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带式真空干燥在食品工业中的应用

        众所周知食品的干燥是为了减少体积和重量,便于成品的贮存和长途运输,同时,可防止微生物在成品中繁殖。成品水分含量较低,贮存间越长。因此干燥设备在食品工业中的得到广泛应用。

绝大多数干燥器都是非标设备,主要是因为每台干燥器所处理的物料都不相同,很多干燥条件都随物料的不同而改变,由此导致干燥器结构及材料的改变。所以必需明确待干燥物料的具体参数,如物料状态、所含湿分种类、处理量、干燥过程中物料特性、如有无腐蚀性等来确定干燥设备的参数。

        在众多的干燥设备中,真空干燥使用比较广泛。其需要在密封的环境内进行,真空干燥的设备一般是在常压干燥的设备外,加上密封和真空设备即可。较多使用的是箱式真空干燥机,也有带式和搅拌式真空干燥机,用蒸汽或热水提供蒸发热量。用真空泵或水力喷射器产生真空度。本文主要介绍带式真空干燥机在食品工业中的应用。

一、真空带式干燥机工作原理

        带式真空干燥机组是一种连续进料、连续出料形式的高真空度干燥设备,它是将待干燥的料液通过变频螺杆泵送入高度真空的干燥机内部,物料被连续地被涂布在缓缓移动的干燥机内的多条干燥带上,干燥带在调速电机驱动下以设定的速度向前运动,每条干燥带的下面都有三段独立的加热板和一段冷却板,干燥带与加热板、冷却板紧密接触,以接触传热的方式将干燥所需要的能量传递给带上物料。当干燥带从筒体的一端运动到另一端时,物料已经干燥并经过冷却,干燥带折回时,干燥后的料饼从干燥带上剥离,通过一个上下运动的铡断装置,打落到粉碎装置中,粉碎后的物料通过两个气闸式的出料斗出料。由于物料直接进入高真空度下经过一段时间逐步干燥(通常是30—60分钟),干燥后所得的颗粒有一定程度的结晶效应,同时从微观结构上看内部有微孔。直接粉碎到所需要的粒径后,颗粒的流动性很好,可以直接压片或者灌胶囊,同时由于颗粒具有微观的疏松结构,速溶性极好。而且颗粒的外观好,对于速溶(冲剂)产品,可以大大提升产品的档次。带式真空干燥机分别在机身的两端连续进料、连续出料,配料和出料部分都可以设置在洁净间中,整个干燥过程完全封闭,不与外界环境接触,符合GMP的要求。

二、真空带式干燥机设备结构

        带式真空干燥机是连续式真空干燥机由干燥室、加热和制冷系统、原料供给系统和真空系统等部分组成,用于液料或浆料的干燥。干燥室内设置有传送带,带下设加热和冷却装置,顺序地形成加热区和冷却区,其中加热区又分为4段或5段,第一、二段采用蒸气加热,进行恒速干燥,第三、四段进行减速干燥,第五段进行均质,后三段采用热水加热。根据产品干燥工艺要求,各段的操作温度可以调节。其结构如下图

带式真空干燥机

1—溶液箱 2—干燥机本体 3一冷凝器 4—溶剂回收装置

5一真空泵 6—成品收集箱7一泵 8—温水箱 9—溶液供给泵

三、真空带式干燥机干燥特性

        带式真空干燥机与箱式干燥和相比优点是:料层薄、干燥快、物料受热时间短;物料松脆,容易粉碎;隔离操作,避免污染;动态操作,不易结垢;流水作业,自动控制。而喷雾干燥的缺点则是粉过细而非颗粒状,粉剂致密而水溶性差,易使浸膏吸收水分,使产品不稳定。更为严重的是,喷雾干燥时瞬间热气流的温度可高达200℃,影响食品的色泽,同时破坏一些热敏感性的活性物质。此外,多糖含量高的物料会粘在喷雾干燥收集器的壁上,造成收粉困难而干燥失败。喷雾干燥的损耗大则是其另一大不足。带式真空干燥则能克服喷雾干燥粉太细太密和温度过高的缺点,且损耗率基本为零。  

