关于农产品冷冻干燥加工能耗影响因素的研究
农产品初加工工作中的能源消耗与减排措施
农产品初加工工作中的能源消耗与减排措施随着人们对食品安全和生态环境的关注日益增加，农产品初加工行业也面临着减少能源消耗和降低排放的压力。
本文将探讨农产品初加工工作中的能源消耗情况，并提出一些减排措施，以期达到可持续发展的目标。
一、能源消耗情况农产品初加工工作涉及多个环节，包括清洗、破碎、干燥等。
在这些环节中，能源消耗主要来自于电力、燃气和燃油。
首先，清洗环节需要大量的水和电力。
其次，破碎过程需要使用燃气或电力。
最后，干燥环节需要大量的热能，通常使用燃气或燃油来提供热源。
由于传统的初加工工艺通常缺乏高效能量利用系统，能源消耗较为浪费。
例如，许多企业使用老旧设备，能效低下，能源利用率不高；同时，一些企业没有建立科学的能源管理体系，导致能源的浪费和损失。
二、减排措施为了减少农产品初加工工作中的能源消耗和减少排放，企业可以采取以下措施：1. 换用高效设备：更新和升级设备是降低能源消耗的重要方式。
企业可以选择能效更高的设备和技术，提高能源利用率。
例如，使用高效的清洗设备和节能型破碎机可以减少能源消耗。
2. 优化工艺流程：合理优化工艺流程可以减少农产品初加工中的能源消耗。
企业可以对加工环节进行调整和优化，减少能源浪费。
例如，通过改变干燥温度和时间，优化干燥工艺，减少能源消耗。
3. 引入新能源：利用可再生能源是减少能源消耗和减少排放的重要手段。
农产品初加工企业可以考虑利用太阳能、风能等新能源作为清洁能源供应，减少对传统能源的依赖。
4. 建立能源管理体系：建立科学的能源管理体系对于减少能源消耗和降低排放至关重要。
企业应制定能源管理计划，设定能源消耗指标，并进行定期的能源消耗监测和评估。
通过节能措施的实施和能源管理体系的运营，能够有效降低能源消耗和减少排放。
5.加强员工培训：提高员工的能源意识和技能水平也是降低能源消耗的重要因素。
企业应加强员工培训，普及节能减排知识，培养员工的节能意识和技能，促进企业能源管理的顺利进行。
方便馄饨冷冻干燥工艺参数的优化研究
真空冷冻干燥 （ 简称冻干 ）是食品物料脱水干燥的
一
２ ３ 复水 比的测 定 ．
种先进工艺，通过 对鲜物料预先 冻结 ，并在冻 结状态 的目的。与其他干燥方法加工的脱水食品相比，具有如下
将冻干后的馄饨称重，用开水冲泡 ，再称重 。
ｒ＝ ｍ ｏ ｍ ／
下 ，将物料的水分从固态直接升华为气态 ，达到去除水分
板温度及 装料量等因素对馄饨的干燥 时间和 复水 比两个指标 的影 响 ，优 化 了馄饨 冷冻干 燥的工 艺参 数 ，提 高冻干效率和冻干馄饨品质 。
【 关键词】馄饨；冷冻干燥；工艺参数
中图分类号 ：Ｔ ２ ３ ２ Ｓ １ ． 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ —１ ０ （０６ １一ｏ ７ Ｏ ０ ９ ８ ７ ２ ０ ）Ｏ ０ ６一 ３
３ 结果与 讨论
３ １ 单 因素试 验 ．
新鲜馄饨在制作 、储藏 、运输 、销售和食用等方面存
在诸多不便。作者运用冷冻干燥技术对方便馄饨制作进行 了试验 ，优化了馄饨的冻干工艺参数。
选取影响冻干馄饨质量和能耗的 ４ 个主要 因素：预冻
速率 、干燥室真空度 、加热板温度、装料量 ，每个因素作
由图 １ 可知 ， 随着预冻速率 的变快 ，干燥 时间增加 ，
复水比也 随之增 大。在预冻速率 为 ２ ｍｎ时 ，比较平 ＂ ｉ Ｃ／
衡。这是因为 ，快速冻结 可形成无数细微冰晶均匀分布 ， 能很好地保持物料内部结构 ，产品复原性好 ，但升华后孔 隙小 ，导致升华速度慢 。缓慢冻结会导致大冰 晶的形成 ，
笛
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真空冷冻干燥技术在我国农产品加工中的应用
