冻干食品生产线包括前处理.

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1、冻干食品基础知识 冻干食品生产线包括前处理、 速冻、升华干燥和包装等环节。 为了给速冻库和升华干燥仓创造正常工作条件，必须配套制 冷系统、加热系统、设备监控系统和物料运输系统，还要配 套蒸汽锅炉和循环水。冻干生产线的最关键设备是升华干燥 仓，它是一个很大的卧式圆筒，筒内装有多层加热器，料盘 插进多层加热架之间。料车沿天轨从前处理间（装料） 、经 速冻库（速冻）和干燥仓（升华干燥脱水）到包装（卸料） ， 再沿天轨回到前处理间。这样循环运料，非常便捷、卫生而 安全。水汽冷阱装置于加热架两侧（或独立于仓外） ，加热 架上的加热板，经过专门的表面处理，能以辐射方式向物料 传递热能（升华热）水汽冷阱能快

2、速捕获由物料升华出来的 水汽。将一个干燥仓的料由速冻库运进干燥只需 5 分钟，从 而保证冻料不融。真空冷冻干燥设备主要由干燥箱、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六大部件组成。1.干燥箱 是一能抽真空和加热的密闭器， 物料的升华干燥过程是在 干燥室内完成的， 物料是放在干燥室内搁板上的不锈钢托 盘内的，按每平方托盘面积 812 公斤的比例装料，每一 层搁板上都有一个可供测量物料温度的探头， 用以监测整 个冻干过程中的物料温度。门采用橡胶密封条，应注意关 门时要把门上的手柄拧紧，确保箱内密封。2. 冷凝器（捕水器） 是凝结升华水气的密闭装置， 内部有一个较大面积的金属

3、 吸附面， 从干燥箱物料中升华出来的水蒸气可凝结吸附在 其金属表面上，吸附面的工作温度可达-45 C-55 C,冷凝 器外形是不锈钢或铁制成的圆筒，内部盘有冷凝管，分别 与制冷机组相连，组成制冷循环系统。冷凝器与干燥箱连 接采用真空蝶阀； 采用不锈钢管或者特制处理铁制无缝管 与真空泵组连接组成真空系统， 筒内冷凝管上部装有化霜 喷水管，它通过真空隔膜阀与水管连接，这是为了保证化 霜水等不进入干燥箱和真空管道或者采用热氨化霜要求 冷凝能承受 15 大气压以上。在冷凝器外部采用泡沫塑料 板保温绝热，最外层包以不锈钢板。3. 加热系统 冻干机加热系统的作用是对干燥箱内物料进行加热， 以便 使物料不断

4、地得到升华热， 使物品以达到规定的含水率要 求，冻干机加热系统有不同的加热方法， 在接触式加热中， 采用的是循环介质加热法。循环加热系统由管道泵、循环 介质箱、加热器、进出管路、液温控制器等组成。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 C,在使用时液温最高不超过 60 C,当加热 系统工作时，先对循环液进行加热，液温通过液箱控制调 节仪选定的温度自动控制加热 , 管道泵开启后，可将循环 液送入干燥箱内搁板中，对搁板加热，然后返回液箱进行 加热循环。而在辐射或加热中采用蒸气加热最高温度为120 C，由蒸气电磁阀自动控制温度。4. 真空系统 真空系统

5、由旋片真空泵或水环泵和罗茨真空泵组成， 罗茨 泵为增压泵不能单独使用，必须首先启动旋片泵或水环 泵，使其工作一段时间，当系统中的真空度达到 1Kpa 以 下时，再自动启动罗茨泵。真空系统的真空表可使用电接 点真空表，根据预先选定的真空度值，自动控制罗茨泵的 启动。干燥箱与冷凝器之间真空管道中，装有真空蝶阀， 根据使用要求随时开、关。真空泵管路上，装有电磁放气 截止阀，当真空泵停止工作时自动关闭真空管路，同时将 空气放入泵内， 避免真空泵油因负压作用回放至真空管路 中，真空泵的连接管路之间有波纹软管，防止运转时的振 动。5. 制冷系统 冻干机制冷系统由制冷压缩机组（包括：水冷冷凝器，油 分离器、

