食品冷冻干燥的原理
冷冻干燥工艺的原理及应用
冷冻干燥工艺的原理及应用1. 冷冻干燥工艺的原理冷冻干燥工艺是一种常用的食品加工工艺，它通过将食品在低温下冷冻，然后在低温下将水分从食品中去除，从而实现食品的长时间保鲜和延长食品的保存周期。
冷冻干燥工艺的原理主要有以下几个方面：•冷冻：将食品在低温下迅速冷冻，冻结食品中的水分，形成固态水。
•脱水：在低温下，通过减压脱水的方法，使冻结的水分直接转化为气体，绕过液态的过程，这过程被称为升华。
•压力平衡：为了使脱水过程顺利进行，需要在冷冻室和真空室之间保持压力平衡。
冷冻室提供低温环境，真空室提供低压环境。
•干燥：经过脱水过程后，食品中的水分几乎完全脱除，得到了干燥的食品。
2. 冷冻干燥工艺的应用冷冻干燥工艺广泛应用于食品工业中的各个领域。
以下是冷冻干燥工艺的几个主要应用：2.1 咖啡冷冻干燥技术在咖啡加工中得到了广泛应用。
咖啡豆在冷冻过程中迅速冻结，并在真空环境下将水分升华，得到了干燥的咖啡颗粒。
冷冻干燥可以保持咖啡的原始风味和香气，延长咖啡的保存时间。
2.2 蔬菜和水果冷冻干燥工艺可以用于蔬菜和水果的保鲜和加工。
蔬菜和水果在低温下冷冻，然后通过脱水过程去除水分，最终得到干燥的蔬菜和水果。
这样可以保持蔬菜和水果的口感和营养成分，延长其保存周期。
2.3 药品冷冻干燥工艺在药品制造中也有广泛的应用。
很多药品对温度敏感，通过冷冻干燥工艺可以在低温下进行制造和保存，以保持药品的活性和稳定性，延长药品的有效期。
2.4 基因工程产品冷冻干燥工艺还可以用于基因工程产品的制备和保存。
基因工程产品中的活性蛋白质和细胞可以通过冷冻干燥保持其活性和稳定性，便于长时间保存和运输。
3. 冷冻干燥工艺的优势冷冻干燥工艺具有以下几个优势：•保持原始风味和营养成分：冷冻干燥过程中的低温和低压可以减少化学反应和营养成分的流失，保持食品的原始风味和营养成分。
•延长保存时间：冷冻干燥可以将食品中的水分基本去除，降低了食品的活性水分含量，从而延长了食品的保存时间。
食品真空冷冻干燥技术
冷藏与制冷技术
2.物料的冷却固化过程
1 预冻温度 冷却固化过程的最终温度应当是完全固化温度,
它应低于物料的共晶温度,一般预冻温度要比 共晶点温度低5—10°C，
冷藏与制冷技术
2.物料的冷却固化过程
2 预冻速率 冻结对冷冻干燥的影响主要是冻结速率， 物料预冻时形成冰晶,冰晶升华后留下的空隙
升华干燥
冷藏与制冷技术
冷藏与制冷技术
3、升华干燥过程 一次干燥
一般冷冻干燥采取的绝对压力为0.2kPa左右， 升华时所需的热量由加热设备提供,热量从下 搁板通过物料底部传到物料的升华前沿,也从 上搁板以辐射形式传到物料上部表面,再以热 传导,经已干层传到升华前沿，
冷藏与制冷技术
3、升华干燥过程 一次干燥
冷藏与制冷技术
冷冻真空干燥优点
3、真空冷冻干燥是在较低温度 低于水的冰点 下进行操作,对于许多热敏性物质的干燥特别适 用， 例如,对蛋白质、微生物等物质,采用真空冷冻 干燥不会发生变性或失去生物活性，因此在医 药上得到广泛应用，
冷冻真空干燥优点
冷藏与制冷技术
4、物料在真空冷冻操作下干燥,可排出物料中95%99％左右的水分,使得到的干燥产品不易收缩,不易 变质,能较好地保留物料的构造 营养纤维和固状 物 ,使其加水后能迅速水化,恢复原来的性状，因 此,采用真空冷冻干燥方法生产的食品更接近新鲜 食品的风味，
仅从干燥速率来说,以慢冻为好,但是慢速冻结 对食品原料组织结构破坏较大,影响制品品质，
