有效提高果蔬干制品中维生素C 保留率的干燥装置与方法

摘要

本发明涉及一种可有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的干燥装置，其干燥器包括封闭箱体及内部物料托盘及蒸汽分布器，蒸汽发生器的过热蒸汽出口通过蒸汽管路第一支管路连接至干燥器的蒸汽分布器；干燥器废气出口通过废气管路连接至冷凝单元的冷凝水进口，冷凝单元包括冷凝器及与冷凝液出口连接的集液罐，蒸汽管路的第二支管路连接至冷凝器的冷凝水进口；真空发生单元包括真空泵及真空管路，真空泵通过真空管路连接至集液罐并通过集液罐使干燥器及蒸汽发生器内部形成负压。本发明干燥装置，系统内部为负压条件，干燥效率高，相较于常压过热蒸汽干燥，干燥温度较低，可有效防止高温对物料品质的破坏，该装置非常适用于食品等热敏性物料的干燥。

说明书

技术领域

本发明属于干燥技术领域，具体涉及一种可有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的干燥装置与方法，尤其适用于果蔬等热敏性物料的干燥。

背景技术

过热蒸汽干燥具有传热传质效率高，干燥后产品品质好，在干燥过程中无爆炸失火的危险，干燥过程无废气的排放，对环境无污染等优点，近年来过热蒸汽干燥越来越引起人们的重视。但常压过热蒸汽干燥一般具有较高的干燥温度，在干燥过程中会严重影响物料的品质，因此，常压过热蒸汽干燥不适用于热敏性物料的干燥。若将过热蒸汽干燥在负压条件下进行，则可以有效降低水的沸点温度，同时可以降低干燥温度，从而减少高温对物料品质的影响。然而，如何将常压过热蒸汽通入到负压环境中并实现连续工作是低压过热蒸汽干燥装置需要重点解决的问题。本发明是一种低压过热蒸汽干燥装置，可有效的降低干燥温度，非常适用于食品等热敏性物料的干燥。

专利CN 105004150 A提出了一种超声强化式低压过热蒸汽干燥装置，该装置主要由沸腾器、蒸汽储罐、超声发生器、超声换能器和超声辐射板组成，该发明通过真空调节阀实现将常压过热蒸汽通入到负压干燥器中。

专利CN 106123515 A提出了一种低压过热蒸汽干燥系统，该系统主要由干燥器、蒸汽发生器，蒸汽加热器、冷凝器和真空泵等组成。但该专利并未介绍如何实现将过热蒸汽通入到干燥器中并保证干燥器内压力的稳定。

专利CN 103162520 A提出了一种带式低压过热蒸汽装置，该装置主要由蒸汽发生器、蒸汽冷凝器、给水泵、循环蒸汽增压风机、卧式盘管干燥器和抽真空风机组成。该专利是通过将过热蒸汽通入到密封的干燥器中利用循环蒸汽风机实现过热蒸汽在干燥系统内循环。

因此，对于低压过热蒸汽干燥装置，如何实现将常压过热蒸汽通入到低压环境中并实现干燥装置内压力的稳定是设计低压过热蒸汽干燥装置的难点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的干燥装置，是一种低压过热蒸汽干燥装置，该装置的蒸汽发生器中压力与干燥器内压力相同，干燥过程中所用的过热蒸汽在低压条件下产生，经过热器加热后可直接通入到干燥器中，无需减压阀等设备，从而有效实现有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的目的。

本发明还提供一种可有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的干燥方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种可有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的干燥装置，其特征在于：包括蒸汽发生器、干燥器、冷凝单元、真空发生单元、检测控制单元，干燥器包括封闭箱体及内部的物料托盘及蒸汽分布器，所述蒸汽发生器的过热蒸汽出口通过蒸汽管路的第一支管路连接至干燥器的蒸汽分布器；干燥器的废气出口通过废气管路连接至冷凝单元的进气口，冷凝单元包括冷凝器及与出液口连接的集液罐，所述蒸汽管路的第二支管路连接至冷凝器的进气口；真空发生单元包括真空泵及真空管路，真空泵通过真空管路连接至集液罐并通过集液罐使干燥器及蒸汽发生器内部形成负压；检测控制单元包括真空蒸汽发生器中安装的液位计，安装于蒸汽管路上的温度传感器、各管路的控制阀及控制柜。

