вакуумной сублимационной сушки для пищевой промышленности

---

В этом документе представлены некоторые ключевые вопросы и результаты исследований технологии вакуумной сублимационной сушки в области применения пищевых продуктов, а также кратко изложены технологии вакуумной сублимационной сушки для обеспечения качества продукта, повышения скорости сушки, мер по экономии энергии и сокращению выбросов, а также направления развития.

Технология вакуумного замораживания – это метод сушки, при котором материал предварительно замораживается до температуры ниже точки эвтектики, а влага в материале удаляется сублимацией при определенных условиях вакуума. Охлаждение, нагрев и вакуум – три основных метода. Состав операционной системы. Поскольку пищевые продукты, обработанные по технологии вакуумной сублимационной сушки, поддерживают низкотемпературное состояние, избегают воздействия высокой температуры на пищевые продукты, могут в максимальной степени поддерживать питательность, цвет, форму и вкус сырья, а продукт имеет низкое содержание воды и хорошую регидратацию, и он постоянно учитывается Это лучший сухой метод для производства продуктов питания высокого качества. В последние годы технология сублимационной сушки пищевых продуктов широко используется в пищевой, медицинской, медицинской и других отраслях промышленности, многие из которых оценивают такие ценные продукты, как морской огурец, женьшень, пиявки, морские гребешки и т. Д., С использованием технологии вакуумной сублимационной сушки. Качество и добавленная стоимость продуктов питания.

При использовании технологии вакуумной сублимационной сушки для обработки пищевых продуктов необходимо обратить внимание на несколько ключевых вопросов, в противном случае это не только напрямую повлияет на качество перерабатываемых продуктов, но и приведет к потере энергии. Основываясь на горячих точках исследований и прогрессе в области технологии вакуумной сублимационной сушки в стране и за рубежом, в статье обобщены технологии вакуумной сублимационной сушки для повышения скорости сушки, требований к энергосбережению и сокращению выбросов, а также приведены рекомендации по применению технологии вакуумной сублимационной сушки в пищевых продуктах.

1 Эвтектическая точка и точка плавления

Точка эвтектики и точка плавления являются важными физическими параметрами, которые следует учитывать при лиофилизации, которые непосредственно влияют на качество лиофилизированных продуктов. Следовательно, перед выполнением процесса вакуумной сублимации пищевых продуктов необходимо сначала понять точку эвтектики и точку плавления  пищи, чтобы сформулировать разумные параметры процесса для замораживания пищевых продуктов, улучшить качество продукта, сократить время сушки вымораживанием и снизить потребление энергии.

1.1 Эвтектическая точка питания

Точка эвтектики пищевого продукта относится к температуре материала, когда влага в пищевом материале полностью заморожена. Перед тем, как пища подвергнется сушке вымораживанием, материал необходимо предварительно заморозить. Если температура замораживания материала слишком низкая, время сушки вымораживанием будет продолжительным и расточительным. Энергия: если температура замерзания установлена слишком высоко, материал не полностью замерз, материал вызывает частичное кипение и пенообразование в биохимическом процессе, а удаление влаги из пищи не может быть обеспечено, что приводит к деформации, размягчению или даже распаду, что приводит к лиофилизации. Продукт затвердевает, а качество продукта ухудшается. Поэтому температуру предварительного замораживания в процессе вакуумной сублимационной сушки следует устанавливать в соответствии с точкой эвтектики материала.Для обеспечения полного замораживания пищевого продукта температуру предварительного замораживания пищевого материала обычно устанавливают на 5-10 ° C ниже, чем точка эвтектики.

