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公司動(dòng)態(tài)
快速冷凍干燥蔬菜的新方法
閱讀：1075 發(fā)布時(shí)間：2013-7-26
蔬菜干燥在我國(guó)歷史悠久，我國(guó)勞動(dòng)人民在幾千年生產(chǎn)實(shí)踐中創(chuàng)造、積累和總結(jié)了利用自然界條件來(lái)干燥蔬菜的豐富寶貴經(jīng)驗(yàn)和方法。如：風(fēng)干、曬干、陰干、烘干、焙干等。有史可考，在一千多年前我國(guó)出版的《齊民要術(shù)》中，就有關(guān)于蔬菜干制方法的記載。其中《種椒》篇：“天晴時(shí)摘下，薄布，曝之令一日即干，色赤椒好。若陰時(shí)收者，色黑失味。”幾千年的利用自然界條件來(lái)干制蔬菜的古老原始傳統(tǒng)方法，在民間一直沿用至今。
世界現(xiàn)代干燥工業(yè)發(fā)展于二十世紀(jì)初期。我國(guó)現(xiàn)代蔬菜干燥工業(yè)開(kāi)始于1958年，在上海市試車(chē)投產(chǎn)，并當(dāng)年出口東南亞。隨著時(shí)代進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)代蔬菜干燥技術(shù)已獲得很大進(jìn)展。特別在我國(guó)改革開(kāi)放后，蔬菜加工業(yè)得到飛躍式蓬勃發(fā)展，脫水菜產(chǎn)品出口量累年遞增。據(jù)國(guó)家*發(fā)布：1992年全國(guó)出口脫水菜產(chǎn)品為1.8萬(wàn)噸，增長(zhǎng)到2003年全國(guó)出口脫水菜產(chǎn)品達(dá)22.4萬(wàn)噸。脫水菜產(chǎn)品出口迅猛增長(zhǎng)，不但促進(jìn)了蔬菜加工業(yè)的快速發(fā)展，同時(shí)也帶動(dòng)了蔬菜干燥技術(shù)、設(shè)備水平日新月異提高。新的干燥方式不斷更新，新的干燥技術(shù)不斷涌現(xiàn)。如：太陽(yáng)能干燥、熱力干燥、噴霧干燥、微波介電干燥、遠(yuǎn)紅外輻射干燥、氮?dú)飧稍?、冷凍干燥、真空干燥等等。而干燥器的?lèi)型規(guī)格更為浩繁，枚不勝舉。真可謂百花齊放，百家爭(zhēng)鳴。
采用各種不同類(lèi)型的干燥設(shè)備和技術(shù)，所加工出來(lái)的脫水菜產(chǎn)品質(zhì)量差異很大，如：真空冷凍干燥脫水菜產(chǎn)品質(zhì)量較佳。介電輻射干燥脫水菜產(chǎn)品質(zhì)量則次之。熱力干燥脫水菜產(chǎn)品質(zhì)量再次之。而古老原始傳統(tǒng)干制蔬菜法質(zhì)量zui差。真空冷凍干燥技術(shù)是在真空容器內(nèi)無(wú)氧的狀態(tài)下進(jìn)行干燥，能較好地保存蔬菜色素、營(yíng)養(yǎng)成分、熱敏性和低熔點(diǎn)及芳香風(fēng)味揮發(fā)物質(zhì)，能較好地保持脫水菜低含水率和速溶性、復(fù)水性的良好性能，能較好地保證脫水菜的上乘優(yōu)良的產(chǎn)品質(zhì)量。真空冷凍干燥技術(shù)也并非十全十美，還有不盡人意的不足之處，如設(shè)備投資過(guò)大、能耗多、產(chǎn)量低、干燥費(fèi)用和成本過(guò)高等缺點(diǎn)，還需進(jìn)一步深入研究，從中尋找出理想、更*的干燥技術(shù)。
