食品浓缩分类
第六章 食品浓缩、干燥机械与设备
一、浓缩于干燥的概念
●浓缩是从溶液中除去部分溶剂的操作过程，是使溶质和溶剂的均匀混合液实现部分分离的过程，旨在提高溶液的浓度。
常用的浓缩方法有常压加热浓缩、真空浓缩、冷冻浓缩、结晶浓缩等。
●干燥是在物料内部的溶剂借助于分子扩散作用从固相物料溶质相对完全除去的过程，即从食品或食品物料中除去水分的过程。
由于溶液中水分的去除不是采用加热蒸发方法，而是靠从溶液到冰晶的相间传递，所以可避免芳香物质因加热所造成的挥发损失。
3、对浓缩设备的要求
（1）适应物料性质，符合工艺要求和食品卫生。
（2）保证达到要求的浓度。
（3）合理使用加热蒸汽和二次蒸汽，降低全厂耗气量和燃料耗用量。
（4）在一定容积内尽量增大其加热面积，以减少金属耗量和占地面积。
（5）蒸发效能好，具有较高的传热系数，热能利用率高。
（6）结构简单，制造、安装、维修和清洗方便。
（5）在浓缩过程中，可提取果汁中的芳香物质。
2、干燥的目的
（1）去除物料中水分，减少其体积和重量，便于产品的贮藏和运输。
（2）满足食品含水量的要求，防止微生物在成品中繁殖，延长贮存时间。
（3）抑制贮藏中的生化反应，保证产品质量。
（4）经干燥和其他工艺处理，制成不同风味和形状的产品。
三、浓缩于干燥的一般方法
但浓缩盘管中心处的物料相对来说距加热管较远与同一液位物料相比密度较大呈下降趋势故受热蒸发的那部分物料不但密度大而且液位又高必向盘管中心处下落从而形成了料液自锅壁及盘管处上升又沿盘管中心向下的反复循环状态
第六章食品浓缩、干燥机械与设备
知识目标:
●掌握常用浓缩方法（真空浓缩、冷冻浓缩）的工作原理及特点。
（2）表面式冷凝器
（3）低水位冷凝器
浓缩工艺原理
浓缩工艺原理浓缩工艺是将液体中的水分通过蒸发或其他方法去除，使得液体中的固体物质含量增加的方法。
这种工艺广泛应用于化工、食品、制药等领域。
浓缩工艺的原理是利用物质的热力学性质，在一定温度和压力下将液体中的水分转化为蒸汽，从而实现液体中固体物质的浓缩。
浓缩工艺的分类根据浓缩工艺的不同原理和方法，可以将其分为以下几类：1. 蒸发浓缩法蒸发浓缩法是将液体加热使其蒸发，形成水蒸气，再通过冷凝器将水蒸气冷却成液体，从而实现液体中水分的去除。
这种方法适用于水分含量较高的液体。
2. 冷冻浓缩法冷冻浓缩法是利用水分在低温下的冷凝和结晶特性将液体中的水分去除。
这种方法适用于水分含量较低的液体。
3. 膜分离浓缩法膜分离浓缩法是利用特殊材料的渗透性和分离性将液体中的水分和固体物质分离开来。
这种方法适用于液体中含有高分子物质的情况。
4. 溶剂萃取浓缩法溶剂萃取浓缩法是利用溶剂与液体中的物质之间的相溶性差异将液体中的水分去除。
这种方法适用于含有有机物的液体。
浓缩工艺的应用浓缩工艺广泛应用于各种行业，如：1. 化工行业在化工行业中，浓缩技术被广泛应用于化工原料、化工中间体、化工成品等的生产过程中。
通过浓缩工艺可以实现化工产品的提纯和浓缩。
2. 食品行业在食品行业中，浓缩技术被应用于果汁、乳制品、调味品等的生产过程中。
通过浓缩工艺可以提高食品的品质和口感，延长其保质期。
3. 制药行业在制药行业中，浓缩技术被广泛应用于药物的生产过程中。
通过浓缩工艺可以实现药物的纯化和浓缩，从而提高其药效。
4. 环保行业在环保行业中，浓缩技术被应用于危险废物处理和污水处理等方面。
通过浓缩工艺可以实现废物的减量和污水的净化。
总结浓缩工艺是一种实现液体中固体物质浓缩的重要方法，其原理和分类多种多样。
