一种以二氧化碳为冷媒的果蔬节能冻干工艺

技术领域

本发明食品加工领域，特别涉及一种以二氧化碳为冷媒的果蔬节能冻干工艺。

背景技术

真空冷冻干燥技术是目前逐渐被广泛使用的一种果蔬干燥技术，在传统的真空冷冻干燥装备和生产工艺中，采用的冷媒基本上都是氟利昂。氟利昂冷却系统技术成熟，制作成本相对较低，维护也比较容易，得到广泛的采用。但是氟利昂化学性质稳定，不具有可燃性和毒性，广泛用于家用电器、泡沫塑料、日用化学品、汽车、消防器材等领域。氟利昂冷机不可避免会存在各种泄露，泄露的氟利昂会破坏大气臭氧层，已在全球范围内限制使用。我国承诺，在2016年开始对氟利昂生产实施冻结，冻结在2015年的水平，然后逐年淘汰，到2040年生产和消费降到零。

二氧化碳作为制冷剂使用的历史早于氟利昂，但是由于工作压力高，设备制作成本高，安全性相对较低，所以逐渐被氟利昂所取代。近十几年，随着氟利昂对环境有负面影响将逐渐被淘汰，二氧化碳作为制冷剂重新进入人们的视野。

二氧化碳与其他常见制冷剂有几个关键区别，包括：高工作压力，工作温度范围窄，三相点压力更高(-69.9其他，75.1psia)，在临界点(87.9界点)温度更低。

从最初的成本角度来看，二氧化碳系统的成本比传统的氟利昂要高10％至20％。然而，随着制造商开始将全系列的二氧化碳标准产品推向市场，成本将会越来越低，与传统的氟利昂系统、氨系统相比变得非常具有竞争力。对于蒸发器温度低于-40将会的应用，系统变得更便宜。

采用二氧化碳作为冷媒的果蔬节能真空冷冻干燥方法与传统的氟利昂冷媒的真空冷冻干燥工艺相比具有以下优点：首先，二氧化碳取代氟利昂，没有氟利昂泄露，不会污染环境，破坏臭氧层；其次，系统中二氧化碳冷井的温度比氟利昂冷井温度更低，干燥产生的水蒸汽冷却速度更快，有利于加快干燥速度；接着，二氧化碳能量回收系统工作温差大，能量回收率高，回收的热水温度高，可以直接用于果蔬原料的前处理；最后，二氧化碳冷媒的系统制作成本比传统的氟利昂系统略高，但是运行成本相近，能量回收率高，具有较好的经济效益，为此，我们提出一种以二氧化碳为冷媒的果蔬节能冻干工艺。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种以二氧化碳为冷媒的果蔬节能冻干工艺，在该区域内的设备，一方面，采用二氧化碳取代氟利昂作为果蔬冻干过程中的冷媒，没有氟利昂泄露，不会污染环境，避免破坏臭氧层造成温室效应的加重，同时，采用二氧化碳作为冷媒，冷井的温度比氟利昂冷井温度更低，干燥产生的水蒸汽冷却速度更快，干燥速度快；二氧化碳能量回收系统能量回收效率高，回收的热水温度高，可以直接用于果蔬原料的前处理。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种以二氧化碳为冷媒的果蔬节能冻干工艺，包括以下步骤：

S1：新鲜果蔬经挑选、预处理、速冻，备用；

S2：速冻后的果蔬物料装盘，厚度2-5cm，置于真空冷冻干燥机内进行真空冷冻干燥，真空冷冻干燥温度40-60℃，真空度5-120Pa，冷井温度-35～-40℃，时间12-36hr；

S3：冻干过程中产生的水蒸汽被真空泵输送到真空系统中的二氧化碳冷井，迅速冻成冰霜，保持真空冷冻干燥系统内水蒸汽分压处于较低的水平，加速果蔬原料中水份的升华速度；

S4：通过二氧化碳冷井的二氧化碳流体经过吸热后温度升高，再经过压缩机的作用变成高温高压的二氧化碳流体，通过换热器将热量传递给热交换器另一端的冷水，冷水吸热变成85-98℃热水，高温高压的二氧化碳流体释放热量后变成30℃以下的液态二氧化碳；

S5：液态二氧化碳经过膨胀阀减压大量吸热，迅速降低到-40℃以下，经过冷井的换热吸取水蒸汽的热量后升温到-10℃以上，回到压缩机循环使用；

S6：收集冻干后的果蔬产品，包装检验后即为成品。

优选的，所述步骤S3中，冻干过程中产生的水蒸汽被真空泵输送到真空系统中的二氧化碳冷井，迅速冻成冰霜，冷井需要预冷到-35--40℃，以保证冻干初期产生的大量水蒸汽能够迅速冻成冰霜。

