CN113137833A - 真空干燥或冻干工艺中气体保护防氧化工艺 - Google Patents

Abstract

真空干燥或冻干工艺中气体保护防氧化工艺，属于食品加工和种子生产工艺的改进，具体是在真空干燥或真空冻干工艺加工食品、医药或种子等物料时，在工艺结束时，物料需要从真空状态转入常压状态，此时物料接触空气时很容易氧化，保质期变短。采用氮气和/或二氧化碳和/或一氧化碳气体等保护避免物料接触空气而急剧氧化，可以延长物料的保质期。

Description

真空干燥或冻干工艺中气体保护防氧化工艺

技术领域

属于食品、医药加工和种子生产工艺的改进，具体是在真空干燥或真空冻干工艺加工食品、医药或种子时，在工艺结束时，物料需要从真空状态转入常压状态，此时物料接触空气时容易氧化，保质期变短。采用氮气、二氧化碳及一氧化碳等气体或其混合气体保护，可以避免物料突然接触空气而急剧氧化，可以延长物料的保质期。

背景技术

真空干燥或冻干工艺在食品和农林业的种子加工行业使用日益普遍，性能先进，物料干燥快，物料活性保存高。但在工艺完成时，物料需要从真空状态转入常压状态，常规工艺是结束干燥后，进行“破空”：打开卸压阀，放入空气，待气压平衡后打开舱门，取出物料。如此一来，物料内部急剧充入大量空气，此时物料干燥后因为内部水分失去后形成很多的微孔隙，物料内外的表面积加大很多，即比表面积很大，物料处于高活性状态，进入物料内部的氧气带来急剧氧化。虽然可以在后面进行真空/充氮包装等防止氧化措施，但真空结束时刻的急剧氧化已经无可挽回了，物料保质期大受影响。而且物料内部的微孔隙里已经吸附的氧气分子，在后续的真空/充氮包装工序中是很难完全清除的，因而物料很可能在后期保存过程中仍然不断氧化。比如真空冻干的大米粥，冻干物料几个月后口味就变，明显有氧化变质的哈味。物料在真空冻干/干燥处理后氧化敏感度高，很容易氧化变质，比相同物料未经真空处理的高许多。分析其原因，我们认为问题出在真空干燥/冻干处理后，物料内部水分绝大部分都脱去了，形成大量微观孔隙，单位质量的物料可以与气体接触的内外总表面积，即比表面积大幅增加，化学活性急剧增高。此时接触到空气中的氧气后，氧化作用急剧，物料很快氧化变质。即使后面再使用充氮或真空包装，物料已经氧化了相当部分，而且物料内部微孔隙表面已经吸附的氧气也很难清除，氧化作用很难逆转或避免。现有技术CN1475169A和CN202770154U都给出了真空干燥结束时，充入氮气进行保护的设计。但是物料出仓后暴露在空气中，还是会有一定程度的氧化问题。

发明内容

为了进一步减少此阶段的急剧氧化问题，设计了防氧化效果好的充氮气和一氧化碳混合气体以及低成本的充二氧化碳气体 “破空”工艺。充氮气和一氧化碳混合气体“破空”工艺具体如下：真空冻干或干燥后，需要“破空”时，卸压阀同时连接到工业高压氮气钢瓶上或其它氮气容器以及一氧化碳高压容器上，两个气体的管道上安装有调节阀，可以调整两种气体的混合比例，一般一氧化碳的比例在0.1~30%之间。卸压阀打开后，进入真空生产设备的是氮气与一氧化碳的混合气体而不是空气。如此，物料内部高孔隙的高活性表面接触的是弱还原性的混合气体，物料可以避免强烈氧化。此后，可以在氮气保护下进行包装密封，也可以在短时间内接触空气后进行充氮包装或真空包装等包装工序。因为物料内部的微孔隙里是氮气与一氧化碳的混合气体，即使短时间暴露在空气中，氧气要通过气体布朗运动的扩散，进入物料内部的微孔隙里本身就慢，还要克服物料微空隙表面对内部混合氮气的气体吸附作用，氧气很难替换物料内部的氮气与一氧化碳的混合气体。短时间的话氧化问题不大而且一氧化碳的还原性可以有效的抵消部分氧化作用。进一步优化，可以预先混合好氮气和一氧化碳气体，一氧化碳气体的比例在0.1~30%之间，具体比例可以根据物料的种类及其对氧化的敏感性由试验确定。如此干燥结束后，卸压阀连接到混合气体，“破空”时进入真空设备和物料内部的是还原性气体，有效的保护物料不被氧化。本设计利用物料内部微孔隙的结构特点，巧妙地利用混合气体填充微孔隙后不易被其它气体扩散替换的特点，避免真空冻干或干燥后物料在由真空转换到常压时空气（氧气）直接进入物料内部的微孔隙里，避免造成物料的急剧氧化。

