常压冷冻干燥

现代食品干燥技术研究进展在查阅资料的过程中，我了解到现代比较先进的食品干燥技术主要有常压冷冻干燥、超声干燥、低温吸附干燥、过热蒸汽干燥、折射窗薄层干燥等。在参考论文中我发现很少有论文非常全面地介绍一种干燥技术，几乎每篇都有侧重点，也就导致有所忽略，这对读者系统性地学习干燥技术有不便之处。所以我想在自己已阅读论文的基础上做一些力所能及的梳理工作，尽可能全面地介绍某种干燥技术的原理、特点、适用条件、相关实验结论、问题和解决方法以及生产实践运用等方面。

以下是我对常压冷冻干燥、低温吸附干燥及折射窗薄层干燥研究发展现状的归纳整理以及学习心得与感想。

常压冷冻干燥（AFD,Atmospheric Freeze Drying)

兼有冷冻干燥( 高品质) 和对流干燥( 低成本) 两者优点的干燥技术—常压冷冻干燥技术。

1. 基本原理

在常压或接近常压下，低温空气中的水蒸气压较低，冷冻物料中的水分得以升华。2. 特点

（1）干燥是在低于水的三相点压力下:610.5pa;和低温:0℃以下进行的，故特别适用于极为热敏和易氧化的物料，并可抑制菌类繁殖，产品干燥后，保存时间长。

（2）避免了蒸发干燥因水分携带溶质至物料表面而造成表面硬化，食品可保持原有的营养及色、香、味。

（3）物料在预冻结后，形成稳定的固体骨架，升华干燥后物料固体骨架基本保持不变，并呈多孔结构，具有速溶性和快速复水性。

（4）产品品质与真空冷冻干燥基本一致，较前者节约能量约三分之一，但冻干时间较长。

3. 分类

（1）基于吸附固定床的常压冷冻干燥

用吸附剂来代替真空泵，但干燥周期太长。

（2）基于吸附流化床的常压冷冻干燥

a.原理：

常压吸附流化床冷冻干燥是指将冻结物料浸没在保持低温低压的流化吸附剂中进行干燥，其中吸附剂吸附干燥过程产生的水分，以使待干物料周围的水蒸汽分压始终低于三相点水平，吸附放出的热量可以供干燥过程所用。这样可确保冻结物料中冰的升华和湿分由物料向干燥介质的传递。

b.特点：

一定范围内，溶液浓度增大时，干燥时间增长；冻结物料尺寸较小时，干燥速率加快。干燥处理前期，冻干速率较高。

c.相关实验结论：

采用前期渗透技术处理，后期大大缩短了常压吸附流化冷冻干燥时间，且经渗透处理的原料不易发生变形。

吸附剂流化床常压冷冻比真空冷冻干燥具有更高的质热传递系数。超声波辅助常压冷冻处理可以大幅缩。

短干燥时间，其有效扩散率比流化床常压冷冻处理提高14.8%以上。

微波辐射应用于固定床和流动床的常压冷。

冻干燥可有效的减少干燥时间（50%），能效也有所提高（30%），且固定床干燥的产品要优于流动床。

适当提高流化床温度、减小物料直径、采用较小粒径的吸附剂和在实验中更新吸附剂或采用较高的流化数等都能够加速干燥过程。

两种冷冻干燥方式的对比

（3）基于热泵原理的常压冷冻干燥

将热泵技术应用于常压冷冻干燥可显著降低能耗，同时又保留了冷冻干燥的优点。

用热泵技术生产即食果蔬具有很大的发展前景。

进口温度持续上升?结果显示，后者在整个常压冷冻干燥处理过程中，保持了稳定的干燥速率，以较低成本获得了较好的干燥品质。这表明常压冷冻干燥后期是可以采用较高的干燥温度的。

4. 相关实验结论：

（1）因没有配置真空室及其附属装置，与真空冻干相比，常压冷冻节能显著。

（2）0℃以下的表面冷冻过程具有冷冻干燥收缩率较小的优点, 这使得在同样湿含量时, 冷冻干燥的物料比高温( 0℃以上) 对流干燥的物料具有更大的孔隙率。

（3）干燥过程中。若具有中间融化段, 且干燥终了段具有较高的进气温度), 干燥后的产品就会具有比恒温、变温以及升温干燥更高的质量。

冷冻处理过程中的熔化是最终导致产品品质劣变的最直接因素。

5. 问题及解决策略

（1）除湿手段采用吸附剂除湿，除湿效果较差，经常由于水蒸汽分压高而导致冰晶熔化严重，致使冻干失败。

（2）设备成本较高，且干燥过程耗时较长。

（3）产品品质不稳定，经常出现组织塌陷，变色和有效成分降解加快。

应考虑选择高效节能的除湿方式且能提供稳定的冷气流场。

提供适合的给热方式，例如可采取传导和辐射间歇式的给热方式，让物料在整个干燥处理过程中，稳定而均匀受热。

低温吸附干燥（low-temperature drying）

吸附干燥（也叫做“除湿干燥”干燥剂干燥或表面吸附干燥）。低温吸附干燥是一种综合利用了冷冻除湿和吸附干燥的新型非热力干燥方法。

1. 原理

低温吸附干燥技术是采用吸附式转轮除湿器和表面式冷却器提供温度为10~30℃，相对湿度5%以下的低温低露点空气为干燥介质，并非用上面所提到的各种吸附剂，能有效地避免高温对营养成分的破坏，干燥速率快，相对于真空冷冻干燥节能效果显著。

2. 优点

（1）它是以水分浓度差作为传质推动力的新型干燥工艺，综合运用了吸附除湿和冷冻除湿技术，提供低温低露点的气流对热敏性物料进行低温脱水分离。

（2）低温吸附干燥能有效地避免高温对食品营养成分的破坏，使干制品能很好地保持原新鲜物料的有效成分，原色原味，复水效果好。

（3）系统杀菌性能高，能耗低，且可利用低品位热源太阳能、工业废热、换热器余热等。总之，低温吸附干燥具有能耗低，营养成分保持水平好，结构紧凑，便于操作，无环境污染和高效杀菌等优点。

3.与其他干燥方法的比较

热敏性物料常用的干燥方式为冷冻干燥，冷冻干燥产品的组织无收缩，营养成分损失极少，但其缺点是能耗大，成本高，生产的周期长，并且不能连续生产。热风干燥也用于热敏性物料的干燥，它设备结构简单，成本低廉，但物料营养成分损失很大，并且高温使物料表面硬化、干缩严重，复水后很难恢复到原状。低温吸附干燥就大大克服了这些缺点，非常适合于热敏性物料的干燥。

4. 应用

目前国内已开发了一种全新的食品脱水分离法———吸附式低温干燥，这是一种以传质推动力为主的新型干燥工艺，制品原色原味，营养损失小，复水效果好；系统杀菌性能高，无环境污染，能耗低，且可利用低品位热源，干燥过程中干燥气流露点可达—10℃以下，温度在10~50℃内可调，特别适用于热敏性物料的干燥。

5. 相关实验结论

低温干燥是以干燥空气和湿物料之间的蒸汽压差作为推动力,因此关键技术是干燥空气的获得。空气的干燥除湿方法有冷却法和化学法。热泵干燥适合于蔬菜干燥。

湿度是影响吸附干燥过程的关键因素。降低处理风湿度,并在保证不破坏物料成分的情况下,增高温度和增大风速、物料表面积,有利于提高干燥速率。

在操作范围内的风速下,都有较高的除菌效率(95%以上),但风速过高,就可能使微生物挣