǎn)生冰晶。以下才產(chǎn)生冰晶。食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)溫度溫度-60-60左右，食品內(nèi)水分全部凍結(jié)。左右，食品內(nèi)水分全部凍結(jié)。在在-18 -30-18 -30時，食品中絕大部分時，食品中絕大部分水分已凍結(jié)，能夠達到凍藏的要求。低水分已凍結(jié)，能夠達到凍藏的要求。低溫冷庫的貯藏溫度一般為溫冷庫的貯藏溫度一般為-18-25-18-25。凍結(jié)率：凍結(jié)終了時食品內(nèi)水分的凍結(jié)凍結(jié)率：凍結(jié)終了時食品內(nèi)水分

3、的凍結(jié)量（量（% %），又稱結(jié)冰率），又稱結(jié)冰率K=100K=100（1 1T TD D/T/TF F）T TD D和和T TF F分別為食品的凍結(jié)點及其凍結(jié)終了溫度分別為食品的凍結(jié)點及其凍結(jié)終了溫度食品冷凍新技術(shù)（二） 凍結(jié)曲線凍結(jié)曲線表示了凍結(jié)過程中溫度隨時間凍結(jié)曲線表示了凍結(jié)過程中溫度隨時間的變化。的變化。過冷臨界溫度 液態(tài)物質(zhì)在降溫過程中，開始形成穩(wěn)定晶核時的溫度食品冷凍新技術(shù)低共熔點（共晶點） 在降溫過程中，食品組織內(nèi)溶液的濃度增加到一個恒定值，溶質(zhì)和水分同時結(jié)晶固化時的溫度食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)圖中多條曲線表示食品不同深度處溫度隨凍結(jié)

4、時圖中多條曲線表示食品不同深度處溫度隨凍結(jié)時間的變化。間的變化。在任一時刻食品表面的溫度始終最低在任一時刻食品表面的溫度始終最低，越接近中心層溫度越高。越接近中心層溫度越高。顯示出顯示出在不同的深度，溫度下降的速度是不同的在不同的深度，溫度下降的速度是不同的食品冷凍新技術(shù)冷凍曲線平坦段的長短與冷卻介質(zhì)的導冷凍曲線平坦段的長短與冷卻介質(zhì)的導熱性有關(guān)。在冷凍操作中，采用導熱快熱性有關(guān)。在冷凍操作中，采用導熱快的的冷卻介質(zhì)冷卻介質(zhì)，可以縮短中間階段的曲線，可以縮短中間階段的曲線平坦段。平坦段。圖中顯示，在鹽水中凍結(jié)曲線的平坦段圖中顯示，在鹽水中凍結(jié)曲線的平坦段要明顯短于在空氣中。要明顯短于在空氣中。

5、食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)（三） 凍結(jié)速度食品冷凍新技術(shù)1. 速凍的定性表達：速凍的定性表達：速凍：速凍：指外界的溫度降與細胞組織內(nèi)的溫度降指外界的溫度降與細胞組織內(nèi)的溫度降不等，即內(nèi)外有較大的溫差；不等，即內(nèi)外有較大的溫差；慢凍：慢凍：指外界的溫度降與細胞組織內(nèi)的溫度降指外界的溫度降與細胞組織內(nèi)的溫度降基本上保持等速?；旧媳３值人?。食品冷凍新技術(shù)2. 速凍的定量表達：速凍的定量表達：食品冷凍新技術(shù)國際制冷協(xié)會對凍結(jié)速度的定義定性描述食品冷凍新技術(shù)3. 3. 凍結(jié)速度與冰晶凍結(jié)速度與冰晶l凍結(jié)速度快，食品組織內(nèi)冰層推進速度大凍結(jié)速度快，食品組織內(nèi)冰層推進速度大于水移動速度，冰晶的分布接近天

6、然食品于水移動速度，冰晶的分布接近天然食品中液態(tài)水的分布情況，中液態(tài)水的分布情況，冰晶數(shù)量極多，呈冰晶數(shù)量極多，呈針狀結(jié)晶體針狀結(jié)晶體。食品冷凍新技術(shù)l凍結(jié)速度慢，細胞外溶液濃度較低，冰晶凍結(jié)速度慢，細胞外溶液濃度較低，冰晶首先在細胞外產(chǎn)生，而此時細胞內(nèi)的水分首先在細胞外產(chǎn)生，而此時細胞內(nèi)的水分是液相。在蒸汽壓差作用下，細胞內(nèi)的水是液相。在蒸汽壓差作用下，細胞內(nèi)的水向細胞外移動，向細胞外移動，形成較大的冰晶，且分布形成較大的冰晶，且分布不均勻不均勻。除蒸汽壓差外，因蛋白質(zhì)變性，。除蒸汽壓差外，因蛋白質(zhì)變性，其持水能力降低，細胞膜的透水性增強而其持水能力降低，細胞膜的透水性增強而使水分轉(zhuǎn)移作用加

7、強，從而產(chǎn)生更多更大使水分轉(zhuǎn)移作用加強，從而產(chǎn)生更多更大的冰晶大顆粒。的冰晶大顆粒。食品冷凍新技術(shù)不同凍結(jié)速度下的冰晶狀態(tài)食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)4. 4. 最大冰晶生成帶最大冰晶生成帶( (圖示圖示) )：指指-1-5-1-5的溫度范圍，大部分食品在此溫度范的溫度范圍，大部分食品在此溫度范圍內(nèi)約圍內(nèi)約80%80%的水分形成冰晶。的水分形成冰晶。K=100K=100（1 1T TD D/T/TF F）研究表明，食品凍結(jié)應(yīng)以最快的速度通過最大冰研究表明，食品凍結(jié)應(yīng)以最快的速度通過最大冰晶生成帶。晶生成帶。食品冷凍新技術(shù)最大冰晶生成區(qū)凍結(jié)曲線與最大冰晶生成區(qū) 大部分食品的中心溫度從-1降至-5

8、時，近80%的水分可凍結(jié)成冰，此溫度范圍稱為最大冰晶生成區(qū)。食品冷凍新技術(shù)（四）凍結(jié)對凍品的影響1 物理變化的影響（1）容積的改變 細胞潰解、氣體膨脹 產(chǎn)生內(nèi)壓出現(xiàn)龜裂（速凍）（2）冰晶體的機械損傷 刺傷細胞組織，使食品失去復(fù)原性（3）溶質(zhì)的重新分布 溶質(zhì)呈不均勻分布；營養(yǎng)成分流失（4）水分的蒸發(fā) 食品冷凍新技術(shù)2 化學變化的影響（1）蛋白質(zhì)變性（2）變色 黑變、褐變、退色（3）營養(yǎng)成分損失 維生素C因氧化而減少食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)單體速凍產(chǎn)品食品冷凍新技術(shù)二 流態(tài)化速凍方法食品冷凍新技術(shù)：是在一定流速的冷空氣作用下，使食品在流：是在一定流速的冷空氣作用下，使食品在流 態(tài)化操作條件下得

