CN101189980A - 热泵常压冷冻干燥制备脱水果蔬的方法 - Google Patents

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Abstract

热泵常压冷冻干燥制备脱水果蔬的方法是利用热泵技术的常压空气冷冻干燥工艺，果蔬制品先经过一级低温空气冷冻干燥预处理，再经二级高温热风对流干燥得到最终产品，产品收缩率低，复水快，质量高于常规热风对流干燥。整个密闭循环系统利用热泵机组回收利用水分蒸发的相变热量，热效率大幅度提高，而且系统在常压下连续运行，生产周期短，设备制造和操作费用均低于真空冷冻干燥。

Description

热泵常压冷冻干燥制备脱水果蔬的方法
所属技术领域
本发明涉及利用热泵技术的常压空气冷冻干燥工艺，属于食品加工技术领域，涉及食品加工方法的改进，主要用于果蔬制品的脱水处理。
背景技术
热风对流干燥是传统脱水果蔬的主要加工技术，生产方法简单，加工成本低，但存在产品收缩率高、复水性差、褐变严重等不足。目前，对于产品质量要求高的部分高档果蔬可以采用真空冷冻干燥(VFD)，即在真空条件下提供水分升华所需热量，从而进行干燥的冷冻干燥装置，虽然真空冷冻干燥能使产品最大限度的保持色香味形，营养成分和生物活性，但缺点在于材料整体冷冻，真空操作，生产周期长，设备投资和运行成本高，因此VFD技术应用受到限制，主要用于高附加值的医药、生物制品，而在大部分中等附加值脱水果蔬制品应用上受到很大限制。
常压冷冻干燥技术(Atmospheric Freeze Drying干燥介质内的水蒸气分压低于水的三相点压力611.73帕斯卡，在温度低于0.01℃条件下，被干燥产品内的水分(冰)可以在常压下直接升华为水蒸气)由Meryman在1959年首先在“科学”杂志发表。常压冷冻干燥在常压下操作，无需昂贵的真空维持辅助系统，设备制造费用低，干燥成品的产品质量接近真空冷冻干燥，好于常规热风干燥，具有较高的复水速度，较小的收缩率。Wolff同Gibert(1990)发现由于常压冷冻干燥速度由水蒸气在产品内部的扩散速度决定，对于被干燥原料的尺寸范围十分敏感，干燥时间长，相对真空冷冻干燥方法，运行费用降低不明显。
常规热泵干燥技术是利用相变工质，通过压缩机循环，回收利用干燥介质内水蒸气的潜热，提高干燥系统的热效率，通常工作在高温区间，节能效果显著，已经成功的在木材干燥中得到广泛应用(Carrington，1996)。
发明内容
本申请人开发出的热泵常压冷冻干燥制备脱水果蔬的方法，是利用热泵技术的常压空气冷冻干燥工艺，果蔬制品先经过一级低温空气冷冻干燥预处理，再经二级高温热风对流干燥得到最终产品。被干燥产品先在低温常压空气冷冻干燥器内进行冷冻和一级预脱水，根据产品质量要求不同，冷冻温度控制在-22℃，干燥温度控制在-16℃至-4℃，预脱水后产品湿基水分在40至50％，预脱水处理后的产品被送到高温对流干燥器内进行二级深度干燥，得到最终产品，干燥介质的温度在22℃至80℃可调。整个系统密闭循环，干燥介质经除尘器净化后，由热泵机组的蒸发器降温除湿，冷凝器再次加热后循环利用，水分蒸发的相变热量被重新利用，系统的热效率高，设备投资及运行费用都明显低于常规真空冷冻干燥。根据产品的颗粒尺寸和密度，两级干燥器可采用鼓泡流化床，喷动流化床，脉动流化床等流态化干燥装置，保证颗粒分散混合良好，产品水分均匀。
该热泵常压冷冻干燥制备脱水果蔬的方法，结合了冷冻干燥技术产品质量高和热泵干燥技术的热能利用率高，运行费用低的优点：
1、产品先经过常压冷冻干燥预脱水，降低果蔬制品因受热而造成的质量退化，并在干燥初期形成比较稳定的组织骨架，减小后期高温干燥的受热收缩，保持高的初始孔隙率，产品的质量品质与真空冷冻干燥接近，高于常规的热风干燥。
2、系统采用热泵技术，蒸发器提供干燥介质的降温除湿所需冷量，热泵工质将干燥介质冷却以及其中所含水蒸汽相变所释放的热量转移到冷凝器，提供常压冷冻干燥干燥介质再升温和二级干燥加热所需要的热量，热量循环回收利用，比常规热风干燥节能30％以上。
3、由于系统在常压下操作，取消了常规真空冷冻干燥的昂贵的真空系统，降低了设备的制造费用，采用了二级高温干燥，生产周期低于真空冷冻干燥，而且系统为连续运行，操作费用低。
4、在流态化常压冷冻干燥中，产品颗粒混合分散均匀，系统为密闭操作，对环境无污染。
附图说明
图1是本发明热泵常压冷冻干燥制备脱水果蔬的方法的示意图
图中1.一级常压冷冻干燥器，2.一级袋式除尘器，3.一级蒸发器，4.一级冷凝器，5.一级风机，6.压缩机，7.二级高温干燥器，8.二级袋式除尘器，9.二级蒸发器，10.二级冷凝器，11.二级风机，12.气力输送器。
具体实施方式
如图1所示，该热泵常压冷冻干燥制备脱水果蔬的方法，被干燥原料先由加料口14被加入一级低温常压冷冻干燥器1进行冷冻和预脱水，根据产品质量要求不同，冷冻温度控制在-22℃，干燥温度控制在-16℃至-4℃，预脱水后产品湿基水分含量在40％至50％，然后预脱水产品经气力输送器12送入二级高温干燥器7进行高温热风对流干燥得到最终产品，干燥介质的温度在20℃至80℃可调。整个系统密闭循环，离开两级干燥器的干燥介质分别由蒸发器3，9将温度降低到冰点和露点以下，分离所携带的水分(一级常压冷冻干燥采用两台蒸发器并联操作，满足持续除霜要求，保证连续操作)，经袋式除尘器2，8净化后由冷凝器4，10加热，提高干燥推动力，再次被一级风机5和二级风机11送入一、二级干燥器内循环利用。热泵机组的压缩机6用来保证蒸发器和冷凝器间的工质压缩和循环输送，两级干燥系统共用一台压缩机，工质循环量按比例调节(两级干燥系统也可以各自采用独立压缩机)。根据产品的颗粒尺寸和密度，两级干燥器可采用鼓泡流化床、喷动流化床、脉动流化床等装置，保证颗粒分散混合良好，产品水分均匀。
实施例：
1、苹果1cm3颗粒，一级低温干燥温度-8℃，半成品湿基水分含量50％；二级高温干燥温度25℃，成品湿基水分含量4％。
2、甜玉米，一级低温干燥温度-4℃，半成品湿基水分含量50％；二级高温干燥温度22℃，成品湿基水分含量5％。
参考文献：
Carrington C.G.，An Empirical Model for a Heat Pump Dehumidifier Drier.Int.J.EnergyRes.，Vol.20，853-869，1996
Meryman H.T.，Sublimation freeze drying without vacuum，Science 130：628，1959
Wolff E.，Gibert H.，Atmospheric Freeze Drying，Drying Technology 8(2)，385-428。

