專利名稱：一種集真空、微波、冰溫技術(shù)實(shí)施干燥的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集真空、微波、冰溫技術(shù)實(shí)施干燥的裝置及方法，屬于食品、生物藥品等干燥技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在食品的低溫貯藏中，貯藏溫度在0°C至10°C稱為冷藏，低于0°C稱為冷凍。食品的冰點(diǎn)又稱凍結(jié)點(diǎn)均低于0°c，當(dāng)其溫度高于冰點(diǎn)時，細(xì)胞始終處于活體狀態(tài)。山根昭美博士把o°c以下、冰點(diǎn)以上的溫度區(qū)域定義為該食品的“冰溫帶”。目前真空包裝、冰溫貯藏均用于食品保鮮技術(shù)領(lǐng)域。冰溫技術(shù)(Controlled Freezing Point)是繼冷藏和氣調(diào)貯藏之后的第三代保鮮技術(shù)，在日本、美國等一些國家得到了迅速發(fā)展。研究表明冰溫處理的樣品比冷藏樣品的貨架期長。具體體現(xiàn)在微生物增殖慢、干耗少。例如真空加冰溫(-1. 4°C -3. 6°C )大西洋鮭魚片，保藏的貨架期是冷凍保藏的2倍。冰溫技術(shù)在我國的研究近年來受到關(guān)注，研究結(jié)果表明冰溫儲藏獼猴桃和香梨分別為80天和100天，好果率達(dá)93%，遠(yuǎn)優(yōu)于普通冷藏；冰溫庫低溫高濕條件能保持水分可顯著降低干耗。_0.5°C冰溫儲藏的羊肉12天時仍能基本保持原有的鮮度，與普通冷藏相比延長保鮮時間50%以上，與凍藏相比提高了羊肉的保水性和熟肉率。目前，冰溫貯藏研究包含兩方面1)將食品的溫度控制在冰溫帶內(nèi)可以維持其細(xì)胞的活體狀態(tài)；2)當(dāng)食品冰點(diǎn)較高時，可以人為加入冰點(diǎn)調(diào)節(jié)劑(如鹽、糖、醋酸鈉、乙醇、 丙烯甘醇等)使其冰點(diǎn)降低，擴(kuò)大其冰溫帶。另外，隨著冰溫貯藏技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，冰溫技術(shù)在其他相關(guān)領(lǐng)域的研究也發(fā)展起來。如冰溫濃縮技術(shù)通常加熱制取濃縮果汁的方法， 會造成香味散失，顏色、品質(zhì)下降。改進(jìn)采用冷凍濃縮法，雖然可有效防止香味損失，但凍結(jié)會破壞細(xì)胞，造成部分營養(yǎng)流失。冰溫濃縮技術(shù)，是在冰溫帶內(nèi)使細(xì)胞處于睡眠狀態(tài)，在短時間內(nèi)進(jìn)行脫水濃縮，使果汁的變質(zhì)控制在最小限度內(nèi)，從而得到高品質(zhì)的濃縮果汁。在醫(yī)學(xué)方面，1989年東京慈惠醫(yī)科大學(xué)成功地利用冰溫技術(shù)保存了白鼠的心臟。 東京大學(xué)醫(yī)學(xué)部正在著手研究血液的冰溫保存，美國的匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)部也開始了肝臟冰溫保存及移植的研究。冰溫技術(shù)不僅用于食品保鮮方面，還為超保鮮、各季節(jié)時令風(fēng)味的再現(xiàn)、陳米變新米等返舊還新技術(shù)提供了研究方向。