專利名稱：近凍結(jié)溫度干燥或濃縮的方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種干燥或濃縮的方法及設(shè)備，更具體的說，是涉及一種近凍結(jié)溫度
干燥或濃縮的方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
在各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)過程中，常常需要除去物料中的全部或部分水或其他溶劑(即 干燥或濃縮)，得到干燥產(chǎn)物或濃縮產(chǎn)物。目前，所使用的方法主要是熱風(fēng)干燥法、噴霧干燥 法、薄膜干燥法及冷凍干燥法等多種方法。 專利申請(qǐng)?zhí)枮?006101124577，發(fā)明名稱為《超聲冷凍干燥方法及其設(shè)備》的專 利申請(qǐng)中公開了一種采用超聲輔助完成固體的升華達(dá)到冷凍干燥目的的方法，該方法與其 他冷凍干燥方法相比雖然取得了一定的技術(shù)進(jìn)步，但由于在后續(xù)的減壓過程中物料容易發(fā) 生爆沸，導(dǎo)致塌陷，影響最終產(chǎn)品的溶出和外觀，要求冷凍的溫度至少低于物料的凝固點(diǎn) 40°C 。在如此低的溫度下凍結(jié)后再供給熱能進(jìn)行干燥，易破壞被干燥物的組織細(xì)胞，影響最 終產(chǎn)物的質(zhì)量，特別是對(duì)于食品或藥品領(lǐng)域，造成食品在干燥后的風(fēng)味以及口感的下降，營(yíng) 養(yǎng)物質(zhì)的損失也比較嚴(yán)重。對(duì)于像人參等藥材的干燥，則造成部分有效成分的散失，降低了 藥效。 現(xiàn)有的干燥裝置都存在各方面的缺點(diǎn)，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作過程復(fù)雜，有些會(huì)對(duì)干 燥物料的成分造成損失，使物料的營(yíng)養(yǎng)成分流失等。而且，采用抽真空的方法所使用的設(shè) 備，沒有水蒸汽捕獲設(shè)計(jì)，抽出的水蒸汽直接排放到空氣中，容易污染環(huán)境，同時(shí)，需要使用 大功率的真空泵，耗能大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種保持物料的細(xì)胞不被破壞，
保留物料的原味和營(yíng)養(yǎng)成分或有效成分的近凍結(jié)溫度干燥或濃縮的方法。 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有蒸汽捕獲功能，能夠降低真空泵的功率，有
利于節(jié)能，同時(shí)，能夠避免干燥物料成分造成損失，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便的近凍結(jié)溫度干燥
或濃縮的方法所使用的設(shè)備。 本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) —種在近凍結(jié)溫度干燥或濃縮的方法，其特征在于，將含有液體的物料降溫到零 度以下至各自物料的凍結(jié)點(diǎn)但不含凍結(jié)點(diǎn)的范圍內(nèi)，在真空狀態(tài)下使物料內(nèi)的液體蒸發(fā)， 得到產(chǎn)物。對(duì)于水的干燥或濃縮，所控制的干燥箱的真空狀態(tài)壓力范圍為O. 130Kpa 0. 611Kpa，所對(duì)應(yīng)水的蒸發(fā)溫度為-20°C 0°C 。 —種近凍結(jié)溫度干燥或濃縮的方法所使用的設(shè)備，其特征在于，包括真空泵、蒸汽 捕獲器、帶門的密閉物料干燥箱、脫出液體用蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)，所述物料干燥箱內(nèi)設(shè) 置有脫出液體用蒸發(fā)器，所述脫出液體用蒸發(fā)器的制冷劑出口與壓縮機(jī)的制冷劑入口連 接，所述壓縮機(jī)的制冷劑出口與所述冷凝器的制冷劑進(jìn)口連接，所述冷凝器的制冷劑出口
