CN109490242A - 微波冻干过程中水分含量的在线监测方法及微波冻干设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微波冻干过程中水分含量的在线监测方法及微波冻干设备。该在线监测方法包括以下步骤：利用太赫兹波检测微波冻干仓的仓内太赫兹频域光谱，作为第一参考信号；将冰块置于微波冻干仓中进行微波冻干处理，并利用太赫兹波检测冰块从升华至解析过程的太赫兹水吸收光谱，作为第二参考信号；将速冻后的待测食品样品置于微波冻干仓中进行微波冻干处理，并利用太赫兹波检测待测食品样品在微波冻干过程中水分的太赫兹频域光谱，获得待测食品样品中水分吸收峰的峰位和强度，并与第一参考信号和第二参考信号对比，获得待测食品样品的实时水分含量。本发明利用太赫兹波谱及时获得微波冻干过程中任意时刻物料的水分含量，保证冻干的品质。
Description
技术领域
本发明属于微波冻干技术领域，特别涉及一种微波冻干中水分含量的在线监测方法及微波冻干设备。
背景技术
冷冻干燥技术是在将产品进行预先速冻，冻结成固体后在真空环境下加热使固态水直接升华挥发，物质本身的形态停留在冻结时的冰架结构中。因此，冻干技术是一种低温干制技术，是目前已知的最能够保持食品色、香、味、形的方法，对食品营养的保留率高达85％以上，部分甚至可高达90％以上，但是，高能耗限制了冻干食品的大规模应用。近年来，微波冻干作为一种新型的干燥方式被很多科研人员研究，这种干制方式以微波加热取代传统的加热板传导加热，使食品处于整体加热的环境中，热量的传递和质量的传递变为同一方向，大大提高了干制效率。根据目前的研究结果，微波冷冻干燥的干制时间比单纯的冷冻干燥时间至少缩短30％。
在对微波冻干的研究过程中，我们取得了一些突破，比如采用光纤测温，可以获得食品内部物料的实时温度。但是也遇到一些瓶颈问题，如微波冻干过程中物料的升华界面如何迁移，至今无法得知，均依靠推测，因为微波具有热效应，它的存在使得一些常规的检测方法无法正常使用。而不了解微波冻干过程中的水分迁移规律，就无法进一步掌握整个微波干燥过程，这对于微波冻干的产业化相当不利。此外，微波冻干过程中，物料的干制终点目前是依靠经验或者光纤测温判断，准确率低。如果物料已经干燥完成，但由于判断不准确依然继续进行干制，就会导致能耗的极大浪费，而如果未达到所需的干燥程度就提前停止干燥，又无法保证食品的微观形态结构，还会引发其他问题。
发明内容
针对目前微波冻干在食品进行干燥时无法监控物料升华界面的迁移规律、无法精确判断物料干制点等问题，本发明提供一种微波冻干过程中水分含量的在线监测方法。
另一方面，本发明还提供适用于上述微波冻干过程中水分含量的在线监测方法的一种微波冻干设备。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种微波冻干过程中水分含量的在线监测方法，包括以下步骤：
利用太赫兹波检测微波冻干仓的仓内太赫兹频域光谱，作为第一参考信号；
将冰块置于所述微波冻干仓中进行微波冻干处理，并利用太赫兹波检测所述冰块从升华至解析过程的实时太赫兹水吸收光谱，作为第二参考信号；
将速冻后的待测食品样品置于所述微波冻干仓中进行微波冻干处理，并利用太赫兹波检测所述待测食品样品在微波冻干过程中水分的太赫兹频域光谱，获得所述待测食品样品中水分吸收峰的峰位和强度，并与所述第一参考信号和第二参考信号对比，获得微波冻干过程中待测食品样品的实时水分含量，并以此判断微波冻干程度，及时调整冻干参数。
相应地，一种微波冻干设备，包括微波加热箱和冻干仓，所述冻干仓安装于所述微波加热箱里，所述冻干仓的仓壁上安装有太赫兹发射光电导天线，所述冻干仓的仓壁上还安装有太赫兹接收光电导天线，并且所述太赫兹发射光电导天线和所述太赫兹接收光电导天线正相对以使所述太赫兹接收光电导天线接收到所述太赫兹发射光电导天线产生的太赫磁波；
