一种可回收芳香物质的食品真空冷冻干燥设备及方法与流程

本发明涉及一种食品芳香物质回收设备，尤其是一种可回收芳香物质的食品真空冷冻干燥设备，同时还涉及相应的方法，属于食品设备技术领域。

背景技术：

真空冷冻干燥被认为是一种生产高品质脱水食品的加工方法，在国际食品生产过程中广泛应用。真空冷冻干燥技术在低温、真空状态下完成，可较好地保留物料的形态和营养成份，并且一些生物活性物质也被很好地保留，水分的脱除增加了生物活性物质的浓度，提高了真空冷冻干燥产品药食同源的功效，完全符合当前人们追求的“绿色、营养、健康”品质生活所需食品要求。

真空冷冻干燥是物料被冻至冰点以下，在真空状态下物料中的水分直接升华为水蒸气，在真空泵的作用下，水蒸气被抽至冷肼，遇冷结成霜，一些不凝气体则被真空泵排出。由于整个冻干过程通常需要耗时十几到三十几个小时不等，且都是维持在真空状态，物料中的芳香物质会不断挥发出来，在冷肼中与霜一起凝结捕集或者随着不凝气体一起被排出机外，造成大量芳香物质的损失。而针对冷冻干燥设备中芳香物质回收方法还未见相关报道。

目前，关于食品加工中的芳香物质回收设备和方法也比较少，仅发现中国专利CN102742815B公开了一种获得奶酪风味物质的新方法，其方法是采用脂溶性吸附物质收集随发酵尾气释放的奶酪风味物质，获得吸附有奶酪风味物质的脂溶性吸附物质。该方法选择性比较强，仅能吸附脂溶性物质，而且使用的脂溶性吸附物质是精炼葵花油、调和油、稀奶油、乳脂或奶粉溶液，这些物质不能长期存放，回收后短期内需及时使用，同时在添加奶酪风味物质时，需将脂溶性吸附物质一并加入，因此需考虑能否添加脂溶性吸附物质，从而限定了奶酪风味物质的添加量。该芳香物质回收方法不适用于食品真空冷冻干燥设备。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提出一种可回收芳香物质的食品真空冷冻干燥设备及方法，该设备在真空冷冻干燥所具有的低温、真空状态下，过滤掉水蒸气，回收物料损失的芳香物质，并且回收的芳香物质经过物理解析，长期贮存，使用量随意添加，在食品加工领域广泛应用。

为了达到以上目的，一种可回收芳香物质的食品真空冷冻干燥设备采取的具体技术方案是在传统冷冻干燥设备的冻干仓和冷井仓之间增加了与两者相连通的芳香物质吸附装置，包括冻干仓、冷井仓、芳香物质吸附装置、真空机组、制冷机组、加热器，其特征在于：所述芳香物质吸附装置的两端分别与冻干仓和冷井仓相连通，真空机组和制冷机组与冷井仓相连接，加热器与冻干仓相连接，所述的吸附装置呈圆筒状，吸附装置的外筒由固定半筒和转动半筒构成，内部设有填料筒，填料筒的前后两端与吸附装置的前后两端通过卡扣相铰合，可随意拆装，吸附装置的前端设有密封圈，通过密封圈与填料筒密封贴合；所述的填料筒是由装有吸附剂的塑料圆筒构成，其前后两端各设有两个圆形网状隔板，内部装填有吸附剂；所述吸附装置的转动半筒下端与固定半筒下端通过铰链铰合，可自由转动，转动半筒上端通过固定把手与固定半筒相锁定，转动半筒边缘的四周与固定半筒边缘四周通过密封圈密封贴合，保证整个吸附装置的密封性；所述的吸附剂是一种2，6-二苯呋喃多孔聚合物树脂(Tenax-TA吸附剂)；

本发明相应的回收芳香物质过程包括以下步骤：

第一步、吸附剂填装：将填料筒一端的网状隔板打开，将Tenax-TA吸附剂填装于填料筒中，填装要均匀、密实、充足，再将网状隔板安装上并固定好；

第二步、安装填料筒：将吸附装置上转动半筒的固定把手旋开，打开转动半筒，将填装好吸附剂的填料筒前端与吸附装置内前端的卡扣相咬合，然后将吸附装置上的转动半筒关上，通过固定把手锁紧；

