真空幹(gàn)燥在食品工業中有廣泛的重要的應用,進幾年來,真空技術與微波加熱技術和其它(tā)幹燥技術相結合,出現了一些新的真(zhēn)空幹燥裝置類型,提出了我國(guó)應(yīng)加快研製開發真空微波幹燥裝置(zhì)的新觀點。
0.
前言當前,食品加工技術的一個重要發展(zhǎn)趨勢是^大限度地(dì)保(bǎo)持食品的營養和色香(xiāng)味,而幹燥(zào)工藝和設備的選擇對食品產品的營養、色香味(wèi)有很大影響。食品幹燥有很多與“食品”相聯係的特點,它不同於化工產品的幹燥,前者需要考慮食品衛生、營(yíng)養損失、色香味變化等等,對幹燥溫度和時間有嚴格限製(zhì);食品(pǐn)幹(gàn)燥又(yòu)不同於醫藥(yào)產品的幹燥,因為食品往往是低(dī)附加值產品,而藥品一般是高附加(jiā)值產品,前者必須考慮幹燥過程的經濟性。圍繞著“質量和經濟”,近年來食品幹燥技術和設備還是取(qǔ)得了不少(shǎo)進步,而其中真空與其(qí)它幹燥方法或加熱(rè)技(jì)術相結合,賦予了真空幹燥裝置新的內涵和生命力。
1.
食品真空幹燥的特點真空幹燥是基(jī)於這樣一基本原理:水的飽和蒸氣壓與溫度緊密相關,在真空(kōng)狀態下,水的沸點降低,即在真空下操(cāo)作也就是在低(dī)溫下操作,可避免在高溫下營養成(chéng)分維(wéi)生素等的破壞,同時提高了幹燥速度。此外在真空係統中,單位體積內空氣的含量低於(yú)大氣中(zhōng)的含量,在這(zhè)相對缺氧的環(huán)境下進行食品幹燥可以減輕(qīng)甚至(zhì)避免食品中脂肪的氧化機(jī)會,色素褐變或(huò)其它氧化變質(zhì)等,所以采用真空幹燥獲(huò)得較好的食品質量(liàng)。
2.
傳統的真(zhēn)空幹燥裝置真空幹燥在(zài)食品、製藥、化工等行業有廣泛的應用,國內也開發和引(yǐn)進了各種真空(kōng)幹燥設(shè)備,其結(jié)構形式(shì)多種多樣。在食品工業(yè)中常用(yòng)的形(xíng)式主要有箱式、雙錐(zhuī)式真空幹(gàn)燥器,帶式真(zhēn)空幹燥器(qì)等。這些傳統的真空幹燥裝置主要采(cǎi)用熱風,蒸汽或電等加熱(rè),利用熱傳導,對流或輻射原理將熱量從外部傳到物料內部(bù)。
2.1箱式真空(kōng)幹燥器箱式真空幹燥是(shì)曆(lì)史(shǐ)^悠久,也是^簡單的一種真空幹燥器,在(zài)真空幹燥箱內有多塊(kuài)中空加熱板,加熱板裏麵(miàn)一般(bān)通蒸氣加熱,也可用電加熱或其它輻射加熱。物料放在金屬盤裏(lǐ)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。箱式真空幹燥器目前在實(shí)際中使用仍很普遍,適用於(yú)液體、漿體、粉體和散粒(lì)食品(pǐn)物料的幹燥。
2.2雙錐真空幹燥器雙錐真空幹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(xié)度使物料不斷被攪拌,通過(guò)回轉接頭由回轉軸的一側送入蒸汽(qì)或加熱載體,並借助於設(shè)另一端軸中心的帶過濾網的排氣管排氣。雙錐真空幹燥器(qì)能達到較高真空度,內部結構簡單,清理(lǐ)容易,物料能全(quán)部排(pái)出。
2.3真空帶(dài)式(shì)幹燥器真空帶式幹(gàn)燥器是由一連續(xù)的不鏽鋼帶組成(chéng)的,鋼(gāng)帶繞過加(jiā)熱滾筒和冷卻滾筒,結構呈多(duō)層式,構(gòu)成幹燥器主體,然後納入密(mì)閉的真空室內。物料簿簿地平鋪在(zài)帶式加熱板上隨之運(yùn)動,由(yóu)於在真(zhēn)空條件(jiàn)下,物料在加熱板上呈沸騰狀發泡,故成品具有多孔性;全係統為密閉操作,衛生條件(jiàn)好,實際操作真空度100~10Kpa之間,加熱(rè)溫度為150℃左(zuǒ)右(yòu),其運條件(幹燥溫度和時間(jiān))介於冷凍幹燥和噴霧幹燥(zào)之間,成品質(zhì)量與冷凍幹燥很(hěn)接近,但(dàn)冷凍幹燥是間隙操作而真空帶式幹燥機是連續作業,特別適合於熱敏性和極易氧化的(de)食品的幹燥,液態或漿狀物料勻可使用,食品中(zhōng)常(cháng)用此幹燥橙汁、蕃茄(qié)汁、速溶(róng)茶等。
2.4真空滾筒幹燥(zào)機真(zhēn)空滾筒幹燥機將(jiāng)滾(gǔn)筒密(mì)閉在真空室內,在真空滾筒(tǒng)幹燥機中,進料、卸(xiè)料和刮料等都(dōu)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(fēi)常熱敏性食品的幹燥,如果汁、酵母、嬰兒食品等。
3.
