CN102460050A - 用于将物料进行干燥的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及干燥植物和动物源性物料的技术领域。干燥方法包括将物料加热至不导致其原始品质特性发生变性的温度，快速脉冲真空处理，维持真空一段时间，将真空泄放至大气压。用温度高达300℃的经干燥的空气或气体加热介质进行干燥室中物料的加热和真空泄放。干燥设备包含两个具有密封门的干燥室，所述干燥室通过具有快速响应阀的管线与接收器、换热器(冷凝器)、冷凝物接收器连接。所述设备还含有真空泵、加热介质加热和输送装置，所述热介质加热和输送装置安装在具有热绝缘的另外的室中并且通过具有快速响应阀的绝热强制通风管连接至每个干燥室的入口。在每个干燥室的内部安装具有沿旋转轴向的管(有转动能力)的容器。其中管表面或容器的末端表面具有穿孔以供给加热介质且容器的相对壁呈网状。本发明允许降低干燥时间和提高进行干燥的物料的品质。

Description

用于将物料进行干燥的方法和设备
技术领域
本发明涵盖使用真空将植物和动物源性物料(material)进行干燥、特别是将食品(蔬菜、水果、药用植物、肉类、鱼、海产食品等等)进行干燥的技术。
背景技术
目前所用的干燥食品的方法(参见专利RF №2018245，M.class.5A 23 L 3/52)包括在高于大气压的压力下用液体二氧化碳处理原料、在泄放至大气压的压力下使原料发泡和膨胀以及通过温度提高和/或压力降低抽排水分。在该方法中，在频率为18-120kHz的机械超声波振荡区域(field)中用液体二氧化碳进行原料处理，和在频率不小于850kHz的高频电磁振荡区域中进行水分抽排。
所述已知干燥方法的缺点包括由液体二氧化碳废物引起的高维持成本，此外使用高频振荡需要为操作人员建立补充保护，这是因为振荡对人体健康具有危害。
还具有干燥植物和动物源性高湿度物料的改进方法(参见专利RF№2048245，M.class.F26D3/30)，该方法通过形成所述物料的层体(layer)并随后用红外线辐照至所需湿度来进行，其中以脉冲模式“加热-冷却”进行干燥。用红外线在2-10微米的范围内以4.5-8.5kW/m2的通量密度进行辐照以达到等于其干燥温度极限的0.8-0.9倍的温度，并且进行冷却以达到等于其干燥温度极限的0.4-0.6倍的温度。
这种干燥方法的缺点包括高能耗，长的干燥过程持续时间(其负面地影响物料品质并且增加干燥时间)。
还存在用于植物食品的辐射干燥器，该辐射干燥器包括干燥室，室内各自位于彼此之上的产品托盘，用于放入-取出干燥剂的装置，压力罩，用于干燥剂的涡旋式喷嘴，在中间谱区的红外发射器。用直接、反射红外线和对流上升空气加热要处理的食品。加热模式由要处理的产品的类型决定。外部空气通过侧部狭缝和底部开口进入干燥室的底部。通常用发射器、局部用通风管转向器和通风管进行空气加热。在产品进行加热时，其水分蒸发，扩散进入空气流并且通过打开的(open)室盖与空气流一起抽排出。在干燥过程结束时，关闭干燥器，打开顶盖；从干燥室取出具有经干燥的产品的托盘和具有细零碎物(fraction)的底部托盘。(参见专利RF№2034489 M.class A 23 B 7/02，F 26 B3/30)。
辐射干燥器的缺点包括干燥过程的长度，对产品的部分或局部燃烧缺乏保证，由产品水分完全转化成蒸气引起的高的比(specific)能量消耗，以及缺乏空气-蒸气混合物的捕集。