还包括太赫兹装置，所述太赫兹装置能够发出泵浦光和探测光，由第一光纤将所述泵浦光输送至所述太赫兹发射光电导天线以激发产生太赫兹波，且由第二光纤将所述探测光输送至所述太赫兹接收光电导天线；通过偏置电压数据线将所述太赫兹装置与所述太赫兹发射光电导天线信号连接，且通过锁相放大器数据线将所述太赫兹装置与所述太赫兹接收光电导天线信号连接。
本发明的有益效果为：
相对于现有技术，本发明提供的微波冻干过程中水分含量的在线监测方法，利用太赫兹波对食品微波冻干过程中水的含量进行实时监测，可以及时获得食品微波冻干过程中水分含量的信息，物料升华界面的迁移规律，并能够精确判断物料干制点，从而有效保证食品冻干的品质，此外，准确判断物料干制点还可以及时停止微波冻干的程序，有效节约能源。
本发明提供的微波冻干设备，在常规的微波冻干设备的冻干仓中增加了太赫兹装置，从而实现利用太赫兹波对微波冻干过程水分含量的实时监控，通过分析获得的太赫兹水吸收光谱，从而判断微波冻干程度，并可以根据冻干程度迅速调整冻干参数或者终止微波冻干程序。
附图说明
图1为本发明微波冻干设备局部立体示意图；
图2为本发明微波冻干设备又一局部立体示意图；
图3为本发明微波冻干设备冻干仓主视示意图；
图4为本发明微波冻干设备冻干仓内部结构示意图；
图5为本发明微波冻干设备局部立体示意图；
其中，1-微波加热箱；
2-冻干仓，21-载物台；
3-太赫兹装置，31-太赫兹发射光电导天线，32-太赫兹接收光电导天线，34-第一光纤，35-偏置电压数据线，35-第二光纤，36-锁相放大器数据线；
4-样品；
5-冷肼；
6-真空装置；
7-冷冻降温装置。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、
“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中提到的无物理接触，指的是两个物体不相互靠近，在空间上有间隔。
一方面，本发明提供一种微波冻干过程中水分含量的在线监测方法，该在线监测方法包括以下步骤：
步骤S01.利用太赫兹波检测微波冻干仓的仓内太赫兹频域光谱，作为第一参考信号；
步骤S02.将冰块置于所述微波冻干仓中进行微波冻干处理，并利用太赫兹波检测所述冰块从升华至解析过程的实时太赫兹水吸收光谱，作为第二参考信号；
步骤S03.将速冻后的待测食品样品置于所述微波冻干仓中进行微波冻干处理，并利用太赫兹波检测所述待测食品样品在微波冻干过程中水分的太赫兹频域光谱，获得所述待测食品样品中水分吸收峰的峰位和强度，并与所述第一参考信号和第二参考信号对比，获得微波冻干过程中待测食品样品的实时水分含量，并以此判断微波冻干程度，及时调整冻干参数。
下面对上述微波冻干过程中水分含量的在线监测方法做详细的解释说明。
太赫兹波是波长在0.1THz～10THz的一种电磁波，对水的吸收非常明显，更重要的是，太赫兹波不受物料温度变化的影响，并且在真空环境中也可以检测，因此太赫兹可以作为水分含量检测的辅助工具。
本发明的原理是，在透明材质的微波冻干仓的仓壁上，安装有太赫兹发射光电导天线和太赫兹接收光电导天线，且太赫兹发射光电导天线和太赫兹接收光电导天线正相对，从太赫兹发射光电导天线产生的太赫兹波先后穿过微波冻干仓、待测食品样品，从而变成携带有样品信息的太赫兹波，而携带有样品信息的太赫兹波被太赫兹接收光电导天线接收，由锁相放大器数据线传输至锁相放大器，锁相放大器后的太赫兹时域光谱，在经过傅里叶变换，得到太赫兹频域光谱，最后分析频域光谱中的水吸收峰的峰位和强度，由此判断微波冻干仓内食品实时水分含量和微波冻干程度。
若太赫兹频域光谱中的水吸收峰的峰较多，则说明正在微波冻干的食品水分含量多，若其水的吸收峰峰位消失，则可以立即判断冻干过程已经结束，食品已经冻干。
在获取所述第一参考信号时，为避免微波冻干仓内空气、食品等杂质产生干扰，需要使用真空泵将微波冻干仓内的空气抽出，使其呈真空状态，从而可以获得微波冻干仓内无空气、无食品时的太赫兹吸收光谱，并将其作为第一参考信号。