真空(kōng)幹燥裝置的(de)新進展傳統的真空幹燥裝置大多(duō)采用熱傳導、對流(liú)或熱輻射的方式加熱,加熱(rè)速度慢且不夠均勻,近幾年來,研究者將真空技術(shù)與微波加熱技術及其它幹燥技術相結合,出現了一些新的真空幹燥裝置類型。
3.1真空冷凍幹燥水有三種聚集狀態,即液態、固態和汽態。隨著壓力的不斷降低,冰點的變化不大,而沸點側越來越低,越來越靠近冰點。當壓力(lì)下降到某一值時,沸點(diǎn)即(jí)與冰點相(xiàng)結合,固態冰可以不經過液態而直接轉化為汽態。水的三相點壓力(lì)為(wéi)610.5Pa,三相(xiàng)點溫度為0.0098℃,在壓力低於三相(xiàng)點壓力時,固態冰可以吸收熱量直接轉化為汽態的水蒸汽,冷凍幹燥的原理就在於此。真空冷凍幹燥時(shí),產品放在真空(kōng)室內,處在兩加熱板之間,利用(yòng)低(dī)溫激發遠紅外加熱,保證幹燥均勻,加熱板(bǎn)的溫度(dù)是(shì)按幹燥過程的加熱曲線(xiàn)^控製的。真空度的選擇要能保證整個幹燥過程中所有水份都以冰的形式而(ér)不溶融,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(de)溫(wēn)度下脫水,食(shí)品的營養成分風味物質損失少,可以^大限度地保留原有(yǒu)的(de)營養和風味,複水性極好,可(kě)在數秒至數分鍾內完成複原,其色、味、形與新(xīn)鮮品基本完全相(xiàng)同。真空冷凍幹燥(zào)產品很多:有咖啡、速溶茶、果汁、草藥等,蔬菜類有蔥、大蒜、薑、磨茹、肉類、鮮貝(bèi)等。真空冷凍幹燥一次(cì)性投資很大(dà),令很多食品廠家望而卻步(bù),如丹麥的ATLAS的RAY50型凍幹設備(凍幹麵積45m2
)報價高達105萬美元,國產凍幹機剛剛起步,質量方麵與國(guó)外產品(pǐn)還有很大的差距,此外真(zhēn)空冷凍幹燥的生產費用也(yě)較高,這是因為需要維持較(jiào)高的真空和(-25℃)的低溫,幹燥時間長,能耗較高,這些(xiē)因素使冷凍幹燥在食品工業中使用帶來很大的(de)阻力。
3.2噴射式連續真(zhēn)空幹燥器又(yòu)稱(Filtermat噴霧幹燥器)
噴射(shè)式連續真空幹燥器(qì)又稱Filtermat噴霧幹燥器,相當於(yú)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(rú)含糖量高、含脂肪量高或酸含量高的食(shí)品物料的幹燥問題,粘性大的物料用傳(chuán)統的(de)噴(pēn)霧幹燥器會發(fā)生粘壁現象,幹燥困難。幹燥過程中物(wù)料通過壓力噴嘴垂直向下噴向噴霧(wù)幹燥室,熱空氣也向下噴,半幹的粉末(mò)物料聚集在移動的網帶上,尾氣也由風機排出,幹燥好的物料(liào)在網帶上進一步移動(dòng)、冷(lěng)卻、收集。由於噴霧(wù)塔(tǎ)內維持中等的真(zhēn)空度,熱風溫度隻需100℃左右,而一般的(de)噴霧幹燥熱風溫度(dù)150℃左右,因而熱敏性物料損失少,同時降低了噴(pēn)霧塔內的高度。
