一種冷凍干燥方法及配套設備的制作方法
【專利摘要】本發明公布了一種冷凍干燥方法及配套設備，所述冷凍干燥方法包括：預冷需要干燥的物料；搭建冷凍干燥配套設備；將配套設備中的平板放在冷凍干燥機的擱板上預冷；將物料放在平板上超聲波振子的中心位置，插上熱電偶，開始凍結物料；調節配套設備中的超聲波發生器功率，開啟超聲波發生器，對物料進行超聲波處理；停止超聲波處理，繼續凍結一段時間后，完成冷凍；對冷凍干燥機抽真空，設置好擱板溫度和干燥時間對物料進行一次干燥和二次干燥。所述配套設備包括：超聲波發生器、超聲波振子和平板。本發明具有縮短一次干燥的時間，從而縮短總的冷凍干燥時間、提高冷凍干燥效率的優點。
【專利說明】一種冷凍干燥方法及配套設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種冷凍干燥方法及配套設備，屬于干燥【技術領域】。
【背景技術】
[0002]冷凍干燥是一種適用于生產高附加值產品的干燥方法，廣泛應用于處理熱敏性和易氧化的食品、藥品和生物制品。冷凍干燥的過程分為兩個階段，凍結階段和升華干燥階段。凍結階段是將濕物料在-10°C至-50°c的低溫下凍結成固態。升華干燥階段是在10至40Pa的低壓環境下使水分直接從冰晶升華成水蒸氣。升華干燥階段又可分為一次干燥和二次干燥一次干燥，一次干燥去除物料中的自由水，一般能夠去除90%?95%的水分；二次干燥主要去除物料結合水。
[0003]采用現有的冷凍干燥技術，將物料完全干燥(含水率降低至5%以下)一般需要30小時以上，存在著耗時長、效率低的問題，尤其是一次干燥的時間需要占到總干燥時間的80%。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于，提供一種冷凍干燥方法，能夠縮短一次干燥的時間，從而縮短總的冷凍干燥時間、提高冷凍干燥效率。
[0005]本發明的另一目的，提供一種冷凍干燥的配套設備，與傳統冷凍干燥機配合使用。
[0006]本發明所需要解決的技術問題，可以通過以下技術方案來實現:
[0007]作為本發明的第一方面，一種冷凍干燥方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0008]步驟一:將物料置于2至5°C的冰箱中保存待用；
[0009]步驟二:將2至8個超聲波振子通過導線與超聲波發生器連接，再將超聲波振子均勻分布且固定在平板上；
[0010]步驟三:將平板置于冷凍干燥機的擱板上，開啟冷凍干燥機的制冷功能，設置擱板的溫度為-35至-50°c，預冷I至4h ;
[0011]步驟四:將物料擺放在平板上，并使之處于超聲波振子的中心位置，將熱電偶插入物料中，保持擱板的溫度為-35至-50°c，開始對物料進行凍結；
[0012]步驟五:調節超聲波發生器的功率為130至190W，當用熱電偶檢測到物料的溫度降為-1至-3°C時，啟動超聲波發生器，向物料作用超聲波8至15s，超聲波處理完成后，關閉超聲波發生器；
[0013]步驟六:讓物料繼續冷凍，直至溫度降為-30至-45 °C，移去平板和超聲波振子，將物料移至冷凍干燥機的擱板上，繼續冷凍I至3h，使物料完成凍結過程；
[0014]步驟七:打開真空泵，對冷凍干燥機抽真空，并將真空度維持在20至40pa，開啟冷凍干燥機的加熱功能，對物料進行一次干燥和二次干燥。
[0015]另外，在本發明的冷凍干燥方法中，還可以具有這樣的特征:其中，步驟一中，物料為每片直徑20至40mm、厚度2至8mm的新鮮果蔬。[0016]另外，在本發明的冷凍干燥方法中，還可以具有這樣的特征:其中，步驟四中，熱電偶應插入物料的幾何中心位置。