因此应确定合适的预冻速率,既使物料组织造成 破坏小,又能形成有利于以后升华传质的冰晶结 构，
冷藏与制冷技术
2.物料的冷却固化过程
3 预冻时间 物料的冻结过程是放热过程,需要一定的时间，
食品干燥原理
G1
D Pi Ps XRT
干燥表面至冷阱表面 的摩尔质量扩散方程：
G2
m
RT
Ps Pa
共晶点、共溶点、 塌陷温度与玻璃化温度
W1 a1 A b1
W2 a2
C B D
b2
H
B
E
We
冻干食品的特点
优质：基本保持食品原有的色、香、味、形，维生素 和蛋 白质等营养物质损失少。
1 M W 2 m1 m2 1 M W 1
MW1 MW 2 MW1 MW 2 ms m1 m2 m1 m2 1 MW 2 1 MW1
干燥计算 ——质量衡算
注意：将湿空气参数与物料变量结合起 来，在它们之间进行着传热与传质。
ms md M d 1 M d 2 Ld 2 d1
物料中的水分在向外迁移时，什么时候以气态 为主，什么时候以液态为主？
为什么干燥完成后，还要冷却？
冬天结冰衣服风干？
冷冻干燥原理
真空冷冻干燥 1、增加压差 2、减少阻力
温度 ℃ 10 0 -10 -20 -30 -40 -50
升华/汽化热 kJ/kg 2477.1 2500.8/2835 2836.5 2838.0 2838.7 2838.6 2837.8
湿球温度是绝热饱和温度，露点温度是 等湿饱和温度。
12-3 湿物料的性质
水分性质
组织结构束缚 分子间力的束缚 自由水
物理化学结合水
化学结合水
湿物料的含水量
干基水分 湿基水分
ms Md md
MW
水分活度
p a ps
宠物食品技术食品真空冷冻干燥技术原理和生产过程
食品真空冷冻干燥技术原理和生产过程1冻干食品冻干食品是在低温状态下进行生产的，其加工过程处于基本无氧和完全避光的环境中，使食品成分不会发生剧烈的化学反应；因此不仅保持了新鲜食品所具有的色泽、香气、味道和形状，而且最大限度地保存了食品中的各种维生素、碳水化合物和蛋白质等大部分营养成分。
经实验检测证明，猪肉和腊肉中含有较多的维生素B1,若用放射线杀菌时，99%的维生素B1被破坏；罐头制品中维生素B1的保存率为33%,经冷冻干燥的食品，维生素B1却相对稳定；经冻结干燥的青刀豆，每百克含抗坏血酸18.26毫克，胡萝卜素0.33毫克，分别占新鲜产品的79%和67%,而经其它技术脱水干燥的青刀豆，每百克仅含抗坏血酸8.5毫克，只占新鲜产品的37%,而胡萝卜素的含量几乎为Oo冻干食品具有多孔组织结构，不会形成水份不能穿透的薄层，具有良好的复水性，烹调、食用十分方便。
另外，冻干食品含水率极低，一般为1%〜3%,多者不超过5%〜6%；经密封包装后可以长期贮存。
即使在常温下储藏，质量也很少变化，因而大幅度降低了储藏费用，也方便了运输。
2冷冻干燥技术原理冷冻干燥又叫真空冻结升华干燥，是将含水物料在低温下冻结, 然后在真空条件下将水升华除去是使物料干燥的一门技术。
为阐述冷冻干燥原理，先作下列实验说明水的气化和冰的升华。
1、曲线0A为气化曲线，A为水的临界点P,t(220bar,374℃),在0A曲线上水和水蒸气共存。
2、曲线OB为融解曲线，水和冰共存的状态。
3、曲线0C为升华曲线，冰和水蒸气共存的状态。
4、0点为上述三曲线的交点，叫水的三相点，其对应的压力温度为P,t（610.5Pa,+0.0098℃）,此状态点水、水蒸气、水三相共存。
5、设有一盅水，如果将盅内的水在常温常压下自然蒸发，那么需要相当长的时间才能把盅内的水完全蒸发掉，就是说水的气化速度很慢。
