1、第五章 食品冷冻干燥贮藏5.1 冷冻干燥中的传热与传质 一、冷冻干燥中的传热与传质过程的特点： 冷冻干燥是在真空条件下进行的因此传热方式与食品冷却或冻结有一定的差别； 冷冻干燥是将食品中的水分通过升华方式扩散出去，因此传质 也成为非常重要的因素。二、冷冻干燥中常见的几种传热传质方式：1. 热量完全从底部冻结层导 入升华的水蒸气只能沿同一方向 扩散出去。在中小型冷冻干燥机干 燥食品时。常见此种传热与传质方 式，此方式多用于冷冻干燥果汁、 速溶咖啡等液态食品。,2. 热量完全从顶部多孔干燥层传人， 升华水蒸气以相反的方向也从顶部扩 散出去。在大型冷冻干燥机干燥食品 时常见此种方式。可加工散放颗粒
2、状食品或液态食品。3. 热量从底部冻结层和顶部多孔干燥 层同时传人，升华水蒸气只能从顶部 干燥层扩散出去、多层搁板式冷冻干 燥机的加热方式近似于此种方式。其中 某一搁板对其上面的食品以导热方式 加热，而对其下而的食品又以辐射方式 加热，两种加热方式中导热是主要的。,4. 热量从两侧多孔干燥层同时导人升华水蒸气以相反的方向从两侧扩散出去。这种方式出现在具有持殊形状的食品或带有膨胀网孔的特殊容器上。5. 热量在食品内部产生，升华水蒸气从两侧传出。用微波冷冻干燥饥干燥食品时属于此种传热与传质方式。6. 球状或长园柱状食品的传热与传质方式。,三、食品冷冻干燥过程中的稳态传热传质分析在食品冷冻干燥中，若
3、传给升华界面的热量等于升华界面的水蒸气升华所需潜热时升华界面的温度和压力达到平衡，升华正常进行。若传给升华界面的热量不足，升华速率将下降;若水蒸气扩散阻力大，升华界面压力和温度将会上升，使冻结食品融化。在冷冻干燥中，若前者对干燥过程影响大，则称为传热控制过程；若后者对干燥过程影响大，则称为传质控制过程。 最佳的冷冻干燥过程应该是二者处于平衡状态。然而，由于食品材料的多样性和加工中过程参数的变化，在一个冷冻干燥中很难区分是属于传热控制还是属于传质控制。一般情况下，底部冻结层导热方式往往不会出现传热控制问题，而冷冻干燥初期也不会出现传质控制问题。,5.2 食品冷冻干燥设备一、食品冷冻干燥机型式1间
4、歇式冷冻干燥机优点：1)适用于多品种、小产量的生产，特别是适合于季节性强的食品生产；2)单机操作如一台设备发生了故障不会影响其他设备的正常运行；3)便于设备的加工制造和维修保养；4)便于控制物料干燥时不同阶段对加热温度和真空度的要求。缺点：1)由于装料、卸料和启动等预备性操作，使设备的利用率低，能量浪费大；2)若满足一定量的生产要求，往往需要多台单机，且各单机构需配以整套的附属系统使设备投资费用和操作费用增加。种类：（1） 接触导热式； （2） 辐射传热式。,（1) 接触导热式结构特点：干燥箱内的多层搁板不但可以用来搁置被干燥的食品而且在食品预冻结时可提供冷量。在随后的干燥中可提供升华热量和解
5、吸热量，冷冻干燥过程：若食品是在冷冻干燥箱外预冻结，在食品托盘移入冷冻干燥箱之前必须对冷阱和冷冻干燥箱进行空箱降温，以保证冻结食品移入冷冻干燥箱后能迅速启动真空系统，避免已冻结食品发生融化。如果食品是在冷冻干燥箱内预冻结、当食品温度达到共晶点温度以下，冷阱温度达到约 时。开启真空泵使冷冻干燥箱真空度达到工艺要求值。随着食品表而升华，搁板开始对食品加热，直至冷冻干燥结束。适用食品：主要用于医药生物制剂和液体食品(果汁、咖啡）等的生产。,(2)辐射传热方式 结构特点：盛有食品的料盘悬于上下两块加热板之间，料盘与加热板不直接接触，而是通过吊车或小推车将料盘快速地移入干燥箱。多层加热板分排在干燥箱内的
6、两侧。吊车沿导轨移动，从食品清洗、切分等预处理开始，再经过装盘和预冻结后，最后将料盘和料车一起快速移入干燥箱中。,图 b 为托盘滑移式。它的装卸料方式与图a不同,外部吊车将盛有待加工的食品盘送到干燥箱右端，在专门推送机构作用下，只将料盘推入干燥箱中，同时从左端将已干燥完的食品盘推出，再通过吊车将已干燥完的食品移达到包装处理间。,图c装卸料的特点是，用专用推车将料盘推入干燥箱中。干燥箱大体可在导轨上沿轴向移动，这种装卸方式的优点是搁板清洗方便。,2连续式冷冻干燥机连续式冷冻干燥机适用于品种单一、产量大、原料充足的品尤其适用于浆状或颗粒状食品的生产。优点：设备利用率高，便于实现自动化生产。缺点：设
7、备复杂，难于加工制造，由其是装卸料口的真空密封问题需要更高的加工工艺。种类：水平隧道式 ； 垂直螺旋式。(1)水平隧道式连续式冷冻干燥机工作过程：食品首先在预冻结间内冻结，随后在装料间内装料，当装料隔离室的真空度达到隧道干燥室的真空度时打开干燥室与装料隔离室之间的闸阀，使料盘进入干燥室。关闭闸阀后破坏装料隔离室的真空度准备接收下一组料盘的进入。卸料隔离室与装料隔离室的工作过程相辅相成，从装料隔离室进入隧道干燥室一组料盘的同时，已干燥好的一组料盘将从隧道干燥室的另一端进入卸料隔离室，此时卸料隔离室的真空度已预抽空到隧道干燥室的真空度。当关闭卸料隔离室与隧道干燥室间的闸阀后，破坏卸料隔离室的真空将
8、干燥好的食品移送到卸料和包装处理间，如此反复进行。,(2)垂直螺旋式 连续式冷冻干燥机结构特点：中间干燥室上部有两个交替开启的进料口，下部也有两个交替开启的出料口两侧各有一个相互独立的冷阱，通过大型的开关阀门与干燥室相通实现了交替融霜的目的。工作过程：经过预冻结的颗粒食品，从顶部两个入口密封门之一轮流地落到顶部圆形的加热盘上，干燥室的中央立轴上装有带铲的搅拌臂，立轴旋转时，铲子搅动料不断地使物料向加热盘外缘移动，直至从加热盘外缘落到直径较大的下一块加热盘上。在下一块加热盘上，铲子迫使物料向中心方向移动、一直移至加热盘内边缘中落入第三块加热盘上，此盘大小与顶部第一块盘相同。物料如此逐盘下落，直到从最底下的一块加热盘上落下并从两只密封口之一卸出。物料从顶部落入到底部排出的运动轨迹实际上是一个螺旋线而且颗粒在各个加热盘上所受到的温度也不同。,