还使用的植物物料干燥设备(参见专利RF №2302740，M classF26 B3/00)包括两个具有密封门的干燥室，接收器，换热器和冷凝器，气锁室，真空泵和空气泵，此外，具有在每个干燥室内的通风机和加热器。每个干燥室通过管线连接至换热器-冷凝器之一以及连接至与真空泵连接的接收器，连接至将干燥室和接收器进行连接的管线，空气泵输出端、换热器-冷凝器的输入端通过阀另外连接至接收器并且换热器-冷凝器的输出端通过阀和管线连接至气锁室。
所述植物物料干燥设备的缺点包括干燥过程的效率不足，这是因为水分抽排过程用仅仅经部分除湿的发热剂来进行。
与所提出的方法的技术性质最类似(最接近的相似形式(analogue))是植物物料干燥方法(参见专利RF № 2238490，M.classF26B5/04)，其包括重复至少两次的在干燥室的封闭空间中的如下操作顺序：将植物物料加热至不导致其原始品质特性发生变性的温度，随着植物物料的加热通过接收器、快速响应阀和管线进行快速真空处理，在该真空处理后进行时效，在全部干燥过程期间，干燥室与大气隔离，其中在加热过程和残余真空下物料时效期间，加热过程进行到不导致物料发生变性的温度，从而在干燥室的封闭空间内达到等于目前温度下蒸气-压力平衡的压力。
实施所述最类似方法的设备是植物物料干燥设备(参见专利RF№2232955，M class.F 26 B 5/04)。选择作为最接近类似形式的设备包含两个具有密封门的干燥室，用于放入-取出干燥剂的装置，通风管，接收器，它们通过安装有针对接收器的快速响应阀的管线进行连接，所述接收器的体积等于装填产品后干燥室的空余空间。其配备有换热器-冷凝器，用于将加热介质进行加热的装置，冷却换热器的冷却机，从接收器收集液体的真空泵和气锁室，干燥腔和换热器。所述换热器、冷却机、真空泵和气锁室通过具有附连的阀的管线相互连接并且连接至接收器和干燥室。
然而在该方法和实施该方法的设备中，在密封室中于真空下以局部饱和的蒸气将物料进行加热，所述蒸气从进行干燥的物料抽排出，其导致低强度水分抽排，这是因为所述过程在接近蒸气-压力平衡的水蒸气压下进行。这导致干燥时间的增加和所干燥物料的较低品质。
发明内容
本发明的目的是开发一种方法和设备，它们在使用时没有所述最接近相似形式的由进行干燥的物料加热到温度超过水蒸气饱和温度所导致并且需要加强湿度抽排处理的缺点，这强化了干燥过程和改善了产品品质。
为解决所述问题，该方法包括重复至少两次在干燥室的封闭空间中的如下操作序列：将植物物料加热至不导致其原始品质特性发生变性的温度，通过接收器、快速响应阀和管线进行快速真空处理，在真空处理后将物料进行时效，在操作循环结束时将真空泄放至大气压，其中用温度高达到300℃的经干燥的空气或气体热传递介质进行干燥室中物料的加热和真空泄放。
可使用化学惰性的气体作为加热介质以避免进行干燥的物料在废空气或气体热传递介质的卸放管线中发生氧化反应。
在废空气或气体热传递介质的卸放管线中能够在低于露点温度的温度下获得用于将来应用的精油(essential oil)和生物学上有价值的组分。
为使用该方法，用于将植物和动物源性物料、鱼以及海产食品进行干燥的设备包括两个具有密封门的干燥室，所述干燥室通过具有快速响应阀的管线与换热器-冷凝器、气锁室(冷凝物罐)、真空泵和加热介质加热装置连接。根据本发明，加热介质加热装置安装在具有热绝缘的另外的室中并且通过具有快速响应阀的绝热强制通风管连接至每个干燥室的入口，在所述每个干燥室的内部安装具有沿旋转轴向的管(有转动能力)的容器，其中管表面或容器的末端表面具有穿孔以供给热介质并且容器的相对壁呈网状。
当通过温度高达T＝300℃的空气或气体热介质加热物料时，降低加热时间，以真空-脉冲模式加热排除了物料过热，这是因为在不导致物料变性的温度下以及以所加热物料的脉冲真空处理和真空暴露进行物料的快速高温加热，由于其强烈水分蒸发，伴随大于50℃的温差发生冷却，这保证了进行干燥的物料的质量。
