第六章 食品浓缩、干燥机械与设备

第一节概述
一、浓缩于干燥的概念
●浓缩是从溶液中除去部分溶剂的操作过程，是使溶质和溶剂的均匀混合液实现部分分离的过程，旨在提高溶液的浓度。
常用的浓缩方法有常压加热浓缩、真空浓缩、冷冻浓缩、结晶浓缩等。
●干燥是在物料内部的溶剂借助于分子扩散作用从固相物料溶质相对完全除去的过程，即从食品或食品物料中除去水分的过程。
由于溶液中水分的去除不是采用加热蒸发方法，而是靠从溶液到冰晶的相间传递，所以可避免芳香物质因加热所造成的挥发损失。
3、对浓缩设备的要求
（1）适应物料性质，符合工艺要求和食品卫生。
（2）保证达到要求的浓度。
（3）合理使用加热蒸汽和二次蒸汽，降低全厂耗气量和燃料耗用量。
（4）在一定容积内尽量增大其加热面积，以减少金属耗量和占地面积。
（5）蒸发效能好，具有较高的传热系数，热能利用率高。
（6）结构简单，制造、安装、维修和清洗方便。
（5）在浓缩过程中，可提取果汁中的芳香物质。
2、干燥的目的
（1）去除物料中水分，减少其体积和重量，便于产品的贮藏和运输。
（2）满足食品含水量的要求，防止微生物在成品中繁殖，延长贮存时间。
（3）抑制贮藏中的生化反应，保证产品质量。
（4）经干燥和其他工艺处理，制成不同风味和形状的产品。
三、浓缩于干燥的一般方法
但浓缩盘管中心处的物料相对来说距加热管较远与同一液位物料相比密度较大呈下降趋势故受热蒸发的那部分物料不但密度大而且液位又高必向盘管中心处下落从而形成了料液自锅壁及盘管处上升又沿盘管中心向下的反复循环状态
第六章食品浓缩、干燥机械与设备
知识目标:
●掌握常用浓缩方法（真空浓缩、冷冻浓缩）的工作原理及特点。
（2）表面式冷凝器
（3）低水位冷凝器
（4）水力喷射式冷凝器
3、抽真空装置
常用的抽真空装置有往复式真空泵、水环式真空泵、水力喷射器和蒸汽喷射器。
三、冷冻浓缩机械与设备
（一）冷冻浓缩的原理和特点
冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间的固液相平衡原理的一种浓缩方法。将稀溶液中作为溶剂的水冻结并分离冰晶，从而使溶剂减少，溶液的浓度增加。
（2）缺点
①真空浓缩必须有抽真空系统，增加了附属机械设备与动力。
②由于蒸发潜热随沸点降低而增大，所以热能消耗大。
（二）真空浓缩设备操作流程
1、单效真空浓缩设备操作流程
单效就是二次蒸汽直接冷凝，不再利用其冷凝热的蒸发浓缩操作过程。
2、多效真空浓缩设备操作流程
多效就是将二次蒸汽引入下一浓缩作为热蒸汽，再利用其冷凝热的蒸发浓缩操作过程。
1、浓缩的一般方法
（1）按原理和过程的不同主要可分为常压加热蒸发浓缩、真空浓缩、冷冻浓缩和结晶浓缩。蒸发浓缩是食品工业中使用最广泛的浓缩方法。
（2）按照操作空间的压力，蒸发浓缩可分为常压、加压和减压（真空）三种类型。
由于真空浓缩具有低温、真空隔氧、蒸发速度快、二次蒸汽可被重复利用、运转费用低、设备投入相对较少的特点，因此是目前浓缩的主要方法。
二、真空浓缩机械与设备
（一）真空浓缩设备的工作原理和特点
1、真空浓缩的原理
溶液受热时，溶剂分子获得动能，当某些溶剂分子获得的能量足以克服分子间的引力时，溶剂分子就会逸出液面进入上部空间，成为蒸汽分子。如果热能不断地供给，生成的蒸汽被不断的排出，则可打破溶剂气相与液相的原有平衡，溶剂的气化将持续地进行。
降膜式浓缩设备是料液从加热器顶部加入，经分配器导流管分配进入加热管，沿管壁成膜状向下流，故称降膜式。
3、刮板式薄膜浓缩设备
该设备由于利用机械搅拌成膜，因而可以处理黏度高甚至带有固体粒子的物料，而且物料在浓缩器内停留的时间短，一般为2～45s，特别适合于浓缩黏度大且具有热敏性物料的浓缩。
4、离心式薄膜浓缩设备
（1）顺流法
（2）逆流法
（3）平流法
（4）混流法
（三）单效真空浓缩设备
1、中央循环管式浓缩锅
食品料液经过由沸腾管和中央循环管所组成竖式管加热面进行加热，由于单位体积内物料传热的不均匀，导致产生密度差，从而形成自然循环，水分不断蒸发，达到浓缩的目的。
当加热蒸汽通入管间加热时，由于中央循环管直径较大，其中单位体积溶液占有的传热面积比其他沸腾加热管内溶液占有的要小，因而，两管内的溶液受热程度不同。沸腾管内物料受热较好，溶液汽化较多，因而形成的气液混合物的密度比在中央循环管内料液的密度小，使蒸发器中的溶液形成由中央循环管下降，沸腾管上升循环流动，即由于溶液密度差引起的自然循环。
2、干燥的一般方法
（1）按照加工程度的不同，干燥的方法主要分为自然干燥和人工干燥两大类。
（2）按照热能供给物料的方式不同，人工干燥又可分为对流干燥、传导干燥、辐射干燥和冷冻干燥等。
第二节食品浓缩机械与设备