9、到快速凍結(jié)的一種凍結(jié)方法。態(tài)化操作條件下得到快速凍結(jié)的一種凍結(jié)方法。流態(tài)化凍結(jié)是一種實現(xiàn)食品流態(tài)化凍結(jié)是一種實現(xiàn)食品單體快速凍結(jié)單體快速凍結(jié)（Individually Quick Freezing ，IQF）的理想方法。）的理想方法。：一是作為冷卻介質(zhì)的冷空氣在：一是作為冷卻介質(zhì)的冷空氣在流經(jīng)被凍結(jié)食品時必須具有足夠的流經(jīng)被凍結(jié)食品時必須具有足夠的，并且必須是并且必須是通過食品；二是單個食品的通過食品；二是單個食品的。 (一一) 概概 述述食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù) 氣體經(jīng)固體顆粒床層流動的三種狀態(tài)氣體經(jīng)固體顆粒床層流動的三種狀態(tài) ：食品流態(tài)化凍結(jié)過程中，顆粒狀、片狀、塊狀等食品與冷食品流態(tài)

10、化凍結(jié)過程中，顆粒狀、片狀、塊狀等食品與冷氣流間的流動過程屬氣流間的流動過程屬氣固兩相流體氣固兩相流體的流動過程的流動過程。 根據(jù)流體的流動特點，氣固兩相流體的流動有以下三種運根據(jù)流體的流動特點，氣固兩相流體的流動有以下三種運動狀態(tài)：動狀態(tài)：固定床階段固定床階段、流化床階段流化床階段和和氣流輸送階段氣流輸送階段 。食品冷凍新技術(shù)指當氣流以較低的相對速度通過物料層時，固體顆指當氣流以較低的相對速度通過物料層時，固體顆粒的相對位置沒有發(fā)生變化的階段（圖的粒的相對位置沒有發(fā)生變化的階段（圖的AD段段 ）。）。：氣體通過床層所發(fā)生的壓力降：氣體通過床層所發(fā)生的壓力降P，與空，與空塔氣體流速塔氣體流速v

11、 在對數(shù)坐標紙上成直線關(guān)系（圖的在對數(shù)坐標紙上成直線關(guān)系（圖的AB段段 ）食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù) ：當氣固間相對速度達到一定數(shù)值時床層不再維持：當氣固間相對速度達到一定數(shù)值時床層不再維持固定狀態(tài)，固體顆粒的相對位置發(fā)生明顯變化，固體顆固定狀態(tài)，固體顆粒的相對位置發(fā)生明顯變化，固體顆粒在床層中時上時下作不規(guī)則沸騰狀運動，并且具有與粒在床層中時上時下作不規(guī)則沸騰狀運動，并且具有與流體同樣的流動性，此階段稱為流化床階段流體同樣的流動性，此階段稱為流化床階段 。l 這種流態(tài)化狀態(tài)可以在一定的這種流態(tài)化狀態(tài)可以在一定的氣體流速范圍氣體流速范圍內(nèi)內(nèi)維持；維持；l 在顆粒特性、床層幾何尺寸和氣流速度一

12、定時，流態(tài)化在顆粒特性、床層幾何尺寸和氣流速度一定時，流態(tài)化 系統(tǒng)系統(tǒng)具有確定的性質(zhì)具有確定的性質(zhì)，如密度、熱傳導系數(shù)、粘度等；，如密度、熱傳導系數(shù)、粘度等；l 床層的高度和空隙率會隨著氣流速度而提高，而床床層的高度和空隙率會隨著氣流速度而提高，而床層層 上下兩側(cè)的上下兩側(cè)的基本維持不變（基本維持不變（DE段段）。）。食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)氣流通過流化床層時，由于氣流通過流化床層時，由于篩網(wǎng)篩網(wǎng)、食品顆粒食品顆粒的阻力作用，使床兩側(cè)的阻力作用，使床兩側(cè)風壓風壓發(fā)生變化發(fā)生變化所產(chǎn)生的壓力差，即所產(chǎn)生的壓力差，即 PL= P1P2 式中式中 PL 流化床壓降，流化床壓降，N/

13、m2 P1 風機出口風壓，風機出口風壓，N/m2 P2 流化床食品層上部風壓，流化床食品層上部風壓，N/m2食品冷凍新技術(shù) 與與空氣流速空氣流速和和篩網(wǎng)的孔隙率篩網(wǎng)的孔隙率有關(guān)，有關(guān)， 流速越大或孔隙率越小，阻力越大，反之亦然。流速越大或孔隙率越小，阻力越大，反之亦然。 與與D點相應(yīng)的氣流速度稱為點相應(yīng)的氣流速度稱為臨界流化速度臨界流化速度。v 篩網(wǎng)阻力損失的范圍相當于流化床食品層阻力篩網(wǎng)阻力損失的范圍相當于流化床食品層阻力 損失的損失的10%20%。臨界流化速度臨界流化速度（Vk ）：）：當氣流速度增加到一定數(shù)當氣流速度增加到一定數(shù)值時，固定床層不再保持靜止狀態(tài)，部分顆粒懸浮值時，固定床層不

14、再保持靜止狀態(tài)，部分顆粒懸浮向上，造成床層膨脹，空隙率增大，即開始進入流向上，造成床層膨脹，空隙率增大，即開始進入流化狀態(tài)，此時的速度即稱之。化狀態(tài)，此時的速度即稱之。l 冷空氣達到冷空氣達到臨界流化速度臨界流化速度是形成是形成流態(tài)化流態(tài)化的必要條件的必要條件。食品冷凍新技術(shù) 隨著流速增加超過臨界速度，就出現(xiàn)很大的不穩(wěn)定性。隨著流速增加超過臨界速度，就出現(xiàn)很大的不穩(wěn)定性。這時流化床沒有一個穩(wěn)定的界面，壓力也隨之波動，但固這時流化床沒有一個穩(wěn)定的界面，壓力也隨之波動，但固定在圖中的定在圖中的DE1和和DE2之間的范圍內(nèi)，之間的范圍內(nèi)，DE代表了這一范圍代表了這一范圍的平均值。的平均值。 在流化床

15、流動的基礎(chǔ)上，再進一步提高氣流速度，則床層在流化床流動的基礎(chǔ)上，再進一步提高氣流速度，則床層不能保持流化狀態(tài)，固體顆粒懸浮在氣流中，隨著氣流運不能保持流化狀態(tài)，固體顆粒懸浮在氣流中，隨著氣流運動，此階段稱為氣力輸送階段（動，此階段稱為氣力輸送階段（ 圖圖E段段）。）。 與與E點相對應(yīng)的流速稱為最大流化速度點相對應(yīng)的流速稱為最大流化速度 (或稱固體顆粒的帶或稱固體顆粒的帶出速度或懸浮速度）。出速度或懸浮速度）。食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)(三三) 不良流化現(xiàn)象不良流化現(xiàn)象在食品流態(tài)化凍結(jié)過程中常出現(xiàn)在食品流態(tài)化凍結(jié)過程中常出現(xiàn)等影響食品的等影響食品的IQF凍結(jié)不正常凍結(jié)不正常的流態(tài)化現(xiàn)象。這與氣

16、流速度、壓力降、氣流的流態(tài)化現(xiàn)象。這與氣流速度、壓力降、氣流分布的均勻性、食品層層厚、篩網(wǎng)孔隙率、食分布的均勻性、食品層層厚、篩網(wǎng)孔隙率、食品顆粒的形狀和質(zhì)量及其潮濕程度等因素有關(guān)。品顆粒的形狀和質(zhì)量及其潮濕程度等因素有關(guān)。 食品冷凍新技術(shù)溝流現(xiàn)象溝流現(xiàn)象：由于氣流組織或食品層層厚不均勻，床層由于氣流組織或食品層層厚不均勻，床層出現(xiàn)溝道，氣流不能均勻地通過床層，而從溝道中流出現(xiàn)溝道，氣流不能均勻地通過床層，而從溝道中流過，床層壓力不斷下降，作用于食品層各點的壓力降過，床層壓力不斷下降，作用于食品層各點的壓力降發(fā)生變化造成整個床發(fā)生變化造成整個床 沸騰沸騰的急劇惡化，破壞了正常的急劇惡化，破壞了