提高水分气化速度的方法有两种：一、将水等压加热。
即将水温升高并保持与大气压对应的饱和温度（即沸点100℃）一致，这个状态就是过D点的等压线与气化曲线的交点E,水不停地沸腾气化。
冷冻干燥技术及其在食品工业中的应用
自冻法的缺点是产品收缩、变 用这种方法预冻的果蔬，冻于后 形及表面硬化，但成本低廉，因此 可以保持原来果蔬的形态，而且产品 也有应用。 质量较高，但干燥时间较长因此成本 较自冻法高。
冰晶升华后残留下的空隙变成升华水蒸气的逸出通道。已干燥 层和冻结部分的分界面称为升华界面。在食品冷冻干燥中，升 华界面一般以1-3mm/h的速度向里推进。当物料中的冰晶全部 升华时，第一阶段干燥结束，此段约除去全部水的90%左右。 升华干燥是将冻结 后的物料置于密闭的真 空容器中加热，使其冰 晶升华成水蒸气而使物 料脱水干燥。真空容器 ，也称干燥室、干燥箱 和干燥仓等。从图中可 以看出，此段于燥速率
洗 净
整 形 切 分
撅 烫
冻 结
冻 干
计 量 分 装
真 空 包 装
( )
原 料
解 冻
洗 净
肥去 肉骨 ︑︑ 脂筋 肪︑
滚 揉 加 调 料
装 模
蒸 煮
冷 却
取 模
整 形 切 分
计 量 装 盘
冻 结
冻 干
计 量 分 装
真 空 包 装
( )
原 料
检 查 挑 选
洗 净
榨 汁
浓 缩
浓 缩
冻 结
低 温 粉 碎
筛 选
其原因与冻干食品中水的含量、包装袋内氧的多少、 食品中不饱和脂肪酸的存在、储存时的高温、紫外线、 电离辐射、过氧化物的污染，含有易氧化的铜、铁离子 等因素有关。 此外，光的照射也会加速食品中色素的分解褪色。
含水过多时，产品在储存中常 有收缩，粉粒状食品则会互相粘连 结块，其溶解性下降。多于单分子
层的含水量，可溶解食品中的水溶 性成分如水溶性花青素、叶绿素、 某些芳香组分和维生素等。储存中 会分解产生褪色或造成损失。
冷冻干制的原理优缺点应用
冷冻干制的原理、优缺点及应用一、原理冷冻干制是一种将物质在低温下冷冻固化，并在真空条件下通过升华的方法将水分直接从固态转变为气态的干燥技术。
其主要原理如下：1.冷冻：食品或其他物质在低温下被冷冻，使水分分子凝固成固态，并减小了水分子间的距离。
2.减压：将被冷冻的物质放入真空环境中，通过减压使固态水分在低温下升华为气态，从而脱水。
3.除冰：通过加热固体表面，使升华的水分从凝固固体中融化，最终以液体形式排出。
二、优点冷冻干制技术具有以下的优点：1.保留营养成分：冷冻干制过程中，低温和真空环境可以最大程度上保留食品中的营养成分，同时保持食品的色、香、味。
2.良好的质量：由于物质受冷冻固化，干燥过程中的物理变化较小，所以冷冻干制的食品质量较高。
3.长期储存：冷冻干制的食品具有较长的保质期，不易受潮变质，可以长时间保存。
4.重量轻：冷冻干制的食品由于脱水后重量大大降低，方便携带和运输。
5.方便食用：冷冻干制的食品只需加水即可食用，非常方便。
三、缺点冷冻干制技术也存在一些缺点：1.生产成本高：冷冻干制技术相对于传统的干燥方法，设备和能耗均较高，因此生产成本较高。
2.影响营养部分：由于冷冻干制过程中存在一部分热敏感营养成分在高温暴露时间较长，可能部分损失。
3.生产周期长：冷冻干制的工艺周期长，需要几个小时到几天的时间，因此生产效率较低。
四、应用冷冻干制技术在多个领域都有广泛的应用，下面列举几个典型的应用领域：1.食品加工：冷冻干制技术广泛应用于肉制品、蔬菜、水果等食品加工。
