冷冻浓缩在橙汁中的研究与应用

摘要

本项目运用非热力浓缩方法中的冷冻浓缩方法，利用冰与水溶液之间的固液相平衡的原理，将水分从液态转变为固态的冰，使橙汁溶液的浓度得到提高，便于大量运输，减少运输成本。与蒸发浓缩、反渗透浓缩对比，冷冻浓缩具有其独特的优势，挥发性芳香成分损失极少，因此，对我国的橙汁加工业有着重要的意义。 冷冻浓缩包括渐进式结晶法和悬浮式结晶法，由于渐进式结晶法在应用中易在冷的壁面结成厚冰层，冰的导热系数很小，结冰很慢，因此在大规模应用上存在困难，且容易将果汁中的溶质和纤维素等包含在冰层中，难以分离。而悬浮式冻结法由于在母液中形成大量的冰结晶，单位体积冰晶的表面积很大，能够迅速形成洁净的冰晶且浓缩终点较大，因此，悬浮式结晶法在应用上更优于渐进式结晶法。研究结果包括： (1)在浓缩过程中，选择适宜的初始冷冻温度，控制冰晶生长速率，对保持冰晶纯度具有重要的意义，冷媒温度在-2.5～-3℃范围内对橙汁进行制冷是比较理想的初始冷冻温度范围，冰融解液浓度低于0.5％： (2)以悬浮式结晶法来制取冰晶，传热效果优于渐进式结晶法，在冷冻温度为-2.5℃、-3℃和-3.5℃下得到的悬浮冰与层状冰进行比较，悬浮冰的冰晶纯度均低于层状冰。 (3)对浓缩液、冰晶中可溶性固形物含量与冷冻时间的关系以及冰晶增长动力学进行研究，并通过数学模型dm<,1>/dt=Km<,1>{1-m<,1>/m<,I,max>)进行模拟，对未知系数β假设初值β<,0>在初始状态给定下，应用龙格一库塔法解数值解，然后采用搜索法求解。比较实验值和计算值，得出一次浓缩K<,1>=0.7183/hr，K<,1>=1.4；二次浓缩K<,2>=0.6181/hr，K<,2>=1.3时拟合程度最高，有效的论证了实验的可靠性。 (4)橙汁采用二次浓缩，一级浓缩从初始浓度为13°Bx浓缩为26.4°Bx，冰融解液浓度为1.5％；二级浓缩从浓度为20.8°BX浓缩为34.2°Bx的最终浓缩液，冰融解液浓度为1.75％。 (5)测定浓缩液浓度变化过程中的浓缩液的冻结点温度，并绘图得出橙汁溶液浓度与冻结点温度的关系，本实验测得初始橙汁(13°Bx)的冻结点温度为-1.4103℃，最终浓缩液(34.2°Bx)的冻结点温度为-4.7655℃。 (6)通过对比蔗糖溶液、未经过滤的橙汁溶液以及过滤的橙汁溶液的粘度，得出溶液粘度越低，冷冻浓缩效果越好。 (7)对冰晶与浓缩液的分离工艺进行研究，得出使用洗涤塔和压榨机的组合方式为最佳的固液分离方式。

目录

声明

1.1前言

2.材料与方法

2.1实验材料

2.1.1原料

2.1.2实验药品与试剂

2.1.3实验仪器

2.2工艺流程

2.3实验操作过程

2.4实验设计

2.4.1冷冻温度对冰晶纯度的影响

2.4.2冰晶形态对冰晶纯度的影响

2.4.3溶液初温对冰晶纯度的影响

2.4.4冷冻时间与浓缩液、冰晶中可溶性固形物含量的关系

2.4.5冰晶增长动力学的研究

2.4.6溶液浓度对冰晶纯度的影响

2.4.7果汁浓度变化与果汁冻结点温度关系的研究

2.4.8溶液粘度对冷冻浓缩的影响

2.4.9冰晶与浓缩液的分离工艺研究

3.结果与分析

3.1冷冻温度对冰晶纯度的影响

3.2冰晶形态对冰晶纯度的影响

3.3溶液初温对冰晶纯度的影响

3.4冷冻时间与浓缩液、冰晶中可溶性固形物含量的关系

3.4.1一级浓缩

3.4.2二级浓缩

3.5冰晶增长动力学

3.5.1冰晶增长动力学模型

3.5.2一级冷冻浓缩仿真结果

3.5.3二级冷冻浓缩仿真结果

3.6溶液浓度对冰晶纯度的影响

3.7果汁浓度变化与果汁冻结点温度关系的研究

3.8溶液粘度对冷冻浓缩的影响

3.9冰晶与浓缩液的分离

3.9.1压滤方式

3.9.2离心分离方式

3.9.3洗涤塔

3.9.4压缩与洗涤塔相结合的方法

4.讨论与结论

参考文献

致 谢