[0017]另外，在本發明的冷凍干燥方法中，還可以具有這樣的特征:其中，對物料進行一次干燥時，調節擱板的溫度為-15至_30°C，干燥時間為19至26h。
[0018]另外，在本發明的冷凍干燥方法中，還可以具有這樣的特征:其中，對物料進行二次干燥時，調節擱板的溫度為10至40°C，干燥時間為2.5至4h。
[0019]作為本發明的第二方面，一種冷凍干燥的配套設備，與冷凍干燥機配合使用，其特征在于，包括:超聲波發生器；與超聲波發生器連接的超聲波振子；以及與超聲超波振子固定連接的平板，該平板能夠置于冷凍干燥機之中，超聲波振子均勻分布在該平板上。
[0020]另外，在本發明的配套設備中，還可以具有這樣的特征:其中，超聲波振子為諧振阻抗≤20 Ω，諧振頻率 28 ± 0.5KHz的超聲波振子，該超聲波振子數量為4個。
[0021]另外，在本發明的配套設備中，還可以具有這樣的特征:其中，平板為不銹鋼平板，該平板尺寸為200mm*200mm*l.5mm。
[0022]發明作用與效果
[0023]根據本發明的冷凍干燥方法，因為在凍結階段對物料進行超聲波處理，使得凍結階段物料中液體的冰晶尺寸增大，所以在一次干燥階段冰晶的傳熱速率加快，冰晶升華為水蒸氣的阻力減小，因此能夠縮短一次干燥的時間，從而縮短總的冷凍干燥時間、提高冷凍
干燥效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明的冷凍干燥裝置在實施例1、實施例2和實施例3的立體結構示意圖；以及
[0025]圖2是本發明的冷凍干燥配套設備在實施例1、實施例2和實施例3中的立體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]以下結合具體實施案例，對本發明做進一步說明。應理解，以下實施例僅用于說明本發明而非用于限定本發明的范圍。
[0027]<實施例1>
[0028]圖1是本發明的冷凍干燥裝置在實施例1、實施例2和實施例3的立體示意圖。
[0029]圖2是本發明的冷凍干燥配套設備在實施例1、實施例2和實施例3中的立體示意圖。
[0030]如圖1和圖2所示，冷凍干燥配套設備10包括:超聲波發生器7、四個超聲波振子6和平板3。 [0031]超聲波振子6的諧振阻抗為20 Ω，諧振頻率為28KHz，底面直徑為59mm，高度為68mm。平板 3 的尺寸為 200mm*200mm*l.5mm。
[0032]超聲波發生器7和四個超聲波振子6連接，超聲波振子6均勻分布且固定在平板3的四個直角處。
[0033]本實施例一中所采用的冷凍干燥方法，包括以下步驟:[0034](1)選擇新鮮胡蘿卜去皮切片，得到尺寸為直徑33mm、厚度5mm的胡蘿卜片4，將胡蘿卜4置于2°C冰箱保存待用。
[0035](2)將四個超聲波振子6與超聲波發生器7連接，再將四個超聲波振子6均勻分布且固定在平板3上。
[0036](3)將平板3置于冷凍干燥機I的擱板2上，開啟冷凍干燥機I制冷功能，設置擱板2溫度為-35°C，預冷Ih。
[0037](4)將胡蘿卜片4從冰箱中拿出，放在平板3上四個超聲波振子6的中心位置，將熱電偶插入胡蘿卜片4的幾何中心位置；保持擱板2的溫度為_30°C，開始對胡蘿卜片4進行凍結；打開數據采集處理系統，對已經插入熱電偶的胡蘿卜4進行溫度采集。
[0038](5)將超聲波發生器7的功率調整為178.7W，當胡蘿卜片4溫度降為_1°C，啟動超聲波發生器7，向胡蘿卜片4作用超聲波IOs ;超聲波處理完成后，關閉超聲波發生器7。
[0039](6)讓胡蘿卜片4繼續冷凍，直至溫度降為-30°C，移去平板3和超聲波振子6，將胡蘿卜片4移至冷凍干燥機I的擱板2上，立即關上冷凍干燥機I的倉門，讓胡蘿卜片4繼續冷凍lh，使胡蘿卜片4完成凍結過程。
