真空
幹燥在食品工業中有廣泛的(de)重要的(de)應用,進幾年來,真空技術與微波(bō)加熱(rè)技術和其它幹燥技術相結合,出現了一些(xiē)新的真空幹燥裝置類型,提出了我國(guó)應加快研製開發真空微波幹燥裝置的(de)新觀點。
0.前(qián)言當前,食品(pǐn)加工技術的一個重要發展趨勢是******限度地保持食品的(de)營養和(hé)色香味,而幹(gàn)燥工藝和設備的選擇對食品產(chǎn)品的營養、色香味(wèi)有(yǒu)很大影響。食品幹燥有很多與“食品”相(xiàng)聯係的特點(diǎn),它(tā)不同於化(huà)工產品的幹燥,前者需要考慮食品衛生、營養損(sǔn)失、色香味變化(huà)等等(děng),對幹燥溫度和時間有嚴格限製;食品幹(gàn)燥又不同於醫藥產品的幹燥,因為食品往往是低附加值產品(pǐn),而藥品一般是高附加值(zhí)產(chǎn)品,前者必須(xū)考慮幹燥過(guò)程的經濟性。圍繞著“質量和經濟”,近年(nián)來(lái)食品幹燥技術和(hé)設備還是取(qǔ)得了不少進步(bù),而其中真空與其它幹燥方法或加熱技(jì)術相結合,賦予了真空幹燥裝置新的內涵和生命力(lì)。
1.食品真(zhēn)空幹(gàn)燥的特(tè)點真空幹燥是基於這樣一(yī)基本原理:水的飽和蒸氣壓與溫度緊密(mì)相關,在真空狀態下,水的沸點降低,即在(zài)真空下操(cāo)作也就是在(zài)低溫下操作,可避免(miǎn)在高溫下營養成分維生素等的破壞,同時提高了幹燥速度。此外在(zài)真空係統中,單(dān)位體積內(nèi)空(kōng)氣的含量低(dī)於大氣中的含量,在這相對缺氧的環境(jìng)下進行食(shí)品幹燥可以減輕甚至避免食品(pǐn)中脂肪(fáng)的(de)氧化機會,色素褐變或其它氧(yǎng)化(huà)變質等,所以采用(yòng)真空幹燥獲(huò)得較好的食品質量。
2.傳統的真空幹燥裝置真空幹燥在食品、製藥、化工等行業有廣泛的應用(yòng),國內也開發和引進了(le)各種真空(kōng)
幹燥設備,其結構形式多種多樣。在食品工業中(zhōng)常(cháng)用的形式主(zhǔ)要有箱式、雙錐式真空幹(gàn)燥器,帶式真空幹燥器等。這些傳統(tǒng)的真(zhēn)空幹燥裝置主要采用熱風,蒸汽或電等加熱(rè),利用熱傳導,對流或輻射原理將(jiāng)熱量從外部傳到物料內部。
2.1箱式真空幹燥器箱式真空幹燥是曆史最悠久,也是(shì)最簡單的一種真空幹燥器,在真空幹(gàn)燥箱(xiāng)內有多塊中空加熱板,加(jiā)熱板裏麵一般通(tōng)蒸氣加熱,也可用電加熱或其它輻(fú)射加熱。物料放在金屬盤裏置於加熱板上,熱量通過熱傳導到達(dá)物料內部,使水份加熱蒸發。箱(xiāng)式(shì)真空幹燥器目(mù)前在實際(jì)中使用仍很普遍,適用於液體、漿體、粉體和散粒食品物料的幹燥(zào)。
2.2雙錐真空幹燥器雙錐真空(kōng)幹(gàn)燥器是使有對稱夾套的圓錐形容器回轉,借內部圓錐體本身的傾斜度使物(wù)料不斷被(bèi)攪拌,通過回轉接頭由回轉軸的一側送入蒸汽或加熱(rè)載體,並借助(zhù)於設另一端軸中心的帶過濾網的(de)排氣管排(pái)氣。雙錐真空幹燥器(qì)能達到較高真空度,內部結構簡單,清理容易,物料(liào)能全部排出。
2.3真(zhēn)空帶式幹燥器真空(kōng)帶(dài)式(shì)幹燥器是由一連續的不鏽鋼帶組成的,鋼帶繞過加熱滾筒和冷卻滾筒,結構(gòu)呈多層(céng)式,構成(chéng)幹燥器主體,然(rán)後納入密閉的真空室內。物料簿簿地平鋪(pù)在帶式加熱板上隨之運動,由於在真空條件下(xià),物(wù)料在加熱板上呈沸騰狀發泡,故成品具有多孔性;全(quán)係統為密閉操作,衛生條件好,實際(jì)操作真空(kōng)度100~10Kpa之間,加熱溫度為150℃左右,其(qí)運條(tiáo)件(幹燥溫度和時間)介於冷凍幹燥和噴霧幹燥之間,成品質量與冷凍幹燥很接(jiē)近,但冷(lěng)凍幹燥是間隙操作而真(zhēn)空帶式幹燥機(jī)是連續作(zuò)業,特別適合於熱敏性和極易氧化的食品(pǐn)的(de)幹燥,液態(tài)或(huò)漿狀物料勻可使(shǐ)用,食品中常用此幹燥橙汁、蕃茄(qié)汁、速溶茶等(děng)。
