真空冷冻干燥原理ppt课件
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《食品工程高新技术》课件
《食品工程高新技术》 ppt课件
目录
• 食品工程高新技术概述 • 食品冷冻与冷藏技术 • 食品干燥技术 • 食品杀菌技术 • 食品工程高新技术展望
01
食品工程高新技术概述
高新技术在食品工程中的应用
真空冷冻干燥技术
用于食品脱水，保持食品原有 形状、色泽和营养成分。
微胶囊技术
将食品成分或添加剂微胶囊化 ，改善食品品质、延长保质期 。
THANKS
感谢观看
05
食品工程高新技术展望
未来食品工程高新技术的发展方向
生物技术
纳米技术
利用基因编辑技术、合成生物学等手段， 研发新型食品原料和加工技术，提高食品 质量和安全性。
将纳米材料和纳米技术应用于食品包装、 保鲜和加工过程中，提高食品的保质期和 口感。
信息技术
环保技术
利用大数据、物联网、人工智能等技术， 实现食品生产、加工和销售的智能化和信 息化，提高生产效率和产品质量。
03
食品干燥技术
食品干燥技术原理
去除水分
01
食品干燥技术主要是通过去除食品中的水分，以延长食品的保
质期和保存食品的原有品质。
热能利用
02
食品干燥技术通常利用热能将食品中的水分蒸发，并通过气流
将水蒸气排出，从而达到干燥食品的目的。
品质保持
03
在食品干燥过程中，应尽量保持食品的原有品质，如颜色、口
感、营养成分等。
产业链的完善。
促进产业升级和转型
高新技术在食品工程中的应用，可以 推动产业升级和转型，提高产业整体 竞争力。
增强国际竞争力
通过高新技术应用，提高我国食品在 国际市场的竞争力，促进出口增长。
02
食品冷冻与冷藏技术
目录
• 食品工程高新技术概述 • 食品冷冻与冷藏技术 • 食品干燥技术 • 食品杀菌技术 • 食品工程高新技术展望
01
食品工程高新技术概述
高新技术在食品工程中的应用
真空冷冻干燥技术
用于食品脱水，保持食品原有 形状、色泽和营养成分。
微胶囊技术
将食品成分或添加剂微胶囊化 ，改善食品品质、延长保质期 。
THANKS
感谢观看
05
食品工程高新技术展望
未来食品工程高新技术的发展方向
生物技术
纳米技术
利用基因编辑技术、合成生物学等手段， 研发新型食品原料和加工技术，提高食品 质量和安全性。
将纳米材料和纳米技术应用于食品包装、 保鲜和加工过程中，提高食品的保质期和 口感。
信息技术
环保技术
利用大数据、物联网、人工智能等技术， 实现食品生产、加工和销售的智能化和信 息化，提高生产效率和产品质量。
03
食品干燥技术
食品干燥技术原理
去除水分
01
食品干燥技术主要是通过去除食品中的水分，以延长食品的保
质期和保存食品的原有品质。
热能利用
02
食品干燥技术通常利用热能将食品中的水分蒸发，并通过气流
将水蒸气排出，从而达到干燥食品的目的。
品质保持
03
在食品干燥过程中，应尽量保持食品的原有品质，如颜色、口
感、营养成分等。
产业链的完善。
促进产业升级和转型
高新技术在食品工程中的应用，可以 推动产业升级和转型，提高产业整体 竞争力。
增强国际竞争力
通过高新技术应用，提高我国食品在 国际市场的竞争力，促进出口增长。
02
食品冷冻与冷藏技术
真空冷冻干燥原理ppt课件
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11
真空冷冻干燥过程中关键的概念
1.共晶温度 2.共溶温度
.
12
真空冷冻干燥过程中关键的概念
共晶温度：当溶液温度达到某一温度时，其液态和所形成固态 中的组分完全相同，这时的温度称为共晶温度。 一般预冻过程应低于其共晶温度10-20℃。
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13
真空冷冻干燥过程中关键的概念
共溶温度：固态混合液体在升温熔化过程中，当达到某一温度时，固体中开 始出现液态，此温度称为溶液的共溶温度。 在一次干燥中物料冻结层的温度一定要低于其共溶点。
.