目前，對于生物材料如生物藥品、營養(yǎng)食品等熱敏性物料，為保持其干燥后的生物活性和品質(zhì)，大多采用真空冷凍干燥，即首先將生物材料凍結(jié)，然后，在真空條件下，被凍結(jié)物料中的水分從冰晶直接升華成水蒸氣干燥，由于真空冷凍干燥過程，首先需要對物料在-20°C -30°C條件下進(jìn)行凍結(jié)，凍結(jié)過程物料中冰晶的生長，會破壞生物材料中細(xì)胞膜和蛋白質(zhì)，影響產(chǎn)品的品質(zhì)；另外，由于需要凍結(jié)過程和真空升華干燥過程，所以，干燥時間長，一般要10 30個小時，干燥成本高。然而利用真空、微波、冰溫技術(shù)實(shí)施干燥的裝置及方法，目前未見相關(guān)報道。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種集真空、微波、冰溫技術(shù)實(shí)施干燥的裝置及方法，其目的在于克服現(xiàn)有的真空冷凍干燥，干燥時間長，能耗高的缺點(diǎn)，以及傳統(tǒng)干燥方法干燥物料品質(zhì)低， 不能滿足熱敏性和生物活性物質(zhì)保持等弊端。本發(fā)明將真空、冰溫和微波三種技術(shù)有效地融合，開發(fā)了食品和生物藥品冰溫干燥新方法，并研制出新的用于干燥的裝置，可有效防止干燥過程發(fā)生氧化反應(yīng)，保持生物制品活性，不僅提高了干燥品質(zhì)和生產(chǎn)效率，而且降低了能耗。本發(fā)明提出的冰溫干燥方法，是利用真空冷卻技術(shù)，在抽真空過程中，使物料中的水分汽化，吸收熱量，物料快速均勻降溫，一直將物料降溫到0°c以下、冰點(diǎn)以上的“冰溫帶”，這時食品和生物藥品的細(xì)胞及蛋白質(zhì)仍然維持在活性狀態(tài)，在未凍結(jié)的情況下進(jìn)行干燥。在冰溫干燥系統(tǒng)中，采用微波加熱方式，來補(bǔ)充物料干燥過程水分蒸發(fā)需要的熱量。微波加熱是一種輻射加熱，是微波與物料直接發(fā)生作用，使其里外同時被加熱，無須通過對流或傳導(dǎo)來傳遞熱量，所以加熱速度快，干燥效率高。本發(fā)明將真空、冰溫和微波三種技術(shù)的有效融合，開發(fā)了食品和生物藥品冰溫干燥新方法，研制了新設(shè)備，對食品、生物藥品等的干燥技術(shù)帶來創(chuàng)新發(fā)展。一種集真空、微波、冰溫技術(shù)實(shí)施干燥的裝置，由真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、微波加熱系統(tǒng)和檢測控制系統(tǒng)組成，其特點(diǎn)是(A)微波加熱系統(tǒng)加熱腔為一長方形空腔，磁控管位于加熱腔下部，磁控管末端連接波導(dǎo)管，波導(dǎo)管放置在加熱腔底部；(B)真空系統(tǒng)真空干燥室置于微波加熱系統(tǒng)的加熱腔內(nèi)，真空干燥室側(cè)壁上連通一管道，管道伸出加熱腔側(cè)壁后與冷阱連接，冷阱經(jīng)管道依次與手動閥、電磁真空壓差閥、電阻規(guī)、真空表、真空泵連接；(C)制冷系統(tǒng)冷阱內(nèi)盤管的一端依次經(jīng)電子膨脹閥、電磁閥、干燥過濾器、儲液器、冷凝器、油分離器、壓縮機(jī)后與盤管的另一端連接；(D)檢測控制系統(tǒng)可編程PLC模塊分別與液晶顯示屏、光纖測溫儀、微波加熱系統(tǒng)、壓強(qiáng)自控儀、繼電器和溫度傳感器連接；(E)所述溫度傳感器與冷阱連接；(F)所述繼電器分別與壓縮機(jī)和真空泵連接；(G)所述壓強(qiáng)自控儀分別與電阻規(guī)、電磁閥連接；(H)所述光纖測溫儀經(jīng)導(dǎo)線與真空干燥室內(nèi)被測物料上的光導(dǎo)纖維溫度傳感器連接。所述的真空干燥室采用內(nèi)外套箱式設(shè)計，外箱為不銹鋼，內(nèi)箱為絕緣塑料。所述的真空干燥室與管道連接處設(shè)置有過濾網(wǎng)。