真空冷冻干燥技术在我国农产品加工中的应用真空冷冻干燥技术是在低温和真空条件下将农产品中的水分冷冻成固态，然后再通过升温和减压的方式，将水分从固态状态直接转变成蒸气状态，从而达到干燥的目的。
与传统的热风干燥技术相比，真空冷冻干燥技术具有干燥速度快、温度低、对产品质量影响小等优点，能够更好地保持农产品的口感、营养成分和色泽等特征，是一种理想的农产品干燥技术。
1. 蔬菜水果加工在蔬菜水果加工中，传统的热风干燥会使蔬菜水果失去原有的色泽和口感，并且营养成分大量流失。
而真空冷冻干燥技术可以在较低的温度下将蔬菜水果中的水分冷冻成固态，然后再通过真空环境下的升温和减压过程将水分蒸发，从而保持了蔬菜水果的原有特色和营养成分，制成的干果蔬菜口感好、色泽艳丽、口感独特，深受消费者喜爱。
2. 肉类加工在肉类加工中，真空冷冻干燥技术的应用可以使肉制品加工后更容易储存并保持新鲜。
相比传统的热风干燥技术，真空冷冻干燥技术可以在肉类中快速冷冻水分，有效降低冷冻温度，减少产品中的铁和氧化物生成，有助于保持食品的色泽、香味和新鲜度。
这对于肉制品的长期储存有着非常重要的意义。
3. 海产品加工在海产品加工中，真空冷冻干燥技术也发挥着重要作用。
海产品本身含有较多水分，容易变质，而真空冷冻干燥技术可以快速将海产品中的水分冷冻成固态，有效减少了产品中的水分含量，提高了商品的稳定性和可储存性，也保留了海产品的原有营养成分和口感。
随着农产品加工技术的不断创新和市场需求的增长，真空冷冻干燥技术在农产品加工中的发展也呈现出了一些新的趋势。
1. 技术不断创新随着科技的进步和人们对食品质量要求的提高，真空冷冻干燥技术也在不断进行技术革新和创新，以满足不同农产品的加工需求和市场需求。
一些企业正在研发真空冷冻干燥设备的自动化程度和智能化程度，以提高生产效率和产品质量。
2. 应用范围不断扩大随着真空冷冻干燥技术的优势逐渐被认知和接受，其在农产品加工中的应用范围也在不断扩大。
评估喷雾冷冻干燥机能耗水平的方法与策略
评估喷雾冷冻干燥机能耗水平的方法与策略喷雾冷冻干燥机作为一种高效的干燥设备，在食品、医药、化工等领域的应用越来越广泛。
然而，随着环保意识的加强和能源消耗本钱的提高，如何准确评估干燥机的能耗水平，进而优化其能耗性能，已成为行业内关注的焦点。
本文将从多个维度探讨评估喷雾冷冻干燥机能耗水平的方法与策略。
首先，要全面了解喷雾冷冻干燥机的工作原理和能源消耗特点。
干燥机通过将液态物料雾化成微小颗粒，与冷空气进行热交换，从而去除物料中的水分，实现干燥的目的。
在此过程中，涉及的重要能耗包含电能消耗、热能消耗以及压缩空气等辅佑襄助能源的消耗。
因此，评估能耗水平常需要综合考虑这些因素。
其次，建立合理的能耗评估指标体系是关键。
这些指标应包含但不限于单位产品的能耗、设备整体能耗效率、能源利用率等。
单位产品能耗能够直观反映每台设备在处理单位产品时所需的能源消耗量；设备整体能耗效率则能够评估设备在整体运行过程中的能效表现；能源利用率则涉及能源转换和使用过程中的损失情况，是评估设备节能潜力的紧要指标。
接下来，通过实际测量和数据分析来评估能耗水平。
这包含收集设备运行过程中的实时数据，如电能消耗、热能消耗等，以及测量设备的产量和产品质量。
通过对这些数据的分析和比较，可以评估设备在不同工况下的能耗表现，并找出可能存在的能耗瓶颈和优化空间。
另外，对比分析不同型号、不同品牌干燥机的能耗数据也是必需的。
通过对比不同设备的能耗指标，可以了解不同设备在能耗性能上的差别，从而为设备选型供应参考依据。
同时，也可以借鉴其他企业或行业的先进经验和技术，以提高自身设备的能耗水平。
最终，提出降低喷雾冷冻干燥机能耗的有效措施。
这包含但不限于优化设备结构和工艺参数、提高设备的热效率、采用先进的掌控技术和自动化系统、加强设备的维护和保养等。
通过这些措施的实施，可以有效降低设备的能耗水平，提高企业的经济效益和环保水平。
评估喷雾冷冻干燥机的能耗水平需要从多个维度进行综合考虑，包含工作原理、能耗特点、评估指标、实际测量与数据分析以及优化措施等。