在获取第一参考信号的微波冻干过程中，微波冻干仓内的真空压力≤
100Pa，由此避免微波冻干过程中出现放电现象。
在获取所述第二参考信号时，由于水具有多种形态和类型，不同的温度、压力对水分子的微观结构会有较大的影响。为保证在对待测食品样品的水吸收光谱进行对比分析时准确度高，有必要确保置于所述微波冻干仓内的冰块的体积与待测食品样品的体积相同。
而为了确保获得的所述第二参考信号具有高的准确度，同样需要使用真空泵将微波冻干仓内的空气抽出，使其呈真空状态，从而可以获得微波冻干仓内无空气、无食品、仅有冰块的太赫兹吸收光谱，由此获得的第二参考信号数据准确度高。
在抽真空处理后，控制微波冻干仓内的真空压力≤100Pa，由此避免微波冻干过程中出现放电现象。步骤S03中，微波冻干仓内放置速冻后的待微波冻干的食品，同时取部分所述待微波冻干的食品作为待测食品样品，将所述待测食品样品置于太赫磁波的焦点位置，确保被检测到。通过检测待测食品样品，获取其水分的太赫兹频域波谱，将其与所述第一参考信号和第二参考信号进行对比，由此可以获得待测食品样品的实时水分含量，这个实时水分含量即为待微波冻干的食品的水分含量，根据水分含量判断微波冻干程度，及时调整冻干参数或者停止微波冻干程序。
本发明的在线监测方法，一方面具有检测准确度高，另一方面检测迅速，第三方面能够准确判断冻干的节点。
本发明第二方面还提供一种微波冻干设备，该微波冻干设备可以直接作为上述微波冻干过程中水分含量的在线监测方法所需的设备。
请参考图1～图5，本发明的为冻干设备包括微波加热箱1、冻干仓2和太赫兹装置3。
其中，如图5所示，冻干仓2安装在微波加热箱1里，以方便对冻干仓2内的待冻干食品进行微波加热。
如图2、3、4所示，冻干仓2的仓壁上安装有太赫兹发射光电导天线31，该冻干仓2的仓壁上还安装有太赫兹接收光电导天线32，太赫兹发射光电导天线31和太赫兹接收光电导天线32均是安装在冻干仓2的外壁，且两者相互正对，以使得太赫兹发射光电导天线31产生的太赫兹波被太赫兹接收光电导天线32所接收。
在冻干仓2内还设置有承载样品的载物台21，该载物台21盛放样品的部位位于太赫兹发射光电导天线产生的太赫兹波的焦点上，以便于获取样品的水分含量信息。
本发明的太赫兹装置3为常规的太赫兹装置，具有太赫兹延迟线、飞秒光纤激光器、锁相放大器、激光光路和控制电路，由于是常规装置，本发明不再对其具体位置关系，连接关系做展开赘述。
太赫兹装置3内的飞秒光纤激光器能够发出泵浦光和探测光，所发出的泵浦光由第一光纤33输送至太赫兹发射光电导天线31上，并且太赫兹装置3中通过偏置电压数据线34与太赫兹发射光电导天线31信号连接，在偏置电压的驱使下，无需运动的载流子变为有序运动，不断发生产生和湮灭，并向自由空间辐射太赫兹波。
所发出的探测光由第二光纤35输送至太赫兹接收光电导天线32，锁相放大器数据线36将太赫兹装置的锁相放大器与太赫兹接收光电导天线32信号连接，前述辐射的太赫兹波穿过待测食品样品，变成携带有待测食品样品信息的太赫兹波，然后入射至太赫兹接收光电导天线32，经锁相放大器数据线36传输至太赫兹装置3的锁相放大器里，进行光谱分析，获得食品在冻干过程中的水分含量信息。
优选，太赫兹装置3中还包括第一光纤耦合器(图中未标出)和第二光纤耦合器(图中未标出)，所述第一光纤耦合器用于将所述泵浦光耦合进第一光纤33，从而将泵浦光传输至太赫兹发射光电导天线31上。所述第二光纤耦合器用于将所述探测光耦合进第二光纤35。
为了使得微波冻干设备中太赫兹透过冻干仓2，冻干仓2为透明冻干仓，如可以选用玻璃材质的冻干仓或者透明塑料材质的冻干仓。
此外，如图5所示，微波冻干设备中还包括冷肼5、真空装置6、冷冻降温装置7、集水装置(图中未标出)等部件，由于这些其他部件都是微波冻干设备所需的常见部件，因此本发明不再对这些部件的位置关系、连接关系进行展开赘述。
为更好的说明本发明的技术方案，下面通过若干实施例进行解说。