        真空带式干燥机主要有以下特点:粉末状制品的溶解性能优良;.可连续获得颗粒状制品;物料干燥时的品温在4少C左右;由于受热温度低,成品的色香味和营养价值无多大变化;.由于采用真空干燥,可避免由空气所导致的油脂氧化和细菌污染。干燥过程中物料的温度低,无过热现象,水分易于蒸发,干燥产品可形成多孔结构,有较好的溶解性、复水性,有较好的色泽和口感;干燥产品的最终含水量低;干燥时间短,速度快;干燥时所采用的真空度和加热温度范围较大,通用性好;设备投资和动力消耗高于常压热风干燥。

四、真空带式干燥机的组成

        真空带式干燥机由真空系统、全封压缩机、冷凝器、辅助冷凝器、蒸发器、辅助蒸发器、节流装置等、离心风机、干燥室、布料机构、履带输送装置、切料机构、CLP清洗系统、PLC控制系统、加热和冷却系统以及卸料系统等组成。按照循环系统的组成部件和它的作用分别由四个过程来实现。压缩过程:从压缩机开始,制冷剂气体在低温低压状态下进入压缩机,在压缩机中被压缩,提高气体的压力和温度后,排入冷凝器中。冷凝过程:从压缩机中排出来的高压高温气体,进入冷凝器中,将热量传递给外界空气或冷却水后,凝结为液态制冷剂,流向节流装置。节流过程:又称膨胀过程,冷凝器中凝结后的液体制冷剂,在高压下流向膨胀阀,由于膨胀阀能进行减压节流的作用,从而使通过膨胀阀后进来的液体制冷剂压力下降。蒸发过程:从膨胀阀出来的液体压力是低压,当这种低压液体流向蒸发器中,即行吸收外界的热量而蒸发为气体,从而使内温度降低,蒸发后的低温低压气体又被压缩机吸回,进行再压缩、冷凝、膨胀、蒸发,依次不断地循环干燥过程中,空气吹过干燥室中物料表面,吸收物料中的水分而达到干燥物料的作用。

五、真空带式干燥在食品工业中的应用

        真空带式干燥机的适应范围广,对于绝大多数的天然产物的提取物,都可以适用。尤其是对于粘性高、易结团、热塑性、热敏性的物料,不适于或者无法采用喷雾干燥,带式真空干燥机是最佳选择。而且,可以直接将料液送入带式真空干燥机进行干燥无须添加任何辅料,这样可以减少最终产品的服药量,提高产品档次。产品在整个干燥过程中,处于真空、封闭环境,干燥过程温和(产品温度40-60℃),同时,在高真空度状况下干燥,干燥温度较低,对于天然提取物制品,可以最大限度的保持其色、香、味,得到高质量的最终产品。带式真空干燥机可以进行完全的CIP在位清洗,在批与批、产品与产品之间可以非常方便地进行CIP在位清洗,使得更换产品非常方便,大大地降低了工人的劳动强度,也保证了产品的质量。

        这种设备可广泛用于液状、浆状和糊状物料的低温真空连续干燥和造粒。可供肉汤、蔬菜汁、氨基酸液、果汁、无饮饮料、可可及咖啡制品、酶制剂、维生素、中药、植物抽提液等干燥、造粒之用。真空带式干燥机在食品工业中主要运用在纯果汁粉、速溶咖啡、甜料、调味料等方面。专家以香蕉浆为原料,比较真空带式、真空冷冻及热风3种方式干燥的效果。从干燥特性方面而言,真空带式干燥过程中物料的湿含量随干燥时间延长始终呈均匀下降状态,干燥过程缓和;而真空冷冻干燥与热风干燥中湿含量先是存在一个迅速下降阶段,然后再缓慢下降。从产品品质而言,以产品中维生素C含量、产品的吸水指数与水溶性指数为指标,实验结果证明真空带式干燥的产品品质与真空冷冻干燥无明显差别,二者远远高于热风干燥的产品。

        在工业生产中,为了达到产量要求,可以多层输送带同时工作,上一层输送带的加热板会对下一层输送带上物料产生热辐射,为了使产品受热均匀,一般在第1层带上方增加1层加热板。因此真空带式干燥不仅干燥效果好,还能大规模投入生产,且耗能少,经济效益好。在工业应用中具有较大前程。