真空冷冻干燥技术在我国农产品加工中的应用
真空冷冻干燥技术在我国农产品加工中的应用真空冷冻干燥技术是一种利用真空条件下将冷冻的物料中的水分直接从固态升华为气态，使得物料在低温下迅速干燥的技术。
它是目前世界上应用最为广泛的干燥技术之一，主要用于食品农产品的加工和制造过程中。
在我国，随着科技的不断进步和农产品加工业的发展，真空冷冻干燥技术在农产品加工中也得到了广泛的应用。
本文将详细介绍真空冷冻干燥技术在我国农产品加工中的应用现状和发展趋势。
真空冷冻干燥技术在我国农产品加工中的应用主要集中在水果、蔬菜和海产品等方面。
在水果加工中，真空冷冻干燥技术能够将水果中的水分迅速冻结，并通过真空环境下的升华过程将水分从固态直接转化为气态，从而实现水分的快速蒸发和干燥，保留水果的原始风味和营养成分。
在蔬菜加工中，真空冷冻干燥技术同样可以实现蔬菜中水分的快速蒸发和干燥，保持蔬菜的色香味和营养品质。
而在海产品加工中，真空冷冻干燥技术能够有效的去除海产品中的水分，延长其保存期限，保持其新鲜度和口感。
真空冷冻干燥技术在我国农产品加工中的应用也在不断地取得新的突破和进展。
随着科技的不断发展，真空冷冻干燥技术的设备和工艺也在不断地创新和改进。
目前，我国在真空冷冻干燥技术领域已经具备了一定的生产和研发能力，能够生产出各种规格和性能的真空冷冻干燥设备，并且还能够根据客户的需求进行定制化的设计和生产。
真空冷冻干燥技术在我国的农产品加工中也得到了政府和企业的大力支持和推广，一些农产品加工企业已经开始积极引进和应用真空冷冻干燥技术，以提高产品的品质和竞争力。
真空冷冻干燥技术在我国农产品加工中的应用还有着广阔的市场前景和发展空间。
随着人们生活水平的不断提高和对食品品质的要求不断增加，更加健康、方便、营养和口感良好的农产品加工品将会得到更多消费者的青睐。
而真空冷冻干燥技术正是能够满足人们这一需求的理想选择，它不仅可以保持农产品的原有口感、色泽和营养成分，还可以延长农产品的保鲜期限，增加其销售和出口的机会。
影响冻干枣品质因素的研究
项综合性技术，是设备复杂、能耗大 、干燥成本高的一
种干燥方法 ，又称冷冻升华干燥 。其干燥原理是将物料 在共晶点以下冻结 ，使物料内所含水分完全结成固态冰，
将含水较多的新鲜食品脱水干制 ，可实现的方式有 ２ ，一是加热蒸发 ，另一是冻结升华 。人们常见的晒 种 干、晾干、烤干等都属于加热蒸发。冻结升华方式在 日
常生活不多见 ，真空冷冻干燥方式即属于此 。真 空冷冻
冻操作 。由于升华干燥是冷冻干燥 中的主要过程 ，因此 通常所说 的冷冻 干燥往往特指其 中的升华干燥 ｎ 。
（ ）后处理。主要是 出仓后 的产品要进行 挑拣分 ８ 级 ，将产品以等级区分 ，进行分类包装，包装必须用阻 隔性好 的铝箔袋或厚聚氯乙烯袋 。
华 ，缩短冻干时间，减少 能量消耗 ；第三，从冻干枣的 外型看 ，横轴切片后 ，果形为环 形，颜色鲜艳 ，外型漂 亮美观，商品价值高 ；第 四，冻干枣的主色 由暗红色变 成浅绿色。第五 ，产 品的果形适 中，食用 方便 。 （ ）预冻 （ ５ 冷冻 ）。将去核后切成的环状枣片 ， 置于物料盘中预冻 ，预冻温度一般为一５ ２ ℃以下。 （ ）升 华干燥 。这是冷冻干燥的主要过程 。根 据 ６ 物料种类外型和产品质量要求的不同，要选择不同的工 艺参数 。在这个阶段 ，真空系统 、制冷系统 、加热系统 应协调配合 ，进行不 同的控制 ，特别是加热板的温度和 真空度 ，要根据实际情况合理调控 ，既要使升华干燥 不
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中 国 食 物 与 营 养
２０ ０ ７年第 ７期
Ｆ ｏ ｎ ｔｉ ｏ ｉ ａ ｏ ｄ ａ ｄ Ｎｕ ｒｔ ｎ ｉ Ｃｈ ｎ ｉ ｎ Ｎｏ． ， ０ ７ ７２０
