CN102226632A - 一种集真空、微波、冰温技术实施干燥的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集真空、微波、冰温技术实施干燥的装置及方法。装置由真空、制冷、微波加热和检测控制系统组成，真空干燥室置于微波加热系统的加热腔内，真空干燥室侧壁上连通一管道，管道伸出加热腔侧壁后与冷阱连接，冷阱经管道依次与手动阀、电磁真空压差阀、电阻规、真空表、真空泵连接；冷阱与制冷系统连接；可编程PLC模块分别与液晶显示屏、光纤测温仪、微波加热系统、压强自控仪、继电器和温度传感器连接；干燥方法：首先将真空干燥室抽真空，然后将物料快速均匀降温到“冰温带”，检测控制系统适时对真空压力，物料温度和微波功率进行调控，保证物料维持在活性状态下进行干燥。本发明可提高产品质量，缩短干燥时间，降低能耗。

Description

一种集真空、微波、冰温技术实施干燥的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种集真空、微波、冰温技术实施干燥的装置及方法，属于食品、生物药品等干燥技术领域。

背景技术

在食品的低温贮藏中，贮藏温度在0℃至10℃称为冷藏，低于0℃称为冷冻。食品的冰点又称冻结点均低于0℃，当其温度高于冰点时，细胞始终处于活体状态。山根昭美博士把0℃以下、冰点以上的温度区域定义为该食品的“冰温带”。

目前真空包装、冰温贮藏均用于食品保鲜技术领域。冰温技术(Controlled Freezing Point)是继冷藏和气调贮藏之后的第三代保鲜技术，在日本、美国等一些国家得到了迅速发展。研究表明冰温处理的样品比冷藏样品的货架期长。具体体现在微生物增殖慢、干耗少。例如：真空加冰温(-1.4℃～-3.6℃)大西洋鲑鱼片，保藏的货架期是冷冻保藏的2倍。冰温技术在我国的研究近年来受到关注，研究结果表明冰温储藏猕猴桃和香梨分别为80天和100天，好果率达93％，远优于普通冷藏；冰温库低温高湿条件能保持水分可显著降低干耗。-0.5℃冰温储藏的羊肉12天时仍能基本保持原有的鲜度，与普通冷藏相比延长保鲜时间50％以上，与冻藏相比提高了羊肉的保水性和熟肉率。

目前，冰温贮藏研究包含两方面：1)将食品的温度控制在冰温带内可以维持其细胞的活体状态；2)当食品冰点较高时，可以人为加入冰点调节剂(如盐、糖、醋酸钠、乙醇、丙烯甘醇等)使其冰点降低，扩大其冰温带。另外，随着冰温贮藏技术的发展和应用，冰温技术在其他相关领域的研究也发展起来。如冰温浓缩技术：通常加热制取浓缩果汁的方法，会造成香味散失，颜色、品质下降。改进采用冷冻浓缩法，虽然可有效防止香味损失，但冻结会破坏细胞，造成部分营养流失。冰温浓缩技术，是在冰温带内使细胞处于睡眠状态，在短时间内进行脱水浓缩，使果汁的变质控制在最小限度内，从而得到高品质的浓缩果汁。

在医学方面，1989年东京慈惠医科大学成功地利用冰温技术保存了白鼠的心脏。东京大学医学部正在着手研究血液的冰温保存，美国的匹兹堡大学医学部也开始了肝脏冰温保存及移植的研究。冰温技术不仅用于食品保鲜方面，还为超保鲜、各季节时令风味的再现、陈米变新米等返旧还新技术提供了研究方向。

目前，对于生物材料如生物药品、营养食品等热敏性物料，为保持其干燥后的生物活性和品质，大多采用真空冷冻干燥，即首先将生物材料冻结，然后，在真空条件下，被冻结物料中的水分从冰晶直接升华成水蒸气干燥，由于真空冷冻干燥过程，首先需要对物料在-20℃～-30℃条件下进行冻结，冻结过程物料中冰晶的生长，会破坏生物材料中细胞膜和蛋白质，影响产品的品质；另外，由于需要冻结过程和真空升华干燥过程，所以，干燥时间长，一般要10～30个小时，干燥成本高。

然而利用真空、微波、冰温技术实施干燥的装置及方法，目前未见相关报道。

发明内容

本发明公开了一种集真空、微波、冰温技术实施干燥的装置及方法，其目的在于克服现有的真空冷冻干燥，干燥时间长，能耗高的缺点，以及传统干燥方法干燥物料品质低，不能满足热敏性和生物活性物质保持等弊端。本发明将真空、冰温和微波三种技术有效地融合，开发了食品和生物药品冰温干燥新方法，并研制出新的用于干燥的装置，可有效防止干燥过程发生氧化反应，保持生物制品活性，不仅提高了干燥品质和生产效率，而且降低了能耗。