17、正常流態(tài)化操作，這種現(xiàn)象稱為溝流現(xiàn)象。流態(tài)化操作，這種現(xiàn)象稱為溝流現(xiàn)象。 粘結(jié)現(xiàn)象粘結(jié)現(xiàn)象：表面潮濕表面潮濕的食品顆粒在低溫狀態(tài)下相互凍的食品顆粒在低溫狀態(tài)下相互凍粘或凍粘在篩網(wǎng)上的現(xiàn)象。這種粘結(jié)現(xiàn)象使食品層變粘或凍粘在篩網(wǎng)上的現(xiàn)象。這種粘結(jié)現(xiàn)象使食品層變成了固定床層，從而不能形成流態(tài)化。成了固定床層，從而不能形成流態(tài)化。 食品冷凍新技術(shù)夾帶現(xiàn)象夾帶現(xiàn)象：在流化床中，如果氣在流化床中，如果氣流速度流速度V大于降落速度大于降落速度Vg則食品顆粒則食品顆粒以以V-Vg的凈速度向上運動，被氣流帶的凈速度向上運動，被氣流帶走，飛出流化床，這種現(xiàn)象稱之夾帶走，飛出流化床，這種現(xiàn)象稱之夾帶現(xiàn)象。現(xiàn)象。 食

18、品冷凍新技術(shù)四、流化速凍中的流態(tài)化操作及裝置四、流化速凍中的流態(tài)化操作及裝置1、 半流態(tài)化操作半流態(tài)化操作： 指置于傳送帶上的食品層被速度低于臨界值的指置于傳送帶上的食品層被速度低于臨界值的 冷氣吹成離網(wǎng)不高的懸浮狀態(tài)（冷氣吹成離網(wǎng)不高的懸浮狀態(tài)（AB 段）。段）。 適用于加工軟嫩和易碎的食品，如草莓、黃瓜片、適用于加工軟嫩和易碎的食品，如草莓、黃瓜片、 油炸茄塊、蘆筍等。食品層厚度一般可控制在油炸茄塊、蘆筍等。食品層厚度一般可控制在 30100mm之間。之間。 （一）流態(tài)化操作（一）流態(tài)化操作食品冷凍新技術(shù) 2、全流態(tài)化操作、全流態(tài)化操作 氣力流態(tài)化：氣力流態(tài)化：食品顆粒完全靠上吹的冷風克服

19、自食品顆粒完全靠上吹的冷風克服自身的重力而成沸騰狀態(tài)，并向前流動的操作方式。身的重力而成沸騰狀態(tài)，并向前流動的操作方式。 振動流態(tài)化振動流態(tài)化：利用機械振動原理使食品在帶孔的利用機械振動原理使食品在帶孔的槽體上按一定振幅和頻率呈跳躍式拋物線型向前運槽體上按一定振幅和頻率呈跳躍式拋物線型向前運動，并輔以自下而上的冷風，造成食品層沸騰而成動，并輔以自下而上的冷風，造成食品層沸騰而成流態(tài)化，從而實現(xiàn)單體快速凍結(jié)的方法。流態(tài)化，從而實現(xiàn)單體快速凍結(jié)的方法。 振動流態(tài)化有兩種方式：振動流態(tài)化有兩種方式：往復(fù)式振動往復(fù)式振動和和直線振動直線振動。食品冷凍新技術(shù)ZLG系列振動流化床系列振動流化床 食品冷凍新

20、技術(shù)（二）（二） 食品流化速凍裝置食品流化速凍裝置 食品冷凍新技術(shù)1、帶式流化速凍裝置、帶式流化速凍裝置 食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)2、振動流化速凍裝置、振動流化速凍裝置 ：結(jié)構(gòu)緊湊、凍結(jié)能力大、耗能低，易于操作，結(jié)構(gòu)緊湊、凍結(jié)能力大、耗能低，易于操作， 并設(shè)有氣流脈動旁通機構(gòu)和空氣除霜系統(tǒng)。并設(shè)有氣流脈動旁通機構(gòu)和空氣除霜系統(tǒng)。食品冷凍新技術(shù)3、斜槽式流化速凍裝置、斜槽式流化速凍裝置 物料傳輸系統(tǒng)物料傳輸系統(tǒng)，是全流態(tài)化是全流態(tài)化(或純流或純流態(tài)化態(tài)化)速凍。速凍。因而結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、維修量小、易于操作。因而結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、維修量小、易于操作。：裝機功率大、單位耗電指標高。由

21、于只適宜凍結(jié)表裝機功率大、單位耗電指標高。由于只適宜凍結(jié)表面不太潮濕的球狀或圓柱狀等食品，因此適應(yīng)范圍較小面不太潮濕的球狀或圓柱狀等食品，因此適應(yīng)范圍較小。食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)五、食品的其他凍結(jié)方式五、食品的其他凍結(jié)方式食品冷凍新技術(shù)l 上個世紀上個世紀80年代，美國學者年代，美國學者Levine和和Slade在深入的實驗研在深入的實驗研究基礎(chǔ)上，提出了究基礎(chǔ)上，提出了“食品聚合物科學食品聚合物科學”的理論。的理論。l 基本思想：基本思想：食品材料的分子與人工合成聚合物的分子間食品材料的分子與人工合成聚合物的分子間有著最基本、最普遍的相似性。若聚合物分子結(jié)構(gòu)變化了，有著最基本、最普遍的

22、相似性。若聚合物分子結(jié)構(gòu)變化了，則其宏觀性質(zhì)也將發(fā)生較大的變化，在聚合物科學中，這種則其宏觀性質(zhì)也將發(fā)生較大的變化，在聚合物科學中，這種結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)-性質(zhì)的關(guān)系已有了較成熟的理論。借助聚合物科學理性質(zhì)的關(guān)系已有了較成熟的理論。借助聚合物科學理論，可以把食品的結(jié)構(gòu)特性與其宏觀性質(zhì)聯(lián)系起來，根據(jù)食論，可以把食品的結(jié)構(gòu)特性與其宏觀性質(zhì)聯(lián)系起來，根據(jù)食品材料所處的狀態(tài)（如含水量、溫度等），就能預(yù)測其在加品材料所處的狀態(tài)（如含水量、溫度等），就能預(yù)測其在加工、貯存過程中的質(zhì)量安全性和穩(wěn)定性。工、貯存過程中的質(zhì)量安全性和穩(wěn)定性。 食品的玻璃化食品的玻璃化(glass transition theory) 食品

