第六章 食品的浓缩与结晶

食品1431 2
教具
多媒体
知识目标
教学目标
1.
能进行多效蒸发的温 1.
差计算。
2.
3.
掌握多效蒸发原理； 掌握冷冻浓缩原理； 了解冷冻浓缩特点。
重点 难点 能力训练方式方法
教学环节时间安排
课外作业 参考资料
浓缩原理
多效蒸发温差分配
讲解、问答、互动
复习：5min 讲解、互动：75min
小结：5min 看书巩固知识点：5min
加热蒸汽
原料液
成品
（b）
（c）平流法
平流法适用于在蒸发进行的同时有晶体析出的料液的 浓缩，如食盐溶液的浓缩结晶。
有些多效蒸发同时采用顺流和逆流加料法，即某些效 采用顺流，而另些效采用逆流，充分利用其优点，这种蒸 发方法称为混流加料法，尤其适用于料液黏度随浓度而显 著增加的料液蒸发。在多效蒸发流程中，有时将某一效的 二次蒸汽引出一部分用于预热物料或用于其他加热目的。 被引出的二次蒸汽称为额外蒸汽。从蒸发器中引出额外蒸 汽作为它用，是一项提高热能利用率和经济性的措施。
至真空泵
冷水
料液 蒸汽
成品
（b）逆流法
随着料液向前一效流动，浓度越来越高，而蒸发温度 也越来越高，故各效料液黏度变化较小，有利于改善循 环，提高传热系数。但高温加热面上的浓料液的局部过 热易引起结垢和营养成分的破坏，且效间料液的输送需 用泵来实现。与顺流相比，水分蒸发量稍低。
逆流法适合黏度随温度和浓度变化大的料液的蒸发。
教学环节时间安排
课外作业 参考资料
浓缩作用
不同多效蒸发器作用机理
讲解、问答、互动
复习：5min 讲解、互动：75min
小结：5min 看书巩固知识点：5min
预习
课堂考勤
41
《食品加工与保藏原理》
课程名称 授课时间
本次内容
食品加工与保藏原理 2015.11.18
食品的浓缩和结晶 能力（技能）目标
授课班级 授课时数
按照多效蒸发加料方式和蒸汽流动方向，可分为顺流式、逆 流式和平流式三种多效蒸发。
至真空泵 冷水
料液
顺流式
蒸汽
（a）
成品
加热蒸汽
原料液
成品
（b）
逆流式
蒸汽
至真空泵 冷水
冷凝水 冷凝水 冷凝水
平流式
成品
成品
成品
（a）顺流法
由于后一效蒸发室的压力比前一效低，料液在效间的 输送不用泵而可利用各效间的压力差；后一效料液的沸点 比前一效低，当料液进入下一效时发生闪蒸现象，产生较 多的二次蒸汽；浓缩液的温度依次降低，对热敏性物料的 浓缩有利；但随着逐效料液浓度增高，温度降低，黏度增 大，传热系数下降，增加了末效蒸发的困难。
热敏③ 结低构或合等中理紧管凑式、，板操式作、、固清定圆洗锥方式便，包卫括物生牛的、奶制安、品果全汁可等靠含；适度固形 ④ 动力消耗要低;
⑤ 设备要便于检修，并有足够的机械包强括度多。数果汁浓缩液、酵母浸
热敏
高 刮板膜式、固定圆锥式
出液及某些药品。对浆状制
品只能用刮板膜式
高热敏
低 管式、板式、固定圆锥式 要求单效蒸发
当溶液的浓度大于低共熔点浓度时，如果冷却溶液，则 析出的是溶质，使溶液变稀，即所谓传统的结晶操作。由 此可见冷冻浓缩工艺和结晶工艺是相反的过程。要应用冷 冻浓缩，溶液必须较稀，其浓度要小于低共熔浓度 。
理论上，冷冻浓缩过程可以进行到低共熔点。但实际上， 大多数食品没有明显的低共熔点，而且在此点远未达到之 前，浓溶液的黏已经很高，其体积与冰晶相比甚小，就不 可能很好地将冰晶与浓溶液分离。由此可见，冷冻浓缩在 实际应用中也是有一定限度的。
定酸度。即可用相对缓和巴氏杀菌进行消毒。
（一）蒸发浓缩
蒸发是食品工业中应用最广泛的浓缩方法之一，具有操 作简单，工艺成熟，设备投资低，浓缩效率高等优点。其 原理是利用溶质和溶剂之间挥发度的差异，利用热能使溶 剂汽化，而溶质是非挥发性的则留在溶液中，从而达到分 离的目的。
蒸发浓缩主要指水溶 液的浓缩
适合对象：
热敏性液态食品、生物制药、要求保留天然色香味
的饮料及中草药浸提液等。
为了更好地使操作时形 成的冰晶不混有溶质，
结晶时避免局部过冷
分离时又不致使冰晶夹 带溶质，造成过多的溶
质损失
冷冻浓缩原理
温
温
度
度
℃
℃
最低共熔点
溶质
A
水
在一些二元体系中，在升温 过程中，两组分能以任何比 例互相熔成一个液相。如果 两个组分以适当比例混合， 在某一温度下两个固体组 分可同时熔化，且这个温度 通常低于每一纯组分的温度， 该温度叫低共熔温度