7
真空冷冻干燥的程序
4、整个升华干燥的时间约12-24小时左右，与产品在每瓶内的装量，总装量， 玻璃容器的形状、规格，产品的种类，冻干曲线及机器的性能等等有关。 5、冻干结束后，要放干燥无菌的空气进入干燥箱，然后尽快地进行加塞封口， 以防重新吸收空气中的水份。
.
8
真空冷冻干燥有下列优点
1．冷冻干燥在低温下进行，因此对于许多热敏性的物质特 别适用。 2．在低温下干燥时，物质中的一些挥发性成分损失很小。 3．微生物的生长和酶的作用无法进行。
.
9
4．体积几乎不变，保持了原来的结构，不会发生浓缩现象。
5．干燥后的物质疏松多孔，呈海绵状，加水后溶解迅速而 完全。
6．干燥在真空条件下进行，一些易氧化的物质得到了保护。
7．干燥能排除95-99%以上的水份。
.
10
真空冷冻干燥缺点
冷冻干燥成本高（投资费用与运行成本都很高）。 冷冻干燥时间长，生产周期长。
真空冷冻干 燥原理
.ห้องสมุดไป่ตู้
1
注射用胸腺五肽为什么不直接加热干燥或者晾 干，而要真空冷冻干燥？
干燥技术ppt课件
固相区 液相区 C
D
O
A
气相区
T
水的平衡相图(p－T图)
OC 线是水蒸气与水两相平衡共存曲线，又称为“蒸发曲线”；它表示气－液
平衡时，温度与蒸气压的对应关系。
OB 线是冰与水两相平衡共存曲线，又称为“熔化曲线”；表示固－液平衡时， 温度与蒸气压的对应关系。
OC 线能向下延伸为虚线OD曲线，是过冷水与水蒸气平衡共存曲线；这种状态 是一种不稳定的状态，称为“亚稳状态”。
• 辐射干燥：热能以电磁波的形式由辐射器发射至湿物料表面 ，被湿物料吸收后再转变为热能将湿物料中湿分汽化并除去 。
干燥过程的机理
干燥过程
热空 气流 过湿 物料 表面
热量 传递 到湿 物料 表面
传热过程
湿物 料表 面水 分汽 化并 被带
走
传质过程
表面 与内 部出 现水 分浓 度差
内部 水分 扩散 到表
B
温度和压力的对应关系绘制成图，就得到水的平
衡相图(p－T图)。
C
D
O
A T
水的平衡相图(p－T图)
⑴三相点 相图中的 O点是水蒸气、水、冰三相平衡
共存的点，称为“三相点”，常称为水的“冰
p B
点”。
⑵连线 OA 线是冰与水蒸气两相平衡共存曲线，
又称为“升华曲线”；它表示固－气平衡时， 温度与蒸气压的对应关系。
8.喷雾干燥机调节方便，可以在较大范围内改变操作条件以控 制产品的质量指标，如粒度分布、湿含量、 生物活性、溶解
性、色、香、味等。
缺点
1.设备较复杂，占地面积大，一次投资大。 2.雾化器，粉末回收装置价格较高。 3.需要空气量多，增加鼓风机的电能消耗与回收装置的容量。 4.热效率不高，热消耗大。
第5章食品真空冷冻干燥技术ppt课件
冷藏与制冷技术
5.1真空冷冻干燥基本原理和过程
n5.1.1真空冷冻干燥基本原理
n水的平衡相图
n 生产中采用真空冷冻技术对固体湿物料的干燥， 通常是除去物料中的水分。因此，要了解真空冷 冻原理，首先须了解水的有关物性。
冰(s)
熔化
气化
水(l)
水蒸气(g)
凝固 升华 液化
凝华
中国历史上吸烟的历史和现状、所采 取的措 施以及 由此带 来的痛 苦和灾 难，可 以进一 步了解 吸烟对 人民健 康的危 害，提 高师生 的控烟 意识
冷阱的低温使其内的水蒸气压低于干燥箱中的水 蒸气压，形成水蒸气传递的推动力。
中国历史上吸烟的历史和现状、所采 取的措 施以及 由此带 来的痛 苦和灾 难，可 以进一 步了解 吸烟对 人民健 康的危 害，提 高师生 的控烟 意识
冷藏与制冷技术
3、升华干燥过程（一次干燥）
（1）物料冻结和干燥过程中的含水量变化
冷藏与制冷技术
5.1.2真空冷冻干燥基本过程
1.物料的预处理
在对食品冷冻干燥之前，必须对其进行一些必 要的物理、化学处理，包括清洗、分级、切片、 烫漂、杀菌、浓缩等。