23、冷凍新技術(shù)v 從熱力學觀點，晶態(tài)是穩(wěn)定的，而玻璃態(tài)是亞穩(wěn)態(tài)熱力學觀點，晶態(tài)是穩(wěn)定的，而玻璃態(tài)是亞穩(wěn)態(tài) (metastable)。 v 從動力學角度來看，玻璃態(tài)卻是很穩(wěn)定的。動力學角度來看，玻璃態(tài)卻是很穩(wěn)定的。 低分子物質(zhì)的凝集狀態(tài)有四種：低分子物質(zhì)的凝集狀態(tài)有四種：液體、液晶和晶體、玻璃液體、液晶和晶體、玻璃。 玻璃是一種非晶態(tài)的固體，或者是一種過冷的液體，玻璃是一種非晶態(tài)的固體，或者是一種過冷的液體， 它的粘度很高它的粘度很高(1014Pa.s) 。 v 食品和食品材料是典型的聚合物系統(tǒng)。食品和食品材料是典型的聚合物系統(tǒng)。 食品的玻璃化食品的玻璃化(glass transition theo

24、ry) (1014Pa.s，分子，分子 運動幾乎為運動幾乎為0 )食品冷凍新技術(shù) 玻璃態(tài)的一個判斷標志：玻璃態(tài)的一個判斷標志：l014Pas， 對應(yīng)對應(yīng)=l014Pas的溫度稱為的溫度稱為玻璃化溫度玻璃化溫度Tg (glass transition temperature)。 玻璃化過程如同把液態(tài)的無序結(jié)構(gòu)玻璃化過程如同把液態(tài)的無序結(jié)構(gòu) “定位定位”一樣，所以，一樣，所以， 玻璃態(tài)的固體像液體一樣，是非常玻璃態(tài)的固體像液體一樣，是非常的。的。 液態(tài)區(qū)、橡膠態(tài)區(qū)和玻璃態(tài)區(qū)。液態(tài)區(qū)、橡膠態(tài)區(qū)和玻璃態(tài)區(qū)。 在在系統(tǒng)中，系統(tǒng)中，則被看作是則被看作是從橡膠態(tài)從橡膠態(tài) （rubbery state）到玻璃

25、態(tài)（）到玻璃態(tài)（glass state）的轉(zhuǎn)變，的轉(zhuǎn)變， 它與溫度、時間及物質(zhì)的成分等有關(guān)。它與溫度、時間及物質(zhì)的成分等有關(guān)。食品冷凍新技術(shù)最大凍結(jié)濃縮溶液的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度最大凍結(jié)濃縮溶液的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度： 相應(yīng)的溶液濃度：相應(yīng)的溶液濃度：。 冷卻速率足夠快：迅速通過冷卻速率足夠快：迅速通過TgTTm的結(jié)晶區(qū)。的結(jié)晶區(qū)。 溫度足夠低：溫度足夠低：TTgv 食品的玻璃化保存只能借助部分結(jié)晶的玻璃化方法。食品的玻璃化保存只能借助部分結(jié)晶的玻璃化方法。 基質(zhì)在小于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時所處的狀態(tài)，基質(zhì)在小于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時所處的狀態(tài)，TTg ；基質(zhì)在大于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時所處的狀態(tài)，基質(zhì)在大于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

26、時所處的狀態(tài)，TTg 。直徑直徑lum的純水滴完全玻璃化條件：的純水滴完全玻璃化條件： 冷卻速率：冷卻速率：107K/S，Tg：-135。v 溶液的濃度溶液的濃度，玻璃化的臨界冷卻速率，玻璃化的臨界冷卻速率。食品冷凍新技術(shù)l 對于高水分或中等水分食品對于高水分或中等水分食品(HMF、IMF，水的質(zhì)量，水的質(zhì)量 分數(shù)大于分數(shù)大于20%)，一般不能實現(xiàn)完全玻璃化，此時，一般不能實現(xiàn)完全玻璃化，此時， 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度指的是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度指的是時的溫度，定義為時的溫度，定義為。l 對于低水分食品對于低水分食品(LMF，水的質(zhì)量分數(shù)小于，水的質(zhì)量分數(shù)小于20%)，其，其 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度一般大于玻璃化轉(zhuǎn)變

27、溫度一般大于0，稱為，稱為；l Tg為食品聚合物科學中研究應(yīng)用較多的一個物理量。為食品聚合物科學中研究應(yīng)用較多的一個物理量。食品冷凍新技術(shù)熔融線熔融線液相中溶質(zhì)的液相中溶質(zhì)的鑲嵌著鑲嵌著冰晶的冰晶的玻璃體玻璃體食品冷凍新技術(shù) 基質(zhì)中結(jié)晶、再結(jié)晶和酶活性等變得基質(zhì)中結(jié)晶、再結(jié)晶和酶活性等變得 十分活躍十分活躍減小了貯藏穩(wěn)定性，降低了食品的質(zhì)量；減小了貯藏穩(wěn)定性，降低了食品的質(zhì)量；一切受擴散控制的松弛過程將極大地一切受擴散控制的松弛過程將極大地 被抑制被抑制食品在較長的貯藏時間內(nèi)處于穩(wěn)定狀態(tài)，食品在較長的貯藏時間內(nèi)處于穩(wěn)定狀態(tài)， 且質(zhì)量很少變化或不發(fā)生變化。且質(zhì)量很少變化或不發(fā)生變化。 主要是由主

28、要是由引起的，而結(jié)晶、引起的，而結(jié)晶、 再結(jié)晶和酶的活性是再結(jié)晶和酶的活性是的、在一定溫度范圍的、在一定溫度范圍 下發(fā)生的特殊物質(zhì)的結(jié)構(gòu)松弛過程。下發(fā)生的特殊物質(zhì)的結(jié)構(gòu)松弛過程。食品冷凍新技術(shù)u 草莓的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為草莓的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-43.5，冰淇淋的玻璃化，冰淇淋的玻璃化 轉(zhuǎn)變溫度為轉(zhuǎn)變溫度為-30-43-30-43。u 當草莓處于玻璃態(tài)保存時。貯藏期間幾乎沒有再結(jié)晶當草莓處于玻璃態(tài)保存時。貯藏期間幾乎沒有再結(jié)晶 的發(fā)生，細胞受損傷的程度大大減小。的發(fā)生，細胞受損傷的程度大大減小。 當冰淇淋在玻璃態(tài)保存時，其中的結(jié)晶、再結(jié)晶過程當冰淇淋在玻璃態(tài)保存時，其中的結(jié)晶、再結(jié)晶過程 將變得極

29、其緩慢，可以有效延長它的保存期。將變得極其緩慢，可以有效延長它的保存期。u 但對草莓來說，冷凍速率影響很大。當將草莓直接投入但對草莓來說，冷凍速率影響很大。當將草莓直接投入 液氮液氮( (降溫速率達到降溫速率達到150k/min150k/min左右左右) )，草莓會發(fā)生低溫，草莓會發(fā)生低溫斷裂。斷裂。u 當前研究的熱點是加入一定的添加劑來提高冰淇淋的當前研究的熱點是加入一定的添加劑來提高冰淇淋的 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。 添加低添加低DEDE值或高分子量的物質(zhì)可以有效提高冰淇淋值或高分子量的物質(zhì)可以有效提高冰淇淋的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。常用：常用：CMC、卡拉膠、黃原膠、麥

