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凍干燥的基本原理是基于水的三態(tài)變化。水有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài),三種狀態(tài)既可以相互轉(zhuǎn)換又可以共存。 當(dāng)水在三相點(diǎn)(溫度為0.01℃,水蒸氣壓為610.5Pa)時(shí),水、冰、水蒸氣三者可共存且相互平衡。在高真空狀態(tài)下,利用升華原理,使預(yù)先凍結(jié)的物料中的水分,不經(jīng)過(guò)冰的融化,直接以冰態(tài)升華為水蒸汽被除去,從而達(dá)到冷凍干燥的目的。
凍干制品呈海綿狀、無(wú)干縮、復(fù)水性、含水分極少,相應(yīng)包裝后可在常溫下長(zhǎng)時(shí)間保存和運(yùn)輸。 由于真空冷凍干燥具有其它干燥方法的優(yōu)點(diǎn),因此該技術(shù)問(wèn)世以來(lái)越來(lái)越 受到人們的青睞,在醫(yī)藥、生物制品和食品方面的應(yīng)用已日益廣泛。血清、菌種、中西醫(yī)藥等生物制品多為一些生物活性物質(zhì),真空冷凍干燥技術(shù)也為保存生物活性提供了良好的解決途徑。
食品凍干機(jī)是由制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、電器儀表控制系統(tǒng)所組成。主要部件為干燥箱、凝結(jié)器、冷凍機(jī)組、真空泵、加熱/冷卻裝置等。本設(shè)備采用高效輻射加熱,物料受熱均勻;采用高效捕水冷阱,并可實(shí)現(xiàn)快速化霜;采用高效真空機(jī)組,并可實(shí)現(xiàn)油水分離;采用并聯(lián)集中制冷系統(tǒng),多路按需供冷,工況穩(wěn)定,有利節(jié)能;采用人工智能控制,控制精度高,操作方便。
要獲得高質(zhì)量的制品,對(duì)凍干的理論和工藝應(yīng)有一個(gè)比較全面的了解。凍干工藝包括預(yù)凍、升華和再凍干三個(gè)分階段。合理而有效地縮短凍干的周期在工業(yè)生產(chǎn)上具有明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。溶液速凍時(shí)(每分鐘降溫10~50℃),晶粒保持在顯微鏡下可見(jiàn)的大??;相反慢凍時(shí)(1℃/分),形成的結(jié)晶肉眼可見(jiàn)。粗晶在升華留下較大的空隙,可以提高凍干的效率,細(xì)晶在升華后留下的間隙較小,使下層升華受阻,速成凍的成品粒子細(xì)膩,外觀均勻,比表面積大,多孔結(jié)構(gòu)好,溶解速度快,便成品的引濕性相對(duì)也要強(qiáng)些。
藥品在凍干機(jī)中預(yù)凍在兩種方式:一種是制品與干燥箱同時(shí)降溫;另一種是待干燥箱擱板降溫至-40℃左右,再將制品放入。前者相當(dāng)于慢凍,后者則介于速凍與慢凍之間,因而常被采用,以兼顧凍干效率與產(chǎn)品質(zhì)量。此法的缺點(diǎn)是制品入箱時(shí),空氣中的水蒸氣將迅速地凝結(jié)在擱板上,而在升華初期,若板升溫較快,由于大面積的升華將有可能超越凝結(jié)器的正常負(fù)荷。此現(xiàn)象在夏季尤為顯著。 制品的凍結(jié)處于靜止?fàn)顟B(tài)。經(jīng)驗(yàn)證明,過(guò)冷現(xiàn)象容易發(fā)生至使制品溫度雖已達(dá)到共晶點(diǎn)。但溶質(zhì)仍不結(jié)晶,為了克服過(guò)冷現(xiàn)象,制品凍結(jié)的溫度應(yīng)低于共晶點(diǎn)以下一個(gè)范圍,并需保持一段時(shí)間,以待制品凍結(jié)。
食品凍干機(jī)工藝流程:
選擇新鮮草莓→清洗、去柄→瀝干→切片→糖浸→裝盤、稱量→食品凍干機(jī)部分(裝倉(cāng)→預(yù)凍→冷阱制冷→真空排氣→真空升華干燥→出倉(cāng))→稱量→包裝。
食品凍干機(jī)操作要點(diǎn):
1、選料
購(gòu)買成熟的、無(wú)斑點(diǎn)的、無(wú)腐爛的新鮮草莓,除去柄及葉子,用清水清洗3-4次,然后瀝干,把每個(gè)草莓切成3-4片,使每片厚度為6-8mm。
2、裝盤
把剛切好的草莓片平放于食品凍干機(jī)的物料盤中。
3、預(yù)凍
將裝好盤的草莓放入凍干倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行凍結(jié),溫度為-35℃,凍結(jié)時(shí)間為1-2h,使草莓的中心溫度達(dá)到共晶點(diǎn)溫度以下。
4、真空升華干燥(在定壓條件下)
首先將真空冷凍干燥機(jī)冷阱溫度預(yù)冷至-45℃,當(dāng)冷阱溫度降至-45℃時(shí)開啟真空泵使真空度達(dá)到20pa,并保持這一壓力,這時(shí)開始給擱板加熱,被凍結(jié)的草莓開始升華干燥。在升華干燥階段嚴(yán)格地保持恒定的冷阱溫度,而在加熱過(guò)程中草莓的中心溫度不高于其共晶點(diǎn)溫度,草莓的表面的溫度不高于其所允許的溫度。當(dāng)草莓的表面溫度和中心溫度相接近時(shí),升華干燥結(jié)束。草莓的升華干燥一般持續(xù)4-5小時(shí)。
5、真空升華干燥(在變壓條件下)
首先同樣將真空冷凍干燥機(jī)冷阱溫度預(yù)冷至-45℃,當(dāng)冷阱溫度降至-45℃時(shí)開啟真空泵,使真空度達(dá)到80pa,同時(shí)給擱板加熱。當(dāng)加熱擱板的溫度上升為30℃時(shí),這時(shí)開始調(diào)整壓力,使壓力降至40pa并保持一段時(shí)間;當(dāng)擱板溫度上升至45℃時(shí),這時(shí)調(diào)整壓力使壓力降至20pa并保持到升華干燥結(jié)束,時(shí)間大約3-4h?! ?/p>
6、解析干燥
解析干燥階段壓力保持在20pa,擱板溫度在48℃,時(shí)間一般為1-2h。
7、包裝
當(dāng)解析干燥結(jié)束,這時(shí)停止給擱板加熱,同時(shí)關(guān)閉真空泵、制冷機(jī)和冷卻水系統(tǒng)并打開放空氣閥使凍干箱內(nèi)的壓力恢復(fù)到常壓,這時(shí)開始出艙。出倉(cāng)后要立即對(duì)已凍干完畢的草莓進(jìn)行無(wú)菌包裝。
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