用干的加热介质将真空泄放至大气压，缩短将物料进行干燥的时间。
该方法上述特征的组合(complex)以及所述设备特征的组合允许开发出将物料进行干燥的这样的技术和设备，所述技术和设备显著降低干燥时间并且提高所干燥物料的质量，以及允许获得精油和生物学上有价值的组分。
实施本发明
附图显示了用于植物、动物源性物料、鱼和海产食品的干燥以实现所请求保护的方法的设备(图1)以及干燥室容器的备选设计(图2a，图2b)。
干燥装置(图1)包含两个具有密封门24的干燥室2，具有不同设计的旋转容器3(参见图2a和图2b)，包含加热器5和通风机4的加热介质加热(以及加热介质供给)装置1，用于废热介质干燥的冷凝器6、7，冷凝物槽9，具有所安装的快速响应阀8、11的通风管25，该通风管将干燥室与加热介质加热装置和真空制备线路(具有接收器18和在接收器中产生所需真空的真空泵17)中所安装的具有快速响应阀12、16的管线连接，从干燥室收集所进行去除的各种类型生物学上有价值组分的冷凝器13、14和冷凝物槽15。干燥室、加热介质加热装置和干燥室的强制通风管涂覆有绝热体并且具有保护壳体。控制面板19在干燥设备中提供过程控制。
干燥室2(参见图2)包括绝热室体和具有沿旋转轴向的管20的旋转容器3。容器的工作区用隔板分为3个部分并且容器内部的纵向带提供了较好的物料混合。提出了两种容器设计变化形式以提供加热介质的移动：
-用于输送加热介质的穿孔管20和用于移除加热介质的室体网状侧面22(图2a)
-用于输送加热介质的室体3的穿孔端部表面21和用于移除热介质的网状端部表面23(去往中心管的入口被封闭)。这样的设计有助于用加热介质吹扫物料以及不同物料层的混合，因此有利于较好地移除用过的加热介质。
通过如下两个干燥室之一的实例说明所请求保护的物料干燥方法：
当接收器18中和去往干燥室2的给进真空线路中达到残余压力0.1-1.3kPa时，关掉真空泵17，关闭快速响应阀16并且通过阀12将干燥室与接收器隔离。
将准备干燥处理的物料均匀地输送到容器3中并且通过传送车(trolley)放置到干燥室2中，固定在干燥室内，将干燥室的门密封关闭并且接通容器3的旋转驱动器26。通过阀8和通风管25将加热到300℃温度的空气或气体加热介质输送到旋转容器中，其中用加热介质均匀地吹扫进行翻转和混合的物料，所述加热介质具有高的热传递系数和水分抽排强度并且被加热到不导致物料发生变性的一定温度。
在用高温加热介质加热物料时，打开快速响应阀，废热介质从干燥室进入冷凝器6、7，进行除湿并且通过通风机4再次输送到加热器5中而所产生的冷凝物进入罐9。加热介质再循环线路中冷凝器的应用排除了将加热的介质排放到环境中。输送到加热介质加热装置中的经除湿的加热介质的温度为40-85℃。具有较小相对湿度的加热介质从干燥室内进行干燥的物料吸收更深层(intensive)的湿度蒸气。在没有冷凝器时，加热介质很快被水蒸气饱和并且降低干燥过程。
在达到不导致物料发生变性的最大所需温度时，停止将空气或气体加热介质输送到干燥室中或从中移出，并且关闭阀8、11。
在高温对流干燥操作后，在干燥室中通过由快速响应阀12将其连接至真空线路来进行脉冲压力泄放。在干燥室中，取决于供给管线的内横截面和接收器的体积进行物料的脉冲真空干燥过程15秒，然后将物料暴露于真空处理并持续至多10分钟。在没有另外加热的情况下进行脉冲真空处理和真空暴露操作，干燥室的绝热防止干燥室中物料温度的降低。
在物料的真空暴露和随后的脉冲压力泄放期间，阀12打开并且空气或气体加热介质通过真空线路从干燥室随之进入冷凝器13、14，在所述冷凝器中提取水分和生物学上有价值组分。冷凝器13、14中不同冷却剂的应用允许将进行干燥的物料的所移出有价值组分根据它们的冷凝温度分离。在阀8、11打开时通过经除湿的加热空气或气体加热介质进行干燥室中的真空泄放。