3通過第一節(jié)流閥與脫出液體用蒸發(fā)器的制冷劑進(jìn)口連接，所述物料干燥箱上設(shè)置有抽真空 口 ，所述抽真空口通過所述蒸汽捕獲器與真空泵連接，所述抽真空口處設(shè)置有真空表。
所述蒸汽捕獲器包括捕獲器外殼，所述外殼內(nèi)部設(shè)置有捕獲蒸汽用蒸發(fā)器，所述 捕獲器外殼上分別設(shè)置有蒸汽進(jìn)口 、蒸汽出口 、與捕獲蒸汽用蒸發(fā)器連通的制冷劑進(jìn)口 、與 捕獲蒸汽用蒸發(fā)器連通的制冷劑出口 ，所述蒸汽進(jìn)口與所述物料干燥箱的抽真空口連接， 所述蒸汽出口與所述真空泵連接，所述與捕獲蒸汽用蒸發(fā)器連通的制冷劑進(jìn)口通過第二節(jié) 流閥與所述冷凝器的制冷劑出口連接，所述與捕獲蒸汽用蒸發(fā)器連通的制冷劑出口與所述 壓縮機(jī)的制冷劑進(jìn)口連接。 在真空泵與蒸汽捕獲器之間設(shè)置有液體收集罐，所述蒸汽出口位于外殼的下部， 所述液體收集罐的液體進(jìn)口與所述蒸汽捕獲器的蒸汽出口連接，所述液體收集罐的氣體出 口與真空泵連接，所述液體收集罐的上端設(shè)置有放氣閥，所述液體收集罐的下端設(shè)置有泄 水閥。 在所述第一節(jié)流閥與所述冷凝器之間設(shè)置有第一電動(dòng)閥，在所述第二節(jié)流閥與 所述冷凝器之間設(shè)置有第二電動(dòng)閥，在物料干燥箱內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器和壓力傳感器，所 述真空泵、溫度傳感器、壓力傳感器、壓縮機(jī)、第一電動(dòng)閥、第二電動(dòng)閥分別與干燥控制器連 接，所述干燥控制器與顯示屏連接。
本發(fā)明具有下述技術(shù)效果 1、本發(fā)明的方法將干燥、濃縮溫度維持在零度以下至各物料的凍結(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)，不 會(huì)破壞物料的細(xì)胞，可以很好的保留物料的原味。而且，在低溫條件下，鮮度保存非常好，物 料在干燥或濃縮后顏色變化非常少。同時(shí)，由于在近凍結(jié)溫度干燥物料內(nèi)外溫度梯度小，由 逆滲透作用使作為溶劑的水或其他液體獨(dú)自移出，能夠克服溶質(zhì)散失，營(yíng)養(yǎng)成分或有效成 分散失少，有利于保障產(chǎn)品的質(zhì)量。特別對(duì)于藥品領(lǐng)域，能夠保留藥材中的有效成分，保障 藥效。 2、空氣中浮游一些細(xì)菌，被干燥的物料本身也攜帶部分細(xì)菌，本發(fā)明的方法在真 空狀態(tài)下進(jìn)行，空氣中的細(xì)菌有一部分因缺氧而死亡或缺乏活力，對(duì)物料的干燥室非常有 益，可以達(dá)到滅菌的作用。 3、本發(fā)明的方法控制干燥箱內(nèi)的真空度，使得干燥物料內(nèi)和表面之間的壓差較 大，在壓力梯度的作用下，水分很快移向表面，不會(huì)出現(xiàn)表面硬化。 4、本發(fā)明的設(shè)備帶有高效的蒸汽捕獲器，使從干燥箱內(nèi)抽出的蒸汽在蒸汽捕獲器 上凝結(jié)成水或霜，這樣可以大大降低真空泵的功率，有利于節(jié)能。同時(shí)，能夠避免蒸汽對(duì)環(huán) 境造成的污染。 5、本發(fā)明設(shè)備中的制冷系統(tǒng)，可以同時(shí)滿足維持干燥箱內(nèi)溫度，又可以給蒸汽捕 獲器提供所需的冷量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。 