利用冷冻干燥技术可以保留食品的原有口感和营养，延长产品的保质期。
2.药物制备：许多药物在含水状态下容易变质或降解，通过冷冻干制技术可以脱水、保存和运输药物，同时可以保持药物的活性。
3.生物质材料：冷冻干制技术可以用于生物质材料的制备，例如脱水的纤维素可以作为生物燃料使用。
4.实验室研究：冷冻干燥技术在实验室中也有广泛的应用，例如制备干燥的细胞，用于保存生物样本。
真空冷冻干燥技术在食品中的应用
引言真空冷冻干燥技术是将冷冻技术结合起来的一种综合性技术、亦称真空冷冻升华干燥技术[1]。
食品真空冷冻干燥技术的主要优点是能保持新鲜食品的色、香、味、形，最大限度地保存了食品内部的维生素、蛋白质等营养成分, 且复水性好，能在常温下保存较长的时间，因而被广泛地用于方便食品、调理食品等方面。
它是干燥技术领域中科技含量高、应用广的一种技术，因其产品具有绿色、方便、保健功能，深受大家青睐。
1真空冷冻干燥技术简介1.1真空冷冻干燥定义真空冷冻干燥是先将物料冻结到共晶点温度以下，使水分变成固态的冰，然后在适当的真空度下，使冰直接升华为水蒸气，再用真空系统中的水汽凝结器（捕水器）将水蒸气冷凝，从而获得干燥制品的技术[2]。
1.2真空冷冻干燥技术的原理水有三种相态，即固态、液态和气态，三种相态之间既可以相互转换又可以共存[3]（如图1）。
真空冷冻干燥是把新鲜的食品如蔬菜、肉类、水产品等预先快速冻结,并在真空状态下，将食品中的水分从固态升华成气态，再由解析干燥除去部分结合水，从而达到低温脱水干燥的目的。
冻干食品不仅保持了食品的色、香、味、形，而且最大限度地保存了食品中的维生素、蛋白质等营养成分。
冻干食品具有良好的复水性，食用时只要将该食品加水即可在几分钟内复原[4]。
图1水的三相点示意图（1）当压力高于610.5Pa时，从固态冰开始，水等压加热升温的结果是先经过液态再达到气态；（2）当压力低于610.5Pa时，水从固态冰加热升温的结果是直接由固态转化为气态。
1.3真空冷冻干燥装置真空冷冻干燥装置由干燥室、加热系统、真空系统、制冷系统和控制系统组成[5]（如图2）。
图2真空冷冻干燥装备1.4真空冷冻干燥技术的应用范围1.4.1医药领域在医药方面，主要用于血清、血浆、疫苗、酶、抗生素、激素等药品的生产，还用于生物化学、免疫学和细菌学等临床检验药品的干燥[6]。
它可以使药品不变质，可以长期保存，容易实现药剂定量准确，容易进行无菌化操作，可以大批量无菌化生产。
果蔬真空冷冻干燥技术(pdf 11页)
果蔬真空冷冻干燥1.概述真空冷冻干燥技术是一项高新加工技术，被认为是生产高品质脱水食品的最好加工方法。
其原理是在真空状态下，利用升华原理，使预先冻结的物料中的水分不经过冰的融化直接以冰态升华为水蒸汽被除去，从而使物料干燥，称为真空冷冻干燥，简称冻干。
用此方法生产的食品称冻干食品。
⑴冻干食品的优点主要有：①保持食品组织结构、营养成分和风味物质基本不变，特别是生理活性成分保留率最高，这是某些功能性食品采用冻干食品为基料的主要原因。
②外观不干裂，不收缩，维持食品原有的外形和色泽；③产品无表面硬化，组织呈多孔海绵状，因此复水性能好，食用方便，浸泡即可复原，从而决定了它在即食方便食品中的地位；④重量轻，耐保藏，对环境温度没有特别的要求，在避光和抽真空充氮包装时，常温条件下可保持2年左右，其贮存、销售等经常性费用远远低于冷冻食品。
⑵冻干食品的缺点冻干食品的生产需要一整套高真空设备和低温制冷设备，因此，设备的投资费用较大。
此外，为了防止物料中冰晶的融化，升华温度不宜太高。