30、芽糊精、卡拉膠、黃原膠、麥芽糊精、預(yù)糊化淀粉、瓜爾豆膠等，另外一些特定的乳化劑等。預(yù)糊化淀粉、瓜爾豆膠等，另外一些特定的乳化劑等。例如：例如：食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)1 凍結(jié)前的原料處理a.原料的選擇l品種優(yōu)良、成熟度適宜、質(zhì)地堅脆、大小均勻。b.預(yù)處理l清洗l去皮、去核、切分。c.滅酶護色處理l熱燙、冷卻、瀝干d.其他前處理l浸漬、擺盤三 流化速凍技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用食品冷凍新技術(shù)典型速凍工藝速凍胡蘿卜絲（段）加工工藝原料驗收高壓沖洗去皮切頭切絲(段)速凍去水冷卻燙漂清洗掛冰衣金屬探測冷藏包裝食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)第三節(jié) 冷凍干燥技術(shù)食品冷凍新技術(shù)一 概述冷凍干燥技術(shù)(簡稱凍干技

31、術(shù)Freeze drying 或Lyophilization) 。其基本方法是先將物料低溫凍結(jié),然后用真空技術(shù)將物料中的水分抽干,使之干燥。實質(zhì)性的發(fā)展1942,R.I.W.Greaves成功地凍干保存血清和血漿， l食品材料l無活力的生物材料(血漿、血清、)l有活力的生物材料的凍干保存微生物l制造超細微粒 (10-9m) 。食品冷凍新技術(shù)真空技術(shù)真空技術(shù)真空是指壓力低于大氣壓力的氣體狀態(tài)。真空是靠真空泵(vacuum pump)抽走氣體而形成的 1標準大氣壓(atm)=1.01105帕(Pa)=760毫米汞柱(torr)。l低真空 1atm(1105Pa)1102Pa l中真空 1 102P

32、a1101Pal高真空 1 101Pa1106Pal超高真空 1 106Pa l對于食品材料冷凍干燥，常用的真空范圍是1100Pa，屬于中真空的范圍。食品冷凍新技術(shù)冷凍干燥發(fā)展冬天洗潔的衣服凍結(jié)后變干，冬天將凍肉晾在室外干燥在早期（簡單粗放）發(fā)展中，有三件事具有里程碑的意義：l美國賓州大學的E. W. Flosdorf 和 S. Mudd, 在1933年用玻璃器皿系統(tǒng)，首次實現(xiàn)血清（serum）的冷凍干燥 1 ；l1928年A. Fleming發(fā)現(xiàn)了青霉素（Penicillin）；1938年牛津大學的E. B. Chain實現(xiàn)了青霉素的冷凍干燥；并和L. H. W. Florey一起, 使凍干

33、的青霉素在二戰(zhàn)期間的臨床醫(yī)學上得到了重要的應(yīng)用。他們?nèi)擞?945 年獲生理學-醫(yī)學諾貝爾獎 2 。l為解決巴西咖啡過剩的問題，1938年雀巢公司（Nestle Company）發(fā)明了咖啡的冷凍干燥。 食品冷凍新技術(shù)1930年起以氟里昂為制冷工質(zhì)的機械式制冷裝置的興起，為冷凍干燥技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了條件。從1940-1960年代是冷凍技術(shù)發(fā)展較快的時期，主要用于微生物和咖啡等。在此后一段很長的時期，由于沒有新的更高的技術(shù)要求，冷凍干燥技術(shù)并沒有很大的發(fā)展。直到20世紀90年代，由于生物藥品的出現(xiàn)和發(fā)展，對冷凍干燥技術(shù)提出了許多新的近乎“苛刻”的要求，迫使其向“精致”的深入的方向發(fā)展。同時，80

34、年代開始發(fā)展起來的“溶液玻璃化理論”和“食品聚合物科學”（food polymer science）等也為冷凍干燥技術(shù)的發(fā)展提供了一些理論基礎(chǔ)。食品冷凍新技術(shù)二二 冷凍干燥原理冷凍干燥原理將含水的物質(zhì)先凍結(jié)成固態(tài)，在一定的真空度狀態(tài)下，使其中的水分從固態(tài)直接升華變成氣態(tài)排除，達到去除水分保存物質(zhì)的方法冷凍干燥包括兩個過程 物料凍結(jié)； 冰晶升華。食品冷凍新技術(shù)（一） 水的相平衡臨界點（374） 高于臨界點，怎樣加壓都無法使水蒸氣變?yōu)樗帱c（A點,0.01,610Pa) 壓力低于三相點壓力以下，升華才有可能發(fā)生。食品冷凍新技術(shù)（二） 物料中水分的凍結(jié)按水分水分除去的難易可分為：按水分水分除去的難

35、易可分為： 結(jié)合水結(jié)合水非結(jié)合水非結(jié)合水（區(qū)別是水分活度區(qū)別是水分活度）化學結(jié)合水化學結(jié)合水 物理化學結(jié)合水物理化學結(jié)合水 （包括吸附水、滲透水和結(jié)構(gòu)水）（包括吸附水、滲透水和結(jié)構(gòu)水）機械結(jié)合水機械結(jié)合水按水分與物料間架的結(jié)合形式可以將物料中的結(jié)合水分為：按水分與物料間架的結(jié)合形式可以將物料中的結(jié)合水分為：食品冷凍新技術(shù)（三）干燥過程一次干燥就是利用升華(sublimation)辦法去掉食品材料中的自由水。(加熱和抽空,加熱一般通過提高凍干機中隔板溫度來實現(xiàn) )升華是從外表面開始逐步向內(nèi)推移的，冰晶升華后留下的是多孔的干燥層。升華所需的熱量,可以是輻射通過多孔干燥層向內(nèi)傳入；也可以導熱通過凍結(jié)

36、層傳入；或者用微波對物料直接加熱。升華的水蒸汽通過多孔干燥層中的空隙逸出。當物料中的全部冰晶已通過升華而被除去時，升華干燥結(jié)束。此時，物料中最初水分的90%以上已被除去。1 一次干燥升華干燥食品冷凍新技術(shù)2 二次干燥解吸干燥二次干燥的目的是去除部分因吸附等機理存在于食品材料中的結(jié)構(gòu)水。所以，二次干燥又被稱為解吸附干燥(Desorption drying)。 在二次干燥過程結(jié)束時，物料中的含水量應(yīng)當達到最終要求的剩余含水量。凍干后物料中的剩余水分含量過高或過低都是不利的。剩余含水量過高不利于長期貯存；過低也會損傷物料的活性。經(jīng)二次干燥后，凍干后物料中的剩余水分含量一般應(yīng)低于5%。 食品冷凍新技術(shù)

37、（四）.食品冷凍干燥過程的傳質(zhì)和傳熱冷凍干燥的傳質(zhì)冷凍干燥的傳質(zhì) 物體冷凍干燥時在整個升華過程中總是存在著一定的升華表面，物體冷凍干燥時在整個升華過程中總是存在著一定的升華表面，把物料固相內(nèi)部分成兩個區(qū)域：即已干層和凍結(jié)層。實際上，上述兩把物料固相內(nèi)部分成兩個區(qū)域：即已干層和凍結(jié)層。實際上，上述兩層之間不會存在明顯的界限，界面內(nèi)外的水分含量有一個逐漸過渡的層之間不會存在明顯的界限，界面內(nèi)外的水分含量有一個逐漸過渡的區(qū)域，稱為過渡區(qū)。區(qū)域，稱為過渡區(qū)。 食品冷凍新技術(shù) 傳導和輻射是冷凍干燥所傳導和輻射是冷凍干燥所采用的主要傳熱方式。采用的主要傳熱方式。一一(a)(a)為傳熱和傳質(zhì)沿同一途為傳熱和