实施例1
本实施例1利用图4和图5所示的微波冻干设备对海参的微波冻干过程进行实时监测，其具体的监测方法如下：
(1).采用真空装置6对冻干仓2进行抽真空处理，冻干仓2内不放置任何物品，真空压力为50Pa，随后在室温下测量此时仓内环境的太赫兹频域光谱，作为第一参考信号(即环境参考信号)。
(2).在载物台21上放置113cm3的冰块，并抽真空处理，至真空压力为100Pa时停止抽真空，随后测量冰块从升华至解析的整个过程中冻干仓2内的太赫兹水吸收光谱，作为第二参考信号。
(3).冷肼5降温至-40℃，将海参置于冻干仓2内进行速冻处理，同时将与步骤(2)体积一样的海参样品4置于载物台21上，利用真空装置6将冻干仓2内的空气抽出，对海参进行冷冻。最后通过微波加热箱1的微波馈能口进行整体加热，在真空压力为50Pa左右的环境中对海参进行干制。干制过程中启动太赫兹装置3实时监测海参样品太赫兹波谱中水的吸收峰峰位和强度，由此评价冻干仓2内的海参在微波冻干过程中的水分含量。具体是太赫兹装置3中的飞秒光纤激光器发出的泵浦光通过第一光纤33入射到太赫兹发射光电导天线31的间隙，激发产生载流子，在太赫兹装置3中的偏置电压的作用下，无无序运动的额载流子变为有序运动的载流子，不断产生和湮灭，并向自由空间辐射太赫兹波；发射的太赫兹波穿过海参样品4，然后入射到太赫兹接收光电导天线32，携带有海参样品信息的太赫兹波由太赫兹接收光电导天线32收集后，转化为电信号，由锁相放大器数据线36传输至太赫兹装置3中进行光谱分析，由此获得海参样品4在冻干过程中的含水量信息，不同微波冻干时间获得的海参含水信息记录于表1中。
表1实施例1微波冻干海参的过程含水量变化表
| 序号 | 干燥时间(min) | 水分含量(％) |
| 1 | 0 | 78.5 |
| 2 | 60 | 72.7 |
| 3 | 120 | 67.5 |
| 4 | 180 | 59.1 |
| 5 | 240 | 50.3 |
| 6 | 300 | 37.2 |
| 7 | 360 | 31.8 |
| 8 | 420 | 24.5 |
| 9 | 480 | 16.1 |
| 10 | 540 | 12.6 |
| 11 | 600 | 10.2 |
| 12 | 660 | 5.7 |
实施例2
本实施例2利用图4和图5所示的微波冻干设备对蘑菇的微波冻干过程进行实时监测，其具体的监测方法如下：
(1).采用真空装置6对冻干仓2进行抽真空处理，冻干仓2内不放置任何物品，真空压力为60Pa时，停止抽真空，随后在室温下测量此时仓内环境的太赫兹频域光谱，作为第一参考信号(即环境参考信号)。
(2).在载物台21上放置体积为6.6cm3的冰块，并抽真空处理，真空压力维持在60Pa，随后测量冰块从升华至解析的整个过程中冻干仓2内的太赫兹水吸收光谱，作为第二参考信号。
(3).冷肼5降温至-40℃，将蘑菇置于冻干仓2内进行速冻处理，同时将与步骤(2)体积一样的蘑菇样品4置于载物台21上，利用真空装置6将冻干仓2内的空气抽出，对蘑菇进行冷冻。最后通过微波加热箱1的微波馈能口进行整体加热，在真空压力为60Pa的环境中对蘑菇进行干制。干制过程中启动太赫兹装置3实时监测蘑菇样品太赫兹波谱中水的吸收峰峰位和强度，由此评价冻干仓2内的蘑菇在微波冻干过程中的水分含量。具体是太赫兹装置3中的飞秒光纤激光器发出的泵浦光通过第一光纤33入射到太赫兹发射光电导天线31的间隙，激发产生载流子，在太赫兹装置3中的偏置电压的作用下，无无序运动的额载流子变为有序运动的载流子，不断产生和湮灭，并向自由空间辐射太赫兹波；发射的太赫兹波穿过蘑菇样品4，然后入射到太赫兹接收光电导天线32，携带有蘑菇样品信息的太赫兹波由太赫兹接收光电导天线32收集后，转化为电信号，由锁相放大器数据线36传输至太赫兹装置3中进行光谱分析，由此获得蘑菇样品4在冻干过程中的含水量信息，不同微波冻干时间获得的蘑菇含水信息记录于表1中。