1.2 Точка плавления продуктов питания

Точка плавления пищи – это температура, при которой пища, полностью замороженная в лед, поднимается, когда температура ледяного кристалла начинает таять. Точка эвтектики и точка эвтектики пищи представляют собой два противоположных процесса, но эти две температуры не совпадают. Точка эвтектики одного и того же пищевого материала ниже, чем точка эвтектики. Это происходит потому, что точка эвтектики все заморожена в пище. Температура, при которой точка эвтектики – это температура, при которой уже замороженный материал начинает плавиться. Как правило, когда пищевой материал высушивается, температура нагрева не может быть выше температуры точки плавления материала, в противном случае внутри материала будут образовываться пузырьки, и произойдут плавление и усадка. Даже не гарантируется, что вся влага удаляется путем испарения, что влияет на содержание влаги и качество лиофилизированного продукта.

1.3 Определение точки эвтектики и точки плавления

Точное измерение точки эвтектики и точки плавления пищевых материалов имеет большое значение для оптимизации процесса сушки вымораживанием пищевых продуктов, обеспечения качества сублимированных продуктов и снижения энергопотребления. В настоящее время методы измерения точки эвтектики и точки плавления пищевых материалов в основном включают в себя метод прямого наблюдения низкотемпературного микроскопа, метод электрического сопротивления, дифференциальную сканирующую калориметрию (DSC), алгоритм проталкивания математических формул и т. Д., И наиболее широко используемым является метод сопротивления. Обладает простотой в эксплуатации, хорошей стабильностью и широким диапазоном измерений.

2 Температура обвала (распада)

Температуру обвала пищи также называют температурой распада. Она относится к температуре на стадии лиофилизации и сублимации. При повышении температуры продукт теряет свою жесткость и начинает становиться липким. Температура аналогична явлению обрушения, таяния или вспенивания оползня. Свертывание в процессе будет серьезно влиять на качество продукта. Поэтому необходимо предотвращать возникновение разрушения во время сушки вымораживанием пищевого материала. Это разрушение главным образом связано с процессом получения продукта и природой самого материала. Различные параметры сублимационной сушки оказывают влияние на возникновение разрушения.Например, Zuo Jianguo и другие использовали микроскопию сублимационной сушки для изучения влияния скорости охлаждения, давления сублимации и массовой доли раствора на температуру разрушения сухого слоя во время процесса сублимационной сушки. Результаты показывают, что для 10% Для бинарного раствора сахароза / вода скорость охлаждения не оказывает очевидного влияния на температуру коллапса, в то время как для тройного раствора 10% трет-бутанол / 10% сахароза / вода температура коллапса значительно уменьшается с увеличением скорости охлаждения, давление по сравнению с температурой коллапса Эффект незначительный, массовая доля раствора различная, а температура коллапса незначительно изменяется. Тем не менее, процесс оптимизации может уменьшить возникновение коллапса. Dong Huilong и другие исследовали факторы, влияющие на разрушение лиофилизированных чипсов папайи. Результаты показали, что предварительная обработка бланшированием и отверждением может замедлить разрушение лиофилизированных продуктов. Скорость замораживания мало влияет на качество продукта, но недостаточное время замораживания может привести к разрушению лиофилизированного продукта.

На температуру распада также влияют физические свойства самого пищевого материала. У некоторых пищевых продуктов температура распада выше, чем температура точки эвтектики. Когда выполняется операция лиофилизации, температура продукта контролируется так, чтобы она была ниже температуры точки эвтектики, а у некоторых продуктов температура распада ниже температуры. Температура точки эвтектики должна тщательно контролироваться для температуры дезинтеграции во время операции лиофилизации. В настоящее время измерение температуры разрушения затруднено, и его необходимо измерять с помощью лиофилизирующего микроскопа. В последние годы во многих исследованиях использовались сублимационные защитные средства, чтобы избежать разрушения продукта с целью экономии энергии и защиты форм продукта.