浓缩工艺在化工、食品、制药和环保等领域都有广泛的应用。
未来，随着科技的不断进步，浓缩工艺将会更加成熟和完善，为人类的生产和生活带来更多的便利和效益。
食品的浓缩
三、蒸发器的类型及选择
蒸发器主要由加热室、分离室组成。 加热室：利用水蒸气为热源来加热被 浓缩的物料。 分离室：将二次蒸汽中夹带的雾沫分 离出来。
蒸发器的类型及选择
（一）选用蒸发器的基本要求 1.符合工艺要求，溶液的浓缩比适当； 2.传热系数高，有较高的热效率，能耗低； 3.结构合理紧凑，操作、清洗方便，卫生、 安全可靠； 4.动力消耗低，设备便于检修，有足够的机 械强度。
升膜式蒸发器
是原料液从蒸发器底部进入，被蒸汽带动 ，沿着管往上流。
特点： 液体高度湍流-为了摆脱重力影响而向上运 动，因此升膜蒸发器不适用于高粘度产品 和加热表面易结垢的产品。
降膜式蒸发器
是原料液从蒸发器顶部进入，随重力作用 沿着管壁向下流动。
适用于蒸发量大、热敏、发粘、发泡物质 的蒸发。
（3）采用板式镜面换热、清洗方便。 蒸发 温度低、部份二次蒸汽经喷射式热压泵重 新吸入一效加热器，热量得到充分利用， 蒸发温度为75℃－45℃，而耗汽量是单效 25%；
（4） 可实现全自动化生产。
刮板式薄膜蒸发器
设备简介：
可用于易结晶、易结垢、高 粘度或热敏性的料液浓缩。 但该结构较复杂、动力消耗 大，处理量较小，浓缩比一 般小于3。
真空蒸发的主要特点
1.在真空条件下，液体的沸点低，有利于蒸发 2.减少对热敏性食品成分的破坏 3.便于采用低压蒸汽或废蒸汽作为加热源，利于多
效蒸发 4.真空蒸发需要配套的真空系统，增大设备投资及
动力损耗 5.热量消耗大
二、蒸发浓缩过程食品物料的变化
（一） 食品成分的变化 （二）粘稠性 （三）结垢性 （四）起泡性 （五）结晶性 （六）风味形成与挥发性 （七）腐蚀性
本设备采用离心式滑 动沟槽转子，是目前国外 最新结构蒸发器，在流量 很小的情况下也能形成薄 膜，在筒体蒸发段内壁表 面附着处理液中的淤积物 可被活动刮板迅速移去， 和固定间隙的刮板蒸发器 相比，蒸发量可提高40%69%。
浓缩的方法
浓缩的方法众所周知，浓缩是一种将液体或气体中的成分减少至一定比例的方法。
浓缩的应用范围非常广泛，从食品加工到化学工业，从环境保护到能源开发，都离不开浓缩技术的支持。
本文将从浓缩的基本原理、浓缩方法的分类以及浓缩技术的应用等方面进行探讨。
一、浓缩的基本原理浓缩的基本原理是通过减少液体或气体中的溶剂，使其溶质的浓度增加。
在液体浓缩中，通常采用蒸发、蒸馏、冷凝、离子交换等方法；在气体浓缩中，通常采用吸附、膜分离、压缩等方法。
浓缩的目的是为了提高溶液或气体中溶质的浓度，减少体积或体积成本，便于储存、运输和加工。
二、浓缩方法的分类1.蒸发法蒸发法是一种常用的液体浓缩方法，它的原理是利用热量将液体中的溶剂蒸发掉，使溶质浓度增加。
蒸发法通常分为自然蒸发、真空蒸发和强制循环蒸发三种形式。
自然蒸发适用于浓度较低的液体，真空蒸发适用于高浓度液体，而强制循环蒸发则适用于浓度较高的液体。
2.蒸馏法蒸馏法是一种利用液体的沸点差异来实现分离的方法。
蒸馏法通常分为简单蒸馏、分馏、萃取和萃取蒸馏等几种形式。
简单蒸馏适用于分离沸点相差较大的液体，分馏适用于分离沸点相差较小的液体，萃取适用于分离不同物质之间的亲疏性差异，而萃取蒸馏则是将萃取和蒸馏两种方法结合起来进行分离。
3.冷凝法冷凝法是一种将气体或蒸汽冷却成液体的方法。
冷凝法通常分为冷凝、冷凝分离、冷凝吸附和冷凝压缩等几种形式。