加热介质加热装置位于干燥室外允许在大气压下而不是在真空中加热物料，这加速了整个干燥过程。
根据输入的干燥室加热介质温度(Tf.t.)和输出的干燥室废热介质温度(Tw.m.)，以及真空线路中在干燥室出口处的蒸气-空气混合物的温度(Tv.a.m.)，进行干燥过程控制。
重复热真空(thermo-vacuum)干燥操作循环若干次直到达到进行干燥的物料的所需最终湿度。
在干燥过程结束时，将干燥室进行降压，将具有所干燥的物料的容器3滚动出(roll out)并置于传输车10上。将装填有待干燥的新批次物料的下一个容器滚动入干燥室中。
第二干燥室以类似方式起作用，随着操作过程的时间推移，即在第一干燥室中进行物料加热时，在另一个干燥室中进行真空-脉冲干燥的过程。
所提出的加热介质加热装置位于干燥室外部的设计概念，允许使用一个加热介质加热装置用于两个干燥室的操作和高度有效地组织干燥，从而使干燥室的设计简化和廉价并且降低功耗。
对于植物、动物源性物料和鱼的干燥而言用设备实际地实现干燥方法的实施例
1.胡萝卜干燥
将初始湿度W＝80％的胡萝卜进行干燥。在启动之前用空气或气体加热介质进行干燥室和整个设备的预加热。
真空泵在接收器和与干燥室连接的管线中产生Pw.＝0.1÷1.3kPa的工作压力。
将总共300kg备好的(洗涤，清洗，切削和用热烫)胡萝卜装载到置于传输车上的干燥室容器中。胡萝卜层均匀地沿着容器的长度、宽度和高度分布。在装载胡萝卜后，通过导向装置将容器转移到干燥室体中并且针对容器的旋转和通风管单元进行调节。封闭干燥室的门，启动空气和气体加热介质的加热装置并用空气加热介质加热产品且同时将其连续混合。为加强干燥过程和加速加热，所输送的热介质的温度预设在Tf.m.＝300℃。在将高温加热介质吹送通过胡萝卜层时，加热过程进行≈10分钟一直到Tw.m.＝95℃。胡萝卜加热时间取决于TH.T.，容器用备好的胡萝卜填充的程度，其初始和最终湿度，其在真空-脉冲干燥操作后的温度以及再循环的空气或气体加热介质的温度。胡萝卜的干燥时间一直到湿度为8％，总计1-1.2小时，其中控制穿过胡萝卜层的废热介质的温度(Tw.m.)和真空线路中空气-蒸气混合物的温度(Tv.a.m.)。该温度接近干燥过程期间胡萝卜的加热温度。
用于胡萝卜的第一脉冲-真空处理过程在TO.T＝95℃的温度下进行
Figure BDA0000129361570000081
在真空处理和使胡萝卜暴露于真空的第一循环期间最大允许温度(Tm.p.)从58℃降低到15℃。
在如下胡萝卜加热循环期间，温度为：Tw.m.＝105，115℃和真空线路中的温度为Tv.a.m.≈52℃，包括真空干燥操作期间由水分蒸发引起的温度下降到15÷20℃。在进行除湿时，最后真空处理循环期间的温差(Tv.a.m.1-Tv.a.m.2-5)用作胡萝卜干燥性的目的标准。在逐个循环的真空-脉冲干燥期间(高达5个循环)，胡萝卜的水分损失提高了胡萝卜温度且因此随之降低温差(Tv.a.m.1-Tv.a.m.2-5)。在干燥过程结束时，温度具有最小偏差并且在5个循环后偏差为4-5℃，这满足GOST7588-71对含湿量的要求。经干燥的胡萝卜保持其原始颜色、口味和气味。
在干燥过程后将经干燥的胡萝卜输送到包装单元。
2.肉类的干燥
在启动之前用空气或气体加热介质将干燥室和整个设备进行预加热。
真空泵在接收器和与干燥室连接的管线中产生Pw.＝0.1÷1.3 kPa的工作压力。