表2实施例2微波冻干蘑菇的过程含水量变化表
实施例3
本实施例3利用图4和图5所示的微波冻干设备对苹果片的微波冻干过程进行实时监测，其具体的监测方法如下：
(1).采用真空装置6对冻干仓2进行抽真空处理，冻干仓2内不放置任何物品，真空压力维持在60Pa，随后在室温下测量此时仓内环境的太赫兹频域光谱，作为第一参考信号(即环境参考信号)。
(2).在载物台21上放置体积为4cm3的冰块，并抽真空处理，真空压力为60Pa，随后测量冰块从升华至解析的整个过程中冻干仓2内的太赫兹水吸收光谱，作为第二参考信号。
(3).冷肼5降温至-40℃，将苹果片置于冻干仓2内进行速冻处理，同时将与步骤(2)体积一样的苹果片样品4置于载物台21上，利用真空装置6将冻干仓2内的空气抽出，对苹果片进行冷冻。最后通过微波加热箱1的微波馈能口进行整体加热，在真空压力为100Pa左右的环境中对苹果片进行干制。干制过程中启动太赫兹装置3实时监测苹果片样品太赫兹波谱中水的吸收峰峰位和强度，由此评价冻干仓2内的苹果片在微波冻干过程中的水分含量。具体是太赫兹装置3中的飞秒光纤激光器发出的泵浦光通过第一光纤33入射到太赫兹发射光电导天线31的间隙，激发产生载流子，在太赫兹装置3中的偏置电压的作用下，无无序运动的额载流子变为有序运动的载流子，不断产生和湮灭，并向自由空间辐射太赫兹波；发射的太赫兹波穿过苹果片样品4，然后入射到太赫兹接收光电导天线32，携带有苹果片样品信息的太赫兹波由太赫兹接收光电导天线32收集后，转化为电信号，由锁相放大器数据线36传输至太赫兹装置3中进行光谱分析，由此获得苹果片样品4在冻干过程中的含水量信息，不同微波冻干时间获得的苹果片含水信息记录于表3中。
表3实施例3微波冻干苹果片的过程含水量变化表
| 序号 | 干燥时间(min) | 水分含量(％) |
| 1 | 0 | 90.2 |
| 2 | 30 | 81.7 |
| 3 | 60 | 74.5 |
| 4 | 90 | 65.0 |
| 5 | 120 | 51.9 |
| 6 | 150 | 43.8 |
| 7 | 180 | 39.5 |
| 8 | 210 | 30.1 |
| 9 | 240 | 24.3 |
| 10 | 270 | 19.6 |
| 11 | 300 | 14.0 |
| 12 | 330 | 10.2 |
| 13 | 360 | 5.9 |
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种微波冻干过程中水分含量的在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用太赫兹波检测微波冻干仓真空状态下的仓内太赫兹频域光谱，作为第一参考信号；
将冰块置于所述微波冻干仓中进行微波冻干处理，并利用太赫兹波检测所述冰块从升华至解析过程的实时太赫兹水吸收光谱，作为第二参考信号；
将速冻后的待测食品样品置于所述微波冻干仓中进行微波冻干处理，并利用太赫兹波检测所述待测食品样品在微波冻干过程中水分的太赫兹频域光谱，获得所述待测食品样品中水分吸收峰的峰位和强度，并与所述第一参考信号和第二参考信号对比，获得微波冻干过程中待测食品样品的实时水分含量，并以此判断微波冻干程度，及时调整冻干参数。
2.如权利要求1所述的微波冻干过程中水分含量的在线监测方法，其特征在于，所述冰块的体积与所述待测食品样品的体积相同。
3.如权利要求1所述的微波冻干过程中水分含量的在线监测方法，其特征在于，微波冻干过程中，所述微波冻干仓内的真空压力不大于100Pa。
4.一种微波冻干设备，包括微波加热箱和冻干仓，所述冻干仓安装于所述微波加热箱里，其特征在于，所述冻干仓的仓壁上安装有太赫兹发射光电导天线，所述冻干仓的仓壁上还安装有太赫兹接收光电导天线，并且所述太赫兹发射光电导天线和所述太赫兹接收光电导天线正相对以使所述太赫兹接收光电导天线接收到所述太赫兹发射光电导天线产生的太赫磁波；
