240吨每年冷冻干燥食品生产线设计文档格式.docx

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摘要：

真空冷冻干燥技术是目前被世界公认的最先进的食品加工技术。

本文首先概述了真空冷冻干燥技术在食品加工中的研究综述，然后主要介绍了真空冷冻干燥的基本原理以及在食品加工过程中的应用，最后探讨了真空冷冻干燥技术的应用在国内外的发展状况的展望。

关键词：

真空冷冻干燥技术；

食品加工；

应用

引言

真空冷冻干燥装置的设计制造等没有一套成熟的计算方法和检测标准，真空冷冻干燥食品、果蔬、花卉等也没有一套现成的预冷工艺，基本上是凭经验。

因此，迫切需要加强对这些问题的探讨和关注。

下文主要探讨了真空冷冻干燥技术在食品加工中的应用的综述及其应用的实践，最后对真空冷冻干燥技术在食品加工中的应用进行了展望。

1真空冷冻干燥技术在食品加工中的重要生产工艺和应用现状的综述

1.1真空冷冻干燥原理与特点

1.1.1真空冷冻干燥的原理

根据热力学中的相平衡理论，水的三相点（汽、液、固三相共存）温度为0.0098℃，三相点压力为609.3Pa（4.57mm/mg）在水的相变过程中，当压力低于三相点压力时，固态冰可以直接转化为气态的水蒸气即冰晶升华。

真空冷冻干燥即是把含有大量水的物质预先冷冻，使物质中的游离水结晶，冻结成固体，泳后在高真空条件下使物质中的冰晶升华，待冰晶升华后再除去物质中部分吸附水，最终得到残余水量为1%~4%左右的干制品。

真空冷冻干燥简称为冻干。

1.1.2真空冷冻干燥的特点

冻干过程决定了其干制品具有如下特点：

1.2.1.1食品干燥是在低温（-40℃~55℃）下进行，且处于高真空状态，因此，特别适用于热敏性高和极易氧化的食品的干燥，可以保留新鲜食品的色香味及营养成分。

1.2.1.2干制品不失原有的固体骨架结构，保持物料原有的形态。

1.2.1.3冻干制品具有多孔结构，因此，具有很理想的速溶性和快速复水性.复水时，比其它干燥方法生产的食品更接近新鲜食品。

1.2.1.4在升华过程中溶于水的可溶性物质就地析出，避免了一般干燥方法中因物料内部水分向表面迁移而将无机盐和营养携带到物料表面而造成表面硬化和营养损失的现象。

1.2.1.5冻干食品采用真空或充氮包装和避光保存，可保持5年不变质。

与速冻食品相比免除了运输储存、销售过程中耗费很高的冷藏链，真空冷冻干燥被认为是生产高品质食品的最好的方法。

1.3真空冷冻干燥食品的国内外研究综述

冻干技术是前苏联科学家拉巴-斯塔罗仁连茨基1921年发明的，直到1943年美国首先在制药工业领域内采用这项新技术，60年代起德国、荷兰等西欧国家才开始将这项技术用于食品工业。

随后日、美、英、法和港、台等一些发达国家和地区相继建立起冻干食品加工厂，目前已达到工业化生产程度。

我国冻干食品起步也较早，自50年代就开始研究冻干技术在食品加工中的应用，并取得了一定成绩。

70年代北京、大连、上海等地就建立了试验和生产基地，但由于产品缺乏市场，这些基地被相继拆除。

随着我国食品工业的发展，国际、国内市场对冻干食品的需求，人们对冻干食品方便、保健、营养、卫生、耐贮藏等特点有了更进一步的认识，并开展了该技术和设备的试验研究，取得了可喜成果。

总的来看，我国自70年代到80年代后期，在冻干技术和设备方面仅仅限于科研试验，到了90年代才有了长足的发展。

目前，河南、宁夏、新疆、河北、山东等地已经建成或正在筹建一批冻干食品厂，这标志着我国冻干食品市场正在启动和发展。

1.4真空冷冻干燥技术在食品加工中的重要生产工艺研究现状

真空冻干食品生产工艺技术是一种非常复杂，下文就近几年对真空冷冻干燥食品在生产工艺条件中确定的预冻速率、预冻终点温度、加热方式和温度、干燥室真空度及料盘载重量等重要关键技术的研究及结果进行综述。