一、概述
1、浓缩设备的分类
浓缩设备由蒸发器、冷凝器和抽气泵等部分组成。一般按照操作空间的压力可分为以下几类。
5、板式浓缩设备
一般由四片传热板组成一个单元，料液由泵强制通入加热器，在板1与板2之间上升（升膜部分），然后从板3与板4之间下降（降膜部分）。加热蒸汽则通入板2、板3和板1、板4之间，通过板壁对料液加热。
（五）真空浓缩设备的附属设备
1、气液分离器
（1）惯性型
（2）离心型
（3）表面型
2、冷凝器
（1）大气式冷凝器
（1）常压干燥设备
（2）真空浓缩设备
①按加热蒸汽被利用的次数分：单效浓缩设备、多效浓缩设备、带有热泵的浓缩设备。
②按料液的流程分：循环式（有自然循环式和强制循环式）和单程式。
③按料液蒸发时的分布状态分：非模式和薄膜式。
●非模式蒸发器可分为盘管式浓缩器和中央循环管式浓缩器。
●薄膜式蒸发器又可分为升膜式、降膜式、片式、刮板式、离心式薄膜浓缩器等。
（4）结垢性：解决结垢问题的有效措施就是提高液速，可显著减轻积垢的形成，这是由于高液速的洗刷作用所致。另外，对不可避免的结垢问题，必须有定期的清理措施。
（5）泡沫型：可以使用表面活性剂以控制泡沫的形成，也可用各种机械装置消灭泡沫。
（6）易挥发成分：采用回收措施，将芳香成分和风味成分回收后再掺入制品中。
该设备优点是结构简单，操作方便，适合黏度较大的物料浓缩，其缺点是相对传热面积较小，料液循环差，盘管表面易结垢，生产能力有限，不能连续操作，二次蒸汽未能很好利用。
缩设备按照液膜形成的方式可以分为自然循环式和强制循环式浓缩设备。而按液膜的运动方向又可分为升膜式、降膜式及升降膜式浓缩设备。
该浓缩锅结构简单、操作方便、锅内液面容易控制，但清洗困难，黏度大时循环效果差。
2、盘管式浓缩锅
加热蒸汽在盘管内对管外物料进行加热，物料受热后体积膨胀，密度减小，因浮力而上升，当到达液面时汽化，使其浓度提高、密度增大。但浓缩盘管中心处的物料，相对来说距加热管较远，与同一液位物料相比，密度较大，呈下降趋势，故受热蒸发的那部分物料不但密度大，而且液位又高，必向盘管中心处下落，从而形成了料液自锅壁及盘管处上升，又沿盘管中心向下的反复循环状态。
常用的干燥方法有自然干燥（晒干、风干）和人工干燥（常压加热干燥、真空加热干燥、红外线干燥、微波干燥、冷冻升华干燥等）。
二、浓缩与干燥的目的
1、浓缩的目的
（1）除去食品中大部分的水分，以减少包装、贮藏和运输费用。
（2）提高制品浓度，增加制品保藏性。
（3）浓缩经常用于干燥或脱水的预处理过程。
（4）浓缩用作某些结晶操作的预处理过程。
2、食品物料蒸发浓缩的特点
（1）热敏性：许多食品的蒸发要严格考虑加热温度和加热时间。食品工业中常采用低温蒸发，或在较高温度下的瞬间受热蒸发来解决热敏性物料蒸发过程的特殊要求。一般选用各种薄膜式或真空度较高的蒸发浓缩器。
（2）腐蚀性：对于食品，即使是轻度的腐蚀，其所引起污染也是产品规格所不允许的。
（3）粘稠性：对粘度较高或经加热后黏度增大的料液，不宜选用自然循环型，一般采用由外力强制的循环或搅拌措施。
工作时，料液由加料管引入，经分配管喷嘴喷入各碟片间隙内，在离心力作用下，均匀分布成薄膜状，并沿碟片向周边流动，在流动过程中进行加热蒸发。经浓缩的料液在离心力和本身重力作用下沿碟片下表面移动到碟片外缘下部，并沿环箍的轴向孔上行到最上部碟片周边的液槽里，由吸料管通过真空泵吸出。二次蒸汽经碟片中央孔汇集上升，冷凝后由真空系统抽出。加热蒸汽由底部中间空心转轴进入，经通道进入碟片中空夹层。
●掌握常用干燥方法（真空干燥、喷雾干燥、流化床干燥、冷冻干燥）的工作原理及特点。
●理解常用浓缩与干燥设备的操作流程。
●了解常用浓缩与干燥设备的基本构造与操作要点。
技能目标：
●能够根据食品物料的特性和加工目的选择合适的浓缩与干燥设备。
●会正确使用和维护喷雾干燥设备。
●熟练使用和维护真空浓缩设备和真空干燥设备。
1、升膜式浓缩设备
料液经加热沸腾产生蒸汽，料液被所产生的二次蒸汽所带动，沿管内壁呈膜状上升不断被加热蒸发。
该设备适合于热敏性、易起泡和黏度低的料液。由于料液薄膜在管内上升时要克服自身重力和管壁的摩擦阻力，对于粘稠度较大的溶液不太合适。在食品工业中多用于果汁及乳制品浓缩，一般组成双效或多效流程使用。
2、降膜式浓缩设备
2、真空浓缩的特点
（1）优点
①在真空状态下料液的沸点降低，使加热蒸汽与沸腾液体之间的温度差增大，可相应减少蒸发器的传热面积。
②可以利用低压蒸汽或废蒸汽作为加热蒸汽。
③由于蒸发温度低，有利于保存食品中的营养成分及色、香、味，特别适用于处理热敏性料液。
④由于溶液沸点较低，使浓缩设备的热损失减少。
⑤对料液起加热杀菌的作用，有利于食品的保藏。