专利名称：近冻结温度干燥或浓缩的方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种干燥或浓縮的方法及设备，更具体的说，是涉及一种近冻结温度
干燥或浓縮的方法及其设备。
背景技术：
在各个领域的生产过程中，常常需要除去物料中的全部或部分水或其他溶剂(即 干燥或浓縮)，得到干燥产物或浓縮产物。目前，所使用的方法主要是热风干燥法、喷雾干燥 法、薄膜干燥法及冷冻干燥法等多种方法。 专利申请号为2006101124577，发明名称为《超声冷冻干燥方法及其设备》的专 利申请中公开了一种采用超声辅助完成固体的升华达到冷冻干燥目的的方法，该方法与其 他冷冻干燥方法相比虽然取得了一定的技术进步，但由于在后续的减压过程中物料容易发 生爆沸，导致塌陷，影响最终产品的溶出和外观，要求冷冻的温度至少低于物料的凝固点 40°C 。在如此低的温度下冻结后再供给热能进行干燥，易破坏被干燥物的组织细胞，影响最 终产物的质量，特别是对于食品或药品领域，造成食品在干燥后的风味以及口感的下降，营 养物质的损失也比较严重。对于像人参等药材的干燥，则造成部分有效成分的散失，降低了 药效。 现有的干燥装置都存在各方面的缺点，设备结构复杂，操作过程复杂，有些会对干 燥物料的成分造成损失，使物料的营养成分流失等。而且，采用抽真空的方法所使用的设 备，没有水蒸汽捕获设计，抽出的水蒸汽直接排放到空气中，容易污染环境，同时，需要使用 大功率的真空泵，耗能大。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种保持物料的细胞不被破坏，
保留物料的原味和营养成分或有效成分的近冻结温度干燥或浓縮的方法。 本发明的另一个目的是提供一种具有蒸汽捕获功能，能够降低真空泵的功率，有
利于节能，同时，能够避免干燥物料成分造成损失，结构简单，使用方便的近冻结温度干燥
或浓縮的方法所使用的设备。 本发明通过下述技术方案实现 —种在近冻结温度干燥或浓縮的方法，其特征在于，将含有液体的物料降温到零 度以下至各自物料的冻结点但不含冻结点的范围内，在真空状态下使物料内的液体蒸发， 得到产物。对于水的干燥或浓縮，所控制的干燥箱的真空状态压力范围为O. 130Kpa 0. 611Kpa，所对应水的蒸发温度为-20°C 0°C 。 —种近冻结温度干燥或浓縮的方法所使用的设备，其特征在于，包括真空泵、蒸汽 捕获器、带门的密闭物料干燥箱、脱出液体用蒸发器、冷凝器、压縮机，所述物料干燥箱内设 置有脱出液体用蒸发器，所述脱出液体用蒸发器的制冷剂出口与压縮机的制冷剂入口连 接，所述压縮机的制冷剂出口与所述冷凝器的制冷剂进口连接，所述冷凝器的制冷剂出口
3通过第一节流阀与脱出液体用蒸发器的制冷剂进口连接，所述物料干燥箱上设置有抽真空 口 ，所述抽真空口通过所述蒸汽捕获器与真空泵连接，所述抽真空口处设置有真空表。
所述蒸汽捕获器包括捕获器外壳，所述外壳内部设置有捕获蒸汽用蒸发器，所述 捕获器外壳上分别设置有蒸汽进口 、蒸汽出口 、与捕获蒸汽用蒸发器连通的制冷剂进口 、与 捕获蒸汽用蒸发器连通的制冷剂出口 ，所述蒸汽进口与所述物料干燥箱的抽真空口连接， 所述蒸汽出口与所述真空泵连接，所述与捕获蒸汽用蒸发器连通的制冷剂进口通过第二节 流阀与所述冷凝器的制冷剂出口连接，所述与捕获蒸汽用蒸发器连通的制冷剂出口与所述 压縮机的制冷剂进口连接。 在真空泵与蒸汽捕获器之间设置有液体收集罐，所述蒸汽出口位于外壳的下部， 所述液体收集罐的液体进口与所述蒸汽捕获器的蒸汽出口连接，所述液体收集罐的气体出 口与真空泵连接，所述液体收集罐的上端设置有放气阀，所述液体收集罐的下端设置有泄 水阀。 在所述第一节流阀与所述冷凝器之间设置有第一电动阀，在所述第二节流阀与 所述冷凝器之间设置有第二电动阀，在物料干燥箱内设置有温度传感器和压力传感器，所 述真空泵、温度传感器、压力传感器、压縮机、第一电动阀、第二电动阀分别与干燥控制器连 接，所述干燥控制器与显示屏连接。