真空冷冻干燥过程参数对墨西哥湾扇贝冻干时间和能耗的影响
所胡纲探 讨 了 预 冻 温 度、 水 汽 凝 结 器 温 度、 真空 度、 制品的温 度 控 制 四 因 素 对 真 空 冷 冻 干 燥 的 影
［&(］ 。国内 关 于 真 空 冷 冻 干 燥 工 艺 的 研 究 有 力 响
地推动我国食品冻干工业的发展。 贝类是水 产 品 的 重 要 组 成 部 分， 而贝类产品 的冻干 研 究 几 乎 未 见 报 道。 墨 西 哥 湾 扇 贝 产 量 大， 味 道 鲜 美， 营 养 丰 富， 具 有 广 阔 的 加 工 前 景。 本 文 以 墨 西 哥 湾 扇 贝（ !"#$%&’(&) *""+,*+)为 研 究 对 象， 采用三因素二次正交回 ’$)’&)("*’.-） 归组合试验方案， 对实验数据 进 行 回 归 分 析， 建立 了真空冷冻干 燥 时 间、 能耗和单位厚度冻干时间 的二次多元回归模型， 分析了 物 料 厚 度、 干燥室压 强和加热板温度 ) 个主要过 程 参 数 对 真 空 冷 冻 干 燥时间和能耗 的 影 响， 并对单位厚度冻干时间进 行了优化分析。
场， 静养数小时后， 选取几何尺寸大致相同的扇贝 柱切成片状， 利用游标卡尺测量扇贝肉片厚度， 置 于海尔超低温保存箱 , )’ > 下预冻。 ! !# 试验方法 影响真 空 冷 冻 干 燥 时 间 和 能 耗 的 因 素 很 多， 大体上可分为两类： 一类是物料的物性参数， 另一 类是过程参 数。 物 性 参 数 和 过 程 参 数 不 同， 真空 冷冻干燥的工艺要求也有所不同。过程参数的优 化对缩短冻干时间和降低冻干能耗十分重要。根 据预备试验结 果 显 示 和 相 关 文 献 介 绍， 本研究选 取加热板温度、 干燥室压强和物料厚度作为影响 真空冷冻干 燥 时 间 和 能 耗 的 ) 个 主 要 过 程 参 数。 分析预备试验曲线可以初步判断， 物料厚度、 干燥 室压强和加热板温度这 ) 个因素在其他两因素取 不同水平时对冻干时间和能耗的影响大多呈二次 函数或近似线性规律变化， 为了减少试验次数， 设 计三因素二次 正 交 回 归 组 合 试 验 方 案， 用二次型 通用模 型 来 统 一 描 述。 采 用 .?. 统 计 软 件 拟 合 试验结果， 得出二次多元回归模型， 并通过 + 检验 验证其相关关系是否显著。利用二次多元回归模 型分析过程参 数 对 冻 干 时 间 和 能 耗 的 影 响， 给出 在试验条件下该影响的一般规律和主次顺序。 因素水平的选取 根据所用冻干机性能及 工业应 用 的 要 求， 干 燥 室 压 强 下 限 取 &’ @7， 上限 取 &)’ @7， 加热板温度下限取 (’ > ， 上限取 +’ > 。
真空冷冻干燥过程参数对解析干燥能耗的影响
试验材料的物性差异， 将试验所需的胡萝卜一次 性购回， 在冷库中保鲜贮藏， 试验前测定其初始含 水率为 ８９％。 １．２ 主要仪器
采用中科院兰州近代物理所研制 的ＪＤＧ－ ０．２ 型冻干机， 结构简图如图 １ 所示。该机主要由冻干 室 、冷 阱 、真 空 系 统 、制 冷 系 统 、电 气 控 制 设 备 、微 机控制系统等组成。电度表， 型号 ＤＤ１４ 型； 海尔 ＢＣＤ－ １３０Ｅ 型冰箱； 烘烤箱； 感量 ０．１ ｍｇ 电子天平。
１
２
３
４
１ 材料与方法
１．１ 材料 选取太谷县生产的新鲜优质胡萝卜。为减少
收稿日期： ２００６－ ０８－ ２６ 基金项目： 山西省科技攻关项目（ Ｎｏ． ０１２１１９） 作者简介： 崔清亮， 男 １９６８ 年出生， 博士， 副教授 通讯作者： 郭玉明
６
５
１．冷阱 ２．干燥仓 ３．加热板 ４．微机控制系统 ５．真空系统 ６．制冷系统
关键词 真空冷冻干燥 过程参数 解析干燥 能耗 文章编号 １００９－ ７８４８（ ２００７） ０４－ ００５６－ ０６