本发明提出的冰温干燥方法，是利用真空冷却技术，在抽真空过程中，使物料中的水分汽化，吸收热量，物料快速均匀降温，一直将物料降温到0℃以下、冰点以上的“冰温带”，这时食品和生物药品的细胞及蛋白质仍然维持在活性状态，在未冻结的情况下进行干燥。在冰温干燥系统中，采用微波加热方式，来补充物料干燥过程水分蒸发需要的热量。微波加热是一种辐射加热，是微波与物料直接发生作用，使其里外同时被加热，无须通过对流或传导来传递热量，所以加热速度快，干燥效率高。本发明将真空、冰温和微波三种技术的有效融合，开发了食品和生物药品冰温干燥新方法，研制了新设备，对食品、生物药品等的干燥技术带来创新发展。

一种集真空、微波、冰温技术实施干燥的装置，由真空系统、制冷系统、微波加热系统和检测控制系统组成，其特点是：

(A)微波加热系统：加热腔为一长方形空腔，磁控管位于加热腔下部，磁控管末端连接波导管，波导管放置在加热腔底部；

(B)真空系统：真空干燥室置于微波加热系统的加热腔内，真空干燥室侧壁上连通一管道，管道伸出加热腔侧壁后与冷阱连接，冷阱经管道依次与手动阀、电磁真空压差阀、电阻规、真空表、真空泵连接；

(C)制冷系统：冷阱内盘管的一端依次经电子膨胀阀、电磁阀、干燥过滤器、储液器、冷凝器、油分离器、压缩机后与盘管的另一端连接；

(D)检测控制系统：可编程PLC模块分别与液晶显示屏、光纤测温仪、微波加热系统、压强自控仪、继电器和温度传感器连接；

(E)所述温度传感器与冷阱连接；

(F)所述继电器分别与压缩机和真空泵连接；

(G)所述压强自控仪分别与电阻规、电磁阀连接；

(H)所述光纤测温仪经导线与真空干燥室内被测物料上的光导纤维温度传感器连接。

所述的真空干燥室采用内外套箱式设计，外箱为不锈钢，内箱为绝缘塑料。

所述的真空干燥室与管道连接处设置有过滤网。

所述的真空干燥室外箱底部设置有微波反射网。

一种集真空、微波、冰温技术实施干燥的方法，按照如下步骤进行：

(I)将被干燥物料置于真空干燥室抽真空，使物料水分蒸发，吸收热量；

(J)将被干燥物料均匀降温到0℃以下、冰点以上的“冰温带”；此时物料中部分水分冻结，而被干燥物料(如农产品、生物药品等)的细胞及蛋白质仍然维持在活性状态；

(K)然后采用微波加热系统对被干燥物料加热；

(L)检测控制系统适时检测真空压力，物料温度和微波功率，并自动调控微波功率，控制微波加热能量，保持被干燥物料在在冰温带干燥，直到一次升华干燥结束；

(M)进入解析干燥阶段，通过调高微波功率，加快干燥速率，直至干燥结束。

将真空干燥室蒸发出的水蒸气，通过制冷系统的冷阱凝结在盘管上，干燥结束后，制冷系统停止工作，使冷阱盘管上的凝霜解冻后排出。

采用冷阱凝结水蒸气，可减小真空泵负荷，同时避免水蒸气进入真空泵润滑油系统，对真空泵造成损害。

干燥过程的温度测控，采用光导纤维温度传感器，可有效避免在微波电磁场中的干扰和真空放电现象。

干燥过程中采用微波加热方式，使物料从内部加热，可减少热阻。

可编程PLC模块，通过温度传感器检测冷阱的温度，控制制冷系统的运行，真空泵的运行是通过电阻规(真空压力传感器)经压强自控仪传送到可编程PLC模块控制，微波加热系统的微波功率通过可编程PLC模块控制。在设备运行过程中的温度、真空压力、微波功率等参数，可通过可触摸液晶显示屏设定和显示，也可通过可编程PLC模块的USB接口与计算机连接，进行控制和数据采集。

本发明采用真空、微波、冰温技术实施干燥的装置及方法，使食品和生物药品在冰温带进行干燥，可有效防止干燥过程发生氧化反应，保持生物制品活性，不仅提高产品质量和生产效率，缩短干燥时间，而且极大地降低了能耗。

附图说明

图1为本发明集真空、微波、冰温技术于一体的干燥装置结构示意图；

图2为本发明检测控制系统结构示意图。1、真空干燥室，2、加热腔，3、波导管，4、磁控管，5、干燥过滤器，6、储液器，7、电磁阀，8、冷凝器，9、油分离器，10、压缩机，11、过滤网，12、微波反射网，13、电子膨胀阀，14、手动阀，15、电磁真空压差阀，16、电阻规，17、真空表，18、冷阱，19、真空泵。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述。