优选的，所述步骤S4中，压缩机出来的高温高压二氧化碳流体经过热交换，热水温度可以根据需要达到85-98℃，直接用于果蔬前处理的杀青、消毒。

优选的，所述步骤S5中，控制二氧化碳的流量，保证回流到压缩机循环使用的二氧化碳温度不低于-10℃，满足压缩机正常运转的需求。

(三)有益效果

本发明提供了一种以二氧化碳为冷媒的果蔬节能冻干工艺，具备以下有益效果：

(1)、该以二氧化碳为冷媒的果蔬节能冻干工艺，采用二氧化碳取代氟利昂作为果蔬冻干过程中的冷媒，没有氟利昂泄露，不会污染环境，避免破坏臭氧层造成温室效应的加重；

(2)、该以二氧化碳为冷媒的果蔬节能冻干工艺，采用二氧化碳作为冷媒，冷井的温度比氟利昂冷井温度更低，干燥产生的水蒸汽冷却速度更快，干燥速度快；二氧化碳能量回收系统能量回收效率高，回收的热水温度高，可以直接用于果蔬原料的前处理。

附图说明

图1为本发明一种以二氧化碳为冷媒的果蔬节能冻干工艺的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例一：

挑选新鲜的胡萝卜果实，去除破损、腐烂、霉变的部分，清洗，去皮，切成3mm厚的均匀薄片，90℃热水漂烫1min，立即放入冷水中冷却，转入-40℃冷库中冻结5hr以上，速冻好的胡萝卜片均匀装盘，厚度3cm，置于真空冷冻干燥机中进行冻干，冻干过程中升华阶段料盘加热温度40℃，初始真空度100Pa，终了真空度5Pa，解析阶段料盘加热温度45℃，冻干时间18hr。

二氧化碳冷井与能量回收系统参数为：二氧化碳冷井温度-40℃，二氧化碳压缩机出口端116℃，出口端29℃，冷却水入口端25℃，出口端85℃，二氧化碳压缩机入口端-9℃。

85℃热水经过保温管道回到胡萝卜前处理端循环使用，冻干的胡萝卜采用复合铝箔袋包装，抽样分析，含水率低于5％。

实施例二：

挑选新鲜的香葱，去除黄叶、腐叶，清洗，切成2cm的小段，90℃热水漂烫45s，立即用冷水喷淋冷却至室温，冷却的香葱段沥水后转入料盘布料，厚度4cm，转入-20℃冷库中冻结4hr以上，速冻好的香葱料盘转入真空冷冻干燥机中进行冻干，冻干过程中升华阶段料盘加热温度55℃，初始真空度120Pa，终了真空度50Pa，解析阶段料盘加热温度60℃，冻干时间11hr。

二氧化碳冷井与能量回收系统参数为：二氧化碳冷井温度-35℃，二氧化碳压缩机出口端118℃，出口端30℃，冷却水入口端25℃，出口端86℃，二氧化碳压缩机入口端-6℃。

86℃热水经过保温管道回到香葱前处理端循环使用，冻干的香葱采用普通塑料袋真空包装，抽样分析，含水率低于6％。

实施例三：

挑选新鲜的双孢蘑菇，要求颜色白、形状完整、没有机械破损和病虫害，用流动清水清洗去除表面的泥土、粉尘等污物，沥干表面的水分，切成4mm的薄片，采用护色液浸泡10min，沥干，流动清水冲洗5min，沥干，沥水后双孢蘑菇薄片装入料盘布料，厚度3cm，转入-35℃冷库中冻结5hr以上，速冻好的双孢蘑菇料盘转入真空冷冻干燥机中进行冻干，冻干过程中升华阶段料盘加热温度60℃，初始真空度100Pa，终了真空度30Pa，解析阶段料盘加热温度60℃，冻干时间15hr。

二氧化碳冷井与能量回收系统参数为：二氧化碳冷井温度-40℃，二氧化碳压缩机出口端116℃，出口端28℃，冷却水入口端22℃，出口端88℃，二氧化碳压缩机入口端-8℃。

88℃热水经过保温管道回到双孢蘑菇前处理端循环使用，冻干的双孢蘑菇片采用普通塑料袋真空包装，抽样分析，含水率低于5％。

实施例四：

以速冻的草莓为原料，-10℃回软2hr，切成6-8mm的薄片，切片后迅速装盘，厚度不超过3cm，转入-25℃冷库中冻结2hr以上，速冻好的草莓料盘转入真空冷冻干燥机中进行冻干，冻干过程中升华阶段料盘加热温度100℃，初始真空度150Pa，终了真空度50Pa，解析阶段料盘加热温度60℃，冻干时间8hr。

二氧化碳冷井与能量回收系统参数为：二氧化碳冷井温度-35℃，二氧化碳压缩机出口端118℃，出口端28℃，冷却水入口端22℃，出口端86℃，二氧化碳压缩机入口端-6℃。

86℃热水经过保温管道循环使用，冻干的草莓片采用双层PE塑料袋真空包装，抽样分析，含水率低于8％。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”，该文中出现的电器元件均与外界的主控器及220V市电电连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。