本发明具有下述技术效果 1、本发明的方法将干燥、浓縮温度维持在零度以下至各物料的冻结点范围内，不 会破坏物料的细胞，可以很好的保留物料的原味。而且，在低温条件下，鲜度保存非常好，物 料在干燥或浓縮后颜色变化非常少。同时，由于在近冻结温度干燥物料内外温度梯度小，由 逆渗透作用使作为溶剂的水或其他液体独自移出，能够克服溶质散失，营养成分或有效成 分散失少，有利于保障产品的质量。特别对于药品领域，能够保留药材中的有效成分，保障 药效。 2、空气中浮游一些细菌，被干燥的物料本身也携带部分细菌，本发明的方法在真 空状态下进行，空气中的细菌有一部分因缺氧而死亡或缺乏活力，对物料的干燥室非常有 益，可以达到灭菌的作用。 3、本发明的方法控制干燥箱内的真空度，使得干燥物料内和表面之间的压差较 大，在压力梯度的作用下，水分很快移向表面，不会出现表面硬化。 4、本发明的设备带有高效的蒸汽捕获器，使从干燥箱内抽出的蒸汽在蒸汽捕获器 上凝结成水或霜，这样可以大大降低真空泵的功率，有利于节能。同时，能够避免蒸汽对环 境造成的污染。 5、本发明设备中的制冷系统，可以同时满足维持干燥箱内温度，又可以给蒸汽捕 获器提供所需的冷量，结构简单，使用方便。 6、本发明的设备为物料干燥箱、抽真空系统、制冷系统的组合结构，能够避免干燥 物料成分造成损失。 综上所述，本发明通过将干燥或浓縮温度维持在零度以下至各物料的冻结点范围 内以及与真空条件的配合，实现物料的原生态干燥或浓縮，能够最大限度的保留物料的口 感风味及营养成分或有效成分，最大限度保障了产品的质量。
图1为本发明近冻结温度干燥或浓縮的方法所使用的设备的示意图。
具体实施例方式
以下结合附图和具体实施例对本发明详细说明。 图1为本发明近冻结温度干燥或浓縮的方法所使用的设备的示意图，包括真空泵 1、蒸汽捕获器5、带门的密闭物料干燥箱12、脱出液体用蒸发器7、冷凝器10、压縮机ll，物 料干燥箱12内设置有脱出液体用蒸发器7，脱出液体用蒸发器可以根据干燥的需要设置有 多组，分别位于物料干燥箱的顶部和底部。所述脱出液体用蒸发器7的制冷剂出口与压縮 机11的制冷剂入口连接，压縮机11的制冷剂出口与冷凝器10的制冷剂进口连接，冷凝器 10的制冷剂出口通过第一节流阀8与脱出液体用蒸发器7的制冷剂进口连接，物料干燥箱 12上设置有抽真空口 15，抽真空口 15通过蒸汽捕获器5与真空泵1连接，在物料干燥箱抽 真空口处设置有真空表6。 所述蒸汽捕获器可以采用多种结构形式，目的是将抽真空出来的蒸汽冷凝成液 体。本实施例中的蒸汽捕获器包括捕获器外壳14，外壳14内部设置有捕获蒸汽用蒸发器 13，捕获器外壳14上分别设置有蒸汽进口 、蒸汽出口 、与捕获蒸汽用蒸发器连通的制冷剂 进口 、与捕获蒸汽用蒸发器连通的制冷剂出口 ，其中，蒸汽进口与物料干燥箱的抽真空口 15 连接，蒸汽出口与真空泵1连接，与捕获蒸汽用蒸发器连通的制冷剂进口通过第二节流阀 16与冷凝器10的制冷剂出口连接，与捕获蒸汽用蒸发器连通的制冷剂出口与11压縮机的 制冷剂进口连接。 为了收集蒸汽捕获器融化的液体，在真空泵1与蒸汽捕获器5之间设置有液体收 集罐2，所述蒸汽出口位于外壳的下部，液体收集罐2的液体进口与蒸汽捕获器5的蒸汽出 口连接，液体收集罐2的气体出口与真空泵1连接，液体收集罐的上端设置有放气阀4，液体 收集罐的下端设置有泄水阀3。由真空泵抽出的蒸汽进入蒸汽捕获器中，被捕获蒸汽用蒸发 器冷凝成水或霜。冷凝水沿蒸汽出口进入液体收集罐中。 为了便于自动控制，在第一节流阀8与冷凝器10之间设置有第一电动阀9，在第二