所述的真空干燥室外箱底部設(shè)置有微波反射網(wǎng)。一種集真空、微波、冰溫技術(shù)實(shí)施干燥的方法，按照如下步驟進(jìn)行(I)將被干燥物料置于真空干燥室抽真空，使物料水分蒸發(fā)，吸收熱量；(J)將被干燥物料均勻降溫到0°C以下、冰點(diǎn)以上的“冰溫帶”；此時物料中部分水分凍結(jié)，而被干燥物料(如農(nóng)產(chǎn)品、生物藥品等)的細(xì)胞及蛋白質(zhì)仍然維持在活性狀態(tài)；(K)然后采用微波加熱系統(tǒng)對被干燥物料加熱；(L)檢測控制系統(tǒng)適時檢測真空壓力，物料溫度和微波功率，并自動調(diào)控微波功率，控制微波加熱能量，保持被干燥物料在在冰溫帶干燥，直到一次升華干燥結(jié)束；(M)進(jìn)入解析干燥階段，通過調(diào)高微波功率，加快干燥速率，直至干燥結(jié)束。將真空干燥室蒸發(fā)出的水蒸氣，通過制冷系統(tǒng)的冷阱凝結(jié)在盤管上，干燥結(jié)束后， 制冷系統(tǒng)停止工作，使冷阱盤管上的凝霜解凍后排出。采用冷阱凝結(jié)水蒸氣，可減小真空泵負(fù)荷，同時避免水蒸氣進(jìn)入真空泵潤滑油系統(tǒng)，對真空泵造成損害。干燥過程的溫度測控，采用光導(dǎo)纖維溫度傳感器，可有效避免在微波電磁場中的干擾和真空放電現(xiàn)象。干燥過程中采用微波加熱方式，使物料從內(nèi)部加熱，可減少熱阻?？删幊蘌LC模塊，通過溫度傳感器檢測冷阱的溫度，控制制冷系統(tǒng)的運(yùn)行，真空泵的運(yùn)行是通過電阻規(guī)(真空壓力傳感器)經(jīng)壓強(qiáng)自控儀傳送到可編程PLC模塊控制，微波加熱系統(tǒng)的微波功率通過可編程PLC模塊控制。在設(shè)備運(yùn)行過程中的溫度、真空壓力、微波功率等參數(shù)，可通過可觸摸液晶顯示屏設(shè)定和顯示，也可通過可編程PLC模塊的USB接口與計算機(jī)連接，進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集。本發(fā)明采用真空、微波、冰溫技術(shù)實(shí)施干燥的裝置及方法，使食品和生物藥品在冰溫帶進(jìn)行干燥，可有效防止干燥過程發(fā)生氧化反應(yīng)，保持生物制品活性，不僅提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，縮短干燥時間，而且極大地降低了能耗。


圖1為本發(fā)明集真空、微波、冰溫技術(shù)于一體的干燥裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明檢測控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。1、真空干燥室，2、加熱腔，3、波導(dǎo)管，4、 磁控管，5、干燥過濾器，6、儲液器，7、電磁閥，8、冷凝器，9、油分離器，10、壓縮機(jī)，11、過濾網(wǎng)，12、微波反射網(wǎng)，13、電子膨脹閥，14、手動閥，15、電磁真空壓差閥，16、電阻規(guī)，17、真空表，18、冷阱，19、真空泵。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述?！N集真空、微波、冰溫技術(shù)實(shí)施干燥的裝置，如圖1所示由真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、微波加熱系統(tǒng)和檢測控制系統(tǒng)組成。