真空冷冻干燥技术及设备的现状及发展趋势(2)
3 冻干工艺的现状及发展趋势
目前,研究冻干工艺的人员比研究冻干设备的人员要多,研究食品冻干工艺的人员比研究医药冻干工艺的人员要多。被研究的冻干食品品种也越来越多。仅就本校已研究过的冻干品种有:
(1) 中草药类:人参、冬虫夏草、山药。
(2) 水果类:桃、梨、苹果、香蕉、草莓。
(3) 蔬菜类:葱、菠菜、洋葱、胡萝卜。
(4) 肉类:牛肉、牛肝、鸡肝。
(5) 水产类:虾、海带、海参、扇贝。
(6)其它类:蜂蜜、幼竹鲜汁、紫草红色素、“勿忘我”鲜花等。
本校研究的冻干工艺都没有进行优化研究, 不能算是最佳工艺, 从实验室走入生产车间还应该进一步优化, 使其适合于产业化、快速、节能的要求。有的单位对几种食品的冻干工艺研究得比较出色,其中比较有代表性的食品是蘑菇、大蒜粉、芦笋、速溶咖啡、速溶茶等,并给出了脱水大蒜和脱水洋葱的技术要求,这是冻干食品走向成熟的标志。
西药、血液制品和生物制品的冻干工艺比较难,工艺成熟与否关系重大,产品质量直接关系到人的生命安全。所以研究人员比较少,研究成果有一定时间的保密性。西药冻干的关键问题是避免染菌,一但染菌就会造成重大事故。生物制品则要求更加严格,除避免染菌外还要防止菌种变异,保持活菌活毒的活性。在冻干过程中要加入添加剂和保护剂,这是技术水平很高的工作, 国内外有不同的冻干保护剂, 我国六大生物制品研究所之间也各有妙方。
生物体的冻干工艺已经提到了日程上,本校将灰鼠皮肤去毛冻干后在沈阳药科大学做药理实验证明了与新鲜皮肤的药理作用相同, 复水后在生物显微镜下做组织观察, 与鲜皮细胞组织基本相同。现正在国家自然科学基金的资助下,与中国医科大学合作开展家兔角膜的冻干实验研究。
4 冻干理论的研究现状及发展趋势
真空冷冻干燥技术的理论研究可概括为低压低温传热传质的理论研究,非稳态流场的理论研究和热物性参数与其测量方法研究三大部分。其中低压低温传热传质的理论研究进行得比较早,效果比较明显,目前公认的冻干模型可归纳成三种:一种是1976 年Sandall 等提出的冰界面均匀后移的稳态模型(URIF) ; 另一种是1968 年Dryer [6 ]等提出的准稳态模型; 第三种是1979 年Litchield 等提出的吸附- 升华模型。这几种模型都可以描述冻干过程,但又都存在着不足,描述传热过程比较准确,描述传质过程误差较大。主要问题是在传质过程中要发生固- 汽相变,水蒸气在多孔的通道中传递,通道长度要随时间不同而变化,是非稳态过程。多孔通道的结构尺寸还与预冻速度、被冻干物料的物质结构等有关。从近几年的研究报道中还没有见到有新的突破。冻干过程传热传质的理论研究重点是研究发生在被冻干物料内部的过程。非稳态流场的理论研究,重点是研究物料之外、冻干机之内的低压低温空间环境。描述该空间环境的参数有温度、压力、湿度等,这些参数形成的温度场、压力场、湿度分布等都是随时间变化的非稳态流场,这些非稳态流场的模拟方法至今还是个难题。冻干机捕水器中的非稳态流场中又增加了一个汽- 固相变的问题,使研究更加复杂化。因此,近几年虽然有人研究并发表了论文,但都没有形成有效的理论,仍然是值得深入研究的课题之一。无论是传热传质理论研究还是非稳态流场理论研究,都需要一些热物性参数,例如被冻干物料的密度、导热系数、传质系数、水分含量等。由于被冻干物料是各种各样的,无法查找这些数据,需要自己测量。测量时采用什么方法、什么仪表、什么原理等都是研究的课题。还有一类热物性参数测量更是比较困难,这就是在低温低压下湿空气和霜层的特性参数。例如,在真空条件下霜层的密度、厚度、导热系数等都随时间、温度、压力而变化,研究工作相当困难,进展缓慢。
5 结束语
从上述分析可见,冻干技术发展很快,存在问题也不少。迈向21 世纪的冻干技术,除了在设备、工艺和理论方面开展更新、更好、更深入地研究之外,还有待于开拓市场。目前冻干产品销售情况不景气, 除国际市场受东南亚经济危机的影响外, 也受冻干产品质量和品种的制约。国内市场受冻干产品的价格限制,也受新鲜果蔬生产和保鲜技术的冲击。开拓市场的方向应该是上品种、重质量、降价格、面向国外。冻干技术还需开发新的应用领域,生命科学、材料科学等都是冻干技术的交叉学科,是很有发展前途的领域,应该作为开发应用新领域的首选范围。
参考文献:
[ 1 ] 赵鹤臬,林秀试. 冷冻干燥技术[M] . 湖北:华中理工大学出版社,1990.
[ 2 ] 徐成海. 真空低温技术与设备[M] . 北京:冶金工业出版社,1995.
[ 3 ] 张兆祥,晏继文,徐成海,等. 真空冷冻干燥与气调保鲜[M] . 北京:中国民航出版社,1996.
[ 4 ] 高福成. 冻干食品[M] . 北京:中国轻工业出版社,1998 ,5.
[ 5 ] 余善鸣,白杰,马国庆. 果蔬保鲜与冷冻干燥技术[M] . 哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1999.
[ 6 ] DYRE D E ,SUNDERLAND J E. Heat and mass t ransfer mechanisms in sublimation deh ydration[J ] . Journal of Heat Transfer ,1968 ,12 :379.