[0040](7)打開真空泵，對冷凍干燥機I抽真空，并將真空度20pa ;開啟冷凍干燥機I的加熱功能，調節擱板的溫度至_20°C，對胡蘿卜片4進行一次干燥，干燥時間為24h ;一次干燥結束后，調節擱板的溫度至10°C，對胡蘿卜片4進行一次干燥，干燥時間為4h。
[0041]一次干燥階段和二次干燥階段設置的干燥時間確定方法如下:預實驗作出物料的干燥特性曲線，然后根據干燥特性曲線確定一次干燥和二次干燥的時間。利用用稱重法測定水分含量，作出干燥時間-殘余水分含量的曲線，當殘余水分降至10%左右時即可進入二次干燥，記錄一次干燥所需要的時間。再當殘余水分降至5%時，二次干燥結束，記錄二次干燥所需要的時間。
[0042]將實施I中的各個階段耗費的時間記錄下來，列于表1中。取同一根胡蘿卜中相同尺寸的胡蘿卜片作為空白組試驗對象，進行冷凍干燥。在凍結階段，除了不采用冷凍干燥配套設備10對該胡蘿卜片進行超聲處理外，其他凍結的工藝參數都和實施例1中胡蘿卜片4的超聲組相同。并且采用超聲組同樣的方法確定一次干燥和二次設置的干燥時間，并對該胡蘿卜片進行一次干燥和二次干燥。將空白組各個階段耗費的時間也列于表1中。
[0043]從表1中可以看出，超聲組相對于空白組，一次干燥時間由29h縮短至24h，節省了15%的時間；總的冷凍干燥時間由36h縮短至31h節省了 5h。
[0044]表1實施例1中超聲組和空白組耗時比較表
[0045]
凍結階段一次干燥二次干燥冷凍千燥
總時間
超聲組3h24h4h31h
空白組3h29h4h3€h
節省時間15%5--
[0046]實施例作用與效果
[0047]根據本發明的冷凍干燥方法，因為在凍結階段對物料進行超聲波處理，使得凍結階段物料中液體的冰晶尺寸增大，所以在一次干燥階段冰晶的傳熱速率加快，冰晶升華為水蒸氣的阻力減小，因此能夠縮短一次干燥的時間，從而縮短總的冷凍干燥時間、提高冷凍
干燥效率。
[0048]<實施例2>
[0049]一種冷凍干燥方法配套設備，具與冷凍干燥機配合使用，有和實施例1中相同的結構。
[0050]本實施例二中所采用的冷凍干燥方法，包括以下步驟:
[0051 ] (I)選擇新鮮香蕉去皮切片，得到尺寸為直徑20mm、厚度8mm的香蕉片4，將蘋果置于4°C冰箱保存待用。
[0052](2)按實施例1中相同的步驟連接好超聲波振子6、超聲波發生器7和平板3。將平板3置于冷凍干燥機I的擱板2上，開啟冷凍干燥機I制冷功能，設置擱板2溫度為-40°C，預冷2h。
[0053](3)將香蕉片4從冰箱中拿出，放在平板3上四個超聲波振子6的中心位置，將熱電偶插入香蕉片4的幾何中心位置；保持擱板2的溫度為-40°C，開始對香蕉片4進行凍結；打開數據采集處理系統，對已經插入熱電偶的香蕉片4進行溫度采集。
[0054](4)將超聲波發生器7的功率調整為190W，當香蕉片4溫度降為_2°C，啟動超聲波發生器7，向香蕉片4作用超聲波8s ;超聲波處理完成后，關閉超聲波發生器7。
[0055](5)讓香蕉片4繼續冷凍，直至溫度降為-40°C，移去平板3和超聲波振子6，將香蕉片4移至冷凍干燥機I的擱板2上，立即關上冷凍干燥機I的倉門，讓香蕉片4繼續冷凍2h，使香蕉片4完成凍結過程。
[0056](6)打開真空泵，對冷凍干燥機I抽真空，并將真空度20pa ;開啟冷凍干燥機I的加熱功能，調節擱板的溫度至_25°C，對香蕉片4進行一次干燥，干燥時間為26h 次干燥結束后，調節擱板2的溫度至20°C，對香蕉片4進行一次干燥，干燥時間為3h。
[0057]—次干燥階段和二次干燥階段設置的干燥時間確定采用和實施例1中相同的方法。