微波加熱系統(tǒng)的加熱腔2為一長方形空腔，磁控管4位于加熱腔2下部，磁控管4 末端連接波導(dǎo)管3，波導(dǎo)管3放置在加熱腔2底部；真空干燥室1采用內(nèi)外套箱式設(shè)計，外箱為不銹鋼，內(nèi)箱為絕緣塑料。真空干燥室 1置于微波加熱系統(tǒng)的加熱腔2內(nèi)，真空干燥室1側(cè)壁上連通一管道，管道伸出加熱腔2的側(cè)壁后與冷阱18連接，冷阱18經(jīng)管道依次與手動閥14、電磁真空壓差閥15、電阻規(guī)16、真空表17、真空泵19連接；真空干燥室1與管道連接處設(shè)置有過濾網(wǎng)11，真空干燥室外箱底部設(shè)置有微波反射網(wǎng)12。冷阱18內(nèi)盤管的一端依次經(jīng)電子膨脹閥13、電磁閥7、干燥過濾器5、儲液器6、冷凝器8、油分離器9、壓縮機(jī)10與盤管的另一端連接；檢測控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，可編程PLC模塊分別與液晶顯示屏、光纖測溫儀、微波加熱系統(tǒng)、壓強(qiáng)自控儀、繼電器和溫度傳感器連接；所述溫度傳感器與冷阱連接；所述繼電器分別與壓縮機(jī)和真空泵連接；所述壓強(qiáng)自控儀分別與電阻規(guī)、電磁閥連接；所述光纖測溫儀經(jīng)導(dǎo)線與真空干燥室內(nèi)被測物料上的光導(dǎo)纖維溫度傳感器連接。實(shí)施例1將食品物料胡蘿卜、蘋果等切片，方入內(nèi)干燥室，然后關(guān)閉真空干燥室1，啟動制冷系統(tǒng)使冷阱18降溫，同時啟動真空泵19對真空干燥室1進(jìn)行抽真空，胡蘿卜、蘋果片表面自由水蒸發(fā)，均勻降溫到冰溫帶時(0 _5°C)，保持一定真空度，啟動微波加熱系統(tǒng)，為物料蒸發(fā)水分提供相應(yīng)的熱能，檢測控制系統(tǒng)適時檢測真空壓力，物料溫度和微波功率，并自動調(diào)控微波功率，控制微波加熱能量，保持被干燥物料在在冰溫帶干燥，直到一次升華干燥結(jié)束；獲得色澤、復(fù)水性等較好的高品質(zhì)干燥胡蘿卜、蘋果干。實(shí)施例2采用與實(shí)施例1相同的干燥過程和工藝，將瓶裝的生物蛋白類藥品放入真空干燥室1，啟動制冷系統(tǒng)使冷阱18降溫，同時啟動真空泵19對真空干燥室1進(jìn)行抽真空，注意控制抽真空速率，防止液體生物蛋白類藥品飛濺，在抽真空過程中，部分水蒸發(fā)，生物藥品自身降溫，達(dá)到其冰溫帶時部分水分凍結(jié)，保持一定真空度，啟動微波加熱系統(tǒng)，為生物藥品中部分凍結(jié)水分升華提供相應(yīng)的熱能，檢測控制系統(tǒng)適時檢測真空壓力，物料溫度和微波功率，并自動調(diào)控微波功率，控制微波加熱能量，保持被干燥物料在在冰溫帶干燥，直到一次升華干燥結(jié)束；可獲得保持生物藥品活性的較高品質(zhì)的生物藥品。
權(quán)利要求
1.一種集真空、微波、冰溫技術(shù)實(shí)施干燥的裝置，由真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、微波加熱系統(tǒng)和檢測控制系統(tǒng)組成，其特征在于(A)微波加熱系統(tǒng)加熱腔2為一長方形空腔，磁控管4位于加熱腔2下部，磁控管4末端連接波導(dǎo)管3，波導(dǎo)管3放置在加熱腔2底部；(B)真空系統(tǒng)真空干燥室置于微波加熱系統(tǒng)的加熱腔內(nèi)，真空干燥室側(cè)壁上連通一管道，管道伸出加熱腔側(cè)壁后與冷阱連接，冷阱經(jīng)管道依次與手動閥