一種可回收芳香物質的食品真空冷凍乾燥設備及方法與流程
2023-06-29 12:40:06
本發明涉及一種食品芳香物質回收設備，尤其是一種可回收芳香物質的食品真空冷凍乾燥設備，同時還涉及相應的方法，屬於食品設備技術領域。
背景技術：
真空冷凍乾燥被認為是一種生產高品質脫水食品的加工方法，在國際食品生產過程中廣泛應用。真空冷凍乾燥技術在低溫、真空狀態下完成，可較好地保留物料的形態和營養成份，並且一些生物活性物質也被很好地保留，水分的脫除增加了生物活性物質的濃度，提高了真空冷凍乾燥產品藥食同源的功效，完全符合當前人們追求的「綠色、營養、健康」品質生活所需食品要求。
真空冷凍乾燥是物料被凍至冰點以下，在真空狀態下物料中的水分直接升華為水蒸氣，在真空泵的作用下，水蒸氣被抽至冷肼，遇冷結成霜，一些不凝氣體則被真空泵排出。由於整個凍幹過程通常需要耗時十幾到三十幾個小時不等，且都是維持在真空狀態，物料中的芳香物質會不斷揮發出來，在冷肼中與霜一起凝結捕集或者隨著不凝氣體一起被排出機外，造成大量芳香物質的損失。而針對冷凍乾燥設備中芳香物質回收方法還未見相關報導。
目前，關於食品加工中的芳香物質回收設備和方法也比較少，僅發現中國專利CN102742815B公開了一種獲得奶酪風味物質的新方法，其方法是採用脂溶性吸附物質收集隨發酵尾氣釋放的奶酪風味物質，獲得吸附有奶酪風味物質的脂溶性吸附物質。該方法選擇性比較強，僅能吸附脂溶性物質，而且使用的脂溶性吸附物質是精煉葵花油、調和油、稀奶油、乳脂或奶粉溶液，這些物質不能長期存放，回收後短期內需及時使用，同時在添加奶酪風味物質時，需將脂溶性吸附物質一併加入，因此需考慮能否添加脂溶性吸附物質，從而限定了奶酪風味物質的添加量。該芳香物質回收方法不適用於食品真空冷凍乾燥設備。
技術實現要素：
本發明的目的在於：針對上述存在的問題，提出一種可回收芳香物質的食品真空冷凍乾燥設備及方法，該設備在真空冷凍乾燥所具有的低溫、真空狀態下，過濾掉水蒸氣，回收物料損失的芳香物質，並且回收的芳香物質經過物理解析，長期貯存，使用量隨意添加，在食品加工領域廣泛應用。
為了達到以上目的，一種可回收芳香物質的食品真空冷凍乾燥設備採取的具體技術方案是在傳統冷凍乾燥設備的凍幹倉和冷井倉之間增加了與兩者相連通的芳香物質吸附裝置，包括凍幹倉、冷井倉、芳香物質吸附裝置、真空機組、制冷機組、加熱器，其特徵在於：所述芳香物質吸附裝置的兩端分別與凍幹倉和冷井倉相連通，真空機組和制冷機組與冷井倉相連接，加熱器與凍幹倉相連接，所述的吸附裝置呈圓筒狀，吸附裝置的外筒由固定半筒和轉動半筒構成，內部設有填料筒，填料筒的前後兩端與吸附裝置的前後兩端通過卡扣相鉸合，可隨意拆裝，吸附裝置的前端設有密封圈，通過密封圈與填料筒密封貼合；所述的填料筒是由裝有吸附劑的塑料圓筒構成，其前後兩端各設有兩個圓形網狀隔板，內部裝填有吸附劑；所述吸附裝置的轉動半筒下端與固定半筒下端通過鉸鏈鉸合，可自由轉動，轉動半筒上端通過固定把手與固定半筒相鎖定，轉動半筒邊緣的四周與固定半筒邊緣四周通過密封圈密封貼合，保證整個吸附裝置的密封性；所述的吸附劑是一種2，6-二苯呋喃多孔聚合物樹脂(Tenax-TA吸附劑)；
本發明相應的回收芳香物質過程包括以下步驟：
第一步、吸附劑填裝：將填料筒一端的網狀隔板打開，將Tenax-TA吸附劑填裝於填料筒中，填裝要均勻、密實、充足，再將網狀隔板安裝上並固定好；