冷凝适用于将气体或蒸汽冷凝成液体，冷凝分离适用于分离沸点相差较小的液体，冷凝吸附适用于分离不同物质之间的亲疏性差异，而冷凝压缩则是将冷凝和压缩两种方法结合起来进行分离。
4.离子交换法离子交换法是一种利用离子交换树脂对液体中的离子进行选择性吸附和释放的方法。
离子交换法通常分为阴离子交换、阳离子交换和混床交换等几种形式。
阴离子交换适用于去除液体中的阴离子，阳离子交换适用于去除液体中的阳离子，混床交换则是将阴离子交换和阳离子交换两种方法结合起来进行分离。
5.膜分离法膜分离法是一种利用膜对液体或气体进行选择性分离的方法。
食品的浓缩技术之冷冻浓缩
食品的浓缩技术之冷冻浓缩(一)原理和缺点冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间固液相平衡原理的一种浓缩方法，即将溶液的部分溶剂以冰的形式析出，并将其从液相中分离出去从而使料液浓缩。
采用冷冻浓缩方法，对溶液的浓度有一定的要求。
当溶液中溶质浓度超过低共熔点浓度时，冷冻的结果表现为溶质转化成晶体析出，表现为结晶。
这样不仅不会提高溶液中溶质的浓度，反而会降低溶质的浓度。
而当溶液中溶质浓度低于低共熔点时，其冷却结果则表现为溶剂(水分)成晶体(冰晶)析出。
随着溶剂成晶体析出的同时，余下溶液中的溶质浓度也就提高了，此即冷冻浓缩的基本原理。
由此可见，冷冻浓缩的操作包括两个步骤，首先是部分水分从水溶液中结晶析出，而后将冰晶与浓缩液加以分离。
结晶和分离两步操作可在同一设备中或在不同设备中进行。
冷冻浓缩方法比较适用于对热敏性物料、生物制药、中草药及对色、香、味均有较高要求的饮料等的浓缩，因为冷冻浓缩过程中，溶液中水分的排除是靠溶液到冰晶的相际传递，避免了加热蒸发，从而减少了挥发性物质和易变性物质的损失。
为了更好地使操作中形成的冰晶不混有溶质，分离时又不致使冰晶夹带溶质，防止造成过多的溶质损失，结晶操作时应尽量避免局部过冷，分离操作也要很好地加以控制。
冷冻浓缩具有独特的优越性，对于含挥发性芳香物质的食品采用冷冻浓缩，其制品品质将优于蒸发浓缩和膜浓缩法。
冷冻浓缩也存在不可避免的缺点，主要包括：1.冷冻浓缩方法受溶液浓度的限制，而且冰晶与浓缩液可能分离的程度也影响浓缩的效果。
一般而言，溶液粘度愈高，分离就愈困难。
2.冷冻加工过程中，细菌和酶的活性得不到抑制，所以制品还必须再经热处理或加以冷冻保藏。
3.冷冻过程中会造成不可避免的溶质损失且成本高。
(二)冷冻浓缩中的结晶过程冷冻浓缩中的结晶为溶剂的结晶。
同常规的溶质结晶操作一样，被浓缩的溶液中的水分也是利用冷却除去结晶热的方法使其结晶析出。
冷冻浓缩的结晶过程可在多种设备中进行，包括管式、板式、搅拌夹套式等热交换器以及真空结晶器，内冷转鼓式结晶器、带式冷却结晶器等设备。
第八章+食品的浓缩与结晶技术
1
6.87 0.855 11.2 1.4 575 126
28 536 690 270
蒸发效数
2
3
3.23
2.07
0.404
0.259
9.7
13.3
1.21
1.66
201
109
185
230
40
52
188
102
413
384
270
380
4
1.57 0.182 16.7 2.09
76 300 55 73 428 500
四、蒸发浓缩过程的节能与多效蒸发
