真空冻干机原理和操作过程

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一、冻干食品

冻干食品以前是VIP级别的食物,最开始的时候,一般人是吃不起冻干食品的,因为成本太高了,价格贵。但长期驻扎在空间站的宇航员吃不到足够新鲜营养健康的食物,对他们的身体健康是一个严峻的挑战。而冻干的优势非常明显:一、不添加任何防腐剂;二、含水量仅在5%以内;三、保留住了食品本身营养成分的96%以上;四、产品复水性好,加水5分钟后即可恢复食材本来的色、香、味、形和美味。

所以冻干是宇航员的食物,被冠以航天食品中的“贵族”。随着时间的推进,工艺的普及,如今冻干工艺已经飞入寻常百姓家,冻干蔬菜,冻干药品、冻干水果等等层出不穷,而铲屎官们最熟悉的还是自己家宠物的冻干食品。

所谓冻干就是真空冷冻干燥的简称,其原理是将含有水分的物料(新鲜的原料)在低温真空环境中急速冻结(零下40度的真空环境),使冰直接升华成水蒸气并排掉食物物料中的水分使其物料干燥的过程。不过,真正制作冻干的流程比这个要复杂很多。

二、冻干鸡肉蛋黄粒的工艺流程

1、预冻之前需要通过真空滚揉技术让每一粒鸡肉都与鸡蛋黄充分融合。蛋黄液进入鸡肉粒内部的肌肉纤维,充分和鸡肉融合在一起。

2、第一阶段:预冻

预冻的目的就是要让鸡肉蛋黄里面的自由水完全结冰、固化。这时候需要足够的低温自由水才能完全结冰。而预冻时候的温度可以让品温达到共晶点,此时的温度约在-30度。

冻干工艺灭菌、灭活的原理:当低温达到某一数值时,生物的细胞中的水分会结冰,当温度达到共晶点的时候,水全部结冰,体积会随之膨胀并刺破细胞壁,升华干燥的过程中,细胞中的水分会直接升华,从而达到细菌、病菌等灭活的目的。

第一阶段的预冻完成,此阶段大约需要120分钟。

3、第二阶段:升华干燥

①三相点

水在低压与高压情况下在气液固三种形态之间的转化大致相同,但转化时的温度是不同的。例如在1kPa压力下,冰转化为水的温度为0度,水转化为水蒸气温度约为6.3度。而压力降低后,冰点变化不大,而沸点会大大降低。举个例子,在上海煮一壶水沸点为100度,而在拉萨水的沸点是87度左右。

可以想象,当压力降到某一个数值,沸点和冰点重合,所以固体的冰可以直接转化为水蒸气。

这时候的压力被称之为三相点压力,相对应的温度为三相点温度。水的三相点压力为611.73Pa,三相点温度约为0.01度。也就是说在压力低于611.73Pa,温度低于0.01度的时候,冰可直接升华为水蒸气,升华时所吸收的热为升华热。

②升华干燥

升华干燥之前需要开启真空泵把冻干机箱体内的空气抽出,从而达到接近真空环境。

产品热量的转移方式有三种:传导、对流、辐射。而在真空环境下热的传递方式以热传导为主,热辐射为辅。

鸡肉蛋黄粒是被均匀放在托盘里的,然后分层放在华然腾业冻干机仓内。冻干机每一层都有一块304不锈钢的隔板,隔板是可以被加热的,隔板所显示的温度称之为板温。在升华干燥阶段,需要不断分批次的逐级给隔板加温,从而通过热传导、热辐射的方式供给鸡肉蛋黄粒热量。这时品温是高于捕温的,大量升华过程即将开始。此阶段品温是低于0度的,也就是说鸡肉蛋黄里面的水分一直是以冰晶状态存在的,冰的升华热约为2811.65J/g。

这种热升华现象类似于东北地区在冬天里户外晾衣服,衣服里的水分会先结冰。但由于太阳所产生的辐射热,冰会直接升华成水蒸气,衣服同样会晾干,但这个过程是漫长的。

③升华干燥

升华干燥是从鸡肉蛋黄粒的表面开始逐步向内推移的,冰晶升华后会残留下空隙。类似海绵一样,而这些空隙便成了鸡肉蛋黄粒内部冰升华逸出的通道。已干燥层和仍有冰晶的分界面称之为升华界面。

当冰晶全部除去时,第一阶段的升华干燥完成。而这一阶段大约需要10小时。

为了保持品温与捕温之间的温差一直存在,那么就需要不断的分批次的逐级给隔板加温。目的是为了每一次加温,鸡肉蛋黄里的冰就会有一部分升华成水蒸气并被捕水器捕获。如果加温过快会造成真空度上升,鸡肉蛋黄的温度也会上升过快,一旦鸡肉蛋黄温度超过共晶点会导致冻干失败。而加温过慢所造成的问题就是生产周期大大增加,生产效率低下。

所以针对不同产品的特性和共晶点的不同,其冻干生产工艺均不相同,力求找到最佳的冻干曲线。这样不仅能生产出最成功的冻干产品,同时也把成本降到了最低。

①捕温:在冻干过程中,冷凝器是一直处在工作状态中,不断给冻干机箱体提供冷气,而捕温就是捕捉到冷凝器所提供给冻干机箱体内的温度。

②冻干仓、冻干机箱体:冻干仓是在冻干机箱体内部的一个单独空间,可以密封。冻干机箱体是包含了冻干仓、冷却系统装置等一体的机器。

③捕水器:冻干工艺过程中物料里的水分会由冰升华成水蒸气排出,同时需要一种设备来吸收这些水蒸气,这种设备被称之为捕水器。】

4、第三阶段:解析干燥,也称为第二阶段干燥

第一阶段结束之后,鸡肉蛋黄粒内部固态冰的水分已经排完,并被捕水器捕获,排除的水分大约在90%。但在干燥物质的毛细管壁等位置还存在一部分水分。此阶段即使品温超过鸡肉蛋黄的共晶点温度也不会造成冻干失败。

所以此时要不断给鸡肉蛋黄加热,但前提是不破坏鸡肉蛋黄的生物活性物质为前提,通常不可以超过35度。此阶段结束后,产品内部的残余水分含量根据产品的种类和要求而定。一般对产品终点判断方法有压力升高法、温度趋近法、称重法等。由于此阶段主要的水分是结合水,因此水的蒸发速度很慢,大约需要11.5小时。

冻干工艺结束之后,需要立即把鸡肉蛋黄粒密封常温保存,分装成盒。冻干鸡肉蛋黄开封后建议立即喂食,以免氧化、吸潮。