真空冷冻干燥技术能充分地保留被干燥物料 的营养成分与活性物质， 保持物料原有的天然色 泽、风味以及形态， 因此在食品、医药和生物制品 等工业中得到了广泛的应用［１～３］。
近年来， 国内外学者在冷冻干燥的基础理论、 技术应用和设备等方面进行了研究， 尤其是在农 副产品加工领域， 针对不同果蔬产品研究冷冻干 燥 加 工 工 艺［４～５］、操 作 工 艺［６～７］、过 程 参 数 ［８～１０］、过 程 机 理 和 模 型［１， １１～１５］、过 程 优 化 控 制 和 加 工 装 备 等 ［１６～１７］ ， 取得一些成果， 推动了冷冻干燥技术在农产品加 工领域的应用。但是， 冷冻干燥时间长、能量消耗 大， 导致能耗成本成为冷冻干燥产品成本的主要 组成部分， 因此， 在保证产品品质的前提下， 实现 节能降耗， 缩短冻干时间， 降低生产成本， 成为真 空冷冻干燥技术当前应解决的主要问题， 也是降 低冻干产品成本的主要途径。
药品冷冻干燥过程中的关键影响因素分析
药品冷冻干燥过程中的关键影响因素分析随着人们生活水平的提高，生活节奏逐渐的加快，人们的更加关注药品的疗效和安全，冷冻干燥技术具有脱水彻底，保存性好的特点，能够最大限度的降低药品的失活与变性，从而有效的保存药品的活性成分，还能保证药品的气味、颜色、品质等，以此保证药品的质量，更好的为人们的健康提供良好的保障。
此外，随着冷冻干燥技术的应用，积累了大量的理论经验和实践经验，为分析药品冷冻干燥过程中的关键影响因素具有十分重要的现实意义。
1 药品冷冻干燥的原理及优点药品冷冻干燥指的是将药品溶液在较低的温度下进行冻结，然后再将其放置在真空中进行升华干燥，去除冰晶，并且等待升华完成后再对其进行解析干燥，然后去除药品中的结合水的干燥方法。
药品冷冻干燥的过程主要表现为：准备药品—预冻—升华干燥—解析干燥—密封保存这五个步骤，采用冷冻干燥的药品，能够在室温下进行长期的避光保存，在使用时，只需要添加适量的生理盐水或者注射用水，将药品制成悬乳液，然后就能恢复其冷冻干燥前的状态。
冷冻干燥和其他干燥方法比较，其优点主要表现在以下几个方面：①在进行冷冻干燥前，对药品的药液进行分装，这样剂量相对准确；②脱水彻底，能够进行长期的保存，并且其还能进行长途运输；③复溶性好，通过添加适量的生理盐水或者注射用水，药品就能迅速的恢复到冷冻干燥前的状态；④被干燥的药品能够形成药品“骨架”，干燥完成后药品能够保持原形，并且其颜色基本不变；⑤在低压状况下进行干燥，其因为缺氧而能够抑制某些细菌的活力，保证药品不被氧化变质；⑥在低温状况下进行干燥，能够将药品中的热敏物质保存下来。
2 药品冷冻干燥过程中的关键影响因素2.1 预冻的影响因素2.1.1 药品配方的影响药品配方中的固体含量将会影响药品的干燥以及冻结，如果含量较高，冷冻干燥药品结构的机械性能将变得不稳定，药品颗粒还可能会粘在基质上，在干燥的过程中逸出的水蒸气会将这些小颗粒带到小瓶的塞子上，还可能将其带到真空中，造成污染。
真空冷冻干燥技术在我国农产品加工中的应用
真空冷冻干燥技术在我国农产品加工中的应用随着经济水平和人民生活水平的提高，人们对食品质量的要求也越来越高。
为了更好地保护食品中的营养成分和风味品质，延长食品的保质期，冷冻干燥技术被越来越多地应用于农产品加工中。
本文将探讨真空冷冻干燥技术在我国农产品加工中的应用。
1. 真空冷冻干燥技术的特点真空冷冻干燥技术是一种在低温下将液态食品经过真空冷冻处理，然后通过升温使水分升华从而使食品达到干燥的方法。
在干燥过程中，在食品外部建立的真空环境下，除水外其他气体均被排除，从而减小氧气和氮气的影响，防止食品发生氧化和变质。
该技术可以较好地保护食品中的有效成分和营养品质，同时还能有效地延长食品的保质期。
2.1 果蔬干燥果蔬干燥是真空冷冻干燥技术应用的最为广泛的领域之一。
在果蔬干燥过程中，由于低温和真空条件下的干燥，可以有效地减少食品中的氧化和污染。
与传统的烘干、风干等干燥方法相比，真空冷冻干燥技术可以更好地保留果蔬中的营养成分和天然风味，提高果蔬的质量和食用价值。