对于不同的食品，预处理内容也有所不同，食 品冷冻干燥时，一般不加添加剂，在对药品和 细胞冷冻干燥之前，必须加一些添加剂，以保 证冻干产品效果良好，保持药品的活性和保持 细胞的存活。
冷藏与制冷技术
3、升华干燥过程（一次干燥）
一般冷冻干燥采取的绝对压力为0.2kPa左右。 升华时所需的热量由加热设备提供，热量从下 搁板通过物料底部传到物料的升华前沿，也从 上搁板以辐射形式传到物料上部表面，再以热 传导，经已干层传到升华前沿。
中国历史上吸烟的历史和现状、所采 取的措 施以及 由此带 来的痛 苦和灾 难，可 以进一 步了解 吸烟对 人民健 康的危 害，提 高师生 的控烟 意识
冷冻干燥PPT演示课件
19
旋冻机
20
在一次干燥过程中，绝大部分水分随着冰晶体的升华逐步 排除。为了达到良好干燥状态，应进行解吸干燥，即第二 干燥阶段——除去结晶水以及固体吸附的水。
二次干燥所需的时间由制品中水分的残留量决定。在制品 共熔点/崩解温度一下，应尽量提高产品的温度以克服水的 吸附力。降低干燥体的压力以提供较大的压力梯度，从而 缩短二次干燥的时间。
且两者间压力差维持不变。
22
搁板温度与制品温度控制变化过程曲线——冻干曲线
23
冻干过程是主要受温度和压力的影响，它可以通过控制单位 时间内的热交换量和抽气量来调控，因此，冻干过程还取决 于冻干设备。
通常采用的制冷技术装备有电压缩制冷系统和液氮气化制冷 系统，电压缩制冷系统提供的制冷能力可以使冻干机的搁板 工作温度达－55℃，冷凝器盘管的温度达－75℃；而液氮气 化制冷方式，可以使冻干机的搁板工作温度达－90℃，冷凝 器盘管的温度达－120℃，甚至更低。
一般，冻干过程中每小时降温速度应控制在５～６℃。预 冻不实，预冻温度不够低或保持时间不够长，药液未完全冻结， 真空升华干燥时，液体沸腾，造成喷瓶。
16
二、干燥阶段
干燥分为第一阶段干燥和第二阶段干燥。 第一阶段，即升华干燥过程。 （1）热量从搁板通过玻璃瓶或托盘传送到冻结冰晶体内，并
传导至制品的表面； （2）冰晶体升华过程产生的水蒸气通过制品枝状孔隙 (干燥通
⑥红外线加热 在干燥室安装红外线发生器产生红外线辐射。但由于其维持 费用相当高，故很少应用于冷冻干燥食品方面。
30
综上所述，各种加热方法各有其特点。人们在不 断认识冻干过程本质的基础上，探索出了多种加热、 辐射的组合，如传导-辐射加热法、传导-微波加热法、 辐射-微波加热法等。其目的都是期望能在保证产品 质量的前提下，提高干燥速率，降低能耗。
旋冻机
20
在一次干燥过程中，绝大部分水分随着冰晶体的升华逐步 排除。为了达到良好干燥状态，应进行解吸干燥，即第二 干燥阶段——除去结晶水以及固体吸附的水。
二次干燥所需的时间由制品中水分的残留量决定。在制品 共熔点/崩解温度一下，应尽量提高产品的温度以克服水的 吸附力。降低干燥体的压力以提供较大的压力梯度，从而 缩短二次干燥的时间。
且两者间压力差维持不变。
22
搁板温度与制品温度控制变化过程曲线——冻干曲线
23
冻干过程是主要受温度和压力的影响，它可以通过控制单位 时间内的热交换量和抽气量来调控，因此，冻干过程还取决 于冻干设备。
通常采用的制冷技术装备有电压缩制冷系统和液氮气化制冷 系统，电压缩制冷系统提供的制冷能力可以使冻干机的搁板 工作温度达－55℃，冷凝器盘管的温度达－75℃；而液氮气 化制冷方式，可以使冻干机的搁板工作温度达－90℃，冷凝 器盘管的温度达－120℃，甚至更低。
一般，冻干过程中每小时降温速度应控制在５～６℃。预 冻不实，预冻温度不够低或保持时间不够长，药液未完全冻结， 真空升华干燥时，液体沸腾，造成喷瓶。
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二、干燥阶段
干燥分为第一阶段干燥和第二阶段干燥。 第一阶段，即升华干燥过程。 （1）热量从搁板通过玻璃瓶或托盘传送到冻结冰晶体内，并
传导至制品的表面； （2）冰晶体升华过程产生的水蒸气通过制品枝状孔隙 (干燥通
