一、真空凍干設(shè)備能耗高還是烘干能耗高
干燥物體主要有烘干和凍干兩種方式,凍干設(shè)備相比烘干設(shè)備具有保質(zhì)期更長、可以有效保持物體的成分,不會(huì)改變物體形狀等優(yōu)勢(shì),不過它也有一個(gè)缺點(diǎn),那就是能耗要更高一些。
凍干產(chǎn)品加工工藝相比傳統(tǒng)烘干,工藝更復(fù)雜,工藝流程一般分為前處理、凍干和后處理等流程,本身的結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜,在凍干過程中,制冷系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)需要消耗大量能量,因此能耗是比烘干設(shè)備要更高的。
二、如何降低真空凍干機(jī)的能耗
真空凍干機(jī)的能耗高低直接影響到凍干成本,一般可以通過提高凍干速率的方法來降低能耗,目前,通過工藝優(yōu)化的方法來提高食品干燥速率、降低能耗的方法主要有以下幾種:
1、控制適宜的預(yù)凍速度
對(duì)食品原料的預(yù)凍是冷凍干燥工藝的前提步驟,研究表明,快速預(yù)凍和慢速預(yù)凍對(duì)食品物料所需要的凍干時(shí)間有顯著影響,快速預(yù)凍要比慢速預(yù)凍所需要的凍干時(shí)間長,這是由于食品進(jìn)行快速預(yù)凍時(shí)產(chǎn)生的冰晶小,致密的冰晶對(duì)于冰的升華起阻礙作用,而在慢速預(yù)凍時(shí),食品中形成的冰晶大,冰晶之間具有較大縫隙,能夠促進(jìn)冰升華,但是冰晶越大對(duì)凍干產(chǎn)品品質(zhì)影響也越大,特別是對(duì)一些生物制品進(jìn)行凍干時(shí),慢速預(yù)凍產(chǎn)生的大冰晶會(huì)破環(huán)細(xì)胞結(jié)構(gòu),如果對(duì)終產(chǎn)品要求不高,可以考慮通過慢速預(yù)凍來提高凍干速率。
2、調(diào)整液態(tài)食品的濃度或改變固態(tài)食品的形狀
液態(tài)食品的凍干,需要充分考慮溶液的濃度,如果濃度過高,則不利于水分的升華,如果濃度太低,雖然利于升華,但因含水多,則會(huì)耗時(shí)耗能造成浪費(fèi)。應(yīng)用凍干技術(shù)進(jìn)行液態(tài)食品干燥時(shí),要充分衡量能耗與產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系,探索優(yōu)化最佳凍干濃度,進(jìn)而提高凍干速率。
固態(tài)食品進(jìn)行凍干時(shí),切片、粉碎是增大傳熱面積、提高凍干速率的最佳方法。目前市售的凍干產(chǎn)品如凍干蘋果片、凍干草莓片、凍干檸檬片等,都采取了切片的方法。但是如果對(duì)固態(tài)食品形狀要求嚴(yán)格,可以考慮對(duì)食品物料進(jìn)行穿刺處理,通過穿刺孔通透性來增加傳質(zhì),提高凍干速率。
3、控制食品原料裝盤量和厚度
不同型號(hào)凍干機(jī)冷阱均有最大的捕水能力,如果裝盤物料的水分超過了最大捕水量,就會(huì)造成產(chǎn)品不能達(dá)到一定的干燥程度,導(dǎo)致干燥失??;如果裝盤物料過少,雖然會(huì)提高凍干速率,但會(huì)造成空間浪費(fèi),增加了產(chǎn)品成本。因此,在凍干前要根據(jù)冷阱的捕水能力,確定放入合適量的食品原料。
在冷凍干燥裝盤時(shí),控制適當(dāng)?shù)奈锪虾穸?,可降低傳熱、傳質(zhì)阻力,提高干燥速率;在實(shí)際生產(chǎn)過程中,如果物料厚度太薄,裝盤量就會(huì)自然減小,凍干速率提高同時(shí)卻增加了單位凍干產(chǎn)品的成本,因此,并非物料的厚度越小越好,單位面積裝載的食品原料,需要綜合考慮原料裝盤量對(duì)干燥速率和成本,根據(jù)冷阱捕水能力、物料性質(zhì)、加熱方式以及干燥效率等而定。
4、設(shè)定適當(dāng)?shù)恼婵斩?/strong>
維持冷凍干燥時(shí)真空度的耗能約占凍干總耗能的26%,真空度越低,有利于能量傳遞,但卻增加了水汽擴(kuò)散阻力從而耗能。實(shí)際凍干過程中,每種食品原料都存在一個(gè)最佳的真空度,因此可以使能耗降到最低。凍干機(jī)的真空度受阱溫度和真空泵性能決定,在升華干燥階段,一般冷阱溫度越低、真空度越高可促進(jìn)水汽凝結(jié),提高凍干速率,但高真空度對(duì)真空泵有特殊的要求,真空度過高,會(huì)增加維持真空能耗;當(dāng)凍干工藝處于在解析干燥階段則應(yīng)逐漸降低干燥室的真空度,來促進(jìn)傳熱和傳質(zhì),達(dá)到降低凍干能耗的目的。
5、控制隔板加熱溫度
目前,大部分的真空凍干設(shè)備都安裝了隔板加熱裝置,以提高物料升華所需要能量,提高擱板溫度可提高干燥速率。對(duì)擱板溫度的控制包括控制凍結(jié)層和已干層的溫度,對(duì)于凍結(jié)層的溫度應(yīng)首先保證低于共融點(diǎn)前提下越高越好;對(duì)于已干層的溫度,在不出現(xiàn)因溫度升高造成產(chǎn)品塌陷或變性現(xiàn)象的前提下,盡量采用較高的隔板溫度,在解析干燥階段,應(yīng)密切注意產(chǎn)品溫度和隔板溫度差別,保持隔板溫度高于樣品溫度5 ℃左右,同時(shí)對(duì)于小型凍干機(jī)要設(shè)法降低控制熱量輻射的影響,擱板溫度要緩慢升高,但一般不高于70℃,對(duì)于一些活性生物制品則應(yīng)當(dāng)一直維持更低的隔板溫度。