冷冻浓缩设备【试论冷冻浓缩技术的应用与进展2900字】

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试论冷冻浓缩技术的应用与进展2900字

试论冷冻浓缩技术的应用与进展2900字 [论文摘要]随着人类对自身健康的关注及生活水平的提高,冷冻技术被广泛 的应用到了食品加工技术上,主要对冷冻技术的 发展 和应用作阐述。

近年来,人类的生活水平的提高,高品质、高附加值产品日益增加,高档饮 料、果汁、生物制药等也逐渐成为人们日常消费的主体。推动了食品的加工技术 与方法的发展,食品原料中含有的营养成分与风味物质等要得到最大限度的保护 就离不开冷冻浓缩技术。

一、冷冻浓缩技术国内外发展现状 (一)国外发展概况 自上世纪50年代末学者们开始关注冷冻浓缩这一工艺以来,人类对冷冻浓缩 技术的研究已有较长的 历史 。荷兰Eindhoven大学Thijssen等在70年代成功地 利用奥斯特瓦尔德成熟效应设置了再结晶过程造大冰晶,并建立了冰晶生长与种 晶大小及添加量的模型,从此冷冻浓缩技术被应用于 工业 化生产。依此制造的 Grenco冷冻浓缩设备在食品工业中用于果汁、葡萄酒、咖啡提取物、牛奶等的浓 缩,得到了高质量的产品。

之后,Shirai等为降低成本在采用悬浮结晶冷冻法时将小冰晶凝聚成为大冰 晶来减小单位体积冰晶的表面积。研究者以10%(质量分数)的葡萄糖溶液做试料, 在0.212K的过冷却度下,添加占溶液总量6%(质量分数)的种晶,经7h凝聚成直径 为0.77mm~2.85mm的大冰晶。他们还将此方法用于海水淡化及烧酒废液处理等方 面。Marino Rodriguez等[3]对比研究了反渗透法和冷冻浓缩法在从废水中去除 戊酸中的应用,两种操作方法的 经济 运算结果表明冷冻浓缩法的能耗虽是反渗 透的五倍,但却正好折中了反渗透中所用膜的代价。

F.A. Ramos将冷冻浓缩技术应用于一种生长于安第斯山脉的浆果,发现此技术并未改变其果肉的色泽及PH值,并明显降低了挥发性物质的损失量,且很好地 保留了浆果独特的香味。

Osato Miyawaki将管式结冰渐进式冷冻浓缩系统应用于咖啡萃取物可其溶 液浓缩至30%,含果肉的番茄汁可浓缩至12.5%,而将夹带有5%果肉的冰相溶解再 次经过管状结冰器浓缩后所得冰相的浓度低至0.25%,如果事先将果肉去除,则 番茄汁可浓缩至40%,蔗糖水溶液可由41.8%浓缩至54.8%,且浓缩效果非常好。

(二)国内研究及应用现状 由于冷冻浓缩的基本原理很简单,我国传统的老陈醋生产工艺中就曾应用过 冷冻浓缩技术。近年来,该技术在国内已被广泛应用于各行业中,并在相关理论 和设备开发上取得了许多新进展。

1. 酿酒业。冷冻浓缩的优势尤其可用于酿酒产业。冷冻浓缩技术最先在啤 酒工业中应用,可在除去冰晶的同时除去形成混浊的多酚、丹宁酸等物质,从而 减少啤酒的贮存容积,特别是对冷冻浓缩后的啤酒采用混合水技术可以完全恢复 到原来的啤酒。后来,有人通过对葡萄酒进行冷冻分离试验,发现酒精和还原糖 比较易于利用冷冻法在液相中进行浓缩分离,通过冷冻浓缩技术改善了干白葡萄 酒的品质。

2.果汁工业。我国是生产甘蔗的大国,将糖蔗改种果蔗并加工成甘蔗汁既解 决了甘蔗的销路,又满足了人们对果汁日益增长的需要。甘蔗汁的热敏性很强, 对其进行普通的蒸发浓缩极容易使甘蔗汁焦糖化,丧失其特有的风味。应用冷冻 浓缩工艺对甘蔗汁的处理,对浓缩前后的甘蔗汁进行了感官上的比较,发现浓缩 后的甘蔗汁品质稳定,除了在颜色、气味、甜味方面感觉更加浓重外,其它基本 保持了冷冻浓缩前甘蔗汁的原有风味。