更主要的是，真空状态下多孔性物料的导热系数低，传热速率低，致使本来温度就不高的冰晶升华速率变得更低，所以，冷冻干燥的时间一般较长。
在如此长的时间内，设备一方面要不停地制冷，另一方面要不停地供热，还要不停地抽真空，致使设备的操作费用较高。
所有这些，导致了冻干食品的生产成本较高，大大地限制了冻干食品的发展。
这也一直是科学工作者致力于研究的课题。
⑶国内外冻干食品发展概况真空冷冻干燥技术早期用于生物体的脱水，第二次世界大战后才用于食品工业。
经过几十年的发展，技术日渐成熟，设备日趋完善。
70年代以来，随着人们对方便食品的要求日益增多，使冻干食品市场日趋扩大，冻干食品在发达工业国家已相当流行，成为国际贸易的大宗食品。
以日本为例，97年日本国内冻干食品的产量为7000t，同年日本还向美国、台湾进口此类食品5000多t，目前欧州有冻干食品生产企业近100家，美国有80多家，日本有40多家，年产量达几万t，品种近100种，包括蔬菜、水果、速溶固体饮料、肉类、水产品等。
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食品冷冻干燥的原理
食品冷冻干燥是一种常用的食品保鲜和加工方法。
它通过将食品在低温下冷冻，然后将冷冻的食品在真空条件下加热，使水分从食品中直接转化为水蒸气，达到干燥的目的。
食品冷冻干燥的原理主要涉及到三个关键步骤：冷冻、干燥和真空。
食品冷冻干燥的第一步是冷冻。
将食品放入低温环境中，一般为零下20度至零下50度的温度范围内，使食品迅速冷却。
冷冻的目的是将食品中的水分转化为冰晶形式，从而减少食品中的水分含量。
接下来是干燥的过程。
在冷冻后，食品中的冰晶会转化为水蒸气，这个过程称为升华。
升华是物质从固态直接转化为气态的过程，跳过了液态阶段。
在冷冻食品中，通过升华过程将水分从食品中脱除，可以保持食品的营养成分和口感。
最后是真空的环境。
在干燥的过程中，为了加速水分的升华，需要在食品周围建立一个真空环境。
真空环境下的压力较低，可以降低水的沸点，使水分更容易从固态转化为气态。
同时，真空环境下还可以减少氧气的存在，防止食品氧化和变质。
食品冷冻干燥的原理，可以通过控制冷冻和干燥的时间、温度和真空度来实现。
首先，冷冻的时间和温度要根据不同食品的特性来调整，以确保食品能够充分冷冻。
然后，干燥的时间和温度也需要根
据食品的特性来调整，以保持食品的质量和营养成分。
最后，真空的度数也需要根据食品的特性来选择，以保证水分充分升华。
食品冷冻干燥的原理有许多优点。
首先，由于食品在低温下进行干燥，可以大大减少食品的营养流失，保持食品的色、香、味和口感。
其次，冷冻干燥可以在食品中保留多种活性成分，如维生素和酶等，有助于提高食品的保健功能。
此外，冷冻干燥后的食品体积轻巧，易于储存和运输，延长了食品的保质期。
然而，食品冷冻干燥也存在一些局限性。
首先，冷冻干燥的过程时间较长，会增加生产成本。
其次，由于需要建立真空环境，设备成本也较高。
此外，某些食品在冷冻干燥过程中可能会发生结构变化，影响食品的口感。
总结起来，食品冷冻干燥是一种常用的食品保鲜和加工方法。
它通过冷冻、干燥和真空的三个关键步骤，将食品中的水分转化为水蒸气，达到干燥的目的。
食品冷冻干燥的原理可以通过控制时间、温度和真空度来实现，并具有保留营养、延长保质期等优点。
然而，它也存在时间长、成本高等局限性。
在今后的发展中，可以进一步改进设备和工艺，提高冷冻干燥的效率和质量。