真空冷凍升華干燥是在三相點(diǎn)壓力Po=610.5Pa，三相點(diǎn)溫度為 0.0098℃狀態(tài)下，固態(tài)冰直接轉(zhuǎn)化為汽態(tài)。而真空冷凍干燥蔬菜則是在蔬菜共晶點(diǎn)溫度以下和相應(yīng)的三相點(diǎn)壓力，冰晶才能得到升華。實(shí)際上，因蔬菜共晶點(diǎn)以下溫度過(guò)低，不能使升華快速進(jìn)行，干燥速率較低。為了加速干燥，普遍干燥工藝都采用加熱措施來(lái)滿(mǎn)足冰晶加速升華所需的升華熱，提高干燥速率，加熱工藝溫度一般為50℃。真空冷凍干燥的另一優(yōu)勢(shì)是同步加熱，加熱均勻。因真空容器內(nèi)任何截面各點(diǎn)上的溫度都相等，沒(méi)有溫差，而形成等溫場(chǎng)，真空度越高，其等溫場(chǎng)度越強(qiáng)。所以真空容器內(nèi)很快就會(huì)形成50℃的等溫場(chǎng)。在50℃等溫場(chǎng)內(nèi)冰晶會(huì)很快熔化為液態(tài)。從理論上講，加熱措施改變了冰晶升華*的條件，因50℃已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于蔬菜共晶點(diǎn)溫度（菠菜-6℃），冰已熔化為水，所以冰晶不可能全部直接升華為汽態(tài)，而只有極少量的冰晶在熔化完前直接升華為汽態(tài)。因在50℃溫度下，冰晶熔化速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于冰晶升華速率。故而說(shuō)在加熱措施方法的真空冷凍干燥蔬菜，僅是在粗真空狀態(tài)下，以蒸發(fā)干燥為主的干燥方法而已。而在三相點(diǎn)溫度（物料共晶點(diǎn)溫度）和相應(yīng)的三相點(diǎn)壓力條件下干燥，才屬真正的純升華干燥。
從真空冷凍干燥蔬菜試驗(yàn)過(guò)程中觀察到，干燥初期，蔬菜水分遷移以液態(tài)遷移為主要遷移勢(shì)，而在干燥中后期，蔬菜水分遷移以汽態(tài)遷移為主要遷移勢(shì)。因在干燥初期，50℃溫度下，冰晶熔化速率大于同溫度下冰晶升華速率，導(dǎo)致蔬菜水分以液態(tài)被真空泵抽吸出來(lái)（抽出許多小水珠）。冰晶熔化完后便進(jìn)入干燥中期。蔬菜內(nèi)冰晶熔化的水屬于游離水，結(jié)合力不強(qiáng)，易于向蔬菜表面遷移擴(kuò)散，始終能保持蔬菜表面濕潤(rùn)。其干燥與熱力干燥恒速干燥階段相似。故蔬菜水分以汽態(tài)被真空泵抽吸出來(lái)（抽出大量水蒸氣）。而在干燥后期，即進(jìn)入解析干燥階段。由于90﹪的蔬菜被排除，少量熔化的水分又重被蔬菜干物質(zhì)吸附結(jié)合，加上毛細(xì)管壁上的單分子層吸附水和極性基團(tuán)不結(jié)晶的吸附水，它們結(jié)合能*，除去它們非常難，導(dǎo)致被真空泵抽吸出來(lái)的水蒸氣極少（抽出的水蒸氣量）。
真空冷凍干燥的動(dòng)力是以壓力（副壓）為主要干燥動(dòng)力。因在冰晶速熔后，真空容器內(nèi)迅速形成等溫場(chǎng)，沒(méi)有溫差，也就不存在溫度梯度。由于真空容器內(nèi)空氣分子量極少，也就沒(méi)有足夠的載濕體及時(shí)將濕分載走排除，造成升華、汽化的水蒸氣在蔬菜表面形成的氣膜層不斷增厚。氣膜層增厚使?jié)穸忍荻葴p弱。氣膜向真空泵抽吸方向緩慢移動(dòng)，則降低速度梯度。氣膜層在蔬菜表面不斷增厚，使氣膜厚度層中的密度接近蔬菜內(nèi)水分密度，嚴(yán)重影響密度梯度的干燥動(dòng)力。除壓力干燥動(dòng)力外，其它干燥動(dòng)力的消失降低直接影響干燥速率。只有增強(qiáng)其它干燥動(dòng)力，才能加速干燥。