38、傳質(zhì)沿同一途徑，但方向相反；徑，但方向相反；二二(b)(b)為傳熱經(jīng)過凍結(jié)層，而為傳熱經(jīng)過凍結(jié)層，而傳質(zhì)經(jīng)過已干層；傳質(zhì)經(jīng)過已干層；三三(c)(c)為熱量從冰的內(nèi)部發(fā)生，為熱量從冰的內(nèi)部發(fā)生，而傳質(zhì)經(jīng)過已干層。而傳質(zhì)經(jīng)過已干層。 冷凍干燥的傳熱冷凍干燥的傳熱物料內(nèi)部的傳熱和傳質(zhì)示意圖物料內(nèi)部的傳熱和傳質(zhì)示意圖食品冷凍新技術(shù) 冷凍干燥應(yīng)注意的問題冷凍干燥應(yīng)注意的問題 升華干燥過程中，保持足夠的真空度升華干燥過程中，保持足夠的真空度 供熱太快，受熱不均勻或預(yù)凍不完全，則會在升供熱太快，受熱不均勻或預(yù)凍不完全，則會在升華過程中，使產(chǎn)品部分液化，在減壓條件下產(chǎn)生華過程中，使產(chǎn)品部分液化，在減壓條件下產(chǎn)

39、生噴瓶現(xiàn)象，使制品表面不平整噴瓶現(xiàn)象，使制品表面不平整 保持恒定升華溫度保持恒定升華溫度 速凍過程要快，越快，生成的冰晶越小，速凍過程要快，越快，生成的冰晶越小，對物品結(jié)構(gòu)影響越小對物品結(jié)構(gòu)影響越小 凍結(jié)溫度應(yīng)在三相點以下凍結(jié)溫度應(yīng)在三相點以下食品冷凍新技術(shù)二 冷凍干燥的系統(tǒng)設(shè)備控制系統(tǒng)干燥箱冷阱真空系統(tǒng)制冷系統(tǒng)加熱系統(tǒng)食品冷凍新技術(shù)冷凍干燥設(shè)備冷凍干燥設(shè)備 食品冷凍新技術(shù)（一）裝置系統(tǒng)1 1制冷系統(tǒng)制冷系統(tǒng) 食品冷凍干燥機中的冷負荷主要有食品冷凍干燥機中的冷負荷主要有兩部分。一部分是冷凍干燥前食品預(yù)凍兩部分。一部分是冷凍干燥前食品預(yù)凍結(jié)的冷耗；另一部分是冷凍干燥過程中結(jié)的冷耗；另一部分是冷凍

40、干燥過程中捕捉水蒸氣的冷阱的冷耗。捕捉水蒸氣的冷阱的冷耗。食品冷凍新技術(shù)(1)食品預(yù)凍結(jié)方式食品預(yù)凍結(jié)方式 在干燥箱內(nèi)完成（接觸導熱和箱內(nèi)空氣的自然對流）；在干燥箱外專用的冷凍間或冷凍設(shè)備上完成。大中型食品凍干廠，增設(shè)一個專用的冷凍間或冷凍設(shè)備。食品冷凍新技術(shù)凍結(jié)裝置1冷風凍結(jié)2擱板凍結(jié)3抽空凍結(jié)4噴霧凍結(jié)5流化凍結(jié)食品冷凍新技術(shù)優(yōu)點： a) 采用強制對流換熱凍結(jié)食品，提高了食品的冷卻與凍結(jié)速度；b)提高了冷凍干燥機的利用率；c)避免干燥箱內(nèi)預(yù)凍結(jié)與隨后加熱干燥而發(fā)生的冷熱無為消耗。d)快速凍結(jié)可使食品材料細胞破壞最小，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量高。問題：要求短時間內(nèi)將凍結(jié)食品從冷凍間或凍結(jié)設(shè)備裝入干

41、燥箱中，并能快速達到工藝所要求的真空度，防止融化解決：合理布置冷凍場所與干燥箱的位置，在冷凍場所至干燥箱間采用吊車或升降叉車等動力設(shè)施以縮短移動時間，增大真空系統(tǒng)的抽除能力。 食品冷凍新技術(shù)(2)冷阱冷阱(cold trap (cold trap 或或condenser) condenser) 冷凍干燥機中的冷阱是制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)器。應(yīng)該保持足夠低的溫度，以保證升華出來的水蒸氣有足夠的擴散動力，同時避免水蒸氣進入真空泵。l表面溫度在4050之間 l冷阱應(yīng)該有足夠的捕水面積。冷阱表面結(jié)霜厚度46mm為設(shè)計標準 l冷阱結(jié)構(gòu)有螺旋盤管式和平板式。 食品冷凍新技術(shù)2真空系統(tǒng)真空系統(tǒng) 真空系統(tǒng)應(yīng)保證能在

42、一定的時間內(nèi)抽除水蒸氣和干空氣，維持干燥箱內(nèi)食品水分升華和解吸（吸附水，毛細管中水）所需的真空度。因此，真空系統(tǒng)的主要性能指標應(yīng)該是，a)具有水蒸氣抽除能力；b)干燥箱空載極限真空度足夠低；c)干燥箱出口處有效抽速滿足要求。 冷阱去除水蒸汽，真空泵用來抽除系統(tǒng)中初始大氣，食品中釋放的不凝氣體和少量水蒸汽以及系統(tǒng)外滲入的氣體。(1)帶有冷阱的油封式機械真空系統(tǒng)帶有冷阱的油封式機械真空系統(tǒng) (2)不帶冷阱的真空系統(tǒng)不帶冷阱的真空系統(tǒng) 主要指水蒸氣噴射泵。食品冷凍新技術(shù)食品凍干中，大量的水蒸氣從食品中升華。如，在溫度食品凍干中，大量的水蒸氣從食品中升華。如，在溫度20和壓力和壓力103Pa條件下，條

43、件下，1克冰升華將變?yōu)榭吮A將變?yōu)?m3水蒸氣，如果每秒鐘有水蒸氣，如果每秒鐘有10100克冰克冰升華，將有升華，將有10 100m3水蒸氣。抽除這樣大量的水蒸氣無論是對油封式水蒸氣。抽除這樣大量的水蒸氣無論是對油封式真空泵還是常用的羅茨泵都很難勝任，在真空泵進口前增設(shè)一個冷阱，真空泵還是常用的羅茨泵都很難勝任，在真空泵進口前增設(shè)一個冷阱，將將1m3的水蒸氣重新變成的水蒸氣重新變成1克的冰，不但保護了真空泵，而且可大大減少克的冰，不但保護了真空泵，而且可大大減少所需的真空泵臺數(shù)。所需的真空泵臺數(shù)。 食品冷凍新技術(shù)a)a)油封式機械泵和冷阱組成的真空系統(tǒng)，油封式機械泵和冷阱組成的真空系統(tǒng)，主要

44、用在實驗干燥機和中小型冷凍干燥主要用在實驗干燥機和中小型冷凍干燥機上。干燥箱升華出來的水蒸氣經(jīng)過機上。干燥箱升華出來的水蒸氣經(jīng)過1 12 2通道被冷阱捕捉；而材料釋放的不凝結(jié)通道被冷阱捕捉；而材料釋放的不凝結(jié)氣體、系統(tǒng)滲漏氣體以及少量的水蒸氣氣體、系統(tǒng)滲漏氣體以及少量的水蒸氣經(jīng)過經(jīng)過1 12 23 3被真空泵抽除。被真空泵抽除。 食品冷凍新技術(shù)(b)(b)食品凍干常見的真空系統(tǒng)。在冷阱和油封真空泵之間食品凍干常見的真空系統(tǒng)。在冷阱和油封真空泵之間增設(shè)了一臺羅茨泵，油封真空泵為前級泵或預(yù)抽泵，增設(shè)了一臺羅茨泵，油封真空泵為前級泵或預(yù)抽泵，而羅茨泵為主泵。前級泵與主泵的串聯(lián)使用是為了發(fā)而羅茨泵為主