第三步、吸附芳香物质：将冷冻好的食品放置于真空冷冻干燥设备的冻干仓中，启动制冷机组和真空机组，混有水蒸气的芳香物质在真空泵作用下被带着经过吸附装置，芳香物质被Tenax-TA吸附剂吸附，水蒸气通过吸附装置，在冷肼中遇冷凝结；

第四步、解析芳香物质：冷冻干燥结束后，卸掉真空，打开冻干仓取出冻干物料，将吸附装置的转动半筒固定把手旋开，打开转动半筒，将吸附有芳香物质的填料管从吸附装置中取出，热解析后再低温富集，获得回收得到的冻干食品芳香物质。

本发明所涉及的一种可回收芳香物质的食品真空冷冻干燥设备及方法，在冻干仓和冷井仓之间增加了芳香物质吸附装置，使升华产生的水蒸气中混有的芳香物质在进入冷井前就直接被吸附；本发明所涉及的填料管中填装的吸附物质是Tenax-TA吸附剂，该吸附剂是一种2，6-二苯呋喃多孔聚合物树脂，可广泛吸附气体、液体和固体中的挥发性物质或半挥发性物质，但由于真空冷冻干燥过程中芳香物质是与水蒸气混合在一起的，如果采用活性炭等吸附剂，会造成吸附芳香物质的同时将水蒸气也一并吸附，降低了芳香物质的纯度，并需要大量的吸附物质进行吸附，增加了成本，而Tenax-TA吸附剂是一种对水具有低亲和力的物质，在吸附过程中仅吸附芳香物质，对水蒸气不加以吸附，是回收食品真空冷冻干燥芳香物质最适合的吸附剂。

本发明进一步的完善是，所述吸附装置设在冻干仓和冷井仓之间，在真空机组的作用下，食品冷冻干燥升华的混有芳香物质的水蒸气要进入冷井中，必须经过吸附装置，这样就使得混合在水蒸气中的芳香物质全部都会被吸附装置中的吸附剂吸附，大大提高了回收率。

本发明更进一步的完善是，所述的Tenax-TA吸附剂装填于填料筒中，填料筒的两端各安装有一个网状隔板，将吸附剂密封于填料筒中，再将填料筒安放于吸附装置内，这样避免了吸附剂与吸附装置的直接接触，有利于吸附剂的更换，以及吸附后吸附剂中芳香物质的物理解析。

本发明又进一步的完善是，所述的吸附装置上设有转动半筒和固定半筒，固定半筒的敞开处空间基本是吸附装置圆筒的一半，可保证填料管能够安放进去，又不必缩小填料管的体积，保证了填充足够的吸附剂。

本发明再进一步的完善是，所述的吸附装置的固定半筒边缘四周与转动半筒的边缘四周，及吸附装置前端与填料筒前端之间通过密封圈密封贴合，保证整个吸附装置的密封性，并防止在低温、真空状态下芳香物质未经过填料筒直接进入冷井仓的情况发生。

附图说明：

图1为可回收芳香物质的真空冷冻干燥设备结构示意图。

图2为图1的吸附装置结构示意图。

图3为图2的A向剖视图。

图中：1-冻干仓，2-冷井仓，3-吸附装置，4-真空机组，5-制冷机组，6-加热器，7-固定半筒，8-转动半筒，9-铰链，10-固定把手，11-填料筒，12-吸附剂，13-网状隔板，14-料盘，15-仓门。

