真空冷冻干燥过程参数对扇贝冻干升华干燥时间的影响

    真空冷冻干燥是集真空技术、冷冻及干燥技术为一体的食品加工方法,简称为冻干技术[1]。它先将被干燥物料中的水冻成冰,然后在真空条件下使冰升华,以除去水分而保存物质的一种干燥方法。由于其干燥温度低,减少了干燥过程中的物料的热变性,同时冻干后的物品能保持其新鲜时的色、香、味和形基本不变,相对于目前常见的热风干燥、自然风干和热泵干燥来说,是质量最好的一种干燥方式,因此真空冷冻干燥技术在食品、医药和生物制品等工业中得到广泛的应用[2-4]。但是真空冻干消耗能量大、过程时间长等缺点在很大程度上阻碍了其进一步推广应用[5]。为了进一步研究冻干过程参数对冻干能耗及冻干时间的影响,以减少冻干品的生产成本,此试验以国内养殖的墨西哥湾扇贝(Mexicogulf Scallop)为研究对象,对影响冻干过程的主要过程参[6,9]:真空室的压强、物料的大小和加热板温度等进行试验研究。并采用三因素二次正交回归组合试验方案,对实验数据进行回归分析,建立了真空冷冻升华干燥时间、单位厚度升华冻干时间的二次多元回归模型,分析了物料厚度、干燥室压强和加热板温度三个主要过程参数对真空冷冻升华干燥时间的影响的程度,并进行了优化分析,为进一步做优化冻干参数和冻干工艺的研究提供工作基础。

    1 实验仪器、材料与方法

    1.1 实验设备

    采用军事医学科学院实验仪器厂研制的LGJ-18型冷冻干燥机,并对其进行适当的改造,以便能进行干燥室压强的调节。其结构见图1所示,添加了一个真空泵、一个缓冲箱、一个真空调节阀。原设备的真空泵可使真空室的压强达8Pa左右,添加的真空泵可使缓冲箱的压强为200Pa左右,这样与外界大气压就形成了两个压差,通过真空调节阀来实现不同的真空度[7]。真空冷冻干燥过程的结束主要采用温度趋近法断[8]。

    1.2 试验材料

    研究对象为国内养殖的墨西哥湾扇贝,鲜贝取肉后冻结,冻结中心温度达要求后即取出进行实验。样品在广东省湛江市东风市场购买,干燥前在海尔超低温保存箱-30℃下预冻。

    1.3 试验方法

    物料的物性参数和冻干过程的过程参数是影响真空冷冻干燥时间和能耗的主要因素。物性参数和过程参数不同,真空冷冻干燥的工艺过程也有所不同。过程参数的优化对缩短冻干时间和降低冻干能耗十分重要。其中加热板温度、干燥室压强和物料厚度为影响真空冷冻干燥时间和能耗的三个主要过程参数[9],所以此试验中选择这三个过程参数作为因素,并采用三因素二次正交回归组合设计试验方案。

    1)因素水平的选取