45、泵。前級泵與主泵的串聯(lián)使用是為了發(fā)揮泵的各自最大效率。食品冷凍干燥初期要求能盡快揮泵的各自最大效率。食品冷凍干燥初期要求能盡快抽除系統(tǒng)內(nèi)的大氣和水蒸氣，達到升華所需要的真空抽除系統(tǒng)內(nèi)的大氣和水蒸氣，達到升華所需要的真空度，這時油封式真空泵具有很高的抽速；而食品冷凍度，這時油封式真空泵具有很高的抽速；而食品冷凍干燥過程中，系統(tǒng)壓力往往在干燥過程中，系統(tǒng)壓力往往在100Pa100Pa以下，這時油封式以下，這時油封式真空泵的抽速較低，而羅茨泵在此壓力范圍內(nèi)的抽速真空泵的抽速較低，而羅茨泵在此壓力范圍內(nèi)的抽速卻很高卻很高食品冷凍新技術(shù)(c) (c) 干燥箱與冷阱制成一體形成。不但減干燥箱與冷阱制成一體

46、形成。不但減少了機組占地面積，而且提高了生產(chǎn)率少了機組占地面積，而且提高了生產(chǎn)率，是目前國外食品冷凍干燥機上常見的，是目前國外食品冷凍干燥機上常見的型式之一型式之一 食品冷凍新技術(shù)工作原理工作原理: :利用高壓蒸汽利用高壓蒸汽通過噴嘴時所形成的通過噴嘴時所形成的低壓高速氣流，將食低壓高速氣流，將食品材料中的水蒸氣和品材料中的水蒸氣和空氣等不可凝性氣體空氣等不可凝性氣體吸走。當高壓蒸汽不吸走。當高壓蒸汽不斷從噴嘴噴出時，干斷從噴嘴噴出時，干燥箱內(nèi)的空氣和水蒸燥箱內(nèi)的空氣和水蒸氣就不斷地被低壓高氣就不斷地被低壓高速氣流吸走，使干燥速氣流吸走，使干燥箱形成真空。吸走后箱形成真空。吸走后的蒸汽流經(jīng)升壓

47、后在的蒸汽流經(jīng)升壓后在冷凝器中冷凝成水，冷凝器中冷凝成水，而不可凝結(jié)氣體經(jīng)過而不可凝結(jié)氣體經(jīng)過以下多級抽除，最終以下多級抽除，最終達到生產(chǎn)工藝要求。達到生產(chǎn)工藝要求。水蒸氣噴射泵一般在水蒸氣噴射泵一般在5 5級以上級以上 能將不凝結(jié)氣體和水蒸氣一并抽除。能將不凝結(jié)氣體和水蒸氣一并抽除。特點特點: :結(jié)構(gòu)簡單，無相對運動部件，成本低，但必結(jié)構(gòu)簡單，無相對運動部件，成本低，但必需配備蒸汽鍋爐和有充分的水源。需配備蒸汽鍋爐和有充分的水源。食品冷凍新技術(shù)3 3 加熱干燥系統(tǒng)加熱干燥系統(tǒng)提供一次干燥和二次干燥的熱量加熱干燥系統(tǒng)主要包括干燥箱體和加熱元件。加熱干燥系統(tǒng)主要包括干燥箱體和加熱元件。 (1)干

48、燥箱體干燥箱體(drying chamber) (drying chamber) 干燥箱體有圓筒形(大中型）和矩形（有效空間大，受力性差，加工難）兩種。 (2)加熱方式加熱方式(heating types) (heating types) 加熱方式主要有直接加熱和間接加熱兩種,及輻射加熱和微波高頻電磁場加熱 (3)物料容器物料容器 物料容器影響食品冷凍干燥中的傳熱與傳質(zhì)性能和液體食品干制后的形狀。食品冷凍新技術(shù) 直接加熱一般均采用外包絕緣礦物材料直接加熱一般均采用外包絕緣礦物材料和金屬保護套的電熱絲和金屬保護套的電熱絲 食品冷凍新技術(shù) 間接加熱即利用各種熱源在干燥箱外部將載間接加熱即利用各種熱

49、源在干燥箱外部將載熱介質(zhì)首先加熱，然后再泵送至干燥箱內(nèi)擱板熱介質(zhì)首先加熱，然后再泵送至干燥箱內(nèi)擱板中。加熱熱源有電、煤、氣等。載熱介質(zhì)有水中。加熱熱源有電、煤、氣等。載熱介質(zhì)有水蒸氣、水、礦物油、乙二醇和水的混合液等。蒸氣、水、礦物油、乙二醇和水的混合液等。在上下薄板間設(shè)置柵格，形成大通道的中空結(jié)在上下薄板間設(shè)置柵格，形成大通道的中空結(jié)構(gòu)。載熱介質(zhì)在這種結(jié)構(gòu)中流動阻力小，擱板構(gòu)。載熱介質(zhì)在這種結(jié)構(gòu)中流動阻力小，擱板(shelf)(shelf)溫度比較均勻，但其耐壓性較差。溫度比較均勻，但其耐壓性較差。 食品冷凍新技術(shù) 物料容器影響食品冷凍干燥中的傳熱與傳質(zhì)性能和液體食品干制后的形狀。因此，它應(yīng)

50、該滿足如下條件：l1)有較好的傳熱性能，同時利于食品材料的傳熱與傳質(zhì)；l2)有足夠的強度和剛度，保證在裝卸料過程中和冷熱條件下不變形；l3)清洗消毒容易，避免存在死角；l4)裝卸料容易，通用性好，能滿足多種形狀食品材料的生產(chǎn)要求。常見的容器有不銹鋼盤、鋁盤和塑料盤。為了提高容器的傳熱與傳質(zhì)性能，盤的深淺、盤內(nèi)柵格數(shù)量和型式、涂料以及塑料中的填充劑等均不同。有的容器外另加金屬膨脹網(wǎng)以提高導熱接觸面積。 食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)二二 食品冷凍干燥機型食品冷凍干燥機型間歇式優(yōu)點a)適用于多品種、小產(chǎn)量的生產(chǎn)，特別是適合于季節(jié)性強的食品生產(chǎn)；b)單機操作，如一臺設(shè)備發(fā)生了故障，不會影響其他設(shè)備的正

51、常運行；c)便于設(shè)備的加工制造和維修保養(yǎng)；d)便于控制物料干燥時不同階段對加熱溫度和真空度的要求。缺點：a)由于裝料、卸料和啟動等預(yù)備性操作，使設(shè)備的利用率低，能量浪費大；b)若滿足一定量的生產(chǎn)要求，往往需要多臺單機，且各單機均需配以整套的附屬系統(tǒng)，使設(shè)備投資費用和操作費用增加。 接觸導熱式 輻射傳熱式食品冷凍新技術(shù)圖圖8-48-4接觸導熱接觸導熱間歇式冷凍干燥間歇式冷凍干燥機簡圖機簡圖1干燥箱 2冷阱 3真空系統(tǒng) 4制冷系統(tǒng) 5加熱系統(tǒng)應(yīng)用：醫(yī)藥生物制劑和液體食品(果汁、咖啡等) 特點:多層擱板擱置被干燥的食品，預(yù)凍結(jié)，提供升華熱量和解吸熱量食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)食品 特點：盛有食品的

