山楂漿抽真空凍結的實驗研究

2009-02-02 彭潤玲東北大學機械工程與自動化學院

實驗設備及方法

采用GLZ-0.4型實驗室用凍干機,圖4給出了該機的結構示意圖。真空系統主泵為1臺D16c型雙級旋片式真空泵,抽速為17m3/h,開氣鎮閥極限壓力為6×10-3Pa,關氣鎮閥極限壓力為3×10-3Pa,泵內裝N62油。制冷系統為復疊式制冷壓縮機組;擱板為間冷式,最低溫度控制在-60℃;捕水器為直冷式,最低溫度可達-75℃。凍干室內裝有壓力調節閥,可調節真空度;室內裝有3 塊擱板,總面積為0.4m2,每塊擱板上均裝有測溫探頭,物料內留有測溫探頭。壓力測量選用兩塊儀表,CPCA-110Z 型電容薄膜式絕對壓力變送器,量程為0.2～0.2×103 Pa,ZDR-I型數顯電阻真空計,測量范圍在1×105～1×10-1Pa之間。整機為計算機自動控制,具有設定凍干曲線,實時顯示,記錄存貯,隨時調閱修改,彩色打印輸出等功能。

實驗方法是將裝有山楂漿的料盤放在擱板上,不必制冷擱板,只給捕水器制冷到-20℃之后,開啟真空泵直接抽真空。隨著壓力降低,山楂漿內水分蒸發,外界不提供蒸發潛熱,而物料本身自然降溫而實現凍結。

物料厚度對真空凍結的影響

圖5 給出了山楂漿厚度分別為3mm,5mm,7mm,9mm和12mm的抽真空凍結過程時間與溫度關系的實驗曲線。從圖中可以看出,山楂漿厚度不僅影響降溫速率,還影響其最終凍結溫度。厚度太小,降溫速率快,而達到的最終凍結溫度較高;厚度太大,降溫速率慢,而達到最終凍結溫度也高。顯然,有一個最佳厚度,即7mm厚時,降溫速率較快,可達4.9℃/min,最終凍結溫度最低,可達-34.7℃。

1.凍干箱2.水汽凝結器(冷阱) 3.阱泵閥4.真空泵5.箱阱蝶閥6.真空調節閥7.循環泵8.電加熱器9.板式換熱器10.高溫調溫閥11.箱供液閥12.阱供液閥13.蒸發冷凝器14.供液閥15.低溫機16.高溫機

圖4 GLZ-0.4型凍干機結構示意圖

圖5 山楂漿厚度對抽真空自凍結的影響

物料初始含水率對真空凍結的影響

選用漿料厚度為7mm，含水量分別為75.62%、73.60%、66.85%、58.93%的鮮山楂漿,裝在玻璃皿中,放在凍干箱的擱板上,測溫探頭放在物料中,偏于物料底部,關好凍干箱門。待捕水器制冷到-20℃之后,開啟真空泵。在抽真空過程中記錄下物料溫度隨時間的變化如圖6所示。結果表明,山楂漿初始含水率不僅影響降溫速率,而且還影響最終凍結溫度。初始含水率越低,降溫速率越慢,最終溫度越高,越不易凍結。

抽真空凍結實驗現象分析

觀察抽真空凍結實驗發現,抽真空開始后物料表面有起氣泡和飛濺現象。起泡和飛濺的激烈程度與物料厚度和含水率都有關系。厚度越厚,起泡和飛濺越小,幾乎成正比關系;含水量越高,起泡和飛濺越強烈。物料厚度太薄(圖5中3mm),含水率太低(圖6中58.93%),凍結最終溫度高于山楂漿共晶點溫度時,不能夠采用抽真空法自凍結,否則凍干產品的品質會受到影響。