作业
1.超高压、脉冲电场杀菌原理、特点。
超高压原理：高压下，蛋白质和酶发生变性，微生物细胞核 膜被压成很多小碎片和原生质一起变为糊状，这种不可逆 变化造成微生物死亡。
特点：酸性食品（Ph<4.6）：可达到商业杀菌 非酸性食品（Ph>4.6）：可作为巴氏杀菌辅助手段。 对芽胞需结合其它方法使用。
脉冲电场原理
高热敏
高 板式、固定圆锥式
要求单效蒸发，包括橙汁浓缩 液、蛋白
4.蒸发浓缩过程的节能与多效蒸发
单效真空蒸发 ①容易操作控制；可依据物料的粘性、热敏性等，控制
蒸； ②发温度和蒸发速率； ③物料在不断地浓缩，其沸点、黏度也随浓度的提高而
增大； ④由于液层静压效应，液面下局部沸腾温度高于液面上
的沸腾温度，引起局部结垢、焦化，严重影响热传递； ⑤热耗高，传热面积不能太大。
① 物料性质的限制 （物料初始温度和最终温度） ② 设备费用增加 （维护、安装费用等） ③ 温差损失增加（损失温差可能等于总温差）
5.多效蒸发过程中的节能措施
① 设计开发新型蒸发设备（扭流管）； ② 蒸汽再压缩蒸发； ③ 利用余热预热物料或用于其他加热目的。
蒸汽在压缩蒸发过程中，利用各种压缩方法， 将二次蒸汽的热力状态提高到接近原来的生蒸汽状态， 是多效蒸发过程中最为常用的节能措施。
课程名称 授课时间 本次内容
教学目标
食品加工与保藏原理 2015.11.11
授课班级 授课时数
食品1431 2
食品的浓缩和结晶
教具
多媒体
能力（技能）目标
知识目标
1. 掌握食品浓缩意义、目的；
1. 能区分平衡浓缩和非 2. 掌握蒸发器的分类。单效、多
平衡浓缩。
效蒸发器特点。
重点 难点 能力训练方式方法
1.多效真空蒸发的特点
①在真空条件下，液体的沸点低，有利于增大加热蒸 汽与液体之间的温差，增大传热效率，减少传热面积；
②物料在较低温度下蒸发，可以减少对热敏性物料的 破坏；
③便于采用低压蒸汽和废热蒸汽作为热源，降低能耗， 提高生产效率。
④真空蒸发需要配备真空系统，会增大设备投资及动 力消耗。
2.多效蒸发的形式
0.259 13.3
0.182 16.7
电耗比 /kW•h•t-1水 冷却水耗量 /m3•h
1.4
1.21
1.66
2.09
575
201
109
76
换热器面积 / m2
126
185
230
300
预热器、灭菌器等
28
40
52
55
冷凝器
536
188
百度文库
102
73
总热交换面积 /m2
690
413
384
428
多效真空蒸发浓缩可以节省蒸发的蒸汽消耗，且随效 数的增加，耗汽量不断下降。但并非效数越多越好，在 食品工业中，目前应用最多的是3～5效真空蒸发，工业 上采用最多的也只有7效，即效数是有限的，其原因：
1.蒸发浓缩物料发生变化
成分变化、黏度增加； 结垢
过度受热产生结块，焦化；可用高流速或加 强设备清洗来减缓结垢生成。 起泡
尤其是含蛋白质胶体较多的食物。 结晶
妨碍热传递 腐蚀仪器
2. 蒸发浓缩的分类
⑴根据对二次蒸汽的利用分为 单效蒸发和多效蒸发；
⑵根据操作压力分为 常压蒸发、真空蒸发和加压蒸发；
蒸发器的选用
物料敏热性选择制、品度黏设计适蒸用发的器蒸，发器要类以型料液的特性说（明 热敏性、黏度等） 无作要为求重：要低依或等中据，管全式面、衡板式量、，固通定常圆选锥用式 蒸发水平器管要式满不足适以合于下结的垢基制本品
无或小① ②
符传合热高工系艺数要高真求，空圆锅，有锥、溶较式刮液高板的的膜浓热式、缩效旋比率转适且当能琼；耗胶采低、用；明间胶歇、式肉浸出液的浓缩
冷冻浓缩和结晶是相反的过程
冷冻浓缩过程示意图（P241）
T（温度）
A1
D
A
F C
X1
B E
X2 X（浓度）
设原溶液的总 量为M，浓缩后， 冰晶的量为G，浓 缩液为P，根据溶质 的物料平衡，有：
MX1=PX2
(G P) X1 PX 2
冰晶量与浓缩液量之比等于线段BC与线段FC的长度之比， 这个关系也即是化学工程中精馏分离的“杠杆法则”。
⑶根据操作方式分为 间歇式蒸发、连续式蒸发和循环式蒸发。
单效真空蒸发 设备
双效真空蒸发 设备
3.蒸发器的类型及选择