3. 制药业。冷冻浓缩已发展应用到制药工业,因此它为开发新产品和改良 品种大开方便之门,并且通过其高效的加工节省能源。用冷冻浓缩工艺对中药水 提取液进行中试规模的浓缩试验制取口服液,试验表明用冷冻浓缩工艺代替真空 蒸发浓缩可免去某些口服液制造过程中的醇沉工序,从而改善口服液的口感。由于木聚糖酶解所得到的低聚木糖溶液常常需要脱水浓缩,如采用真空蒸发 浓缩,可能导致低聚木糖在加热管表面结焦变性,降低产品的质量。江华等研究 了低聚木糖溶液冷冻浓缩时的冰晶生长动力学以及悬浮结晶法冷冻浓缩低聚木 糖溶液过程中各因素对低聚木糖在固液两相中分配的影响,为低聚木糖冷冻浓缩 过程的开发利用提供了理论依据。

二、冷冻技术 发展 方向 食品冷冻浓缩技术与传统浓缩方法相比,其浓缩产品的质量是最好的,但仍 存在某些问题。当物料粘度高时难以生成大冰晶,且由于迅速冷却而形成的微小 冰晶不能彻底从母液中分离出来,难以回收附在冰晶上的可溶性固形物和一些有 效成分,从而限制了它的推广与使用。

近年来有关冷冻浓缩的理论和技术又取得一些新进展。其中,将冰核细菌 (Ice Nucleation-Active Bacteria,简称INA细菌)用于食品冷冻浓缩中,是生 物技术在食品中的一项独特应用。国外已有相关 文献 报道,表明INA细菌可显 著提高食品的过冷点,缩短冷冻时间,节省大量能源;
还可促进较大冰晶的生长, 使结晶操作成本降低,同时又使分离操作所需费用及因冰晶夹带所引起的溶质损 失减少。

Kumeno等用X.campestris INXC-1对蛋清冷冻浓缩后加热形成硬胶,其物理 性质如起泡性、稳定性、硬度、粘弹性等均优于常规生产的产品。Minjung等用 P.syringae冷冻浓缩苹果汁,加入细菌的样品在-2.2℃就出现冰核并开始结冰, 而不加细菌的样品则无结冰现象。

Watanabe等用海藻酸钙包埋E.ananas制成活性胶囊,加入蛋清中做冷冻试验, 发现加了细菌的约在-3℃就有冰晶析出,而没加的则在-18℃才有冰晶出现,熔 化冰晶阶段无显著差异;
又用E.ananas冷冻浓缩柠檬汁,浓缩汁的可溶性固形物 回收率高,风味营养成分保持好,GC分析和感官评定均表明与原汁无异。三、冷冻技术的发展前景 冷冻浓缩技术现已证明优质可靠,极具市场活力。随着社会的进步, 经济 的 发展,人们生活水平的提高,冷冻浓缩这一低能耗、可生产高质量产品的加工技 术具有很大的发展潜力。此方法除了用于浓缩,也可考虑用于有机废水的处理, 活性物质的回收再利用等方面。同时,整体的冰结晶又是很好的蓄冷、降温用冷 源。这些方面对于保护环境、促进资源的再利用都是很有意义的。

对食品冷冻浓缩技术来说,应在提高冰晶纯度、减少固形物损失及降低生产 成本方面加以深入研究,这样才能充分发挥其自身的优势。冰核微生物用于食品 冷冻浓缩中,属于生物技术与食品加工相结合的一项高新技术,极富应用潜力。

参考 文献:
[1]詹晓北.冷冻浓缩技术在啤酒 工业 中的应用[J].冷饮与速冻食品工 业 ,1996(1):14-16. [2]袁林峰,闵华,黄霞萍.甘蔗汁冷冻浓缩特性研究初报[J].江西农业学 报.2002,14(1):61-64. [3]江华,余世袁. 低聚木糖溶液冷冻浓缩时冰晶生长动力学研究[J]. 林产 化学与工业.2007,27(3):53-56.

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