单效真空蒸发广泛应用于食品浓缩。其最大优点就是容易操作 控制；可依据物料的粘性、热敏性等，控制蒸发温度和蒸发速率； 由于物料在单效蒸发器内停留时间长，会带来热敏性成分的破坏， 且物料在不断地浓缩，其沸点也随浓度的提高而增大，黏度也随 浓度和温度的变化而变化,因此浓缩过程要合理选择和控制蒸发温 度。由于液层静压效应，从而引起的液面下局部沸腾温度高于液 面上的沸腾温度，同时因料液黏度增大，物料在蒸发过程中湍动 小，更易增大温度差异，甚至加热面附近料液温度接近加热面温 度，引起局部结垢、焦化，严重影响热传递。
单效蒸发还存在热耗高，传热面积不能太大等特点，限制其蒸 发能力的提高。对于生产量很大的现代化大型食品加工厂，真空 多效蒸发显示出了其更大的优越性。
1.多效真空蒸发的特点
①在真空条件下，液体的沸点低，有利于增大加热蒸汽与液体 之间的温差，增大传热效率，减少传热面积； ②物料在较低温度下蒸发，可以减少对热敏性物料的破坏； ③便于采用低压蒸汽和废热蒸汽作为热源，降低能耗，提高生 产效率。 ④真空蒸发需要配备真空系统，会增大设备投资及动力消耗。
食品浓缩技术
摘要：为了在生产中便于储藏运输或作为其他工序的预处理，又要使食品溶液的色、香、味尽可能地保存下来，所以，采用了浓缩技术。
我过现有的几种浓缩技术主要有蒸发浓缩、真空浓缩、闪蒸浓缩、反渗透浓缩、超滤浓缩、膜浓缩、电渗析浓缩、冷冻浓缩等。
此篇文章主要对其中的蒸发浓缩、膜浓缩、冷冻浓缩三大浓缩技术的原理、操作技术进行了阐述说明。
关键字：浓缩技术；原理；选择一、食品浓缩的目的①减少重量和体积,浓缩去除食品中大量的水分，减少食品包装、贮藏和运输费用。
②可提高制品浓度，增大渗透压，降低水分活度，抑制微生物生长，延长保质期。
③作为干燥、结晶或完全脱水的预处理过程。
④降低食品脱水过程的能耗。
⑤改善产品质量。
二、浓缩方法从原理上说分为平衡浓缩和非平衡浓缩两种物理方法。
①平衡浓缩是利用两相在分配上的某种差异而获得溶质和溶剂分离的方法。
蒸发浓缩和冷冻浓缩即属此法。
蒸发浓缩在实践上是利用加入热能使部分溶剂汽化，并将此汽化水分从余下的被浓缩溶液中分离出去。
即使溶剂汽化达到使溶质增浓的目的。
这种方法目前仍然是食品工业最广泛应用的一种浓缩方法。
冷冻浓缩是利用稀溶液与固态冰在凝固点下的平衡关系，即利用有利的液固平衡条件。
冷冻浓缩时，部分水分因放热而结冰，而后用机械方法将浓缩液与冰晶分离。
蒸发和冷冻浓缩，两相都是直接接触的，故称为平衡浓缩。
②非平衡浓缩：是利用半透膜来分离溶质与溶剂的过程，两相用膜隔开，因此分离不是靠两相的直接接触，故称非平衡浓缩。
利用半透膜的方法不仅可以分离溶质和溶剂，而且也可用以分离各种不同大小的溶质，因此统称为膜(渗)分离。
浓缩操作在食品工业中有着广泛的应用，是食品工程上极其重要的单元操作。
这些操作的原理都涉及到溶液的热力学问题。
1.蒸发浓缩原理：按照分子运动学观点，溶液受热时，溶剂分子获得了动能，当一些溶剂分子的能量足以克服分子间的吸引力时，溶剂分子就会逸出液面进入上部空间，成为蒸汽分子，这就是汽化。
如果不设法除去这些蒸汽分子，则汽相与液相之间，水分的化学势将渐趋平衡，汽化过程也相应逐渐减弱以至停止进行。
真空浓缩设备的工作原理与分类
一、真空浓缩设备的工作原理与分类
所谓浓缩，就是从溶液中除去部分溶剂的单元操作。
食品生产中所需原料及半成品一般含有大量水分，约占原料的65％～95％，而营养成分及风味物质只占5％～10％，而且均属于热敏性强的物质。
如何在维持食品原有的色、香、味的同时提高产品浓度是一个复杂的过程。
全面利用现代生产技术，以达到低温、快速、连续、高效、节能是食品浓缩设备的发展方向。
食品浓缩的目的为：
①除去食品中大量水分，减少包装、储藏和运输费用。