1.4.1预冷速率和预冷终点温度。

①预冷速率优化冻结过程会产生不同粒度的冰晶而直接影响升华干燥速度，陈仪南等人的研究结果表述了结冰速率与冰晶形状和数量之间的相互关系，对于大部分属于块状、条状、片状的果蔬原料，在传统的慢式冷冻干燥工艺条件下制成的食品品质劣化，而在真空冷冻干燥工艺条件下制成的食品，食品可基本保持原有的品质，实践表明适当的冷冻方式-预冷冻预冻速率既不影响产品质量，又可加快干燥速率。

②预冻终点温度优化冻干食品在升华干燥时，物料有部分液体存在，在真空下会迅速蒸发，造成液体浓缩，营养成分流失，产品体积缩小。

因此预冻终点温度一般要求低于物料共晶点温度（食品物料中水分全部冻结的温度，可用电阻法测定，预冻终点温度可避免冻温过低或过高，造成冷冻能耗过高或影响产品质量，一般要求低于物料共晶点温度5℃-10℃左右。

1.4.2加热方式与温度。

食品冻干则大多采用辐射供热方式，该方式将装有物料的托盘置于两辐射加热板中间，热量由上下两加热板（隔板）以辐射的形式传给物料，其供热温度（隔板温度）在水分升华阶段必须以维持物料冰层不超过共融点（完全冻结的食品，当温度升高到某一点时，开始出现冰晶熔化的温度点，可用电阻法测定为最高限，否则会严重影响冻干过程和冻干食品的质量和外观。

因此，在特定的传热方式下，干燥过程的升华和解吸过程，只有采用合理的加热温度才能在保证制品质量的前提下，缩短干燥时间，提高干燥效率，从而降低能耗。

1.4.3干燥室真空度。

干燥室真空度的高低与升华、解吸过程的传热、传质速率关系密切，干燥过程同时进行着热量传递（传热）和质量传递（传质-蒸气排除）两个过程。

稳定的真空度对应着干燥仓内食品稳定的升华温度，也决定了冻干食品残余的含水量。

在干燥过程中，升华受传热还是传质控制是很多种因素影响的，二者可互为转化。

由此，必须权衡传热、传质的平衡关系，经过实验获得有利于传热和传质的最佳干燥室真空度的数值。

1.4.4料盘装载量。

干燥时，单位面积料盘上被干燥食品的湿重装载量是决定干燥时间的重要因素，一般情况下，物料堆积的厚度愈薄，传热和传质速度越快，干燥时间愈短。

但是，物料厚度薄则单位冻干面积上每批次干燥的物料少，对提高单位冻干面积和单位时间产量不利。

因此，单位面积料盘所装载的物料量应根据加热方式和物料的种类以及干燥效率综合而定，一般控制在10-20mm为宜。

2真空冷冻干燥技术在食品加工方面的应用与实践

目前适合用真空冷冻干燥加工的食品有近百种，包含了大部分的果蔬、水产、肉禽等。

由于冻干技术有着特有的优势，对于营养保健类食品更是热衷于采用这一技术，如人参、鲜蜜、鹿茸、花粉等等，同时为了改善一些粉状食品的理化特性通常也要利用该项技术。

如速溶饮料就是采用冻干技术、膜分离技术及超滤技术生产的，产品有速溶茶、速溶咖啡等。

2.1即溶食用粉体的制备

即溶食用粉体如咖啡、速溶茶等已形成相当的工业生产规模，而且市场需求还在不断增长，规模还有进一步扩大的趋势。

利用真空冷冻干燥技生产的冻干咖啡是目前世界上品质最佳、风味和口感最好的速溶咖啡，它彻底避免了喷雾干燥咖啡或凝聚增香咖啡生产中高温干燥过程对咖啡品质的损害，完好地保留了炒磨咖啡的风味和口感，速溶咖啡的品质从此得到很大的提高。