2.2 肉制品干燥肉制品通常需要在高温下进行加工，容易导致食品中的营养成分和风味品质的损失。
而通过真空冷冻干燥技术加工的肉制品，可以在低温下进行干燥，减少食品中的营养成分的流失，并且还可以防止食品中的油脂氧化和细菌滋生，延长肉制品的保质期。
2.3 中药材干燥中药材是我国传统的重要产品之一，但中药材的保存和加工一直是一个难点。
传统的晾晒和烘干方法往往存在一定的污染和营养成分流失的问题。
而真空冷冻干燥技术可以在低温下将中药材干燥，并且可以减少食品中的氧化和污染，从而保留中药材中的有效成分和药效。
随着人们对食品质量要求的逐渐提高，真空冷冻干燥技术的应用前景也越来越广阔。
未来，真空冷冻干燥技术将更加注重技术创新和设备更新，以更好地适应现代食品加工的需求。
同时，政府也将在政策上扶持真空冷冻干燥技术的发展，推动农产品加工行业向着更加健康、环保、高效的方向发展。
总之，真空冷冻干燥技术在我国农产品加工中的应用已经取得了一定的进展，并且发展前景广阔。
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关于农产品冷冻干燥加工能耗影响因素的研究刘利娟,郭玉明(金陵科技学院机电工程学院,江苏 南京 211169)摘 要:真空冷冻干燥技术因为其优良的脱水性能已被广泛应用于许多领域,在农产品(尤其是果蔬)加工中表现出极大的优势和发展潜力,但由于真空冷冻干燥过程时间长、能耗大,导致冻干产品成本高。
冷冻干燥过程参数和物性参数是影响冻干能耗的主要因素,本文分析了冷冻干燥物性参数和过程参数之间的相互关系及两者对冻干能耗的影响,探讨了缩短冻干时间、降低冻干能耗的途径及强化冻干过程的措施。
关键词:农产品;冷冻干燥;能量消耗;物性参数;过程参数中图分类号:T Q 028.673;S375 文献标识码:A 文章编号:1672-755X(2009)02-0010-05Research on Reducing Energy Consumption in Agro product Freeze DryingLIU Li juan,GU O Yu ming(Jinling Institute of T echnolog y,Nanjing 211169,China)Abstract:Freeze drying has a great impact upon the production of dehydrated foods because of thesuperior quality of the product obtained,and has a w ide application in agro product processing.How ever,huge energy consumption in the freeze drying process and long freeze dry ing time resultin hig her costs for freeze drying products.The paper explores the relationships betw een energy consum ption and som e factors (operational param eters,material parameters,and technological process,etc.),methods of shortening dry ing time and reducing energy consumption of freeze drying ,andmeasures of strengthening the process of freeze dry ing.Key words:agro product;freeze drying ;energy consumption;m aterial parameters;operational parameters宋健院士在国际果蔬产业博览会及果蔬产业技术论坛上介绍:中国已经成为世界水果(1993年)、蔬菜(1997年)的第一生产大国。