一种集真空、微波、冰温技术实施干燥的装置，如图1所示：由真空系统、制冷系统、微波加热系统和检测控制系统组成。

微波加热系统的加热腔2为一长方形空腔，磁控管4位于加热腔2下部，磁控管4末端连接波导管3，波导管3放置在加热腔2底部；

真空干燥室1采用内外套箱式设计，外箱为不锈钢，内箱为绝缘塑料。真空干燥室1置于微波加热系统的加热腔2内，真空干燥室1侧壁上连通一管道，管道伸出加热腔2的侧壁后与冷阱18连接，冷阱18经管道依次与手动阀14、电磁真空压差阀15、电阻规16、真空表17、真空泵19连接；真空干燥室1与管道连接处设置有过滤网11，真空干燥室外箱底部设置有微波反射网12。

冷阱18内盘管的一端依次经电子膨胀阀13、电磁阀7、干燥过滤器5、储液器6、冷凝器8、油分离器9、压缩机10与盘管的另一端连接；

检测控制系统结构如图2所示，可编程PLC模块分别与液晶显示屏、光纤测温仪、微波加热系统、压强自控仪、继电器和温度传感器连接；所述温度传感器与冷阱连接；所述继电器分别与压缩机和真空泵连接；所述压强自控仪分别与电阻规、电磁阀连接；所述光纤测温仪经导线与真空干燥室内被测物料上的光导纤维温度传感器连接。

实施例1

将食品物料胡萝卜、苹果等切片，方入内干燥室，然后关闭真空干燥室1，启动制冷系统使冷阱18降温，同时启动真空泵19对真空干燥室1进行抽真空，胡萝卜、苹果片表面自由水蒸发，均匀降温到冰温带时(0～-5℃)，保持一定真空度，启动微波加热系统，为物料蒸发水分提供相应的热能，检测控制系统适时检测真空压力，物料温度和微波功率，并自动调控微波功率，控制微波加热能量，保持被干燥物料在在冰温带干燥，直到一次升华干燥结束；获得色泽、复水性等较好的高品质干燥胡萝卜、苹果干。

实施例2

采用与实施例1相同的干燥过程和工艺，将瓶装的生物蛋白类药品放入真空干燥室1，启动制冷系统使冷阱18降温，同时启动真空泵19对真空干燥室1进行抽真空，注意控制抽真空速率，防止液体生物蛋白类药品飞溅，在抽真空过程中，部分水蒸发，生物药品自身降温，达到其冰温带时部分水分冻结，保持一定真空度，启动微波加热系统，为生物药品中部分冻结水分升华提供相应的热能，检测控制系统适时检测真空压力，物料温度和微波功率，并自动调控微波功率，控制微波加热能量，保持被干燥物料在在冰温带干燥，直到一次升华干燥结束；可获得保持生物药品活性的较高品质的生物药品。

Claims (5)

1.一种集真空、微波、冰温技术实施干燥的装置，由真空系统、制冷系统、微波加热系统和检测控制系统组成，其特征在于：

(A)微波加热系统：加热腔2为一长方形空腔，磁控管4位于加热腔2下部，磁控管4末端连接波导管3，波导管3放置在加热腔2底部；

(B)真空系统：真空干燥室置于微波加热系统的加热腔内，真空干燥室侧壁上连通一管道，管道伸出加热腔侧壁后与冷阱连接，冷阱经管道依次与手动阀、电磁真空压差阀、电阻规、真空表、真空泵连接；

(C)制冷系统：冷阱18内盘管的一端依次经电子膨胀阀13、电磁阀7、干燥过滤器5、储液器6、冷凝器8、油分离器9、压缩机10后与盘管的另一端连接；

(D)检测控制系统：可编程PLC模块分别与液晶显示屏、光纤测温仪、微波加热系统、压强自控仪、继电器和温度传感器连接；

(E)所述温度传感器与冷阱连接；

(F)所述继电器分别与压缩机和真空泵连接；

(G)所述压强自控仪分别与电阻规、电磁阀连接；

(H)所述光纤测温仪经导线与真空干燥室内被测物料上的光导纤维温度传感器连接。

2.根据权利要求1所述的一种集真空、微波、冰温技术实施干燥的装置，其特征在于：所述的真空干燥室采用内外套箱式设计，外箱为不锈钢，内箱为绝缘塑料。

3.根据权利要求1所述的一种集真空、微波、冰温技术实施干燥的装置，其特征在于：所述的真空干燥室与管道连接处设置有过滤网。

4.根据权利要求1所述的一种集真空、微波、冰温技术实施干燥的装置，其特征在于：所述的真空干燥室外箱底部设置有微波反射网。

5.一种集真空、微波、冰温技术实施干燥的方法，其特征在于按照如下步骤进行：

(I)将被干燥物料置于真空干燥室抽真空；

(J)将被干燥物料均匀降温到0℃以下、冰点以上的“冰温带”；

(K)然后采用微波加热系统对被干燥物料加热；

(L)检测控制系统适时检测真空压力，物料温度和微波功率，并自动调控微波功率，控制微波加热能量，保持被干燥物料在冰温带干燥，直到一次升华干燥结束；

(M)进入解析干燥阶段，通过调高微波功率，加快干燥速率，直至干燥结束。

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