充二氧化碳气体“破空”工艺具体如下：真空冻干或干燥后，需要“破空”时，卸压阀连接到高压二氧化碳气体容器或通过蒸发器连接到液态二氧化碳（或固态二氧化碳即干冰）储器，卸压阀打开后，二氧化碳气体进入真空设备并同时进入物料内部的微孔隙里。因为干冰或二氧化碳气体价格低，供应方便，可以有效的降低生产成本。经测算，使用工业氮气的成本为0.042元/升，使用二氧化碳工业气体的话为0.0075元/升，相差近6倍。考虑到液态二氧化碳供应方便，体积小运输成本储存成本都低，效益更为明显。同样，也可以在二氧化碳气体里混入一定比例的一氧化碳等弱还原性气体，进一步保护物料不被氧化。

本设计的创造性在于发现物料在脱水后由于形成内部大量微孔隙，比表面积很大，物料处于高活性状态，因而很容易氧化变质。进而发现为了解决此氧化变质问题，必须在物料脱离真空环境时刻立即着手，直接在物料的内部微孔隙里填充无氧化作用的不活泼性气体和/或还原性气体的混合气体，第一时间保护物料不接触氧气、不被氧化。因而，“充混合氮气破空”就是解决真空干燥或冻干后物料氧化问题的关键：即物料内部微空隙在真空后首先直接充填混合氮气等化学稳定气体，防止氧化。同时本设计也提出了降低成本的二氧化碳替代氮气的折中方案，可以大幅降低相关工序的材料成本约6倍。

进一步，因为物料内部是大量微空隙，气体吸附效应强。充入了混合氮气的物料即使短时间处于空气环境，内部的混合氮气也很难被氧气所替换。

本设计中，混合氮气可以替换为氮气与二氧化碳、一氧化碳等其它防止氧化甚至弱还原性气体的各种比例的混合气体或二氧化碳、一氧化碳等单一气体，根据物料特性选择。优选为成本低、安全的二氧化碳、氮气和/或一氧化碳。气体的纯度或含氧量指标由物料特性决定，一般取工业纯食品级气体即可。混合气体的比例可以试验确定，一般一氧化碳的比例在0.1%~30%，不宜过高，优选以1~10%之间为宜，以策安全。特殊物料非常敏感时也可以采用一氧化碳气体或其它还原性气体“破空”，但开舱室时，必须有安全措施，防止一氧化碳中毒。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明进一步说明，但这些说明仅是对本发明的实施方式的举例说明，不构成对发明范围的任何限定，任何满足本发明的技术方案的范围内的其它实施方式，都是对本发明的直接应用或非创造性的、显而易见的延伸应用。

实施例1

对于米粥的冻干试验发现，普通冻干工艺生产的样品，三个月后就出现明显的变化，哈味明显，即出现显著的氧化现象。改用含有1%CO气体的混合氮气来“破空”后，其它工艺参数不变，制备的样品经老化试验后，一年后都可以保证口感，无哈味等氧化现象。

实施例2

对于中药石斛鲜品的冻干试验，工艺参数相同的情况下，采用液态二氧化碳C₂O为“破空”的气体源，成本较氮气低6倍，而抗氧化效果相当，保存时效相同。

Claims (5)

1.一种真空干燥或冻干工艺中气体保护防氧化工艺，其特征在于，在脱水完成时物料从真空转换到常压状态的过程中，进入真空设备的气体是混合氮气等防止氧化的不活泼气体，物料内部的微孔隙由真空状态转变到充填满一个大气压的混合氮气的状态。

2.由权利要求1所述的一种真空干燥或冻干工艺中气体保护防氧化工艺，其特征还在于，在脱水完成时物料从真空转换到常压状态时通过卸压阀进入真空设备的气体是氮气和/或二氧化碳和/或一氧化碳的混合气体。

3.由权利要求1所述的真空干燥或冻干工艺中气体保护防氧化工艺，其特征还在于，所述的混合气体中一氧化碳气体的比例在0.1%~30%。

4.由权利要求1所述的一种真空干燥或冻干工艺中气体保护防氧化工艺，其特征还在于，所述的混合气体中一氧化碳气体的比例在1%~10%。

5.由权利要求1所述的一种真空干燥或冻干工艺中气体保护防氧化工艺，其特征还在于，所述的气体替代为二氧化碳气体，降低材料成本。