、電磁真空壓差閥、電阻規(guī)、真空表、真空泵連接；(C)制冷系統(tǒng)冷阱18內(nèi)盤管的一端依次經(jīng)電子膨脹閥13、電磁閥7、干燥過濾器5、儲液器6、冷凝器8、油分離器9、壓縮機(jī)10后與盤管的另一端連接；(D)檢測控制系統(tǒng)可編程PLC模塊分別與液晶顯示屏、光纖測溫儀、微波加熱系統(tǒng)、壓強(qiáng)自控儀、繼電器和溫度傳感器連接；(E)所述溫度傳感器與冷阱連接；(F)所述繼電器分別與壓縮機(jī)和真空泵連接；(G)所述壓強(qiáng)自控儀分別與電阻規(guī)、電磁閥連接；(H)所述光纖測溫儀經(jīng)導(dǎo)線與真空干燥室內(nèi)被測物料上的光導(dǎo)纖維溫度傳感器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集真空、微波、冰溫技術(shù)實(shí)施干燥的裝置，其特征在于 所述的真空干燥室采用內(nèi)外套箱式設(shè)計，外箱為不銹鋼，內(nèi)箱為絕緣塑料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集真空、微波、冰溫技術(shù)實(shí)施干燥的裝置，其特征在于 所述的真空干燥室與管道連接處設(shè)置有過濾網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集真空、微波、冰溫技術(shù)實(shí)施干燥的裝置，其特征在于 所述的真空干燥室外箱底部設(shè)置有微波反射網(wǎng)。
5.一種集真空、微波、冰溫技術(shù)實(shí)施干燥的方法，其特征在于按照如下步驟進(jìn)行(I)將被干燥物料置于真空干燥室抽真空；(J)將被干燥物料均勻降溫到o°c以下、冰點(diǎn)以上的“冰溫帶”；(K)然后采用微波加熱系統(tǒng)對被干燥物料加熱；(L)檢測控制系統(tǒng)適時檢測真空壓力，物料溫度和微波功率，并自動調(diào)控微波功率，控制微波加熱能量，保持被干燥物料在冰溫帶干燥，直到一次升華干燥結(jié)束；(M)進(jìn)入解析干燥階段，通過調(diào)高微波功率，加快干燥速率，直至干燥結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集真空、微波、冰溫技術(shù)實(shí)施干燥的裝置及方法。裝置由真空、制冷、微波加熱和檢測控制系統(tǒng)組成，真空干燥室置于微波加熱系統(tǒng)的加熱腔內(nèi)，真空干燥室側(cè)壁上連通一管道，管道伸出加熱腔側(cè)壁后與冷阱連接，冷阱經(jīng)管道依次與手動閥、電磁真空壓差閥、電阻規(guī)、真空表、真空泵連接；冷阱與制冷系統(tǒng)連接；可編程PLC模塊分別與液晶顯示屏、光纖測溫儀、微波加熱系統(tǒng)、壓強(qiáng)自控儀、繼電器和溫度傳感器連接；干燥方法首先將真空干燥室抽真空，然后將物料快速均勻降溫到“冰溫帶”，檢測控制系統(tǒng)適時對真空壓力，物料溫度和微波功率進(jìn)行調(diào)控，保證物料維持在活性狀態(tài)下進(jìn)行干燥。本發(fā)明可提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短干燥時間，降低能耗。
文檔編號F26B7/00GK102226632SQ20111013606
公開日2011年10月26日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者尚彥龍, 李保國, 蘇樹強(qiáng) 申請人:上海理工大學(xué)