冻干咖啡的生产流程包括：

预处理→炒→磨碎→萃取→真空浓缩→真空冷冻干燥。

此外，冷冻干燥技术在茶饮料的制作上也得到了应用。

随着科学技术的发展，人们生活水平的提高，传统的用开水泡茶这单一的饮茶模式已难以满足人们生活的多种要求和快节奏生活的需求。

饮用方便、无需倒茶渣的速溶茶及各种茶饮料应运而生。

速溶茶的一般工艺流程：

茶叶→拼配→浸提→净化→浓缩→预冻结→冻干→包装。

如速溶乌龙茶的整条生产线，其生产流程：

多功能提取罐→过滤→精滤装置→平衡罐→超滤装置→反渗透装置→储液输送罐→自动罐注机→速冻库→真空冷冻干燥箱→制粉→包装。

2.2功能有效成分的保护

许多保健作用良好的食品原料，往往在生产加工过程中，由于技术条件和一些理化参数的不稳定，使得其中的功能成分被破坏或损失。

在这类食品的加工时，就极需要运用高新技术手段克服这一难题，目前采用的高新技术手段有膜过滤分离、微胶囊化、辐照技术、超临界萃取、食品生物技术、高压加工、无菌包装以及真空冷冻干燥等等。

如奶牛初乳含有丰富的免疫活性物质，其中免疫球蛋白、乳铁蛋白、溶菌酶等免疫活性成分含量高于常乳的几十倍至几千倍，是目前最理想的保健食品添加剂。

由于其活性难于加工保存，对加工技术提出了较高要求。

芦荟中含有黄酮类化合物、多糖及其他营养成分，具有增强免疫功能、抑菌消炎、镇静止痛、促进伤口愈合、恢复机体生理机能、促进血液循环等多种药理作用。

将芦荟鲜叶进行深度加工，在得到稳定化的凝胶汁和浓缩汁的基础上，进行真空冷冻干燥得到芦荟冷冻干粉，可作为加工化妆品、保健品、食品、药品等产品的原料。

3真空冷冻干燥技术在食品加工中的应用展望

冻干食品是一个高科技、高附加值的食品开发项目。

目前，世界上共有规模较大的冻干食品企业约130家。

生产真空冷冻干燥设备的厂家也很多。

整体技术，结构形式较先进的有丹麦、德国、日本、英国、瑞典等几家大公司。

长期以来我国的农牧产品一直徘徊在出口原料或初级加工阶段，技术含量低，而我国冻干食品工业尚处在发展初期，产量还比较低。

而我国是农业大国，有丰富的蔬菜、肉食、水产资源等，同时，我国冻干食品生产成本较低，由此引来国外商家的大量求购。

因此，通过应用真空冷冻干燥这一高新技术进行食品加工，将提高我国出口食品的档次获得较高的附加值，将会形成国民经济新的增长点。

而在目前西部大开发的大好机遇下，对不发达的边远山区，可大力发展农业的深加工，增加出口创汇，从而形成我们自己的前景好、利润大的出口创汇支柱产业。

随着我国人民生活水平的提高，对食品的要求也发生了质的变化。

人们开始购买更多精美昂贵的食品，特别是高品质的婴儿食品和功能食品，而这些高品质食品的生产大多采用冻干技术。

另外，我国食品资源非常丰富，如猪肉、鸡肉、葱、大蒜、胡萝卜、青辣椒等食品的产量均为世界第一，香菇、蘑菇、草菇、木耳、银耳五大菌类食品，年产量高达58.5万吨，如果能加工成冻干食品，销往国际市场，其经济效益必将十分可观。

再者，我国的海产品、调味品（香菜、姜）、果蔬、茶叶、名贵中药材、植物蛋白等资源也极其丰富，有的（如人参、蜂皇浆、冬虫草）在国内、外还享有较高声誉，是发展冻干食品极为有利的物质基础。

同时，生活节奏的加快，也使得快速方便食品越来越受到消费者（尤其是家庭主妇）的青睐。

因此，发展冻干食品前途无量。

结束语

我国是食品生产大国，食品工业的发展离不开高新技术加工手段，同类产品用不同方法生产加工，产品品质和市场前景会有很大的差异。

我国现已成功入世，为农产品出口带来了良好机遇，同时也对食品加工提出了更高的要求，过去出口配额的限制已经成为历史，非关税的技术壁垒给企业带来了新的挑战。

如何融入国际大市场参与国际竞争，需要相关产业的共同努力。

我国冻干食品的加工业存在最大的问题是国内冻干设备的落后，极大地制约了这类产品的迅速发展。

因此，冻干食品相关产业厂家应该在未雨绸缪时及早做好准备。

参考文献

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２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