在干燥过程之前，将肉炖30分钟并加入佐料(黑胡椒粉，月桂叶等等)，然后切成≈40÷50mm的片。将所备好的200kg肉投入固定在传输车上的干燥室容器中。肉层均匀地沿着容器的长度、宽度和高度分布。在将肉装载到容器中后，通过导向装置将其转移到干燥室体中并且固定到容器和通风管的旋转单元。封闭干燥室的门，启动空气和气体加热介质的加热装置并用空气热介质将产品加热至Tf.m.＝300℃且同时将其连续混合。在将高温加热介质吹送通过肉层时，在Tw.m.＝98℃时加热过程进行≈12分钟。干燥过程的时间为使肉湿度W＝35÷40达到肉湿度W＝8÷10％，总计30÷40分钟。用于肉的第一脉冲-真空处理在Tw.m.＝98℃的温度下进行
Figure BDA0000129361570000082
秒。
在真空处理和使肉暴露于真空的第一循环期间最大允许温度(Tm.p.)从58℃降低到18℃。
在如下肉加热循环期间，温度为：Tw.m.＝115，120℃和真空线路中的温度为Tv.a.m.≈50-22℃，包括真空干燥操作期间由水分蒸发引起的温度下降到18℃。
进行总共5-6个真空-脉冲循环以达到W＝8÷10％的含湿量。经干燥的肉可作为干产品长期贮藏并且在烹饪时保持其口味。
3.鱼的干燥
在所提出的设备中进行鱼(鲑鱼)的干燥处理。在干燥处理之前，将鱼保持在腌渍液(盐，香辛料)中，切成厚度为1.5-2cm的板块，然后以200kg的量投入干燥室的容器中。
封闭干燥室的门，启动空气和气体加热介质的加热装置并用空气家热介质在连续混合下将产品加热至Tf.m.＝300℃。在将高温热介质吹送通过鱼层的同时，进行加热过程≈15分钟达到Tw.m.＝92℃。干燥过程的时间为使鱼湿度W＝60达到鱼湿度W＝9÷10％，总计40÷60分钟。用于鱼的第一脉冲-真空处理在Tw.m.＝92℃的温度下进行
Figure BDA0000129361570000091
秒。
在真空处理和使鱼暴露于真空的第一循环期间最大允许温度(Tп.д)从59℃降低到29℃。在如下鱼加热循环期间，Tw.m.＝100，115，120℃，和真空线路中的温度为Tv.a.m.≈55-18℃，包括真空干燥操作期间由水分蒸发引起的温度下降到17℃。
应当进行总共7-8个真空-脉冲循环以达到W＝9÷10％的鱼含湿度。
经干燥的鱼可长期贮藏并且可即食。

Claims (4)

1.一种将植物、动物源性物料，鱼和海产食品进行干燥的方法，该方法包括重复至少两次在干燥室的封闭空间中进行的以下操作顺序：将物料加热至不导致其原始品质特性发生变性的温度，通过接收器、快速响应阀和管线进行快速真空处理，在真空处理后将物料进行时效，其中在操作循环结束时将真空泄放至大气压，其中用温度高达300℃的经干燥的空气或气体加热介质进行干燥室中物料的加热和真空泄放。
2.权利要求1的将物料进行干燥的方法，其中使用在进行干燥的物料中不发生氧化反应的惰性气体作为气体加热介质。
3.权利要求1的将物料进行干燥的方法，其中在废空气或气体热介质的卸放管线中和在真空管线中能够在低于露点温度的温度下获得精油和生物学上有价值的组分。
4.一种将植物、动物源性物料，鱼和海产食品进行干燥的设备，该设备包含两个具有密封门的干燥室，所述干燥室通过具有快速响应阀的管线与接收器、换热器-冷凝器、冷凝物罐、真空泵、加热介质加热装置连接，其中，加热介质加热装置安装在具有热绝缘的另外的室中并且通过具有快速响应阀的绝热强制通风管连接至每个干燥室的入口，在每个干燥室的内部安装具有沿旋转轴向有转动能力的管的容器，其中管表面具有穿孔以供给加热介质，并且容器体的侧面呈网状以移出加热介质，或者容器体的末端表面具有穿孔以供给加热介质并且容器的相对壁呈网状以移出热介质。
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