节流阀16与冷凝器10之间设置有第二电动阀17，在物料干燥箱内设置有温度传感器和压
力传感器，真空泵1、温度传感器、压力传感器、压縮机11、第一电动阀9、第二电动阀17分别
与干燥控制器连接，所述干燥控制器与显示屏连接，显示屏可采用触摸屏。通过干燥控制器
控制实现自动干燥，干燥控制器可以使用PC可编程控制器，内置PLC自动控制系统，根据程
序，对压力传感器和温度传感器传输来的压力信号和温度信号进行分析，从而控制压縮机
和真空泵的运行，实现自动控制。同时各种数均显示在触摸屏上，并可通过触摸屏方便的对
各个参数进行调节，如料温、干燥室温度、系统真空度、干燥时间和电源电压等，可实现手动
和自动控制。在此过程中，制冷系统有两个作用，一个是冷却和维持物料干燥箱内的温度，
另一个是将制冷剂送入到水蒸汽捕获器内蒸发，使水蒸汽凝结成水或者霜。 本发明的在近冻结温度干燥或浓縮的方法是将含有液体的物料降温到零度以下
至各自物料的冻结点但不含冻结点的范围内，在真空状态下使物料内的液体蒸发，得到产物。 对于不同物料在干燥前先通过冻结法对其冻结温度进行测量，确定其冰点，从而
5为选定合适的干燥温度提供依据。由于干燥箱内温度与干燥物料之间存在温差，通过实验 确定其温度差，这样就可以确定干燥箱的设定温度，并通过查询此干燥温度相对应的水或 其他液体在此温度下的蒸发压力，为确定干燥压力提供依据。 对于水的干燥或浓縮，所控制的干燥箱的真空状态压力范围为0. 130Kpa 0. 611Kpa，所对应水的蒸发温度为-20°C 0°C 。 本发明的近冻结温度干燥或浓縮的方法所使用的设备可以采用上述结构的设备， 也可以采用其他结构的设备实现。 以下以使用图1所示设备并以人参的干燥为例对本发明的方法进行说明。
实施例 通过冻结法对人参的冻结温度进行测量，确定其冰点为-3. TC。设定干燥温度
为-2t:，真空度所控制的干燥箱的温度与被干燥人参之间的温差为5t:，则确定的蒸发温
度为-7t:，通过查询水在此温度的蒸发压力为0. 362Kpa。 将人参放入物料干燥箱内，关紧物料干燥箱的箱门，启动压縮机、冷凝器、脱出液 体用蒸发器、第一节流阀、组成的制冷系统。脱出液体用蒸发器吸收物料干燥箱以及人参的
热量对人参进行冷却。当冷却到-7t:时，保持这样的温度，同时启动真空泵对物料干燥箱内 部抽真空，当物料干燥箱内的压力减小到O. 362Kpa，到达水分可以蒸发的压力时，人参内的 水分开始蒸发，真空泵不断将蒸发出来的水蒸汽抽出，抽出的水蒸汽经过蒸汽捕获器，凝结 成霜，这样一直维持设定的干燥温度及压力，直至完成人参的干燥。干燥完成后，再对水蒸 汽捕获器进行化霜，化霜的水进入液体收集罐内，通过泄水阀排出。 干燥后的人参从物料干燥箱中取出，与采用其他干燥方法干燥的人参进行比较， 其含水率最低约为10.7%，普通干燥的人参的含水率平均在13%左右。用色差计检测各 种人参的色差，结果显示近冻结温度干燥的人参颜色基本没有发生变化，再对人参所含有 的人体必需氨基酸进行检测，结果显示近冻结温度干燥的人参人体必需氨基酸总含量为 26. 32mg/100g，而高温干燥的人体必需氨基酸总含量仅为0. 76mg/100g，近冻结温度干燥的 人参的皂甙总含量为969. 5mg/100g，而高温干燥的人参的皂甙总含量为201. Omg/100g。
其他物料近冻结温度干燥、浓縮的具体实施方法与人参的干燥方法相同。
对于不同干燥物料在干燥前先对其冻结温度进行测量，确定其冰点，选定合适的 干燥温度，查询相对应的干燥压力。准备好以后，将物料放入物料干燥箱内，关紧箱门，启 动制冷系统，对干燥箱内物料进行冷却，当冷却温度达到设定的干燥温度时，保持这样的温 度，同时启动抽真空系统，对干燥箱进行抽真空，当箱内压力不断减小，到达水分可以蒸发 的压力时，物料内的水分开始蒸发，真空泵不断将蒸发出来的水蒸汽抽出，抽出的水蒸汽经 过蒸汽捕获器，凝结成霜，这样一直维持设定的干燥温度及压力，直至完成物料的干燥。干 燥完成后，再对蒸汽捕获器进行化霜，化霜的水进入液体收集罐内，通过泄水阀排出。