Claims (5)

1.如权力要求书所说，热泵常压冷冻干燥制备脱水果蔬的方法，是利用热泵的常压冷冻干燥工艺，果蔬制品先经过一级低温空气冷冻干燥预处理，再经二级高温热风对流干燥得到最终产品，干燥介质经除尘器净化后，由热泵机组的蒸发器冷冻脱水，冷凝器加热后循环利用。
2.根据权利要求1所述热泵常压冷冻干燥制备脱水果蔬的方法，其特征是：被干燥产品先在一级低温流化床常压空气冷冻干燥器内进行冷冻和预脱水，根据产品质量要求不同，冷冻温度控制在-22℃，干燥温度控制在-16℃至-4℃，预脱水后产品水分含量在40％至50％，干燥介质内的水蒸气分压低于611.7帕斯卡。
3.根据权利要求1所述热泵常压冷冻干燥制备脱水果蔬的方法，其特征是：经常压冷冻预脱水处理后的产品被送到二级高温对流干燥器内进行二次深度干燥，得到最终产品，干燥介质的温度在22℃至80℃可调。
4.根据权利要求1所述热泵常压冷冻干燥制备脱水果蔬的方法，其特征是：整个系统为密闭循环系统，干燥介质的除湿和再加热在封闭系统内由热泵机组的蒸发器和冷凝器完成。
5.根据权利要求1所述热泵常压冷冻干燥制备脱水果蔬的方法，其特征是：根据产品的颗粒尺寸和密度，可采用鼓泡流化床，喷动流化床，脉动流化床等流态化干燥装置，保证颗粒分散混合良好，产品水分均匀。
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