真空冷冻干燥技术由于能充分保留被干燥物料的营养成分和活性物质,并很好地保持原有的天然色泽,因此在农产品加工中具有广泛的应用前景。
冷冻干燥作为一种优良的干燥方法,在多方面得到广泛的应用,但因其干燥时间长、能耗高,导致该技术在农产品加工应用中受到限制,所以完善技术、降低能耗是其主攻方向[1]。
该目标的实现依赖于冷冻干燥基础理论、冷冻干燥的操作工艺、冻干设备[2]。
近年来研究多集中在过程参数上,然而影响冷冻干燥过程的参数除了过程参数还有物料的物性参数,目前关于物性参数的研究很少,特别是干燥层物料的热物理性质数据几乎是空白的[3],因此全面系统的对物料物性参数、过程参数及冻干能耗三者之间的关系进行研究,探索从物性参数出发降低能耗的机理方法,对降低真空冷冻干燥加工能耗、缩短时间具有重要意义。
第25卷 第2期2009年6月 金陵科技学院学报JOURNAL OF JINLING INSTITUTE OF TECHNOLOGY Vol.25,N o.2Jun.,2009收稿日期:2008-11-04作者简介:刘利娟(1981-),女,山西临县人,助教,硕士,从事冷冻干燥技术研究。
1 真空冷冻干燥系统原理及加工过程的能耗分析真空冷冻干燥技术是利用水的三相点原理,使食品中以冻结形式存在的冰以升华的形式逸出,从而获图1 水的相平衡Fig.1 Water phase equilibrium得干制品的脱水技术。
真空冷冻干燥实验系统主要由制冷、真空、供热、控制四部分组成(图2)。
干燥室是物料升华脱水的场所。
加热板以传导和辐射方式向物料供给升华热。
冷阱具有双重功能,既可对物料进行预冻结,又可作为冷凝器捕获由物料升华出来的水蒸气。
真空泵用于排除干燥室内的空气和其它不可凝气体,同冷阱一起在干燥室内建立升华所要求的真空度。
实验研究表明[4],冷冻干燥过程中,物料冻结能耗占总能耗的约5%左右,维持真空的能耗和捕集升华蒸气的能耗相当,约占20%多,而升华干燥阶段的能耗占到总能耗的50%,其中包括加热、冷阱的制冷及抽真空,如图3。
可见在降低冻干能耗的主体部分应该是升华干燥部分。
图2 真空冷冻干燥系统的组成Fig.2 The vacuum f reeze dryingsystem图3 冻干能耗的组成部分Fig.3 C omposing parts of freeze drying energy consumption 2 物性参数对冻干能耗的影响真空冷冻干燥中主要的物性参数有:有效导热系数、有效扩散系数、共晶点与共熔点温度、密度、比热容、焦化温度等,这些物性参数是建立冻干过程数学模型不可缺少的参数,也是研究如何降低冻干过程能耗的重要内容。
2 1 有效导热系数物料的有效导热系数是冻干过程中的一个重要物性参数,分为干燥层的有效导热系数和冻结层的有效导热系数,它直接影响冻干的传热效应。
由传热学基础知,单位时间内通过单位面积的热量(即热流密度)与该处的温度梯度成正比,即q =- gr adT =- n !T !n =-q n !T !n式中: 为导热系数,由于导热系数在整个物料内分布不均,习惯上采用有效导热系数来表示物料整体的导热性能。
2 1 1 冻结层的有效导热系数 冻结层的有效导热系数反映了冰和物料基质的综合导热性能,它受过程11 第2期 刘利娟,等:关于农产品冷冻干燥加工能耗影响因素的研究参数的影响较小。
在物料的预冻阶段,当物料有效导热系数较大时,热量很快从物料内部传向低温制冷板,所以较高的冻结层导热系数可以缩短冻干时间;在升华干燥阶段,冻结层的有效导热系数对冻干能耗的影响受加热方式的影响很大。