6、高压管路、干燥过滤器、膨胀阀、蒸发器、低压 管路组成），采用氟利昂机组和 R22 制冷剂或氟制冷机组， 制冷机组组成使冻干品速冻用的制冷系统和捕水器制冷 系统。当系统工作，接触加热方式中搁板温度可降至-35 C。当制冷系统工作时，冷凝盘管的表面温度可达-35 -55 C,根据需要采用单级或双级制冷压缩机组，双极制 冷比单级效果好。6. 电气控制系统 电气控制系统由电脑显示记录仪、控制台、控制仪表、调 节仪表等自动装置和电路组成。 它的功能是对冻干机进行 手动或自动控制，控制设备正常运转。控制台是温度、 真空度巡检仪的记录控制仪表及各机组开 关的集中集团， 控制台的仪表板装有温度， 真空度巡检仪

7、， 干燥箱和真空泵的真空计，温度指示调节仪，液温控制调 节仪，计时钟等。按钮板上装有各机组的开关等。冻干机 还设有连锁保护装置，如前箱制冷时加热管不能工作； 真空表不到设定值， 罗茨泵不能启动。 冷却水未提供， 制冷机组不启动。真空泵、电磁阀带放气截止阀与真空 泵电源表连在一起，同时工作。搁板加热恒温，由温度 指示调节仪控制。1 冷冻干燥（以下简称冻干） 是一个稳定化的物质干燥过程。 是将含水的物质，先冻结成固态，而后使其中的水分从固态 直接升华变成气态排除，以除去水分而保存物质的方法。2 溶液状态的产品经冷冻处理后， 先后经过升华和解吸作用， 使产品中的溶剂减少到一定程度，从而阻止微生物的生

8、成或 溶质与溶剂间的化学反应，使产品得以长时间保存并保持原 有的性质。3真空冷冻干燥法是液态固态气态的过程。在冻干过程 中，溶质颗粒之间的 “液态桥 ”已被冻成 “固态桥 ”，两颗粒间 的相对位置已经被固定下来，并且两颗粒之间不存在气液界 面的表面张力。随着溶剂的不断升华， “固桥 ”不断减少，但 两颗粒之间的相对位置已不再发生变化，直至 “固态桥 ”完全 消失。冻干的优点 （和通常的干燥方法如晒干、烘干、煮干、喷 雾干燥及真空干燥相比）1 它是在低温下干燥，不使蛋白质产生变性，使微生物之类 失去生物活力。2 由于是低温干燥，使物质中的挥发性成分和受热变性的营 养成分和芳香成分损失很小 。3

9、在低温干燥过程中，微生物的生长和酶的作用几乎无法进 行，能最好 地保持物质原来的性状。4 干燥后体积、形状基本不变，复水性好。5 因一般系真空下干燥，氧气极少，使易氧化的物质得到了 保护。6 能除去物质中 95-99.5% 的水分 , 制品的保存期长。 冻干技术的运用1 生物制品、药品方面：如抗菌素、抗毒素、诊断用品和疫 苗的保存。2 微生物和藻类方面：如各种细菌、酵母、酵素、原生动物、 微细藻类等的长期保存等。3 生物标本、生物组织方面：如制作各种动植物标本，干燥 保存用于动物异种或同种移植的皮肤、 角膜、 骨骼、主动脉、 心瓣膜等边缘组织。4 制作用于光学显微镜、 电子扫描和透射显微镜的小

10、组织片。5 食品的干燥方面：如咖啡、茶叶、肉鱼蛋类、海藻、水果、 蔬菜、调料、豆腐、方便食品等。6 高级营养品及中草药方面：如蜂王浆、蜂蜜、花粉、中草 药制剂等。7 超细微粉的制备方面：如制取 Al2O3 、 ZrO2 、TiO2 、 Ba2Cu3O7 8、Ba2Ti9O20 等超细微粉。8其他方面：如化工中的催化剂，冻干后可提高催化效率 520 倍；将植物叶子、土壤冻干保存，用以研究土壤、肥料、 气候对植物生长的影响及生长因子的作用；潮湿的木制文 物、淹坏的书籍稿件等用冻干法干燥，能最大限度地保持原 状等。水和溶液的性质物质有固、液、汽三态。物质的状态与其温度和压力有关。如图所示，水(H20

11、 )的状态平衡图。图中0A、OB、OC三条曲线分别表示冰和水、水和水蒸汽、冰和水蒸汽两相共存时其压力和温度之间的关系。 分别称为溶化线、沸腾线、升华线。 此三条曲线将图面分成I、 II 、 III三个区域，分别称为固相区、液相区和气相区。箭头1、 2、 3分别表示冰溶化成水，水汽化成水蒸汽和冰升华成水蒸汽的过程。曲 线0B的顶端有一点 K，其温度为374 C，称为临界 点。若水蒸汽的温度高于其临界温度374 C时，无论怎样加大压力，水蒸汽也不能变成水。三曲线的交点0,为固、液、汽三相共存的状态，称为三相点，其温度为0.01 C , 压力为610Pa 。在三相点以下，不存在液相。若将冰面的 压力