3 Скорость сушки и потребление энергии сушки

Скорость сушки и энергопотребление определяют стоимость применения технологии вакуумной сублимационной сушки в пищевых продуктах. Обычно скорость сушки материала напрямую связана с потреблением энергии: чем выше скорость сушки, тем меньше время и меньше потребление энергии. Проблема высокого энергопотребления остается узким местом в применении технологии вакуумной сублимационной сушки в пищевых продуктах. В настоящее время существуют в основном следующие способы улучшения скорости сушки и снижения энергопотребления пищевых продуктов методом оптимизации процесса.

3.1 Контролировать соответствующую скорость предварительного замораживания

Предварительная заморозка пищевого сырья является обязательным условием процесса сублимационной сушки. Исследования показали, что быстрое предварительное замораживание и медленное предварительное замораживание оказывают существенное влияние на время сублимационной сушки, необходимое для пищевых материалов. Быстрое предварительное замораживание требуется для медленного предварительного замораживания. Время лиофилизации велико, потому что кристаллы льда, образующиеся во время быстрого предварительного замораживания пищи, являются небольшими, а плотные кристаллы льда препятствуют сублимации льда. При медленном предварительном замораживании кристаллы льда, образующиеся в продукте, являются большими, и проводится сравнение между кристаллами льда. Большие промежутки могут способствовать сублимации льда, но чем больше кристаллы льда, тем больше влияние на качество лиофилизированных продуктов.Особенно, когда некоторые биологические продукты лиофилизируются, крупные кристаллы льда, полученные при медленном предварительном замораживании, разрушают клеточную структуру. Требования к продукту не высоки, вы можете рассмотреть возможность увеличения скорости сушки вымораживанием путем медленного предварительного замораживания.

3.2 Отрегулируйте концентрацию жидкой пищи или измените форму твердой пищи

Для лиофилизации жидких пищевых продуктов необходимо полностью учитывать концентрацию раствора. Если концентрация слишком высока, это не способствует сублимации воды. Если концентрация слишком низкая, хотя и хороша для сублимации, это приведет к потере времени из-за высокого содержания воды. При использовании технологии сублимационной сушки для сушки жидких пищевых продуктов необходимо полностью измерить взаимосвязь между потреблением энергии и качеством продукта, а также изучить возможность оптимизации оптимальной концентрации сублимационной сушки, тем самым увеличив скорость сублимационной сушки.

Когда твердую пищу лиофилизируют, нарезка и измельчение в порошок являются лучшими методами для увеличения площади теплопередачи и увеличения скорости лиофилизации. Например, для повышения скорости сушки вымораживанием можно использовать липы Peng Bangzhu и другие кусочки киви, Liu Qing и др. Обнаружили, что форма, цвет, свежесть и аромат ломтика Agaricus bisporus были хорошими, когда толщина среза составляла 4 мм, а время сушки сублимацией было значительно сокращено. В настоящее время на рынке нарезаны лиофилизированные продукты, такие как сублимированные ломтики яблок, сублимированные ломтики клубники, сублимированные ломтики лимона и т. д, которые в настоящее время продаются на рынке. Однако, если форма твердой пищи является строгой, можно рассмотреть возможность прокалывания пищевого материала, увеличения массообмена через проницаемость прокалывающего отверстия и увеличения скорости сушки вымораживанием.

3.3 Контроль количества и толщины пищевого сырья

Различные типы лиофилизаторов имеют наибольшую способность улавливать воду. Если влажность загруженного материала превышает максимальный улов воды, продукт не достигнет определенной степени сухости, что приведет к сбою сушки, если загружаемый материал слишком мал, хотя Увеличит скорость сушки вымораживанием, но это приведет к космическим отходам и увеличит стоимость продукта. Следовательно, перед лиофилизацией необходимо определить соответствующее количество пищевого материала в зависимости от способности улавливать воду холодной ловушки. В лотке для сублимационной сушки контроль соответствующей толщины материала может снизить теплопередачу, сопротивление массопередаче и увеличить скорость сушки, а Чжан Гуанцзе и другие определили оптимальную толщину материала вакуумного сублимированного порошка имбиря 2 мм, выход продукта, содержание воды и сенсорные характеристики лучше. В реальном производственном процессе, если толщина материала слишком мала, объем загрузки будет естественным образом уменьшаться, и скорость лиофилизации будет увеличиваться при увеличении стоимости лиофилизированного продукта. Следовательно, толщина материала не настолько мала, насколько это возможно, и загрузка на единицу площади составляет Пищевое сырье должно всесторонне учитывать количество сырья, установленного на скорость и стоимость сушки, в зависимости от емкости водоотделителя, свойств материала, способа нагрева и эффективности сушки.

