如何降低真空冻干机的能耗

摘要：冻干设备可以对物料进行冻干处理，有诸多优点，不过它也有一个缺点，那就是相比传统的烘干，冻干机所需要的能耗要高很多，毕竟真空冻干机结构和冻干流程更复杂。在实际使用过程中，要降低真空冻干机的能耗，需要提高冻干速率，常用的方法有控制适宜的预冻速度、调整液态食品的浓度或改变固态食品的形状、设定适当的真空度等。下面一起来了解一下如何降低真空冻干机的能耗吧。

一、真空冻干设备能耗高还是烘干能耗高

干燥物体主要有烘干和冻干两种方式，冻干设备相比烘干设备具有保质期更长、可以有效保持物体的成分，不会改变物体形状等优势，不过它也有一个缺点，那就是能耗要更高一些。

冻干产品加工工艺相比传统烘干，工艺更复杂，工艺流程一般分为前处理、冻干和后处理等流程，本身的结构也更复杂，在冻干过程中，制冷系统和加热系统需要消耗大量能量，因此能耗是比烘干设备要更高的。

二、如何降低真空冻干机的能耗

真空冻干机的能耗高低直接影响到冻干成本，一般可以通过提高冻干速率的方法来降低能耗，目前，通过工艺优化的方法来提高食品干燥速率、降低能耗的方法主要有以下几种：

1、控制适宜的预冻速度

对食品原料的预冻是冷冻干燥工艺的前提步骤，研究表明，快速预冻和慢速预冻对食品物料所需要的冻干时间有显著影响，快速预冻要比慢速预冻所需要的冻干时间长，这是由于食品进行快速预冻时产生的冰晶小，致密的冰晶对于冰的升华起阻碍作用，而在慢速预冻时，食品中形成的冰晶大，冰晶之间具有较大缝隙，能够促进冰升华，但是冰晶越大对冻干产品品质影响也越大，特别是对一些生物制品进行冻干时，慢速预冻产生的大冰晶会破环细胞结构，如果对终产品要求不高，可以考虑通过慢速预冻来提高冻干速率。

2、调整液态食品的浓度或改变固态食品的形状

液态食品的冻干，需要充分考虑溶液的浓度，如果浓度过高，则不利于水分的升华，如果浓度太低，虽然利于升华，但因含水多，则会耗时耗能造成浪费。应用冻干技术进行液态食品干燥时，要充分衡量能耗与产品质量的关系，探索优化最佳冻干浓度，进而提高冻干速率。

固态食品进行冻干时，切片、粉碎是增大传热面积、提高冻干速率的最佳方法。目前市售的冻干产品如冻干苹果片、冻干草莓片、冻干柠檬片等，都采取了切片的方法。但是如果对固态食品形状要求严格，可以考虑对食品物料进行穿刺处理，通过穿刺孔通透性来增加传质，提高冻干速率。

3、控制食品原料装盘量和厚度

不同型号冻干机冷阱均有最大的捕水能力，如果装盘物料的水分超过了最大捕水量，就会造成产品不能达到一定的干燥程度，导致干燥失败；如果装盘物料过少，虽然会提高冻干速率，但会造成空间浪费，增加了产品成本。因此，在冻干前要根据冷阱的捕水能力，确定放入合适量的食品原料。

在冷冻干燥装盘时，控制适当的物料厚度，可降低传热、传质阻力，提燥速率；在实际生产过程中，如果物料厚度太薄，装盘量就会自然减小，冻干速率提高同时却增加了单位冻干产品的成本，因此，并非物料的厚度越小越好，单位面积装载的食品原料，需要综合考虑原料装盘量对干燥速率和成本，根据冷阱捕水能力、物料性质、加热方式以及干燥效率等而定。

4、设定适当的真空度

维持冷冻干燥时真空度的耗能约占冻干总耗能的26%，真空度越低，有利于能量传递，但却增加了水汽扩散阻力从而耗能。实际冻干过程中，每种食品原料都存在一个最佳的真空度，因此可以使能耗降到最低。冻干机的真空度受阱温度和真空泵性能决定，在升华干燥阶段，一般冷阱温度越低、真空度越高可促进水汽凝结，提高冻干速率，但高真空度对真空泵有特殊的要求，真空度过高，会增加维持真空能耗；当冻干工艺处于在解析干燥阶段则应逐渐降低干燥室的真空度，来促进传热和传质，达到降低冻干能耗的目的。

5、控制隔板加热温度

目前，大部分的真空冻干设备都安装了隔板加热装置，以提高物料升华所需要能量，提高搁板温度可提燥速率。对搁板温度的控制包括控制冻结层和已干层的温度，对于冻结层的温度应首先保证低于共融点前提下越高越好；对于已干层的温度，在不出现因温度升高造成产品塌陷或变性现象的前提下，尽量采用较高的隔板温度，在解析干燥阶段，应密切注意产品温度和隔板温度差别，保持隔板温度高于样品温度5 ℃左右，同时对于小型冻干机要设法降低控制热量辐射的影响，搁板温度要缓慢升高，但一般不高于70℃，对于一些活性生物制品则应当一直维持更低的隔板温度。