蒸发器主要由加热室（器）和分离室（器）两 部分组成。
加热室：加热室最初采用的 是夹层式和蛇（盘）管式，
后蒸有发各器种分板式离、室管：式将等二换热次蒸 汽器中形式夹。带为的了雾强沫化传分热离，出采来。 为料用 也 发了液有 器强采 和制使中用 离循雾，带心环沫分叶薄替中离片膜代的室的蒸自刮发然液需板器循体具薄等环回有膜。，到足 够大的直径和高度以降低 蒸汽流速，并有充分的机 会使其返回到料液中。
T1
: T2
: T3
: Tn
Q 1
K1 A1
:
Q2 K2 A2
:
Q3 K3 A3
:
Qn Kn An
A:传热面积； K:传热系数
有效温差确定原则：
① 各效面积相等原则 按此原则，各效传热面积A相等。使用
相同的大小的蒸发器也便于制造、安装、检修和操作。此时
T1
:
T2
:
T3
: Tn
Q 1
K1
:
Q2 K2
:
Q3 K3
:
Qn Kn
② 邻效间等压差原则即各效之间的压力降相等。
③ 各效蒸发量按比例原则 若无额外蒸汽引出的顺流操作，
各效水分蒸发量（W）可按经验比例进行初步估计： 双效： W1∶W2＝1∶1.1 三效： W1∶W2∶W3＝1∶1.1∶1.2
4.多效蒸发的效数
用于脱脂乳真空浓缩的效数与其他消耗的关系
平衡浓缩 利用两相在分配上的某种差异而获得溶质浓缩
液和溶剂的分离方法。如蒸发浓缩和冷冻浓缩。 非平衡浓缩
利用半透膜的选择性来达到分离溶质与溶剂的 过程。
浓缩在食品工业中的其主要目的：
① 减少重量和体积 浓缩去除食品中大量的水分，减少 食品包装、贮藏和运输费用。 ② 可提高制品浓度，增大渗透压，降低水分活度，抑制 微生物生长，延长保质期。 ③ 作为干燥、结晶或完全脱水的预处理过程。 ④ 降低食品脱水过程的能耗 。 食⑤品改中善可产溶品性质固量形。物（质量分数）65%以上，且物料中有一
1.将食品置于两个电极间产生瞬间高压电场、高压电脉冲破 坏细胞膜，改变其通透性、从而杀死细菌。 2. 电极附近物质电离产生的阴、阳离子与膜内生命物质作用， 因而阻断了膜内正常生化反应和新陈代谢过程等的进行。同 时，液体介质电离产生氧化性离子发生强烈氧化作用，能与 细胞内物质发生一系列化学反应 。
特点
多效蒸发充分利用热能，蒸发单位质量的水所消耗的蒸汽消耗
蒸发效数
降低，且效指数标越多，冷却水用量越少。但随着效数的增加，电耗、
泵、蒸发器、预热器等也随之1增加。 2
3
4
一次蒸汽消耗 /t•h-1
6.87
3.23
2.07
1.57
二次蒸汽消耗 / t汽•h-1 电耗 /kW•h
0.855 11.2
0.404 9.7
§8.3 食品的冷冻浓缩技术
一、概 述
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。即将水溶液中的一部分以冰的形式析出， 并将其从液相中分离出去而使溶液浓缩。
原料液
冷却
结晶
分离
冰晶
浓缩液
冷冻浓缩的流程图
特点：
1.产品需再次进行热处理或冷冻保藏； 2.溶液黏度增加，分离困难； 3.除去溶剂时溶质也有损失，成本高。
P175：试述常见的食品物料的冻结方法及特点
P159： 空气冻结法 间接接触冻结法 直接冻结法
3.多效蒸发的温差分配
若将第一效的加热蒸汽温度设为T1，冷凝器的冷凝温度为 TK，则总温差为ΔT＝T1－TK，。在理想的情况下（无能量 损失），有效温差∑ΔT 等于总温差；实际上，有效温差小
于总温差。
各效间有效温差的分配应符合下列比例关系：
原理：此法溶液在浓度上有限度，当溶液中溶质浓度 超过低共熔浓度时，过饱和溶液冷却的结果表现为溶质转 化为晶体析出。这种操作不但不会提高溶液中溶质的浓度， 反而降低了溶质的浓度。但当溶液中所含溶质的浓度低于 共熔浓度时，则冷却结果表现为溶剂（水）变成晶体（冰 晶）析出。与此同时，剩下溶液中的溶质浓度就大大提高。
预习
课堂考勤
41
《食品加工与保藏原理》
第六章 食品浓缩与结晶
食品浓缩的分类和目的 食品的蒸发浓缩技术 食品的冷冻浓缩技术 食品的膜浓缩技术 食品的结晶技术
一、食品浓缩的分类和目的
浓缩是从溶液中除去部分溶剂（通常是水） 的操作过程，也是溶质和溶剂均匀混合液的部 分分离过程。
按浓缩的原理分为平衡浓缩和非平衡浓缩两种物 理方法。