3.4微波(bō)真空幹燥微波是波(bō)長1.0~0.001m,頻率為300~300000MHz,具有穿透性的(de)電(diàn)磁輻射波,微波幹燥原理(lǐ)是(shì):微波發生器將微波輻射到幹燥(zào)物料上,當微波射入物料內部(bù)時(shí),透使水等極性分子隨微波的頻率作同步旋轉,例如幹燥蔬菜類製(zhì)品采用915MHz的微波,則蔬菜內的極性水(shuǐ)分子等每秒轉動9.15億次,水等極性分子作如此高速旋轉的結果使物料瞬時產生摩擦熱,導(dǎo)致物料表麵和內部同時(shí)升溫,使大量的水分子(zǐ)從物(wù)料(liào)逸出,達到物料幹燥的(de)效果。傳統(tǒng)的加熱(rè)方法如蒸汽、熱(rè)風、電等加熱是利用熱傳(chuán)導、對流、輻射的原理將熱量從外部傳物料內(nèi)部,由表及裏需要(yào)一定的時間(jiān),物料的熱傳導性(xìng)能越差所需的時間就越長,因(yīn)此(cǐ)加熱速度慢且受熱不均勻,能耗較(jiào)高。微波加熱是使被加熱物體本身成(chéng)為發(fā)熱體,故稱之為內部加熱方法(fǎ),微波從四麵八方穿過食品,食品內外同時加熱,既不需要傳熱介質,也不利用對流(liú),食品內外溫度同時上升,加熱速度快而均勻,僅需(xū)傳統加熱方法的(de)幾分之一或幾^之一,並能較好保留食品中維生素及食品原有的色香味。有實驗表明,曬幹的鮮(xiān)菜其葉綠素、維生素等營(yíng)養成分僅剩3%,陰幹(gàn)則可保留17%,熱風快速幹燥可保(bǎo)留40%,微波(bō)幹燥可保留60%~90%,真(zhēn)空冷凍幹燥可保留97%{2}。微波真空幹燥是將微(wēi)波技術和真空技術有機地結合,充分發揮(huī)微波加熱快(kuài)和均勻,真空(kōng)條件(jiàn)下水汽化點低的特點,是一項很有(yǒu)前途的幹燥技術。微波真空(kōng)幹燥技術在法國、日本、美國近年來已由實驗室推向工業化(huà)生產,這種技術很適合於熱敏性食品的深加工。
美國加州大學與某公司合作,使用微波(bō)真空幹燥無籽葡萄幹,保持了葡萄原有的(de)形狀(zhuàng)和顏色,避免了過去傳統工藝(65℃熱空氣烘24小時)產品顏色、形狀、風(fēng)味(wèi)和營養(yǎng)成分變化的缺點,產品質量大大提高。法國(guó)國際微波公司製造的微(wēi)波真空幹燥機(2450MHz,48Kw)微波真空幹燥室直徑為1.5m,長度12m,加工速溶桔粉(fěn),產品不僅保持原有的色香味(wèi),其維生(shēng)素的保(bǎo)留遠遠高於噴(pēn)霧幹燥。近年來國內外對高檔脫水蔬菜的(de)需求量很大,而脫水蔬菜的生產,其幹燥工藝是決定產品質量(liàng)的(de)關鍵,采用真空冷凍幹燥製備脫水蔬菜雖然質量好,但真空冷凍幹燥設備價格昂貴,生產成(chéng)本高;80年代以來(lái)國外已有采用真空微波——熱風(45%~55%)生(shēng)產脫水蔬菜,在質量上與(yǔ)冷(lěng)凍幹燥工藝生產的產品相當,而一次性投資少,總成本有較大幅度下降。
4. 結束語(1)
真空幹燥具有幹燥溫度低,幹燥室內相對缺氧,可避免(miǎn)脂肪氧化,色素(sù)褐變等一係列優點,適合於熱(rè)敏感性食品物料的幹(gàn)燥,此外設備成本、幹燥費用也相對較低,真空幹燥在食品幹(gàn)燥中點有重要的地位(wèi)。(2)
真空幹燥與微(wēi)波加(jiā)熱技術或其它幹(gàn)燥方法相結合,出現了不少新型的真空幹燥裝置,賦予了真空(kōng)幹燥新(xīn)的內(nèi)涵(hán)及生命力(lì)。(3)
真空微波幹燥吸收了微波加熱和(hé)真空幹(gàn)燥兩者的優點,是一種很有前途的幹燥技術,建議我國加(jiā)快研製、開發真空(kōng)微波幹燥裝置。