12、保持低于 610Pa ，且给冰加热，冰就会不经液相直接 变成气相，这一过程称为升华。溶液的冷冻干燥过程冻干溶液一般都是配置成含固体物质4%-15% 的稀溶液。溶液里水的组成：1、大部分水是以水分子的形式存在于溶液中的自由水。2、少部分是吸附于固体物质晶格间隙中或以氢键方式结合 在一些极性基因团上的结合水。3、固定于生物体和细胞中的水，大部分也是可以冻结和升 华的自由水。也含有一些不能冻结、很难去除的结合水。冻干的目的就是在低温、真空环境中除去物质中的自由水和 一部分吸附于固体晶格间隙中的结合水。冻干过程分为以下 几个步骤：预冻结预冻是将溶液中的自由水固化，赋予产品干燥后与干燥前有 相同的形态，

13、防止抽空干燥时起泡、浓缩、收缩和溶质移动 等不可逆变化发生。溶液在冻结过程中，需过冷到冰点以下，其内部产生晶核以 后，自由水才开始以纯冰的形式结晶，同时放出结晶热，使 其温度上升到冰点，随着晶体的生长，溶液浓度增加，当浓 度到达共晶浓度，温度下降到共晶点以下时，溶液就全部冻 结。冷却速度愈快，过冷温度越低，所形成的晶核数量越多，晶 体来不及生长就被冻结，形成的晶粒数量越多，晶粒也细。冷却速度慢，形成的晶粒数量越少，晶粒也粗大。冻干制品 升华前，必须冻结到一定的温度，这个温度应设在制品的共 溶点以下10至20 C左右，如不经过预冻直接抽真空，当压力降到一定程度时，液体就会被抽去。这种情况也叫蒸发

14、，燥的最安全的温度，只能比它低，不能高于共溶点温度。升华干燥（一次干燥）将冻结后的产品置于密闭的真空容器中加热，其冰晶就会升 华成水蒸气逸出而使产品脱水干燥。干燥是从外表面开始逐 步向内推移的，冰晶升华后残留下的空隙变成而后升华水蒸 气的逸出通道。已干燥层和冻结部分的分界面（实际上是一 薄层） 称为升华界面。 升华界面约以 1-2mm/h 的速度向内 推进。当全部冰晶去除时，升华干燥就完成了，此时可除去 水分 90 左右。冰的升华是在升华界面处进行的。升华时 所需要的热量是由加热设备（通过搁板）提供，从搁板传来 的热量由以下几种途径传至产品的升华界面：固体的传导， 辐射，气体的对流。产品升华时

15、受以下几个温度限制： 产品冻结部分的温度应低于产品共溶点的温度。 产品干燥部分的温度要低于其崩解温度或容许的最高温度 （不烧焦或性变）。最高搁板温度。 解析干燥（二次干燥） 第一阶段干燥是将水以冰晶的形式除去的，因此冻干层的温 度和升华界面的压力都必须控制在产品共溶点（或崩解温 度）以下，才不致使冰晶溶化。但对于吸附水，其吸附能量 高，如果不提供足够的能量， 水就不可能从吸附中解析出来。 因此，这一阶段产品的温度应足够地高，只要不超过允许的 最高温度， 不烧毁产品和不造成产品过热而变性就可。 同时， 为了使解吸出来的水蒸气有足够的推动力逸出产品，必须使 产品内外形成较大的蒸汽压差，因此这一阶段

16、箱体内要保持 高真空。第二阶段干燥后，产品残余水分的含量一般可以控 制在 0.5%-4% 之间。冻干过程的几个关键概念共晶温度几种物质组成的混合溶液，在冻结过程中，开始时某些组分 结晶析出， 使剩下的溶液浓度发生变化。当达到某一温度 或温度区域时，其液态和所形成的固态中的组分完全相同， 这时的溶液称为共晶溶液，这时的温度或温度区间称为该溶 液的共晶点或共晶区，也称为完全固化温度，它是产品在冷 却过程中从液态结束转向固态的最高温度。共晶温度为冻干 过程中预冻应达到的最高温度，一般预冻过程应低于其共晶 温度 10-20 C。共溶温度固态混合溶液在升温融化过程中，当达到某一温度时，固体 中开始出现液态此温度称为溶液的共溶点，或称开始溶化温 度。它是产品升温过程中从固态开始出现液态的最低温度。