第二步、安裝填料筒：將吸附裝置上轉動半筒的固定把手旋開，打開轉動半筒，將填裝好吸附劑的填料筒前端與吸附裝置內前端的卡扣相咬合，然後將吸附裝置上的轉動半筒關上，通過固定把手鎖緊；
第三步、吸附芳香物質：將冷凍好的食品放置於真空冷凍乾燥設備的凍幹倉中，啟動制冷機組和真空機組，混有水蒸氣的芳香物質在真空泵作用下被帶著經過吸附裝置，芳香物質被Tenax-TA吸附劑吸附，水蒸氣通過吸附裝置，在冷肼中遇冷凝結；
第四步、解析芳香物質：冷凍乾燥結束後，卸掉真空，打開凍幹倉取出凍乾物料，將吸附裝置的轉動半筒固定把手旋開，打開轉動半筒，將吸附有芳香物質的填料管從吸附裝置中取出，熱解析後再低溫富集，獲得回收得到的凍乾食品芳香物質。
本發明所涉及的一種可回收芳香物質的食品真空冷凍乾燥設備及方法，在凍幹倉和冷井倉之間增加了芳香物質吸附裝置，使升華產生的水蒸氣中混有的芳香物質在進入冷井前就直接被吸附；本發明所涉及的填料管中填裝的吸附物質是Tenax-TA吸附劑，該吸附劑是一種2，6-二苯呋喃多孔聚合物樹脂，可廣泛吸附氣體、液體和固體中的揮發性物質或半揮發性物質，但由於真空冷凍乾燥過程中芳香物質是與水蒸氣混合在一起的，如果採用活性炭等吸附劑，會造成吸附芳香物質的同時將水蒸氣也一併吸附，降低了芳香物質的純度，並需要大量的吸附物質進行吸附，增加了成本，而Tenax-TA吸附劑是一種對水具有低親和力的物質，在吸附過程中僅吸附芳香物質，對水蒸氣不加以吸附，是回收食品真空冷凍乾燥芳香物質最適合的吸附劑。
本發明進一步的完善是，所述吸附裝置設在凍幹倉和冷井倉之間，在真空機組的作用下，食品冷凍乾燥升華的混有芳香物質的水蒸氣要進入冷井中，必須經過吸附裝置，這樣就使得混合在水蒸氣中的芳香物質全部都會被吸附裝置中的吸附劑吸附，大大提高了回收率。
本發明更進一步的完善是，所述的Tenax-TA吸附劑裝填於填料筒中，填料筒的兩端各安裝有一個網狀隔板，將吸附劑密封於填料筒中，再將填料筒安放於吸附裝置內，這樣避免了吸附劑與吸附裝置的直接接觸，有利於吸附劑的更換，以及吸附後吸附劑中芳香物質的物理解析。
本發明又進一步的完善是，所述的吸附裝置上設有轉動半筒和固定半筒，固定半筒的敞開處空間基本是吸附裝置圓筒的一半，可保證填料管能夠安放進去，又不必縮小填料管的體積，保證了填充足夠的吸附劑。
本發明再進一步的完善是，所述的吸附裝置的固定半筒邊緣四周與轉動半筒的邊緣四周，及吸附裝置前端與填料筒前端之間通過密封圈密封貼合，保證整個吸附裝置的密封性，並防止在低溫、真空狀態下芳香物質未經過填料筒直接進入冷井倉的情況發生。
附圖說明：
圖1為可回收芳香物質的真空冷凍乾燥設備結構示意圖。
圖2為圖1的吸附裝置結構示意圖。
圖3為圖2的A向剖視圖。
圖中：1-凍幹倉，2-冷井倉，3-吸附裝置，4-真空機組，5-制冷機組，6-加熱器，7-固定半筒，8-轉動半筒，9-鉸鏈，10-固定把手，11-填料筒，12-吸附劑，13-網狀隔板，14-料盤，15-倉門。
具體實施方式：
實施例一