本发明的方法不对物料加热，温度保持在近冻结温度，利用真空原理短时间内将 食品的水分蒸发，使其味道更加浓郁，食品的颜色和味道的变化很小，新鲜程度非常好。
权利要求
一种近冻结温度干燥或浓缩的方法，其特征在于，将含有液体的物料降温到零度以下至各自物料的冻结点但不含冻结点的范围内，在真空状态下使物料内的液体蒸发，得到产物。
2. 根据权利要求1所述的近冻结温度干燥或浓縮的方法，其特征在于，对于水的干燥或浓縮，所控制的干燥箱内真空状态的压力范围为0. 130Kpa 0. 611Kpa，干燥箱的温度控制范围为-20°C 0°C。
3. —种实现权利要求1所述的近冻结温度干燥或浓縮的方法所使用的设备，其特征在于，包括真空泵、蒸汽捕获器、带门的密闭物料干燥箱、脱出液体用蒸发器、冷凝器、压縮机，所述物料干燥箱内设置有脱出液体用蒸发器，所述脱出液体用蒸发器的制冷剂出口与压縮机的制冷剂入口连接，所述压縮机的制冷剂出口与所述冷凝器的制冷剂进口连接，所述冷凝器的制冷剂出口通过第一节流阀与脱出液体用蒸发器的制冷剂进口连接，所述物料干燥箱上设置有抽真空口 ，所述抽真空口通过所述蒸汽捕获器与真空泵连接，所述抽真空口处设置有真空表。
4. 根据权利要求3所述的近冻结温度干燥或浓縮的方法所使用的设备，其特征在于，所述蒸汽捕获器包括捕获器外壳，所述外壳内部设置有捕获蒸汽用蒸发器，所述捕获器外壳上分别设置有蒸汽进口 、蒸汽出口 、与捕获蒸汽用蒸发器连通的制冷剂进口 、与捕获蒸汽用蒸发器连通的制冷剂出口 ，所述蒸汽进口与所述物料干燥箱的抽真空口连接，所述蒸汽出口与所述真空泵连接，所述与捕获蒸汽用蒸发器连通的制冷剂进口通过第二节流阀与所述冷凝器的制冷剂出口连接，所述与捕获蒸汽用蒸发器连通的制冷剂出口与所述压縮机的制冷剂进口连接。
5. 根据权利要求4所述的近冻结温度干燥或浓縮的方法所使用的设备，其特征在于，在真空泵与蒸汽捕获器之间设置有液体收集罐，所述蒸汽出口位于外壳的下部，所述液体收集罐的液体进口与所述蒸汽捕获器的蒸汽出口连接，所述液体收集罐的气体出口与真空泵连接，所述液体收集罐的上端设置有放气阀，所述液体收集罐的下端设置有泄水阀。
6. 根据权利要求4所述的近冻结温度干燥或浓縮的方法所使用的设备，其特征在于，在所述第一节流阀与所述冷凝器之间设置有第一电动阀，在所述第二节流阀与所述冷凝器之间设置有第二电动阀，在物料干燥箱内设置有温度传感器和压力传感器，所述真空泵、温度传感器、压力传感器、压縮机、第一电动阀、第二电动阀分别与干燥控制器连接，所述干燥控制器与显示屏连接。
全文摘要
本发明公开了一种近冻结温度干燥或浓缩的方法及其设备，旨在提供一种保持物料的细胞不被破坏，保留物料的原味和营养成分或有效成分的在近冻结温度脱出物料中液体的方法及其所使用的设备。该方法包括下述步骤将含有液体的物料降温到零度以下至各自物料的冻结点但不含冻结点的范围内，在真空状态下使物料内的液体蒸发，得到产物。本发明通过将干燥或浓缩温度维持在零度以下至各物料的冻结点范围内以及与真空条件的配合，实现物料的原生态干燥或浓缩，能够最大限度的保留物料的口感风味及营养成分或有效成分，最大限度保障了产品的质量。食品的颜色和味道的变化很小，新鲜程度非常好。
文档编号F26B9/06GK101718485SQ20091031033
公开日2010年6月2日 申请日期2009年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者刘兴华, 李超, 申江, 齐含飞 申请人:天津商业大学