針對(duì)提高干燥動(dòng)力的研究課題，進(jìn)行了多種探索研究。用提高真空度的措施來(lái)提高干燥速率是不可取的。因提高真空度需要增加真空泵機(jī)組，投資過(guò)大，是不經(jīng)濟(jì)的。主要提高真空度其作用是有限度的。用提高工藝溫度來(lái)提高干燥速率也是不可取的。因溫度高于蔬菜崩解（熔點(diǎn)）溫度時(shí)，即會(huì)造成蔬菜內(nèi)溶液沸騰，使蔬菜細(xì)胞壁和組織結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破損。又使溶液中微粒被蒸汽流帶走逸失。還會(huì)使蔬菜被燒焦、變色、變味變質(zhì)。主要是使蔬菜組織起泡發(fā)糠，嚴(yán)重影響脫水菜的復(fù)水性和產(chǎn)品質(zhì)量。在真空冷凍干燥蔬菜試驗(yàn)觀察中，發(fā)現(xiàn)其干燥速率取決于排濕速率。的方法是強(qiáng)化排濕來(lái)提高干燥速率。
真空容器內(nèi)載濕體（空氣分子），是排濕緩慢的主要癥結(jié)。于是就選用增加載濕體來(lái)進(jìn)行探索嘗試。在試驗(yàn)中，考慮到蔬菜是在氧分子極少的真空容器內(nèi)進(jìn)行干燥。所以首先選用我單位（開(kāi)封空分集團(tuán)）工程師仇壯的發(fā)明<氮?dú)飧稍锓?gt;，所采用的中性氣體氮?dú)鈦?lái)作為新的載濕體來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。從試驗(yàn)中觀察到，當(dāng)?shù)獨(dú)庵苯虞斎胝婵杖萜鲀?nèi)，真空容器內(nèi)的真空度立即消失。又觀察到氮?dú)夥擦鹘?jīng)的蔬菜很快脫水，氮?dú)饬鹘?jīng)不到的蔬菜仍然濕潤(rùn)。此法失敗。
從分析試驗(yàn)失敗的原因中，又制定新的試驗(yàn)方案。其一是要保證真空容器內(nèi)的真空度不消失，zui少能保證真空度不*消失。采用間斷性向真空容器內(nèi)輸入氮?dú)?，使真空容器?nèi)真空度值上下起伏。其二是保證氮?dú)饬鹘?jīng)蔬菜，使蔬菜同步干燥。采用在真空容器內(nèi)氮?dú)膺M(jìn)口處安裝空氣湍流裝置。試驗(yàn)結(jié)果非常令人滿(mǎn)意，排濕明顯加快，干燥速率成倍提高。美中不足的是，生產(chǎn)氮?dú)獾闹蒲踉O(shè)備投資很大，不宜采用。另一方面氮?dú)飧稍锸卟巳菀自斐纱罅考?xì)胞壁破損（切片觀察）。因氮?dú)獾南鄬?duì)濕度為零，濕度梯度達(dá)到zui大值，其濕度干燥動(dòng)力過(guò)大使細(xì)胞壁大量破損。故采用氮?dú)庾鬏d濕體是不可取的。