②通过提高食品浓度，达到增加食品保藏性的目的。
③满足后续加工工艺过程的要求。
经常作为干燥或完全脱水的预处理，特别适合原液含大量水分的物料。
用浓缩的方法排除大部分水分比干燥更节能。
1.真空浓缩的原理及优缺点
（1）真空浓缩的原理溶液加热时，溶剂分子获得动能，当部分溶剂分子获得的能量足以克服分子间的吸引力时，溶剂分子会离开液面成为蒸汽分子。
若热能不问断供给，溶剂蒸气不断排除，则溶剂的汽化过程会持续进行。
这种将溶液加热至沸腾，使溶液中部分溶剂汽化并不断排除的过程就是蒸发。
食品工业中广泛应用真空蒸发进行浓缩操作。
（2）真空浓缩的优缺点
①优点。
a.增大了加热蒸汽与沸腾液之间的温度差（△T）；
b.可利用压强较低的蒸汽作为加热蒸汽，采用多效蒸发，提高热能利率效率；
c.因溶剂的蒸发温度较低，适用于热敏性及易氧化物料的浓缩；
d.可减少微生物污染，起到预杀菌的作用。
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二、冷冻浓缩的过程与控制
• 1.冰晶生成及控制
– 1. 冰晶体生成速率 – 2. 冰晶生成的方式
• 层状冻结 • 悬浮冻结
• 2.冰晶与浓缩液的分离
第四节 膜浓缩
膜浓缩--类似于过滤的浓缩方法，只不过 “过滤介质”为天然或人工合成的高分子 半透膜，如果“过滤”膜只允许溶剂通过， 把溶质截留下来．使溶质在溶液中的相对 浓度提高．就称为膜浓缩。
蒸发器主要由加热室、分离室组成。 加热室：利用水蒸气为热源来加热被 浓缩的物料。 分离室：将二次蒸汽中夹带的雾沫分 离出来。
C
A
E
BD
四、蒸发浓缩过程的节能与多效蒸发
• 1.多效真空蒸发浓缩及其特点
– 顺流加料法 – 逆流加料法 – 平流加料法
• 3.多效蒸发过程的节能措施
– 蒸发器的革新 – 蒸汽再压缩蒸发
△P
温 度（ T）
• 透水速率受温度的影响通常遵循
LnJw
阿伦尼乌斯公式：
b
Jw ae T
• 或者：
LnJw b Lna T
– Jw – 透水率 m3/m2.h ; a-- 膜常数
b -- 常数 T---热力学温度，K
变化趋势：温度升高、透水率上升、正相关； 1/T
一、膜浓缩的种类及操作原理
• 目前在工业上应用较成功的膜浓缩主要 有以压力为推动力的反渗透 (Rever Osmosis, 简称 RO) 、超滤(Ultra Filtration,简称 UF)， 以及以电力为推动力的电渗析(ED) 。
1. 反渗透
在左图中，我们用半透膜隔开两种浓度不同的溶
•液工在，作刚所原开有理始膜：时浓两缩侧技水术平是中平，齐反的渗，透但的由应于浓用度不同，
第二节 蒸发浓缩
一、蒸发浓缩的基本原理
• 食品工业上应用最为广泛的浓 缩方法。不少食晶物料是水溶液， 因此蒸发指的是水溶液的蒸发。
二、蒸发浓缩过程食品物料的变化
• 食品中热敏性物质的变化 • 沸点和冰点的变化 • 粘度 • 起泡性 • 结垢性 • 结晶性 • 风味形成与挥发
三、蒸发器的类型及选择
压强（P）
Jw = a(P-π)
理论
– Jw--透水率 m3/m2.h ；a--膜常数；Jw 线
P---压强； π---渗透压– 从公式中可以看出Jw与P成线性关 系，即透水速率正比于溶液压力
与渗透压的差值。但随着压力P的 增加线性关系会逐渐受到破坏，
这主要是由于受到浓度差极化的
现象所引起的。
实际曲 线
• 改善产品质量。
• 甘蔗汁经净化、蒸发浓缩去除 水分，并进行浓缩结晶是蔗糖 生产的必经工艺过程。