6、本發(fā)明的設(shè)備為物料干燥箱、抽真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)的組合結(jié)構(gòu)，能夠避免干燥 物料成分造成損失。 綜上所述，本發(fā)明通過將干燥或濃縮溫度維持在零度以下至各物料的凍結(jié)點(diǎn)范圍 內(nèi)以及與真空條件的配合，實(shí)現(xiàn)物料的原生態(tài)干燥或濃縮，能夠最大限度的保留物料的口 感風(fēng)味及營(yíng)養(yǎng)成分或有效成分，最大限度保障了產(chǎn)品的質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明近凍結(jié)溫度干燥或濃縮的方法所使用的設(shè)備的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明詳細(xì)說明。 圖1為本發(fā)明近凍結(jié)溫度干燥或濃縮的方法所使用的設(shè)備的示意圖，包括真空泵 1、蒸汽捕獲器5、帶門的密閉物料干燥箱12、脫出液體用蒸發(fā)器7、冷凝器10、壓縮機(jī)ll，物 料干燥箱12內(nèi)設(shè)置有脫出液體用蒸發(fā)器7，脫出液體用蒸發(fā)器可以根據(jù)干燥的需要設(shè)置有 多組，分別位于物料干燥箱的頂部和底部。所述脫出液體用蒸發(fā)器7的制冷劑出口與壓縮 機(jī)11的制冷劑入口連接，壓縮機(jī)11的制冷劑出口與冷凝器10的制冷劑進(jìn)口連接，冷凝器 10的制冷劑出口通過第一節(jié)流閥8與脫出液體用蒸發(fā)器7的制冷劑進(jìn)口連接，物料干燥箱 12上設(shè)置有抽真空口 15，抽真空口 15通過蒸汽捕獲器5與真空泵1連接，在物料干燥箱抽 真空口處設(shè)置有真空表6。 所述蒸汽捕獲器可以采用多種結(jié)構(gòu)形式，目的是將抽真空出來的蒸汽冷凝成液 體。本實(shí)施例中的蒸汽捕獲器包括捕獲器外殼14，外殼14內(nèi)部設(shè)置有捕獲蒸汽用蒸發(fā)器 13，捕獲器外殼14上分別設(shè)置有蒸汽進(jìn)口 、蒸汽出口 、與捕獲蒸汽用蒸發(fā)器連通的制冷劑 進(jìn)口 、與捕獲蒸汽用蒸發(fā)器連通的制冷劑出口 ，其中，蒸汽進(jìn)口與物料干燥箱的抽真空口 15 連接，蒸汽出口與真空泵1連接，與捕獲蒸汽用蒸發(fā)器連通的制冷劑進(jìn)口通過第二節(jié)流閥 16與冷凝器10的制冷劑出口連接，與捕獲蒸汽用蒸發(fā)器連通的制冷劑出口與11壓縮機(jī)的 制冷劑進(jìn)口連接。 為了收集蒸汽捕獲器融化的液體，在真空泵1與蒸汽捕獲器5之間設(shè)置有液體收 集罐2，所述蒸汽出口位于外殼的下部，液體收集罐2的液體進(jìn)口與蒸汽捕獲器5的蒸汽出 口連接，液體收集罐2的氣體出口與真空泵1連接，液體收集罐的上端設(shè)置有放氣閥4，液體 收集罐的下端設(shè)置有泄水閥3。由真空泵抽出的蒸汽進(jìn)入蒸汽捕獲器中，被捕獲蒸汽用蒸發(fā) 器冷凝成水或霜。冷凝水沿蒸汽出口進(jìn)入液體收集罐中。 為了便于自動(dòng)控制，在第一節(jié)流閥8與冷凝器10之間設(shè)置有第一電動(dòng)閥9，在第二
節(jié)流閥16與冷凝器10之間設(shè)置有第二電動(dòng)閥17，在物料干燥箱內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器和壓
力傳感器，真空泵1、溫度傳感器、壓力傳感器、壓縮機(jī)11、第一電動(dòng)閥9、第二電動(dòng)閥17分別
與干燥控制器連接，所述干燥控制器與顯示屏連接，顯示屏可采用觸摸屏。通過干燥控制器