还包括太赫兹装置，所述太赫兹装置能够发出泵浦光和探测光，由第一光纤将所述泵浦光输送至所述太赫兹发射光电导天线以激发产生太赫兹波，且由第二光纤将所述探测光输送至所述太赫兹接收光电导天线；通过偏置电压数据线将所述太赫兹装置与所述太赫兹发射光电导天线信号连接，且通过锁相放大器数据线将所述太赫兹装置与所述太赫兹接收光电导天线信号连接。
5.如权利要求4所述的微波冻干设备，其特征在于，所述冻干仓内还设置有用于承载样品的载物台，所述载物台盛放样品的部位位于所述太赫兹发射光电导天线产生的太赫兹波的焦点上。
6.如权利要求4所述的微波冻干设备，其特征在于，所述锁相放大器数据线一端与所述太赫兹接收光电导天线连接，另一端与所述太赫兹装置的锁相放大器连接。
7.如权利要求4所述的微波冻干设备，其特征在于，还包括第一光纤耦合器和第二光纤耦合器，所述第一光纤耦合器用于将所述泵浦光耦合进所述第一光纤；所述第二光纤耦合器用于将所述探测光耦合进所述第二光纤。
8.如权利要求4所述的微波冻干设备，其特征在于，所述冻干仓为透明冻干仓。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110530921A (zh) * | 2019-09-09 | 2019-12-03 | 江苏省原子医学研究所 | 一种外挂式真空冷冻干燥程度的判断方法 |
| CN110530755A (zh) * | 2019-09-09 | 2019-12-03 | 江苏省原子医学研究所 | 光敏感药品真空冷冻干燥时间的测试方法及用途 |
| CN118032677B (zh) * | 2024-04-09 | 2024-06-07 | 甘肃农业大学 | 当归冻干产品加工质量测试方法和系统 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060217601A1 (en) * | 2005-03-23 | 2006-09-28 | Tao Teh H | System for detecting the burn degree of skin |
| JP2010256254A (ja) * | 2009-04-27 | 2010-11-11 | Panasonic Corp | 電磁波検出装置、それを備えた加熱装置および冷凍装置 |
| CN102226635A (zh) * | 2011-06-09 | 2011-10-26 | 四川宏普微波科技有限公司 | 一种微波连续冻干装置 |
| US20140215845A1 (en) * | 2011-09-06 | 2014-08-07 | RheaVita B.V. | Method and system for freeze-drying injectable compositions, in particular pharmaceutical compositions |
| CN206974900U (zh) * | 2017-06-30 | 2018-02-06 | 北京农业信息技术研究中心 | 一种基于太赫兹光的植株水分检测装置 |
| CN108267420A (zh) * | 2017-12-22 | 2018-07-10 | 深圳市太赫兹系统设备有限公司 | 种子含水量检测系统和方法 |
| CN108519398A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-09-11 | 江南大学 | 微波喷动冻干智能检测高糖分水果含水率及质构的方法 |
| CN108613940A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-10-02 | 黑龙江神守药业有限公司 | 一种三七冻干加工系统及其控制方法 |
| CN209589836U (zh) * | 2018-12-29 | 2019-11-05 | 深圳职业技术学院 | 微波冻干设备 |