二、分 类
• 按浓缩的原理分类
–平衡浓缩
• 蒸发浓缩 • 冷冻浓缩
–非平衡浓缩--膜分离
按浓缩的方法分类
– 日光浓缩法(Solar concentration) – 釜(Open kettles) – 瞬间蒸发/急剧蒸发 ( Flash evaporation） – 薄膜蒸发(Thin-Film evaporation) – 真空浓缩(vacuum concentration) – 冷冻浓缩(Freeze concentration) – 超率法(Ultrafiltration) – 逆渗透(Reverse osmosis)
• 提高制品的浓度、增大渗透压、阵 低水分话性、延长制品的保质期。
• 100t含固形物6%的番茄肉（去除皮 和种子），若将其浓缩成32％的番 茄酱，则重量喊至18.7t，体租为原 来的1／6，可将贮运要求及费用大 大降低。
• 浓缩是结晶操作的预处理过程及结 晶控制的一种手段。
• 降低食品脱水过程的能耗真空浓缩 尤其是多效真空浓缩，常常是食品 千燥的前处理过程。
措施
• 采用低温蒸发浓缩设备，减少香 味成分的挥发
• 采用短时蒸发浓缩设备 • 蒸馏法回收 • 浆液浓缩工艺
第三节 冷冻浓缩
冷冻浓缩－－利用冰和水溶液之间的 固液相平衡原理的一种浓缩方法。
• 2.冷冻浓缩过程中溶液的冰点
– 冰点下降的计算式为：
-RT0ln(1-X)
ΔTi = -------------
是浓度最反差多渗造影的透成响，两是它反侧与对的渗自化于透然学水渗效势溶透率不液方同的中,向稀因的相溶素有反液机：的中物的一，水种金透过
属高半 会膜都透逐离的现浓是膜 步在子去缩由向 下压压浓，除技半降浓溶强实微能术透，溶液、、生力，膜当液一温 膜物 ；压一在 的侧度 的力侧， 尤渗 作加、 降超流其 其上透 用过动浓 解一它 在与 才某，个度 、胶 水反 能一直外差 膜中体渗完数到来极 的含类透成值两压化 结盐物时侧的的力、垢渗达量质过。P2膜等透到大具程，停平的于有渗中止衡透较，为速即至度； 4达0到0据m了g下/渗L图时透我效平们果衡。来更P分好2－析。P一1＝下π （反π渗即透为的渗透工压作差原） 理当–：反P2渗进透一的步基增本大工时作,浓原溶理液中的水就会反其原来的 渗透方向进入稀溶液侧，这就叫做反渗透。
ΔS
– 式中：
• ΔTi --冰点下降，K； • R——摩尔气体常数，8.314kJ.kmol-1.K-1 • T0——未添加溶质时溶浓的冰点，K； • X——溶液的浓度， kmol．M-3; • ΔS——水转化为冰时的佰变，1·K-1。
• 3.冷冻浓缩过程中的冰结晶量和浓缩液量 • 4.冷冻浓缩过程中的溶质夹带和溶质脱除 • 5.浓缩终点
• 机械再压缩蒸发 • 蒸汽喷射再压缩法 • 热泵循环再压缩法
– 利用蒸发器的余热预热物料或用于其它加热 目的
五、蒸发浓缩过程香味的保护与回收
• 果蔬香味成分主要是由各种有机化合物 如酯、醇、酸、醛、内酯等所组成．其 量少于 0.1mg/kg，却是影响果蔬汁品质 的主要因素。
• 果蔬香味多具挥发性，因此香味回收是 蒸发液缩过程必须考虑的措施。
食品浓缩分类
内容
第一节 浓缩的目的和分类 第二节 蒸发浓缩 第三节 冷冻浓缩 第四节 膜浓缩 第五节 食品的结晶
第一节 浓缩的目的和分类
浓缩：从溶液中除去部分溶剂（通常 是水）的操作过程，也是溶质和溶剂 均匀混合溶液的部分分离过程。
一、目的
• 减少重量和体积 浓缩去除食品中 大量的水分，可减少食品包装、贮 藏和运输费用。