52、料盤懸于上下兩塊加熱板之間，料盤與加熱板不直接接觸吊車或小推車 托盤滑移式 干燥箱殼體移動 食品冷凍新技術(shù)2 連續(xù)式特點：連續(xù)式冷凍干燥機適用于品種單一、產(chǎn)量大、原料充足的產(chǎn)品生產(chǎn)，尤其適用于漿狀或顆粒狀食品的生產(chǎn)。優(yōu)點:設(shè)備利用率高，便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。缺點:設(shè)備復(fù)雜，難于加工制造，尤其是裝卸料口的真空密封問題需要更高的加工工藝。 a水平隧道式b垂直螺旋式食品冷凍新技術(shù)食品冷凍新技術(shù)交替開啟的進料口，交替開啟的出料口，交替融霜冷阱食品冷凍新技術(shù)連續(xù)式凍干機食品冷凍新技術(shù)連續(xù)式凍干機食品冷凍新技術(shù)生產(chǎn)線食品冷凍新技術(shù)生產(chǎn)線食品冷凍新技術(shù)藥用凍干機食品冷凍新技術(shù)三 冷凍干燥工藝食品冷凍新技術(shù)食品

53、凍干工藝預(yù)處理裝盤速凍捕水器溫度降至40以下加熱真空升華干燥解吸干燥包裝食品冷凍新技術(shù)預(yù)處理預(yù)處理冷凍干燥冷凍干燥包裝貯藏包裝貯藏復(fù)水復(fù)水由于食品種類、品種、預(yù)處理方式、凍結(jié)快慢以及冷凍干燥機性能等多因素影響，目前沒有一個通用的工藝技術(shù)能適用于多種食品的生產(chǎn)。常用的工藝研究方法是在小型實驗用冷凍干燥機上摸索工藝參數(shù)，隨后在工業(yè)用冷凍干燥機上試用并做適當修改。 食品冷凍新技術(shù)（一）預(yù)處理（一）預(yù)處理(preparation and pretreatment) 指凍結(jié)前對食品進行必要的物理和化學處理。主要內(nèi)容有：指凍結(jié)前對食品進行必要的物理和化學處理。主要內(nèi)容有：清洗、分級、切分、漂燙、殺菌、添加

54、抗氧化等反應(yīng)制劑、濃縮清洗、分級、切分、漂燙、殺菌、添加抗氧化等反應(yīng)制劑、濃縮等。食品材料不同，預(yù)處理內(nèi)容也不同。等。食品材料不同，預(yù)處理內(nèi)容也不同。1果蔬類食品的預(yù)處理果蔬類食品的預(yù)處理:漂燙漂燙 ,切分成型切分成型 目的是盡量減少其營養(yǎng)成分和色、香、味在加工、貯運中的損失，目的是盡量減少其營養(yǎng)成分和色、香、味在加工、貯運中的損失，同時利于傳熱與傳質(zhì)。同時利于傳熱與傳質(zhì)。漂燙是鈍化蔬菜中酶活性的常用方法漂燙是鈍化蔬菜中酶活性的常用方法(表表8-3)。通常將其在沸水中。通常將其在沸水中(95100)浸泡數(shù)分鐘，或用蒸汽熏蒸數(shù)分鐘均可達到很好效果。浸泡數(shù)分鐘，或用蒸汽熏蒸數(shù)分鐘均可達到很好效果。

55、水果預(yù)處理可用漂燙或用硫磺熏蒸水果預(yù)處理可用漂燙或用硫磺熏蒸 切分成型也是預(yù)處理工藝中的主要內(nèi)容，尺寸大小和切分形狀應(yīng)切分成型也是預(yù)處理工藝中的主要內(nèi)容，尺寸大小和切分形狀應(yīng)該根據(jù)是否有利于冷凍干燥中的傳熱與傳質(zhì)，是否符合食用習慣，該根據(jù)是否有利于冷凍干燥中的傳熱與傳質(zhì)，是否符合食用習慣，是否有利于包裝貯運等因素而定是否有利于包裝貯運等因素而定 食品冷凍新技術(shù)2肉類、魚類食品預(yù)處理肉類、魚類食品預(yù)處理:剔除肥膘、切分、蒸煮和剔除肥膘、切分、蒸煮和添加必要的抗氧化劑等添加必要的抗氧化劑等 3液體食品的預(yù)處理液體食品的預(yù)處理:主要指果汁、咖啡、蔬菜汁、茶葉和調(diào)味品提取汁、蛋湯等食品。殺菌、濃縮、制

56、粒、添加各種抗氧化、抗結(jié)塊等制劑。食品冷凍新技術(shù)蔬菜蔬菜漂燙時間漂燙時間min蔬菜蔬菜漂燙時間漂燙時間min龍須菜龍須菜熱水熱水24白菜白菜熱水熱水11.5蠶豆蠶豆熱水熱水24蔥蔥熱水熱水11.5青豆青豆5%食鹽熱水食鹽熱水510芋頭芋頭熱水熱水812菜豆菜豆熱水熱水24辣椒辣椒熱水熱水24菠菜菠菜熱水熱水12菜花菜花蒸汽蒸汽45 表8-3冷凍干燥前部分蔬菜漂燙條件食品冷凍新技術(shù)表8-4冷凍干燥前部分液體食品合理濃縮濃度材料材料濃度濃度(%)材料材料濃度濃度(%)材料材料濃度濃度(%)葡萄汁葡萄汁4550蘋果汁蘋果汁4050咖啡咖啡3035檸檬汁檸檬汁4045西紅柿西紅柿2535全乳全乳405

57、0密柑汁密柑汁5055綠茶綠茶30油油2530菠蘿汁菠蘿汁5060紅茶紅茶3035味素味素3053食品冷凍新技術(shù)（二）冷凍干燥（二）冷凍干燥(freeze-drying)主要包括冷卻固化、升華干燥和解吸干燥。主要包括冷卻固化、升華干燥和解吸干燥。1冷卻固化冷卻固化（freezing, solidificationfreezing, solidification） ：是將物料充分冷卻，不僅要使物料中的自由水完全結(jié)成冰；還要使物料中其他部分也完全固化，形成固態(tài)的非晶體（玻璃態(tài)）。 凍結(jié)方式可分為預(yù)凍結(jié)和蒸發(fā)自凍結(jié)兩種。凍結(jié)方式可分為預(yù)凍結(jié)和蒸發(fā)自凍結(jié)兩種。預(yù)凍結(jié)預(yù)凍結(jié)：凍結(jié)裝置中的冷源，液體食品，避免飛濺；蒸發(fā)自凍結(jié)蒸發(fā)自凍結(jié)：真空中蒸發(fā)吸熱，固體食品（對干制品外觀要求不嚴）降溫速率、凍結(jié)溫度和熱歷史降溫速率、凍結(jié)溫度和熱歷史（降溫過程隨時間變化情況）對食品質(zhì)量及冷凍干燥速