控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)干燥，干燥控制器可以使用PC可編程控制器，內(nèi)置PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)程
序，對(duì)壓力傳感器和溫度傳感器傳輸來的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行分析，從而控制壓縮機(jī)
和真空泵的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。同時(shí)各種數(shù)均顯示在觸摸屏上，并可通過觸摸屏方便的對(duì)
各個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，如料溫、干燥室溫度、系統(tǒng)真空度、干燥時(shí)間和電源電壓等，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)
和自動(dòng)控制。在此過程中，制冷系統(tǒng)有兩個(gè)作用，一個(gè)是冷卻和維持物料干燥箱內(nèi)的溫度，
另一個(gè)是將制冷劑送入到水蒸汽捕獲器內(nèi)蒸發(fā)，使水蒸汽凝結(jié)成水或者霜。 本發(fā)明的在近凍結(jié)溫度干燥或濃縮的方法是將含有液體的物料降溫到零度以下
至各自物料的凍結(jié)點(diǎn)但不含凍結(jié)點(diǎn)的范圍內(nèi)，在真空狀態(tài)下使物料內(nèi)的液體蒸發(fā)，得到產(chǎn)物。 對(duì)于不同物料在干燥前先通過凍結(jié)法對(duì)其凍結(jié)溫度進(jìn)行測(cè)量，確定其冰點(diǎn)，從而
5為選定合適的干燥溫度提供依據(jù)。由于干燥箱內(nèi)溫度與干燥物料之間存在溫差，通過實(shí)驗(yàn) 確定其溫度差，這樣就可以確定干燥箱的設(shè)定溫度，并通過查詢此干燥溫度相對(duì)應(yīng)的水或 其他液體在此溫度下的蒸發(fā)壓力，為確定干燥壓力提供依據(jù)。 對(duì)于水的干燥或濃縮，所控制的干燥箱的真空狀態(tài)壓力范圍為0. 130Kpa 0. 611Kpa，所對(duì)應(yīng)水的蒸發(fā)溫度為-20°C 0°C 。 本發(fā)明的近凍結(jié)溫度干燥或濃縮的方法所使用的設(shè)備可以采用上述結(jié)構(gòu)的設(shè)備， 也可以采用其他結(jié)構(gòu)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)。 以下以使用圖1所示設(shè)備并以人參的干燥為例對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行說明。
實(shí)施例 通過凍結(jié)法對(duì)人參的凍結(jié)溫度進(jìn)行測(cè)量，確定其冰點(diǎn)為-3. TC。設(shè)定干燥溫度
為-2t:，真空度所控制的干燥箱的溫度與被干燥人參之間的溫差為5t:，則確定的蒸發(fā)溫
度為-7t:，通過查詢水在此溫度的蒸發(fā)壓力為0. 362Kpa。 將人參放入物料干燥箱內(nèi)，關(guān)緊物料干燥箱的箱門，啟動(dòng)壓縮機(jī)、冷凝器、脫出液 體用蒸發(fā)器、第一節(jié)流閥、組成的制冷系統(tǒng)。脫出液體用蒸發(fā)器吸收物料干燥箱以及人參的