当加热方式为辐射 导热时,热量同时从冻结层和干燥层传入,由于冻结层的有效导热系数是干燥层的10~20倍[5],因此冻结层的有效导热系数决定了整个热量的传递效果。
当加热方式为纯辐射时,热量主要由多孔干燥层传入,这时冻结层的有效导热系数对冻干时间影响不大。
因此,提高冻结层有效导热系数可降低冻结能耗,尤其在加热方式为混合加热时,提高冻结层导热系数可以大幅度降低干燥能耗。
2 1 2 干燥层有效导热系数 在干燥过程中,通过物料干燥层向升华界面传递热量是常用的加热方式,因此提高物料干燥层的有效导热系数,会加快物料内部传热速率,缩短干燥时间。
干燥层是由物料基质和冰晶升华后留下的孔道组成,孔道中充满了水蒸气和一些不凝气体,可见气体的对流对干燥层有效导热系数的作用不可忽略。
当气体压力很低时,导热系数由物料基质的几何结构所决定,而与孔隙中气体无关;当压力在10~1000Pa 范围内增加时,物料有效导热系数也随之增大,而冻干一般就在此压力范围内进行。
冷冻干燥过程中,如果升华热量主要来源于干燥层传热,可采用轻质气体来填充物料干燥层,替代物料空隙中的水蒸气和空气,以提高干燥层有效导热系数。
但在实际应用中应综合考虑附加成本及安全等问题。
2 2 有效扩散系数升华干燥过程中的传质分为内部传质和外部传质,即干燥层内水汽的扩散和物料表面至冷凝器间水汽的流散。
外部传质又分为表面传质和空间传质,其中前者与表面状况有关,后者与干燥室空间通道有关,它们的综合传质能力用表面总传质系数表示,表面总传质系数与压强的关系较大,但对总的传质速率影响很小,因此传质的关键是内部传质。
干燥层有效扩散系数是一项重要的物性参数,是多孔干燥层微观结构所反映出的宏观的气体扩散能力,随着有效扩散系数的增加,冻干时间缩短,但单纯增加有效扩散系数对缩短冻干时间的作用越来越小。
有效扩散系数受过程参数影响较大,一是冻结速率,二是干燥室压强。
有效扩散系数与干燥层孔道直径有很大关系。
物料速冻时,冰晶升华后留下的空隙较小,传质阻力大,反映出有效扩散系数变小;干燥室压强越大,压差减小即整个传质推动力越小,反映出有效扩散系数越小。
因此采用慢速冻结和降低干燥室压力的方式都有助于增大干燥层有效扩散系数,提高水蒸气的扩散速度,即缩短干燥时间。
2 3 共晶点与共熔点温度共晶点即物料中水分全部冻结时的温度。
共熔点是指物料中的冰晶开始融化时的温度。
物料冻结时温度必须低于共晶点以下才可抽真空,否则若有液体存在,真空状态下会迅速蒸发使冻干产品体积变小,且溶液中气体迅速冒出使冻干产品鼓泡。
因此共晶点温度越高,预冻能耗越小。
在升华干燥过程中,给物料提供的热量越少,则物料温度越低,干燥速度降低,增加热量消耗。
提供热量多,则物料整体温度会逐渐升高,此时冻结层温度不能超过共熔点温度,否则会引起局部融化,因此物料的共熔点越高,传热驱动力越大,传热速率也随之提高,有利于缩短干燥时间。
2 4 比热容,密度比热容指单位质量物体升高或降低1 C 所吸收或放出热量的多少,比热容和密度均取决于物料含水量的多少,含水量多则比热容大,密度小。
由于冰的比热容是水的一半,所以随着温度的下降,冻结层厚度增加,物料比热容变小。
物料密度较高时,含水分少,在速冻后冰晶较分散,升华后的空隙难以连成通道,传质速率就较慢,所以相应减小物料初始密度有利于降低冻干能耗。
3 过程参数对冻干能耗的影响物料的本体性质决定了冷冻干燥过程的基本特性,但外部操作条件与物料性质是否匹配决定了冷冻干燥过程的干燥速率及冻干强化方法。
为探讨降低冻干能耗的途径,有必要在物性参数的基础上选择合适的过程参数。
12金 陵 科 技 学 院 学 报 第25卷3 1 冷冻方式和冷冻温度的选择冷冻方式影响物料内冰晶形成的形状和尺寸,冷冻温度影响物料中水分冻结率。
速冻形成的冰晶较小,升华后物料内部的空隙小,不利于水汽的逸出,传质速率降低;且速冻形成的物料干燥层的导热系数较小,传热速率降低;但物料采用速冻的方式可以最大限度地保持产品原有的结构形状和物理化学特性,最终的干燥产品复水较快。