⑥红外线加热 在干燥室安装红外线发生器产生红外线辐射。但由于其维持 费用相当高，故很少应用于冷冻干燥食品方面。
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综上所述，各种加热方法各有其特点。人们在不 断认识冻干过程本质的基础上，探索出了多种加热、 辐射的组合，如传导-辐射加热法、传导-微波加热法、 辐射-微波加热法等。其目的都是期望能在保证产品 质量的前提下，提高干燥速率，降低能耗。
真空冷冻干燥的原理
真空冷冻干燥的原理
真空冷冻干燥(Vacuum Freeze Drying)是一种将物质在低温下冻结，然后在真空状态下加热，使水分直接从冰升华成水蒸气的干燥方法。
其基本原理包括以下步骤：
1. 预冻：将待干燥的物质放置在低温下(通常为-40℃至-80℃)冻结，形成稳定的冰晶。
2. 真空干燥：将冻结的物质放入真空室中，加热使温度升高，同时真空泵将真空室内的气体抽出，创造一个低气压的环境。
在低温、低气压的条件下，水分从冰晶中直接升华成水蒸气，通过冷凝器将水蒸气捕获并排出。
3. 解析干燥：经过真空干燥后，物质表面仍然可能残留一些水分，需要通过解析干燥进一步去除。
通过降低冷凝器的温度，使水蒸气凝结并去除，同时保持真空室内的压力在较低水平，使残留水分能够迅速升华。
4. 复温：将干燥后的物质恢复至常温，使其恢复原有的物理、化学性质。
真空冷冻干燥的优点包括：
1. 可以在低温下进行干燥，能够保留物质的热敏性和生物活性。
2. 干燥后的物质具有较长的保存期，因为其含水量低，且干燥环境能够防止微生物滋生。
3. 干燥过程在真空下进行，能够防止氧化对物质的影响。
4. 干燥后的物质具有较高的再水化能力，即在需要时能够快速恢复其原有的物理、化学性质。
但是，真空冷冻干燥设备成本较高，且需要较大量的能源来维持低温、真空和加热条件，因此在实际应用中需要考虑经济成本和能源消耗的问题。
微波真空与真空冷冻干燥组合技术PPT课件
5. 展望
1.微波冷冻干燥设备和干燥工艺将不断完善
2.一些关键技术难题,如辉光放电的攻克 3.微波冷冻干燥设备具有空前的市场潜力
参考文献
➢ 张愍, 徐艳阳, 孙金才. 国内外果蔬联合干燥技术的研究进展[J]. 无锡轻工大学学报,2003. ➢ 徐小东, 崔政伟. 农产品和食品干燥技术及设备的现状和发展[J]. 农业机械学报,2005. ➢ 许韩山，张愍，孙东风，毛文岳. 真空冷冻干燥在食品中的应用[J].干燥技术与设备，2008. ➢ 沈健,崔伟.浅谈真空冷冻干燥技术[J].农业装备技术,2006. ➢ 李志平.真空冷冻干燥技术分析研究及应用[J].四川食品与发酵,2005. ➢ LorentZen. Freeze-drying of food Stuff[J]. Chemistry and Industry.1979. ➢ Cohen J S, YangT C S. Progress in Food Dehydration.Trends in Food Science& Technology, 1995. ➢ Yusheng Z, Poulsen K P. Diffusion in potato drying[J]. Journal of Food Engineering, 1988. ➢ Mulet A, Berna A, Borras, et al. Effect of air flow rate on carrot drying[J]. Drying Technology, 1987. ➢ 姜元欣,许时婴,王璋.南瓜渣的微波真空干燥[J].食品与发酵工业,2004. ➢ 李里特,李秀婷,张友龙.微波加工果蔬脆片的研究[J].食品科学,1995. ➢ 李瑜, 许时婴. 不同干燥方法对干燥大蒜品质的影响[J]. 食品与发酵工业,2006.