熱量對(duì)人參進(jìn)行冷卻。當(dāng)冷卻到-7t:時(shí)，保持這樣的溫度，同時(shí)啟動(dòng)真空泵對(duì)物料干燥箱內(nèi) 部抽真空，當(dāng)物料干燥箱內(nèi)的壓力減小到O. 362Kpa，到達(dá)水分可以蒸發(fā)的壓力時(shí)，人參內(nèi)的 水分開始蒸發(fā)，真空泵不斷將蒸發(fā)出來的水蒸汽抽出，抽出的水蒸汽經(jīng)過蒸汽捕獲器，凝結(jié) 成霜，這樣一直維持設(shè)定的干燥溫度及壓力，直至完成人參的干燥。干燥完成后，再對(duì)水蒸 汽捕獲器進(jìn)行化霜，化霜的水進(jìn)入液體收集罐內(nèi)，通過泄水閥排出。 干燥后的人參從物料干燥箱中取出，與采用其他干燥方法干燥的人參進(jìn)行比較， 其含水率最低約為10.7%，普通干燥的人參的含水率平均在13%左右。用色差計(jì)檢測(cè)各 種人參的色差，結(jié)果顯示近凍結(jié)溫度干燥的人參顏色基本沒有發(fā)生變化，再對(duì)人參所含有 的人體必需氨基酸進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示近凍結(jié)溫度干燥的人參人體必需氨基酸總含量為 26. 32mg/100g，而高溫干燥的人體必需氨基酸總含量?jī)H為0. 76mg/100g，近凍結(jié)溫度干燥的 人參的皂甙總含量為969. 5mg/100g，而高溫干燥的人參的皂甙總含量為201. Omg/100g。
其他物料近凍結(jié)溫度干燥、濃縮的具體實(shí)施方法與人參的干燥方法相同。
對(duì)于不同干燥物料在干燥前先對(duì)其凍結(jié)溫度進(jìn)行測(cè)量，確定其冰點(diǎn)，選定合適的 干燥溫度，查詢相對(duì)應(yīng)的干燥壓力。準(zhǔn)備好以后，將物料放入物料干燥箱內(nèi)，關(guān)緊箱門，啟 動(dòng)制冷系統(tǒng)，對(duì)干燥箱內(nèi)物料進(jìn)行冷卻，當(dāng)冷卻溫度達(dá)到設(shè)定的干燥溫度時(shí)，保持這樣的溫 度，同時(shí)啟動(dòng)抽真空系統(tǒng)，對(duì)干燥箱進(jìn)行抽真空，當(dāng)箱內(nèi)壓力不斷減小，到達(dá)水分可以蒸發(fā) 的壓力時(shí)，物料內(nèi)的水分開始蒸發(fā)，真空泵不斷將蒸發(fā)出來的水蒸汽抽出，抽出的水蒸汽經(jīng) 過蒸汽捕獲器，凝結(jié)成霜，這樣一直維持設(shè)定的干燥溫度及壓力，直至完成物料的干燥。干 燥完成后，再對(duì)蒸汽捕獲器進(jìn)行化霜，化霜的水進(jìn)入液體收集罐內(nèi)，通過泄水閥排出。
本發(fā)明的方法不對(duì)物料加熱，溫度保持在近凍結(jié)溫度，利用真空原理短時(shí)間內(nèi)將 食品的水分蒸發(fā)，使其味道更加濃郁，食品的顏色和味道的變化很小，新鮮程度非常好。
權(quán)利要求
一種近凍結(jié)溫度干燥或濃縮的方法，其特征在于，將含有液體的物料降溫到零度以下至各自物料的凍結(jié)點(diǎn)但不含凍結(jié)點(diǎn)的范圍內(nèi)，在真空狀態(tài)下使物料內(nèi)的液體蒸發(fā)，得到產(chǎn)物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近凍結(jié)溫度干燥或濃縮的方法，其特征在于，對(duì)于水的干燥或濃縮，所控制的干燥箱內(nèi)真空狀態(tài)的壓力范圍為0. 130Kpa 0. 611Kpa，干燥箱的溫度控制范圍為-20°C 0°C。