1本课题研究和解决的问题

通过研究食品冷冻干燥加工工艺条件，以及通过计算确定设备的生产能力，从而对生产线中各设备进行选型，进而设计出240吨/年冷冻干燥食品生产线设计。

具体可分为以下几个方面：

（1）生产工艺流程及工艺参数确定。

（2）厂址选择。

（3）总车间平面布置。

（4）预处理车间设备造型及布置。

（5）热风干燥车间设备造型及布置。

（6）包装车间设备造型及布置。

（7）车间管路布置。

2设计内容

2.1设计任务

240吨/年冷冻干燥食品生产线设计

2.2设计要求

（1）从实际情况出发，根据工艺流程选择合理的方案。

（2）经济上合理，技术上先进。

（3）尽可能减轻工厂的劳动强度，使工人有一个良好的劳动工作条件。

（4）在三废治理和环境保护方面必须符合国家有关规定

（5）考虑到食品生产的季节差异性。

2.3设计方法

（1）确定工艺流程。

（2）根据流程和设备布置，确定厂房、面积、柱距宽度和高度。

（3）在进行平面布置调整时，要相应的考虑立面位置的设计。

（4）检查、审核草图，正式绘制设备布置流程图。

（5）在计算机上绘制出热风干燥生产线。

2.4设计原则

2.4.1工艺流程设计原则

（1）考虑到产品调度的许可性，估计到生产中可能发生的故障，使生产能正常进行。

（2）保证安全生产，工艺过程要配备完善的控制仪表和安全设施。

如安全阀、报警器、阻火器，呼吸阀、压力表、温度计等。

加热介质尽量采取高温、低压、非易燃易爆物质。

2.4.2车间布置设计的设计原则

（1）符合常用的车间布置设计规范和规定。

有粮油食品行业设计规范，工业企业设计防火规定，化工厂设计防火规范，工业企业设计卫生标准，工业企业噪声卫生标准，化工企业爆炸和火灾危险场所电力设计技术规定，粮油食品企业生产技术安全操作规程。

（2）在布置设备时一定要满足工艺流程顺序，保证水平方向和垂直方向的连续性。

对于有压差的设备，应充分利用高位差布置，以节省动力设备及费用。

（3）设备之间或设备与墙之间的净距离大小应结合布置要求，及设备大小，设备上连接的管线的多少，管径的粗细，检修的频繁程度等各种因数，再根据生产经验，决定设备安装的安全距离。

2.5研究手段

2.5.1准备资料和参考资料

《机械工程手册》，《化工机械手册》，《食品工厂设计》，《化工原理》，《食品机械设备》，《食品工厂机械与设备》，《食品科学》，《粮食厂仓建筑概论》，《常用食品数据手册》

2.5.2分步解决以下问题

（1）生产工艺技术方案

（2）物料及热量衡算

（3）实现造型和布置效率最大化

（4）工艺生产线自动控制

工作进度计划

2011年3月--6月整个毕业设计过程

3月1日--3月26日查找国内外文献资料

3月27日--5月31日到食品厂进行实习，进行设计计算，设备选型，原料预处理车间的工艺流程设计，车间布置，管路布置及全厂总平面布置，准备答辩。

6月1日--6月4日课题答辩。

指导教师意见：

1．对“文献综述”的评语：

本课题同学查阅了大量国内外冷冻干燥食品的生产工艺和生产设备的有关资料，对该行业的发展历史、现状和发展趋势等方面有了一定的了解，对完成本课题有了明确的方向和方法。

本文献综述结构清晰，内容完善、充实。

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计结果的预测：

本设计课题的深度、广度、难度适宜，工作量大小适当，本开题报告对本课题的内容有比较深入的了解，对本课题设计前期准备充分，时间安排合理，预计会在规定的时间内完成本课题的设计任务。

同意开题。

指导教师：

2011年3月28日

系（教研室）审核意见：

负责人：