在氮?dú)庾鬏d濕體的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，又嘗試將空氣作載濕體的探索試驗(yàn)。先將空氣預(yù)熱到其工藝溫度，間斷性向真空容器中輸入。輸入空氣時(shí)其真空度降低，停止輸入空氣時(shí)其真空度又恢復(fù)到工藝真空度水平。真空度的升降使蔬菜處于一個(gè)緩蘇過(guò)程，更利于蔬菜干燥。輸入空氣的量、時(shí)間和間隔時(shí)間的關(guān)鍵在于：視冰晶升華、熔化汽化速率和各干燥期及氣膜狀態(tài)而定。輸入空氣的試驗(yàn)同樣取得快速排濕，干燥速率成倍提高，而產(chǎn)品質(zhì)量比預(yù)想的好，經(jīng)化驗(yàn)檢測(cè)真空冷凍干燥和間斷輸入空氣的真空冷凍干燥的兩法生產(chǎn)脫水菜產(chǎn)品質(zhì)量相比，幾乎相同，無(wú)多大差異。從間斷輸入空氣的真空冷凍干燥蔬菜試驗(yàn)結(jié)果，可以證明該方法是成功的，可行的。
從眾多探索干燥蔬菜試驗(yàn)中觀察到，蔬菜凡在50℃以下工藝溫度和快速干燥，其產(chǎn)品質(zhì)量都比較好。就是處在有氧的環(huán)境中，只要脫水快速，同樣可以獲得較好質(zhì)量的脫水菜。間斷輸入空氣的真空冷凍干燥蔬菜試驗(yàn)結(jié)果也可以證明這個(gè)觀點(diǎn)。從這些試驗(yàn)中得到啟發(fā)，真空冷凍干燥蔬菜是以蒸發(fā)干燥為主，那么是否能將預(yù)凍結(jié)晶的蔬菜在產(chǎn)量高，裝機(jī)容量大的熱力干燥設(shè)備上進(jìn)行干燥呢？這種大膽的設(shè)想，促使我開(kāi)始進(jìn)行艱難漫長(zhǎng)的學(xué)習(xí)、試驗(yàn)嘗試、探索研究。經(jīng)過(guò)二十余年在幾個(gè)省市地區(qū)各種熱力干燥設(shè)備上進(jìn)行百余次試驗(yàn)，終于在隧道熱力干燥設(shè)備試驗(yàn)出較理想的凍干脫水菜。經(jīng)化驗(yàn)檢測(cè)，隧道熱力干燥設(shè)備試驗(yàn)出的凍干脫水菜與真空冷凍干燥設(shè)備生產(chǎn)出的凍干脫水菜相比，其色素、主要有效成分保存率、細(xì)胞破損率、干品含水率、速溶性和復(fù)水性等指標(biāo)非常接近，差異不大，甚至可以相互媲美。而隧道比真空產(chǎn)量高、能耗少、干燥費(fèi)用成本低、競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。
快速冷凍干燥蔬菜的新方法，即是在隧道熱力干燥設(shè)備上生產(chǎn)出凍干脫水菜的方法。所指的快速而是對(duì)真空冷凍干燥相對(duì)而言。所指的隧道并非是指原傳統(tǒng)的隧道熱力干燥設(shè)備。因原傳統(tǒng)的隧道熱力干燥設(shè)備在設(shè)計(jì)上存在許多缺陷和不足，不具備快速干燥*的條件和功能。在隧道熱力干燥設(shè)備上必須保證干燥快速，才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的凍干脫水菜。所以必須對(duì)原隧道設(shè)備進(jìn)行大變革改進(jìn)。變革改進(jìn)的主要有：采用正面送熱風(fēng)、安裝湍流裝置、采用雙煙道動(dòng)態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)排濕、設(shè)置了廢熱再利用通道，增添了遠(yuǎn)紅外熱輻射，并制定了相應(yīng)的工藝：工藝溫度50℃，預(yù)凍溫度-45℃，熱空氣流速為3~5m/s等等。經(jīng)變革改進(jìn)的隧道設(shè)備，能使預(yù)凍結(jié)的蔬菜在電磁場(chǎng)中快速干燥。