具体实施方式：

实施例一

本实施例的可回收芳香物质的食品真空冷冻干燥设备如图1、图2和图3所示，包括冻干仓1、冷井仓2、芳香物质吸附装置3、真空机组4、制冷机组5、加热器6，该芳香物质吸附装置3的两端分别与冻干仓1和冷井仓2相连通，真空机组4和制冷机5组与冷井仓2相连接，加热器6与冻干仓2相连接。吸附装置3成圆筒形，外筒由固定半筒7和转动半筒8构成，转动半筒8下端与固定半筒7下端通过铰链9铰合，可自由转动，转动半筒8上端通过固定把手10与固定半筒7相锁定，转动半筒8边缘的四周与固定半筒7边缘四周通过密封圈密封贴合，保证整个吸附装置的密封性。吸附装置3内部设有一个与吸附装置外筒紧密贴合的填料筒11，填料筒11是由装有吸附剂12的塑料材质的圆筒构成，其前后两端各设有两个圆形网状隔板13，填料筒11的前后两端与吸附装置3的前后两端通过卡扣相铰合，可随意拆装，吸附装置3的前端设有密封圈，通过密封圈与填料筒11密封贴合。所述的吸附剂12是一种2，6-二苯呋喃多孔聚合物树脂(Tenax-TA吸附剂)，该吸附剂是一种对水具有低亲和力的物质，在吸附过程中仅吸附芳香物质，对水蒸气不加以吸附，提高芳香物质的纯度。

图1中，吸附装置3前端相连的冻干仓内料盘14低端的加热管与加热器6相连，给予物料冻干时的热量补给，吸附装置3后端相连的冷井仓2与真空机组4和制冷机组5相连，在真空机组的作用下，混有芳香物质的水蒸气从冻干仓1向冷井仓转移，经过吸附装置3，芳香物质被吸附下来，剩余的水蒸气在制冷机组5的作用下被冷凝下来，冻干结束后被排出。

本实施例的设备运行时，相应的回收芳香物质过程包括以下主要步骤：

第一步、吸附剂填装：打开填料筒一端的网状隔板，将Tenax-TA吸附剂填装于填料筒中，填装要均匀、密实、充足，再将网状隔板安装上并固定好；

第二步、安装填料筒：将吸附装置上转动半筒的固定把手旋开，打开转动半筒，将填装好Tenax-TA吸附剂的填料筒安放进吸附装置筒中，填料筒的前端与吸附装置内筒前端的卡扣相咬合，然后通过铰链将吸附装置上的转动半筒关上，将固定把手锁紧，保证其密封性；

第三步、吸附芳香物质：将预习冷冻在-18℃冰箱中的食品平铺于冻干仓的料盘上，启动制冷机组将冻干机的温度降至-30℃以下，启动真空机组和加热器，使冻干机中真空度在-30Pa以下，随着冻干过程的进行，物料中的冰直接升华成水，芳香物质也随着水蒸气从物料中逃逸出来，混有水蒸气的芳香物质在真空泵作用下被带着经过吸附装置，先通过填料筒的网状隔板，进入填料筒中，芳香物质被Tenax-TA吸附剂吸附，水蒸气被滤过进入到冷井仓中，在冷肼中遇冷凝结；

第四步、解析芳香物质：冷冻干燥结束后，卸掉冻干机中的真空度，打开冻干仓取出被冻干的物料，将吸附装置的转动半筒固定把手旋开，打开转动半筒，将吸附有芳香物质的填料筒从吸附装置中取出，热解析后再进行低温富集，获得回收得到的冻干食品芳香物质。

上述过程也可以表述为：经过前端清洗、切分、烫漂等加工处理的食品物料直接装入料盘，放至冻干仓内，关闭仓门。打开吸附装置的转动半筒，将装填有Tenax-TA吸附剂的填料管放置于吸附装置中，将转动半筒固定把手锁紧。依次启动制冷机组、真空机组和加热器，开始真空冷冻干燥，当真空度达到一定压力，物料中的冰直接升华成水蒸气，在升华过程中物料中的挥发性芳香物质会在低真空和低温双重作用下，随着水蒸气一起被带出，芳香物质经过吸附装置被Tenax-TA吸附剂吸附，水蒸气在冷井仓中遇冷凝结。冻干结束后，将冻干机真空度卸掉，将吸附有芳香物质的填料筒取出，热解析后再进行低温富集，获得较纯的芳香物质，达到回收真空冷冻干燥过程中食品芳香物质的目的，通过物理解析渴获得纯度较高的芳香物质，可长期贮存，使用量随意添加，应用的食品加工领域广泛。