2.4真空滾筒幹燥機真空滾筒幹燥機將滾筒密閉在(zài)真空室內,在真空滾筒幹燥機中,進料、卸料和刮料等都必須從幹燥室外進行控製,因此幹燥成本很高,故隻能用於非常熱敏性食(shí)品的幹燥,如果汁、酵母、嬰(yīng)兒食品等(děng)。
3.真空幹燥裝置的新進展傳統的真空幹燥裝置大(dà)多采用熱傳導、對流或熱輻射的方式加熱,加熱速度慢(màn)且不(bú)夠均(jun1)勻,近幾年來,研究者將真空技術與微波加熱技術及其它幹(gàn)燥技術相結合,出現(xiàn)了一些(xiē)新的真空幹燥裝(zhuāng)置類(lèi)型。
3.1真空冷凍幹燥水有(yǒu)三種聚集狀(zhuàng)態,即液態、固態(tài)和汽態。隨(suí)著(zhe)壓力的不斷降低,冰點的變化不大,而(ér)沸點側越來(lái)越低,越來(lái)越靠(kào)近冰點。當壓力下降到某一值時,沸點即與冰點相結合,固態冰可以不經過液態而直接轉(zhuǎn)化為汽態(tài)。水的三相點壓力為(wéi)610.5Pa,三相點溫度(dù)為0.0098℃,在壓(yā)力低於三相點壓(yā)力時,固態冰可以吸收熱(rè)量直接(jiē)轉化為汽態的水(shuǐ)蒸汽,冷(lěng)凍幹燥(zào)的原理(lǐ)就在於此。真空冷凍(dòng)幹燥時,產品放在真空(kōng)室內,處在兩加熱板之間,利用低溫激發遠(yuǎn)紅外加熱,保證幹燥均勻,加熱板的溫度是(shì)按幹燥過程的加(jiā)熱曲線精確控製的。真空度(dù)的選擇要能保證整個幹燥過程(chéng)中所有(yǒu)水份都以冰的形式而不溶(róng)融,對於大多數蔬菜和肉類來說,選擇0.5~1Pa,相應(yīng)於25℃左右的升華溫度為適。由於真空冷凍幹燥食品是在很低的溫度下脫水,食品的營養成分(fèn)風味物質損失少,可(kě)以******限度地保(bǎo)留(liú)原有的營養和(hé)風(fēng)味,複(fù)水性極好,可在數秒至數分鍾內完成複原,其色、味、形與(yǔ)新鮮品基本完(wán)全相同。真空冷凍幹燥產(chǎn)品很多:有咖啡、速(sù)溶茶、果汁、草藥等(děng),蔬菜類有蔥、大蒜、薑、磨茹、肉類、鮮貝等。真空冷凍幹燥一(yī)次性投資很大,令很多食品廠家望而卻步,如丹麥的ATLAS的RAY50型凍幹設備(凍幹(gàn)麵積45m2)報價高達105萬美元,國產凍幹機剛剛(gāng)起步,質量方麵與國(guó)外產品還有很大的差距,此外真空冷凍幹燥的生產費用也較高,這是因為需要維持較高的真(zhēn)空和(-25℃)的低溫,幹燥時間長,能耗較高,這些因素使冷凍幹燥在食品工業中使用帶來很(hěn)大的阻力。
3.2噴射式連(lián)續真空(kōng)幹燥器又(yòu)稱(chēng)(Filtermat噴霧幹燥器)
噴(pēn)射式連續真空幹燥器又稱Filtermat噴霧幹燥器,相當於是帶式真空幹燥器與噴霧幹燥器的組合。Niro
Hudson公司研製的該種幹燥器成功地解決了粘性食品----如含糖量高(gāo)、含脂(zhī)肪量高或酸含量高的食品物料的幹(gàn)燥問題,粘性大的物料用傳統的噴霧幹燥器會(huì)發生粘(zhān)壁現象,幹(gàn)燥困難。幹燥過程中物料通過壓力噴(pēn)嘴(zuǐ)垂(chuí)直向下噴向噴霧幹燥室,熱空氣也向下噴,半幹(gàn)的粉末物(wù)料聚集在移動的網帶上,尾氣也由風機(jī)排(pái)出,幹燥好的物料在網帶上進(jìn)一步移動、冷卻、收集。由於噴霧塔(tǎ)內維持中等的(de)真空度(dù),熱風溫度隻需100℃左右,而一般的噴霧幹燥熱(rè)風溫度150℃左右,因而(ér)熱敏性物料損失(shī)少,同時降低了噴霧塔內的高度。
