食品真空干燥裝置及其進(jìn)展
真空干燥在食品工業(yè)中有廣泛的重要的應(yīng)用，進(jìn)幾年來，真空技術(shù)與微波加熱技術(shù)和其它干燥技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了一些新的真空干燥裝置類型，提出了我國(guó)應(yīng)加快研制開發(fā)真空微波干燥裝置的新觀點(diǎn)。
0.
前言當(dāng)前，食品加工技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)是最大限度地保持食品的營(yíng)養(yǎng)和色香味，而干燥工藝和設(shè)備的選擇對(duì)食品產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)、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(wèi)生、營(yíng)養(yǎng)損失、色香味變化等等，對(duì)干燥溫度和時(shí)間有嚴(yán)格限制；食品干燥又不同于醫(yī)藥產(chǎn)品的干燥，因?yàn)槭称吠堑透郊又诞a(chǎn)品，而藥品一般是高附加值產(chǎn)品，前者必須考慮干燥過程的經(jīng)濟(jì)性。圍繞著“質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)”，近年來食品干燥技術(shù)和設(shè)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(jié)合，賦予了真空干燥裝置新的內(nèi)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，可避免在高溫下營(yíng)養(yǎng)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(tǒng)中，單位體積內(nèi)空氣的含量低于大氣中的含量，在這相對(duì)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(jī)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(tǒng)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(yīng)用，國(guó)內(nèi)也開發(fā)和引進(jìn)了各種真空干燥設(shè)備，其結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(dǎo)，對(duì)流或輻射原理將熱量從外部傳到物料內(nèi)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(nèi)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。物料放在金屬盤里置于加熱板上，熱量通過熱傳導(dǎo)到達(dá)物料內(nèi)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(duì)稱夾套的圓錐形容器回轉(zhuǎn)，借內(nèi)部圓錐體本身的傾斜度使物料不斷被攪拌，通過回轉(zhuǎn)接頭由回轉(zhuǎn)軸的一側(cè)送入蒸汽或加熱載體，并借助于設(shè)另一端軸中心的帶過濾網(wǎng)的排氣管排氣。雙錐真空干燥器能達(dá)到較高真空度，內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(xù)的不銹鋼帶組成的，鋼帶繞過加熱滾筒和冷卻滾筒，結(jié)構(gòu)呈多層式，構(gòu)成干燥器主體，然后納入密閉的真空室內(nèi)。物料簿簿地平鋪在帶式加熱板上隨之運(yùn)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(tǒng)為密閉操作，衛(wèi)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(yùn)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(jī)是連續(xù)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(jī)真空滾筒干燥機(jī)將滾筒密閉在真空室內(nèi)，在真空滾筒干燥機(jī)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(tǒng)的真空干燥裝置大多采用熱傳導(dǎo)、對(duì)流或熱輻射的方式加熱，加熱速度慢且不夠均勻，近幾年來，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(jié)合，出現(xiàn)了一些新的真空干燥裝置類型。
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)。隨著壓力的不斷降低，冰點(diǎn)的變化不大，而沸點(diǎn)側(cè)越來越低，越來越靠近冰點(diǎn)。當(dāng)壓力下降到某一值時(shí)，沸點(diǎn)即與冰點(diǎn)相結(jié)合，固態(tài)冰可以不經(jīng)過液態(tài)而直接轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)，處在兩加熱板之間，利用低溫激發(fā)遠(yuǎn)紅外加熱，保證干燥均勻，加熱板的溫度是按干燥過程的加熱曲線精確控制的。真空度的選擇要能保證整個(gè)干燥過程中所有水份都以冰的形式而不溶融，對(duì)于大多數(shù)蔬菜和肉類來說，選擇0.5~1Pa,相應(yīng)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(yǎng)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(yǎng)和風(fēng)味，復(fù)水性極好，可在數(shù)秒至數(shù)分鐘內(nèi)完成復(fù)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，蔬菜類有蔥、大蒜、姜、磨茹、肉類、鮮貝等。真空冷凍干燥一次性投資很大，令很多食品廠家望而卻步，如丹麥的ATLAS的RAY50型凍干設(shè)備(凍干面積45m2 )報(bào)價(jià)高達(dá)105萬(wàn)美元，國(guó)產(chǎn)凍干機(jī)剛剛起步，質(zhì)量方面與國(guó)外產(chǎn)品還有很大的差距，此外真空冷凍干燥的生產(chǎn)費(fèi)用也較高，這是因?yàn)樾枰S持較高的真空和(-25℃)的低溫，干燥時(shí)間長(zhǎng)，能耗較高，這些因素使冷凍干燥在食品工業(yè)中使用帶來很大的阻力。
3．2
噴射式連續(xù)真空干燥器又稱（Filtermat噴霧干燥器) 噴射式連續(xù)真空干燥器又稱Filtermat噴霧干燥器，相當(dāng)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題，粘性大的物料用傳統(tǒng)的噴霧干燥器會(huì)發(fā)生粘壁現(xiàn)象，干燥困難。干燥過程中物料通過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(jī)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(nèi)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(nèi)的高度。
3．4
微波真空干燥微波是波長(zhǎng)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(dāng)微波射入物料內(nèi)部時(shí)，透使水等極性分子隨微波的頻率作同步旋轉(zhuǎn)，例如干燥蔬菜類制品采用915MHz的微波，則蔬菜內(nèi)的極性水分子等每秒轉(zhuǎn)動(dòng)9.15億次，水等極性分子作如此高速旋轉(zhuǎn)的結(jié)果使物料瞬時(shí)產(chǎn)生摩擦熱，導(dǎo)致物料表面和內(nèi)部同時(shí)升溫，使大量的水分子從物料逸出，達(dá)到物料干燥的效果。傳統(tǒng)的加熱方法如蒸汽、熱風(fēng)、電等加熱是利用熱傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射的原理將熱量從外部傳物料內(nèi)部，由表及里需要一定的時(shí)間，物料的熱傳導(dǎo)性能越差所需的時(shí)間就越長(zhǎng)，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，故稱之為內(nèi)部加熱方法，微波從四面八方穿過食品，食品內(nèi)外同時(shí)加熱，既不需要傳熱介質(zhì)，也不利用對(duì)流，食品內(nèi)外溫度同時(shí)上升，加熱速度快而均勻，僅需傳統(tǒng)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(yàn)表明，曬干的鮮菜其葉綠素、維生素等營(yíng)養(yǎng)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(jī)地結(jié)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(xiàng)很有前途的干燥技術(shù)。微波真空干燥技術(shù)在法國(guó)、日本、美國(guó)近年來已由實(shí)驗(yàn)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(guó)加州大學(xué)與某公司合作，使用微波真空干燥無籽葡萄干，保持了葡萄原有的形狀和顏色，避免了過去傳統(tǒng)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(yǎng)成分變化的缺點(diǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量大大提高。法國(guó)國(guó)際微波公司制造的微波真空干燥機(jī)(2450MHz，48Kw)微波真空干燥室直徑為1.5m，長(zhǎng)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于噴霧干燥。近年來國(guó)內(nèi)外對(duì)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(shè)備價(jià)格昂貴，生產(chǎn)成本高；80年代以來國(guó)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(dāng)，而一次性投資少，總成本有較大幅度下降。
4． 結(jié)束語(yǔ)
（1） 真空干燥具有干燥溫度低，干燥室內(nèi)相對(duì)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(shè)備成本、干燥費(fèi)用也相對(duì)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(jié)合，出現(xiàn)了不少新型的真空干燥裝置，賦予了真空干燥新的內(nèi)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(guó)加快研制、開發(fā)真空微波干燥裝置。
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