3. —種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的近凍結(jié)溫度干燥或濃縮的方法所使用的設(shè)備，其特征在于，包括真空泵、蒸汽捕獲器、帶門的密閉物料干燥箱、脫出液體用蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)，所述物料干燥箱內(nèi)設(shè)置有脫出液體用蒸發(fā)器，所述脫出液體用蒸發(fā)器的制冷劑出口與壓縮機(jī)的制冷劑入口連接，所述壓縮機(jī)的制冷劑出口與所述冷凝器的制冷劑進(jìn)口連接，所述冷凝器的制冷劑出口通過第一節(jié)流閥與脫出液體用蒸發(fā)器的制冷劑進(jìn)口連接，所述物料干燥箱上設(shè)置有抽真空口 ，所述抽真空口通過所述蒸汽捕獲器與真空泵連接，所述抽真空口處設(shè)置有真空表。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的近凍結(jié)溫度干燥或濃縮的方法所使用的設(shè)備，其特征在于，所述蒸汽捕獲器包括捕獲器外殼，所述外殼內(nèi)部設(shè)置有捕獲蒸汽用蒸發(fā)器，所述捕獲器外殼上分別設(shè)置有蒸汽進(jìn)口 、蒸汽出口 、與捕獲蒸汽用蒸發(fā)器連通的制冷劑進(jìn)口 、與捕獲蒸汽用蒸發(fā)器連通的制冷劑出口 ，所述蒸汽進(jìn)口與所述物料干燥箱的抽真空口連接，所述蒸汽出口與所述真空泵連接，所述與捕獲蒸汽用蒸發(fā)器連通的制冷劑進(jìn)口通過第二節(jié)流閥與所述冷凝器的制冷劑出口連接，所述與捕獲蒸汽用蒸發(fā)器連通的制冷劑出口與所述壓縮機(jī)的制冷劑進(jìn)口連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的近凍結(jié)溫度干燥或濃縮的方法所使用的設(shè)備，其特征在于，在真空泵與蒸汽捕獲器之間設(shè)置有液體收集罐，所述蒸汽出口位于外殼的下部，所述液體收集罐的液體進(jìn)口與所述蒸汽捕獲器的蒸汽出口連接，所述液體收集罐的氣體出口與真空泵連接，所述液體收集罐的上端設(shè)置有放氣閥，所述液體收集罐的下端設(shè)置有泄水閥。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的近凍結(jié)溫度干燥或濃縮的方法所使用的設(shè)備，其特征在于，在所述第一節(jié)流閥與所述冷凝器之間設(shè)置有第一電動(dòng)閥，在所述第二節(jié)流閥與所述冷凝器之間設(shè)置有第二電動(dòng)閥，在物料干燥箱內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器和壓力傳感器，所述真空泵、溫度傳感器、壓力傳感器、壓縮機(jī)、第一電動(dòng)閥、第二電動(dòng)閥分別與干燥控制器連接，所述干燥控制器與顯示屏連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種近凍結(jié)溫度干燥或濃縮的方法及其設(shè)備，旨在提供一種保持物料的細(xì)胞不被破壞，保留物料的原味和營(yíng)養(yǎng)成分或有效成分的在近凍結(jié)溫度脫出物料中液體的方法及其所使用的設(shè)備。該方法包括下述步驟將含有液體的物料降溫到零度以下至各自物料的凍結(jié)點(diǎn)但不含凍結(jié)點(diǎn)的范圍內(nèi)，在真空狀態(tài)下使物料內(nèi)的液體蒸發(fā)，得到產(chǎn)物。本發(fā)明通過將干燥或濃縮溫度維持在零度以下至各物料的凍結(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)以及與真空條件的配合，實(shí)現(xiàn)物料的原生態(tài)干燥或濃縮，能夠最大限度的保留物料的口感風(fēng)味及營(yíng)養(yǎng)成分或有效成分，最大限度保障了產(chǎn)品的質(zhì)量。食品的顏色和味道的變化很小，新鮮程度非常好。
文檔編號(hào)F26B9/06GK101718485SQ20091031033
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者劉興華, 李超, 申江, 齊含飛 申請(qǐng)人:天津商業(yè)大學(xué)