冷冻干燥机在速溶茶冻干加工工艺过程

2019-10-25 11:22:08 tfsye 8

   速溶茶含有大量茶多酚,是从茶叶中提取、净化、浓缩、冷冻干燥机冻干而成的茶。冻干加工的速溶茶保持茶叶中原有的生物活性成份及色泽、香气、滋味等,而且饮用方便,其特点是冲水即溶。

   冷冻干燥机在速溶茶冻干加工工艺过程:

 1、前处理:主要有浸提、净化、浓缩等过程,目的是将茶叶中的有效成份提取出来,经净化浓缩至一定的体积,以减少冻干过程的工作量,节约能源。前处理的结果对冻干速溶茶的汤色与滋味有着决定性的影响,因而对前处理的工作必须有足够的重视。

冻干茶叶

    2、预冻结:预冻结前的浓缩茶汤,其化学本质是茶多酚及其聚合物混合物的水溶液,分子量从几百到几万都有,其溶解度随温度变化较大,易形成冷后浑,且具有较强的粘性,能粘在有特氟隆涂层的冻干盘上而不易脱离。预冻结时须考虑这一特性。

    一般情况下,溶液速冻时(每分钟降温10~50℃)冰晶保持在显微镜下可见的大小;相反,慢冻(每分钟降温1℃)时,形成的冰晶肉眼可见,粗冰晶在升华后留下较大的空隙,可以提高冻干速率,细晶在升华后留下的间隙较小,使下层升华受阻,速冻的成品粒子细腻,外观均匀,比表面积大,多孔结构好,溶解速度快,但成品的吸湿性相对也要强些。

    浓缩茶汤有两种主要的预冻结方式,一种是先铺盘,后在速冻库内降温冻结,另一种是用快速制冰机少量分批次(每批次约1~2㎏)制成-30℃左右的薄冰,然后刮成碎冰再铺盘,前者相当于慢冻,后者接近于快冻,前种方法使用设备少,铺盘快,缺点是制品在冷却过程中有冷沉淀出现,成品有明显的分层现象,色泽也不均匀,需经混合才能达到一致,后者需要有快速制冰设备,但成品色泽均一,冷溶性好。此外,国外尚有冷冻喷雾造粒的设备,在喷雾过程中吹以强冷风,直接将雾滴冻结,其优点是粒子大小非常均一。

    3、升华的条件与速度:冰在一定温度下的饱和蒸汽压力大于环境的水蒸气分压时即开始升华;比制品温度更低的冷阱对水蒸气的抽吸与捕获作用,则是维持升华所必需的条件。

    气体分子在两次连续碰撞之间的距离称为平均自由程,它与压力成反比,在常压下,其值很小,升华的水分子很容易与气体碰撞又返回到蒸汽源表面,因而升华速度很慢,随着压力降低至133Pa以下,平均自由程将增大10000倍,使升华速度显著加快,飞离出来的水分子很少改变自己的方向,从而形成了定向的蒸汽流。

    真空泵在冷冻干燥机中仅起着抽除永久性气体的作用,以维持升华所必需的低压强,1g水蒸气在常压下为1.25升,而在133Pa时却膨胀到1万多升,普通的真空泵在单位时间内抽除如此大量的体积是不可能的,冷阱实际上成了专门捕集水蒸气的真空泵。

    在速溶茶的冻干过程中,制品与冷阱的温度通常在-25℃与-30℃,冰在该温度下的饱和蒸汽压分别为64Pa与38Pa,因而在升华表面与冷凝表面之间形成了一定的压力差,这压力差被喻为升华的动力,它将促使从制品中升华出来的水蒸气,以一定的流速定向地抵达冷阱表面而凝结成冰霜。

    冰的升华热约为2812J/克,如果升华过程中不供给热量,那末制品只有降低内能来补偿升华热,直到其温度与冷阱温度平衡后,升华实际上也就停止了,为了保持升华面与冷凝面的温度差,必须对制品提供足够的热量。

    4、升华过程:在升温的第一阶段(即大量升华阶段),制品温度要低于共晶点一个范围,速溶茶的共晶点为-18℃,第一阶段制品的温度一般控制在-20℃以下,(此时冷阱的温度至少应在-28℃以下),因此辐射板温度应加以控制。若制品已经部分干燥,但温度却超过共晶点,此时将发生制品的融化现象,此时融化的液体,对冰饱和,对溶质却未饱和,因此干燥的溶质将迅速溶解进去,最后浓缩成一薄层僵块,外观极为不良,溶解速度很差,若制品的融化发生在大量升华的后期,则由于融化的液体数量较少,因而被干燥的多孔性固体所吸收,造成冻干后的块状物有所缺损,加水复原时仍能发现局部溶解速度较慢。

    在大量升华过程中,虽然辐射板和制品温度有很大悬殊,但由于辐射板温度、冷阱温度和真空度基本上不变,因而升华吸热比较稳定,制品的温度相对恒定,随着制品自上而下层层干燥,冰层升华的阻力逐渐增大,制品温度也会小幅上升,直至用肉眼已看不到冰晶存在,此时90%以上的水份已去除,大量的升华过程至此已基本结束,为了确保整机内制品的大量升华的完毕,制品温度仍应保持一个阶段再进行第二阶段的升温。

    剩余百分之几的水份称为残余水份,它与自由状态的水在物理化学性质上有所不同,残余水份包括了化学结合水与物理结合之水,诸如化合物的结晶水,蛋白质通过氢键结合的水以及固体表面或毛细管中吸附的水等,由于残余水份受到种种引力的束缚,其饱和蒸汽压则不同程度的降低,因而干燥速度明显下降。虽然提高制品温度可以促进残余水份的汽化,但若超过某极限温度,生物活性也可能急剧下降,保证制品安全的最高干燥温度要由实验来确定,通常控制在第二干燥阶段将辐射板的温度控制在+60℃左右,并保持恒定。在这一阶段初期,由于制温度升高,残余水份少又不易汽化,因此制品温度上升快,但随着制品温度与辐射板温度逐渐靠近,传热变得更为缓慢,需要耐心等待相当长的一段时间,实践经验表明,残余水份干燥的时间与大量升华的时间几乎完全相等,有时甚至还会超过。

    5、冻干曲线:将辐射板温度、制品温度、冷阱温度、干燥箱真空度等随时间的变化记录下来即可得到冻干曲线,据上述理论指导,冻干速溶茶时得到的曲线如下:

    预冻采用慢冻时的冻干曲线将辐射板温度、制品温度、冷阱温度、干燥箱真空度分成两个阶段,在大量升华时,辐射板温度较高,一般可控制在+80~+90℃之间,而制品温度则在-20℃以下,冷阱温度则在-30℃以下、干燥箱真空度在120~133Pa之间,第二阶段辐射板温度降至+60~+70℃之间,而制品温度工则逐渐上升至+60℃并趋于恒定,而冷阱温度则降至-35℃以下(终点可降至-38~-40℃),干燥箱真空度则从130Pa左右逐渐降至13Pa左右并趋于恒定。该曲线在DF-2000型机上的冻干时间约14~15小时。

    预冻采用快速冻结时,由于升华表面积大大增加,第一阶段刚开始时的辐射板的温度不能太高,否则会发生大量升华时的制品融化现象,而应将辐射板温度设置在+60℃左右,待真空度有所下降时才能逐渐升温至+90℃左右,以保证升华热的供给,当制品的温度超过共晶点时,则应开始逐渐降低辐射板的温度至终点温度,在DF-2000型机上的冻干时间约14~15小时。

食品冷冻干燥机

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