本實施例的可回收芳香物質的食品真空冷凍乾燥設備如圖1、圖2和圖3所示，包括凍幹倉1、冷井倉2、芳香物質吸附裝置3、真空機組4、制冷機組5、加熱器6，該芳香物質吸附裝置3的兩端分別與凍幹倉1和冷井倉2相連通，真空機組4和制冷機5組與冷井倉2相連接，加熱器6與凍幹倉2相連接。吸附裝置3成圓筒形，外筒由固定半筒7和轉動半筒8構成，轉動半筒8下端與固定半筒7下端通過鉸鏈9鉸合，可自由轉動，轉動半筒8上端通過固定把手10與固定半筒7相鎖定，轉動半筒8邊緣的四周與固定半筒7邊緣四周通過密封圈密封貼合，保證整個吸附裝置的密封性。吸附裝置3內部設有一個與吸附裝置外筒緊密貼合的填料筒11，填料筒11是由裝有吸附劑12的塑料材質的圓筒構成，其前後兩端各設有兩個圓形網狀隔板13，填料筒11的前後兩端與吸附裝置3的前後兩端通過卡扣相鉸合，可隨意拆裝，吸附裝置3的前端設有密封圈，通過密封圈與填料筒11密封貼合。所述的吸附劑12是一種2，6-二苯呋喃多孔聚合物樹脂(Tenax-TA吸附劑)，該吸附劑是一種對水具有低親和力的物質，在吸附過程中僅吸附芳香物質，對水蒸氣不加以吸附，提高芳香物質的純度。
圖1中，吸附裝置3前端相連的凍幹倉內料盤14低端的加熱管與加熱器6相連，給予物料凍幹時的熱量補給，吸附裝置3後端相連的冷井倉2與真空機組4和制冷機組5相連，在真空機組的作用下，混有芳香物質的水蒸氣從凍幹倉1向冷井倉轉移，經過吸附裝置3，芳香物質被吸附下來，剩餘的水蒸氣在制冷機組5的作用下被冷凝下來，凍乾結束後被排出。
本實施例的設備運行時，相應的回收芳香物質過程包括以下主要步驟：
第一步、吸附劑填裝：打開填料筒一端的網狀隔板，將Tenax-TA吸附劑填裝於填料筒中，填裝要均勻、密實、充足，再將網狀隔板安裝上並固定好；
第二步、安裝填料筒：將吸附裝置上轉動半筒的固定把手旋開，打開轉動半筒，將填裝好Tenax-TA吸附劑的填料筒安放進吸附裝置筒中，填料筒的前端與吸附裝置內筒前端的卡扣相咬合，然後通過鉸鏈將吸附裝置上的轉動半筒關上，將固定把手鎖緊，保證其密封性；
第三步、吸附芳香物質：將預習冷凍在-18℃冰箱中的食品平鋪於凍幹倉的料盤上，啟動制冷機組將凍幹機的溫度降至-30℃以下，啟動真空機組和加熱器，使凍幹機中真空度在-30Pa以下，隨著凍幹過程的進行，物料中的冰直接升華成水，芳香物質也隨著水蒸氣從物料中逃逸出來，混有水蒸氣的芳香物質在真空泵作用下被帶著經過吸附裝置，先通過填料筒的網狀隔板，進入填料筒中，芳香物質被Tenax-TA吸附劑吸附，水蒸氣被濾過進入到冷井倉中，在冷肼中遇冷凝結；
第四步、解析芳香物質：冷凍乾燥結束後，卸掉凍幹機中的真空度，打開凍幹倉取出被凍幹的物料，將吸附裝置的轉動半筒固定把手旋開，打開轉動半筒，將吸附有芳香物質的填料筒從吸附裝置中取出，熱解析後再進行低溫富集，獲得回收得到的凍乾食品芳香物質。
上述過程也可以表述為：經過前端清洗、切分、燙漂等加工處理的食品物料直接裝入料盤，放至凍幹倉內，關閉倉門。打開吸附裝置的轉動半筒，將裝填有Tenax-TA吸附劑的填料管放置於吸附裝置中，將轉動半筒固定把手鎖緊。依次啟動制冷機組、真空機組和加熱器，開始真空冷凍乾燥，當真空度達到一定壓力，物料中的冰直接升華成水蒸氣，在升華過程中物料中的揮發性芳香物質會在低真空和低溫雙重作用下，隨著水蒸氣一起被帶出，芳香物質經過吸附裝置被Tenax-TA吸附劑吸附，水蒸氣在冷井倉中遇冷凝結。凍乾結束後，將凍幹機真空度卸掉，將吸附有芳香物質的填料筒取出，熱解析後再進行低溫富集，獲得較純的芳香物質，達到回收真空冷凍乾燥過程中食品芳香物質的目的，通過物理解析渴獲得純度較高的芳香物質，可長期貯存，使用量隨意添加，應用的食品加工領域廣泛。