3.4微波真空幹燥微波是波長1.0~0.001m,頻率為300~300000MHz,具有穿透性的電磁輻射波,微波幹燥原理是:微波發生器(qì)將微波輻射到幹燥物料上,當微波射入(rù)物料(liào)內部時,透使水等(děng)極性分子隨微波的頻率作同(tóng)步旋轉,例如幹燥蔬(shū)菜類(lèi)製品采(cǎi)用915MHz的微(wēi)波,則蔬菜內的極性水分子等每秒(miǎo)轉動(dòng)9.15億次,水等(děng)極(jí)性分子作如此高速旋轉的結果使物料瞬時產生摩擦熱,導致物料表麵和內部同時升溫,使大量的水分子從物料逸出,達到物(wù)料幹燥的效果。傳(chuán)統的加熱方法如(rú)蒸汽、熱風、電等加熱是利用熱傳導、對流、輻射的原理將熱量(liàng)從外(wài)部傳物(wù)料內部(bù),由表及裏需要一定的時間,物料的熱傳導性能越差所需的時間就越長,因此加熱速度慢且受(shòu)熱不均(jun1)勻,能耗較高。微波加熱是使被加熱物體本身(shēn)成為發(fā)熱體,故稱之為內部加熱(rè)方(fāng)法,微波從四麵八方穿過食品,食品內外同時加(jiā)熱(rè),既(jì)不需要傳(chuán)熱介質,也(yě)不利(lì)用對流(liú),食品內外溫度同時上升,加熱速度快而均勻,僅需傳統加熱方法的幾分之一或(huò)幾十分之一,並能較(jiào)好保留食品(pǐn)中維生素及食品原有的色香味。有實驗表明(míng),曬幹的鮮菜其葉綠素、維生素等營(yíng)養成分僅剩(shèng)3%,陰幹則可保留17%,熱風快速幹燥可保(bǎo)留40%,微波幹(gàn)燥可保(bǎo)留60%~90%,真空冷凍幹燥可保留97%{2}。微波真空幹燥是將微波技術和真空技術(shù)有機地結合,充分發揮微波加熱快和(hé)均勻,真空條件下水汽化點低的特點(diǎn),是(shì)一項很有前途的幹燥技術。微波真(zhēn)空幹燥技術在法國、日本、美國近年來已由實驗室推向工業化生產,這種技術很適合於熱敏性食品(pǐn)的深加工。
美國加州(zhōu)大學與某公(gōng)司合作,使用微波真空幹燥無籽葡萄(táo)幹,保持了葡萄原(yuán)有的形狀和顏色,避免了過(guò)去傳統工藝(65℃熱空氣(qì)烘24小時)產(chǎn)品顏色、形狀、風味和營養成分變化的缺(quē)點,產(chǎn)品(pǐn)質量大大提高。法國國際微波公司(sī)製造的微波真空幹燥機(jī)(2450MHz,48Kw)微波真空幹燥室直(zhí)徑為1.5m,長度12m,加工速溶桔粉,產品不(bú)僅保持原有的色香(xiāng)味,其維生素的保留遠遠高於(yú)噴霧(wù)幹燥。近年(nián)來(lái)國內外(wài)對高檔脫水蔬菜的需求量很大,而脫水蔬菜的生產,其幹燥工藝是(shì)決定產品質量的關鍵,采(cǎi)用真空冷凍幹燥製備脫水蔬菜(cài)雖然質量好,但真空冷凍幹燥設備價格昂貴,生產成本高;80年(nián)代以來國外已(yǐ)有采用真空微波——熱風(45%~55%)生產脫水蔬菜,在質量上與冷凍幹燥工藝生產的產品相(xiàng)當,而一次性投資少,總成本有較大幅度下降。
4.結束語
真(zhēn)空幹燥具有幹燥溫度低,幹燥室內(nèi)相對缺氧,可避免脂肪氧化,色素褐變(biàn)等一係列優點,適合(hé)於熱敏感性(xìng)食品物料(liào)的幹燥,此外設備成本、幹燥費用也(yě)相對較低,真空幹燥在食(shí)品幹燥中點有重要的地位(wèi)。
真空幹燥與微波加熱技術或其它幹燥方法相結合,出現了不少新型的真空幹燥裝置,賦予(yǔ)了真空(kōng)幹燥新的(de)內涵及生命力。
真空微波幹燥吸收了微波(bō)加熱和真空幹燥兩者的優(yōu)點,是一種很有前途(tú)的幹燥技術,建議我國加快研製、開發真空微波幹燥(zào)裝置(zhì)。