真空冷冻干燥技术精美PPT
2.原理
• 真空冷冻干燥基本原理是基于水的三种变化。水 （H2O）有三种相态，即固态、液态和气态，三相 态既可以相互转换也可以共存。
• 三相点所对应的温度为0.0098℃，水蒸气为610.5 （4.58mmHg），在这样的温度和水蒸气压下，水 、冰、水蒸气三者可共存且相互平衡。
• 只有在三相点以下，冰才能由固相直接转变为气 相，这个过程成为升华。在高真空状态下，利用 升华原理，使预先冻结的物料中的水分（不经过 冰的融化）直接以冰态升华为水蒸气被除去，从 而达到冷冻干燥的目的。
• 由于冷冻食品保持坚硬，逸出的水分留下 通道，冻干食品组织呈多孔状，因此与氧 气接触的机会增加，为防止其吸收大量水 分和氧气，可采用真空包装或充氮包装。
• 为保持干制食品含水在5%以下，包装内应 放入干燥剂以吸附微量水分。包装材料要 是在低温下进行（-40℃）， 且处于高真空状态，因此，特别适用 于热敏性高和极易氧化的物料的干燥 ，可以保留新鲜物料色、香、味及营 养成份不损失； • 干燥制品不 失原有的固 体骨架结构 ，保持物料 原有的形态 ；
3.流程
0
20
40
60
80 100
%
%
%
%
%
%
原料
前处理
预冻
脱水干燥
后处理
前处理
• 真空冷冻干燥食品的原料若按其组织形态 来分，可分为固态食品和液态食品。
• 对固态食品原料的预处理过程，包括选料 、清洗、切分、烫漂和装盘等。
• 其目的是清除杂物，易升华干燥。液态原 料一般采取真空低温浓缩或冷冻浓缩的方 法进行预处理。
干燥技术现状
• 30年来，我国实现了 许多干燥技术的工业 化。主要有：
• 喷雾干燥 • 流态化干燥 • 蒸汽回转干燥 • 真空干燥 • 气流干燥 • 冷冻干燥 • 微波干燥
相关主题
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20
冻结方法
速冻：为了形成微结晶，得到的产品外观好，溶解速度快。 慢冻：形成粗结晶，对提高冻干效率，但慢冻对一些含活性的酶或者活菌活 病毒的存活不利。
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依据图中形成晶型，哪张是速冻呢
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22
第一干燥阶段
升华干燥也称为第一阶段干燥。将冻结后的产品置于 密封的真空容器中加热，其冰晶就会升华成水蒸汽逸 出而使产品脱水干燥。 第一阶段升华干燥是冷冻干燥的关键阶段，大部分的 水在这一阶段被升华。 若控制不好就会直接影响产品的外观质量和冻干时间。 若搁板的温度过高，搁板向产品提供的热量大于水分 升华所吸收的热量，则产品温度持续上升，当产品温 度超过其共熔点时，则产生喷瓶或瓶底变空的现象， 影响产品的外观质量。
真空冷冻干 燥原理
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1Leabharlann 注射用胸腺五肽为什么不直接加热干燥或者晾 干，而要真空冷冻干燥？
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2
答案
真空冷冻干燥就在0℃以下及真空条件下进行，真空冷冻干燥 后注射用胸腺五肽体积不变，疏松多孔，复溶性好，热敏性的 物质不易破坏；而一般干燥不能实现。
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3
培训的内容
真空冷冻干燥原理 真空冷冻干燥各阶段解析
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4
第一部分
真空冷冻干燥原理
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5
真空冷冻干燥原理
真空冷冻干燥是指把药品溶液在低温下冻结（预冻结温度应 低于共晶点），然后在真空条件下适当加热进行升华干燥 （加热温度不能超过共熔点），除去冰晶，待升华结束后再 进行解吸干燥，除去部分结合水的干燥方法。
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6
真空冷冻干燥的程序