[0058]將實施2中的各個階段耗費的時間記錄下來，列于表2中。取同一根香蕉中相同尺寸的香蕉片作為空白組試驗對象，進行冷凍干燥。在凍結階段，除了不采用冷凍干燥配套設備10對該香蕉片進行超聲處理外，其他凍結的工藝參數都和實施例2中香蕉片4的超聲組相同。并且采用超聲組同樣的方法確定一次干燥和二次設置的干燥時間，并對該香蕉片進行一次干燥和二次干燥。將空白組各個階段耗費的時間也列于表2中。
[0059]從表2中可以看出，超聲組相對于空白組，一次干燥時間由30h縮短至26h，節省了
12.1%的時間；總的冷凍干燥時間由36h縮短至32h節省了 4h。
[0060]表2實施例2中超聲組和空白組耗時比較表
[0061]
【權利要求】
1.一種冷凍干燥方法，用于干燥物料，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:將所述物料置于2至5°C的冰箱中保存待用； 步驟二:將2至8個超聲波振子通過導線與所述超聲波發生器連接，再將所述超聲波振子均勻分布且固定在平板上； 步驟三:將所述平板置于冷凍干燥機的擱板上，開啟所述冷凍干燥機的制冷功能，設置所述擱板的溫度為-35至-50°C，預冷I至4h ; 步驟四:將所述物料擺放在所述平板上，并使之處于所述超聲波振子的中心位置，將熱電偶插入所述物料中，保持所述擱板的溫度為-35至-50°C，開始對所述物料進行凍結； 步驟五:調節所述超聲波發生器的功率為130至190W，當用熱電偶檢測到所述物料的溫度降為-1至_3°C時，啟動所述超聲波發生器，向所述物料作用超聲波8至15s，超聲波處理完成后，關閉所述超聲波發生器； 步驟六:讓所述物料繼續冷凍，直至溫度降為-30至_45°C，移去所述平板和所述超聲波振子，將所述物料移至所述冷凍干燥機的所述擱板上，繼續冷凍I至3h，使所述物料完成凍結過程； 步驟七:打開真空泵，對所述冷凍干燥機抽真空，并將真空度維持在20至40pa，開啟所述冷凍干燥機的加熱功能，對所述物料進行一次干燥和二次干燥。
2.根據權利要求1所述的冷凍干燥方法，其特征在于: 其中，所述步驟一中，所述物料為每片直徑20至40mm、厚度2至8mm的新鮮果蔬。
3.根據根據權利要求1所述的冷凍干燥方法，其特征在于: 其中，所述步驟四中，所述熱電偶應插入所述物料的幾何中心位置。
4.根據權利要求1所述的冷凍干燥方法，其特征在于: 其中，對所述物料進行一次干燥時，調節所述擱板的溫度為-15至_25°C，干燥時間為19 至 26h。
5.根據權利要求1所述的冷凍干燥方法，其特征在于: 其中，對所述物料進行二次干燥時，調節所述擱板的溫度為10至40°C，干燥時間為2.5至4h。
6.一種在權利要求1所述的冷凍干燥方法中使用的冷凍干燥配套設備，與冷凍干燥機配合使用，其特征在于，包括: 超聲波發生器； 與所述超聲波發生器連接的超聲波振子；以及 與所述超聲超波振子固定連接的平板，該平板能夠置于所述冷凍干燥機之中，所述超聲波振子均勻分布在該平板上。
7.根據權利要求6所述的設備，其特征在于: 其中，所述超聲波振子為諧振阻抗< 20 Ω，諧振頻率28±0.5KHz的超聲波振子，該超聲波振子數量為4個。
8.根據權利要求6所述的設備，其特征在于: 其中，所述平板為不銹鋼平板，該平板尺寸為200mm*200mm*l.5mm。
【文檔編號】F26B25/00GK103968649SQ201410201099
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月13日 優先權日:2014年5月13日
【發明者】周新麗, 戴澄, 張三強 申請人:上海理工大學