一、真空凍干設備能耗高還是烘干能耗高
干燥物體主要有烘干和凍干兩種方式,凍干設備相比烘干設備具有保質期更長、可以有效保持物體的成分,不會改變物體形狀等優(yōu)勢,不過它也有一個缺點,那就是能耗要更高一些。
凍干產品加工工藝相比傳統(tǒng)烘干,工藝更復雜,工藝流程一般分為前處理、凍干和后處理等流程,本身的結構也更復雜,在凍干過程中,制冷系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)需要消耗大量能量,因此能耗是比烘干設備要更高的。
二、如何降低真空凍干機的能耗
真空凍干機的能耗高低直接影響到凍干成本,一般可以通過提高凍干速率的方法來降低能耗,目前,通過工藝優(yōu)化的方法來提高食品干燥速率、降低能耗的方法主要有以下幾種:
1、控制適宜的預凍速度
對食品原料的預凍是冷凍干燥工藝的前提步驟,研究表明,快速預凍和慢速預凍對食品物料所需要的凍干時間有顯著影響,快速預凍要比慢速預凍所需要的凍干時間長,這是由于食品進行快速預凍時產生的冰晶小,致密的冰晶對于冰的升華起阻礙作用,而在慢速預凍時,食品中形成的冰晶大,冰晶之間具有較大縫隙,能夠促進冰升華,但是冰晶越大對凍干產品品質影響也越大,特別是對一些生物制品進行凍干時,慢速預凍產生的大冰晶會破環(huán)細胞結構,如果對終產品要求不高,可以考慮通過慢速預凍來提高凍干速率。
2、調整液態(tài)食品的濃度或改變固態(tài)食品的形狀
液態(tài)食品的凍干,需要充分考慮溶液的濃度,如果濃度過高,則不利于水分的升華,如果濃度太低,雖然利于升華,但因含水多,則會耗時耗能造成浪費。應用凍干技術進行液態(tài)食品干燥時,要充分衡量能耗與產品質量的關系,探索優(yōu)化最佳凍干濃度,進而提高凍干速率。
固態(tài)食品進行凍干時,切片、粉碎是增大傳熱面積、提高凍干速率的最佳方法。目前市售的凍干產品如凍干蘋果片、凍干草莓片、凍干檸檬片等,都采取了切片的方法。但是如果對固態(tài)食品形狀要求嚴格,可以考慮對食品物料進行穿刺處理,通過穿刺孔通透性來增加傳質,提高凍干速率。
3、控制食品原料裝盤量和厚度
不同型號凍干機冷阱均有最大的捕水能力,如果裝盤物料的水分超過了最大捕水量,就會造成產品不能達到一定的干燥程度,導致干燥失??;如果裝盤物料過少,雖然會提高凍干速率,但會造成空間浪費,增加了產品成本。因此,在凍干前要根據冷阱的捕水能力,確定放入合適量的食品原料。
在冷凍干燥裝盤時,控制適當的物料厚度,可降低傳熱、傳質阻力,提高干燥速率;在實際生產過程中,如果物料厚度太薄,裝盤量就會自然減小,凍干速率提高同時卻增加了單位凍干產品的成本,因此,并非物料的厚度越小越好,單位面積裝載的食品原料,需要綜合考慮原料裝盤量對干燥速率和成本,根據冷阱捕水能力、物料性質、加熱方式以及干燥效率等而定。
4、設定適當的真空度
維持冷凍干燥時真空度的耗能約占凍干總耗能的26%,真空度越低,有利于能量傳遞,但卻增加了水汽擴散阻力從而耗能。實際凍干過程中,每種食品原料都存在一個最佳的真空度,因此可以使能耗降到最低。凍干機的真空度受阱溫度和真空泵性能決定,在升華干燥階段,一般冷阱溫度越低、真空度越高可促進水汽凝結,提高凍干速率,但高真空度對真空泵有特殊的要求,真空度過高,會增加維持真空能耗;當凍干工藝處于在解析干燥階段則應逐漸降低干燥室的真空度,來促進傳熱和傳質,達到降低凍干能耗的目的。
5、控制隔板加熱溫度
目前,大部分的真空凍干設備都安裝了隔板加熱裝置,以提高物料升華所需要能量,提高擱板溫度可提高干燥速率。對擱板溫度的控制包括控制凍結層和已干層的溫度,對于凍結層的溫度應首先保證低于共融點前提下越高越好;對于已干層的溫度,在不出現因溫度升高造成產品塌陷或變性現象的前提下,盡量采用較高的隔板溫度,在解析干燥階段,應密切注意產品溫度和隔板溫度差別,保持隔板溫度高于樣品溫度5 ℃左右,同時對于小型凍干機要設法降低控制熱量輻射的影響,擱板溫度要緩慢升高,但一般不高于70℃,對于一些活性生物制品則應當一直維持更低的隔板溫度。