-
2018
- 2018-12-29 CN CN201811647629.XA patent/CN109490242B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060217601A1 (en) * | 2005-03-23 | 2006-09-28 | Tao Teh H | System for detecting the burn degree of skin |
| JP2010256254A (ja) * | 2009-04-27 | 2010-11-11 | Panasonic Corp | 電磁波検出装置、それを備えた加熱装置および冷凍装置 |
| CN102226635A (zh) * | 2011-06-09 | 2011-10-26 | 四川宏普微波科技有限公司 | 一种微波连续冻干装置 |
| US20140215845A1 (en) * | 2011-09-06 | 2014-08-07 | RheaVita B.V. | Method and system for freeze-drying injectable compositions, in particular pharmaceutical compositions |
| CN206974900U (zh) * | 2017-06-30 | 2018-02-06 | 北京农业信息技术研究中心 | 一种基于太赫兹光的植株水分检测装置 |
| CN108267420A (zh) * | 2017-12-22 | 2018-07-10 | 深圳市太赫兹系统设备有限公司 | 种子含水量检测系统和方法 |
| CN108519398A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-09-11 | 江南大学 | 微波喷动冻干智能检测高糖分水果含水率及质构的方法 |
| CN108613940A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-10-02 | 黑龙江神守药业有限公司 | 一种三七冻干加工系统及其控制方法 |
| CN209589836U (zh) * | 2018-12-29 | 2019-11-05 | 深圳职业技术学院 | 微波冻干设备 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 王传丽 等: "\"微波冷冻干燥技术的发展及关键技术研究\"", 《广东化工》 * |
| 颜建春 等: "\"热板-微波联合真空冷冻干燥茭白工艺优化\"", 《农业工程学报》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110530921A (zh) * | 2019-09-09 | 2019-12-03 | 江苏省原子医学研究所 | 一种外挂式真空冷冻干燥程度的判断方法 |
| CN110530755A (zh) * | 2019-09-09 | 2019-12-03 | 江苏省原子医学研究所 | 光敏感药品真空冷冻干燥时间的测试方法及用途 |
| CN110530921B (zh) * | 2019-09-09 | 2021-06-18 | 江苏省原子医学研究所 | 一种外挂式真空冷冻干燥程度的判断方法 |
| CN118032677B (zh) * | 2024-04-09 | 2024-06-07 | 甘肃农业大学 | 当归冻干产品加工质量测试方法和系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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