3.4 Установите соответствующий вакуум

Энергопотребление вакуума при сублимационной сушке составляет около 26% от общего энергопотребления сублимационной сушки. Чем ниже вакуум, тем лучше передача энергии, но сопротивление диффузии водяного пара увеличивает потребление энергии. В реальном процессе лиофилизации существует оптимальный вакуум для каждого пищевого материала, поэтому потребление энергии можно минимизировать. Го Шугуо и другие изучили процесс вакуумной сублимационной сушки огурца и обнаружили, что степень вакуума составляет 60 Па, а эффект лучше при 50 Па и 70 Па. Поэтому на стадии сублимационной сушки оптимальная степень вакуума должна быть оптимизирована в соответствии с температурой холодной ловушки, на степень вакуума Y лиофильной сушилки влияет Температура ловушки и производительность вакуумного насоса определены. На стадии сублимационной сушки, чем ниже температура холодной ловушки, тем выше степень вакуума, способствующая конденсации водяного пара и увеличивающая скорость сушки вымораживанием, но для высокого вакуума предъявляются особые требования к вакуумному насосу. Если вакуум слишком высокий, потребление энергии в вакууме будет увеличено; Процесс лиофилизации находится на стадии аналитической сушки, вакуум в сушильной камере должен постепенно уменьшаться, чтобы способствовать теплопередаче и массообмену, и достигается цель снижения потребления энергии при лиофильной сушке.

3.5 Контролировать температуру нагрева сепаратора

В настоящее время большая часть оборудования для вакуумной сублимационной сушки оснащена перегородочным нагревательным устройством для повышения энергии, необходимой для сублимации материалов. Дуан Цзянлян и другие исследователи установили, что температура полки увеличивается на 10 ° C, и время сублимационной сушки будет укороченный на 2 часа, видно, что увеличение температуры полки может увеличить скорость сушки. Регулирование температуры полки включает в себя регулирование температуры замороженного слоя и высушенного слоя. Вначале должно быть гарантировано, что температура замороженного слоя будет ниже, чем точка эвтектики, и чем выше, тем лучше для температуры высушенного слоя температура не повышается. В условиях коллапса или денатурации продукта попытайтесь использовать более высокую температуру сепаратора. На стадии аналитической сушки обратите особое внимание на разницу между температурой продукта и температурой сепаратора, поддерживайте температуру сепаратора выше, чем температура образца примерно на 5 ° C, и для мелкомасштабного замораживания. Сушилки должны пытаться уменьшить влияние контроля теплового излучения. Температура полки должна подниматься медленно, но, как правило, не выше, чем 70 ° C. Для некоторых активных биологических продуктов следует поддерживать более низкую температуру сепаратора.