1、先将冻干箱进行空箱降温，把需要冻干的产品分装在合适的容 器内，一般是玻瓶或安瓶，装量要均匀，蒸发表面尽量大而厚度尽 量薄些；然后放入冻干箱内。 2、将放入冻干箱内产品进行预冻，抽真空，抽真空时冷凝器应达 到-40℃左右的温度，待真空度达到一定数值后（通常应达到 100uHg以上的真空度），即可对箱内产品进行加热 3 、一般加热分两步进行，第一步加温不使产品的温度超过共熔点 的温度；待产品内水份基本干完后进行第二步加温，这时可迅速地 使产品上升的规定的最高温度。在最高温度保持数小时后，即可结 束冻干。
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水的共晶温度是多少℃呢？
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第三部分
冷冻干燥各阶段解析
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冻干过程五个重要阶段
药液准备 预冻 升华干燥阶段（第一干燥阶段） 解析干燥阶段（第二干燥阶段） 密封保存（压塞或者装桶密封保存）
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冷冻干燥过程
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预冻
预冻就是使溶液达到共晶点以下，以便在一定真空度下进行升 华。 如果产品没有冻实，则抽真空时产品沸腾并冒出瓶外； 如果产品温度冻得过低，则不浪费能源和时间，而且还会降低 产品的存活率。
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第二干燥阶段（解析干燥阶段）
解析干燥也称第二阶段干燥。在第一阶段干燥结束后，产品内还存在10%左 右的水分吸附在干燥物质的毛细管壁和极性基团上，这一部分的水是未被冻 结的。
因此为了改善产品的贮存稳定性，延长其保存期，需要除去这些水分。这就 是解析干燥的目的。
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4．体积几乎不变，保持了原来的结构，不会发生浓缩现象。
5．干燥后的物质疏松多孔，呈海绵状，加水后溶解迅速而 完全。
6．干燥在真空条件下进行，一些易氧化的物质得到了保护。
7．干燥能排除95-99%以上的水份。
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真空冷冻干燥缺点
冷冻干燥成本高（投资费用与运行成本都很高）。 冷冻干燥时间长，生产周期长。
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真空冷冻干燥的程序
4、整个升华干燥的时间约12-24小时左右，与产品在每瓶内的装量，总装量， 玻璃容器的形状、规格，产品的种类，冻干曲线及机器的性能等等有关。 5、冻干结束后，要放干燥无菌的空气进入干燥箱，然后尽快地进行加塞封口， 以防重新吸收空气中的水份。
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真空冷冻干燥有下列优点
1．冷冻干燥在低温下进行，因此对于许多热敏性的物质特 别适用。 2．在低温下干燥时，物质中的一些挥发性成分损失很小。 3．微生物的生长和酶的作用无法进行。
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真空冷冻干燥过程中关键的概念
1.共晶温度 2.共溶温度
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真空冷冻干燥过程中关键的概念
共晶温度：当溶液温度达到某一温度时，其液态和所形成固态 中的组分完全相同，这时的温度称为共晶温度。 一般预冻过程应低于其共晶温度10-20℃。
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真空冷冻干燥过程中关键的概念
共溶温度：固态混合液体在升温熔化过程中，当达到某一温度时，固体中开 始出现液态，此温度称为溶液的共溶温度。 在一次干燥中物料冻结层的温度一定要低于其共溶点。