4 Разработка комбинированной технологии сушки вымораживанием

4.1 Технология микроволновой вакуумной сублимационной сушки

В последние годы исследователи использовали микроволновое излучение в качестве метода теплопередачи в сочетании с высокоэффективной технологией нагревания микроволновым излучением и технологией вакуумной сублимационной сушки для создания технологии микроволновой вакуумной сублимационной сушки, в основном с использованием микроволнового излучения в замороженном состоянии, электромагнитной энергии Преобразуется в тепловую энергию, необходимую для сублимации влаги в материале. Университет Цзяннань разработал микроволновую машину сублимационной сушки и технологию. Технология микроволновой вакуумной сублимационной сушки используется для тщательной обработки обезвоживания пищи, которая может эффективно поддерживать качество продуктов питания и увеличить скорость сушки в 4-20 раз. Ма и др. Также доказали это экспериментально. Микроволновый нагрев стейка толщиной 13 мм, время сушки всего 4 ~ 6 ч, а при нагревании проводимостью время сушки составляет 11 ~ 13 ч. Однако недостатком является то, что стоимость оборудования высока, и оно в основном используется в продуктах с высокой ценностью, а крупномасштабное применение все еще находится на стадии исследования.

4.2 Технология распылительной сублимационной сушки

Распылительная сушка и сушка вымораживанием объединяются в новую технологию распылительной сушки вымораживанием, впервые описанную в европейском патенте, которая использует очень низкую температуру жидкого азота для образования капель путем прямого распыления материала, подлежащего сушке, на жидкий азот. Порошок льда быстро образуется в жидком азоте, а затем продукт высушивается в условиях вакуумной сублимационной сушки. Технология распылительной сублимационной сушки в основном используется при производстве порошкообразных лекарственных препаратов и пищевых продуктов, что может значительно сократить время сублимационной сушки.

4.3 Сублимационная сушка в сочетании с сушкой горячим воздухом

Полностью учитывая потребление энергии и качество продукции, многие исследователи начали изучать использование методов совместной сушки для сушки пищевых материалов, которые представляют собой сочетание традиционных технологий сушки горячим воздухом и сублимационной сушки. Сюй Яньян и др. Использовали технологию вакуумной сублимационной сушки в сочетании с технологией сушки горячим воздухом для сушки побегов бамбука.Результаты показали, что комбинированный метод сушки снижает энергопотребление примерно на 41,0% по сравнению с одиночной сублимационной сушкой. Среди них продукты с первым горячим воздухом и затем лиофилизированным имеют плохое общее качество.После лиофилизации и затем сушки горячим воздухом могут быть получены продукты с лучшим качеством, что свидетельствует о превосходстве технологии сублимационной сушки в поддержании формы продукта и поддержании качества продукта.

4.4 Сушка вымораживанием в сочетании с вакуумной микроволновой сушкой

Вакуумная микроволновая печь сочетает в себе преимущества вакуумной и микроволновой сушки, благодаря чему пищевые материалы могут быть быстро высушены, но чрезмерная скорость их сушки вызовет большую деформацию ломтиков фруктов и овощей, влияющих на качество внешнего вида продукта, исследователи заморозят и вакуум Микроволновые сушильные комбайны дополняют друг друга, улучшая качество продукции и снижая энергопотребление. Song Wei и др. Использовали комбинацию сушки вымораживанием и микроволнового вакуума для производства фруктов и овощей. В результате качество продукта было близко к сублимированным продуктам с точки зрения цвета, состава питательных веществ и регидратации, а потребление энергии таблетками обезвоженной моркови было снижено на 56%. Энергопотребление чипа снижено на 20%. Цянь Гелан и другие использовали вакуумную микроволновую печь и комбинацию сублимационной сушки, чтобы уменьшить потребление энергии на сушку ломтиков моркови.Обнаружено, что два комбинированных процесса сушки были на 47,0% и на 54,2% более энергоэффективными, чем простая сублимационная сушка, и время сушки можно сократить вдвое.

5 Перспектив

Лиофилизированные продукты привлекли больше внимания потребителей благодаря их преимуществам в поддержании пищевого питания и низком содержании влаги, однако при применении технологии вакуумной сублимационной сушки для обработки пищевых продуктов следует уделять внимание качеству продукта и энергопотреблению, а технологию обработки следует совершенствовать. Применение сухой комбинации и других методов для улучшения качества продукта и снижения себестоимости является важным направлением развития технологии вакуумной сублимационной сушки в пищевых продуктах в будущем.