而且，所述蒸汽发生器包括封闭箱体及其内部相互隔开的蒸汽发生室、油浴加热室及储液罐，储液罐与蒸汽发生室通过管路连通，蒸汽发生室的蒸汽出口与油浴加热室的螺旋铜管换热器连通。

而且，所述蒸汽发生器内的储液罐设置有补水口。

而且，所述蒸汽发生器的蒸汽发生室内设置电加热器，液体在蒸汽发生室内形成蒸汽；所述油浴加热室内设置电加热器，蒸汽在油浴加热室的螺旋铜管换热器内形成过热蒸汽。

而且，所述的检测控制单元还包括蒸汽管路上设置有测温电阻，以及安装于干燥器上的压力表。

而且，所述蒸汽发生器的封闭箱体外部设置有保温层。

而且，所述干燥器的封闭箱体外部设置有电阻丝加热层外部采用保温材料包裹。

而且，所述干燥器内的物料托盘连接重量传感器，该重量传感器通过支架机构悬挂安装于干燥器顶面外部，重量传感器通过称重杆与物料托盘相连接，可实现物料质量的在线测量。

而且，所述物料托盘为聚四氟乙烯物料托盘。

而且，所述的蒸汽管路及其第一、第二支管路外部均采用保温材料包裹，防止过热蒸汽在蒸汽管路中冷凝。

一种可有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的干燥装置的干燥方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)预热：打开干燥装置中的蒸汽发生器开关，设定电加热器温度为68-78℃,蒸汽流量为300-400mL/h；打开干燥器开关，设定干燥温度为80-90℃；关闭蒸汽管路的第一支管路及废气管路上的阀门，打开蒸汽管路第二支管路的阀门，开启真空泵，并根据干燥温度设定油浴温度为80-90℃，此时过热蒸汽不进入干燥器内，当干燥器温度、过热蒸汽温度达到设定要求时停止预热；

2)放入物料：当预热结束后，快速打开干燥器并将物料放置于物料托盘中，然后迅速关闭干燥器；

3)抽真空：关闭干燥器后打开干燥器与冷凝器连接的废气管路上的阀门，对干燥器内部进行抽真空处理；

4)通入蒸汽：当干燥器内的干燥压力低于100mbar时，打开过热蒸汽管路第一支管路上的阀门，关闭与冷凝单元连接的蒸汽管路第二支管路的阀门，此时过热蒸汽进入到干燥器内部，低压过热蒸汽干燥开始；

5)物料干燥：记录物料在干燥过程中的质量变化，当物料湿基含水率低于8％(w.b.)时停止干燥；

6)干燥结束：物料含水率达到要求后停止干燥实验，首先关闭蒸汽管路第一支管路及废气管路上的阀门，打开与冷凝单元连接的蒸汽管路第二支管路的阀门，关闭蒸汽发生器开关，蒸汽过热器开关，关闭真空泵，打开放空阀，当干燥系统内压为变为常压时打开干燥器，取出物料，干燥结束。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明的可有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的干燥装置，整个系统的真空度由真空泵进行控制与调节，干燥箱中的压力与蒸汽发生器中的压力相同，过热蒸汽直接在负压环境中产生，蒸汽发生器中的水无需加热到100℃既可以产生蒸汽，低压过热蒸汽干燥，特别适用于食品等热敏性物料的干燥，同时显著节省能耗。

2、本发明的可有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的干燥装置，蒸汽发生器包括封闭箱体及其内部相互隔开的蒸汽发生室、油浴加热室及储液罐，储液罐与蒸汽发生室通过管路连通，蒸汽发生室的蒸汽出口与油浴加热室的螺旋铜管换热器连通，蒸汽发生器产生的蒸汽经油浴过热器加热后变为过热蒸汽，蒸汽过热器的加热温度通过控制柜进行调节，符合要求的过热蒸汽通过管路通入到干燥箱中对物料进行干燥，干燥完成后的废气经过冷凝器进行冷凝并由集液罐进行收集。

3、本发明的可有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的干燥装置，检测控制单元还包括蒸汽管路上设置有测温电阻，以及安装于干燥器上的压力表，过热蒸汽温度通过温度传感器检测，蒸汽过热器的加热温度通过控制柜进行调节，符合要求的过热蒸汽通过管路通入到干燥箱中对物料进行干燥。

4、本发明的可有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的干燥装置，蒸汽发生器的封闭箱体外部设置有保温层，提高过热蒸汽产生效率，节省能耗。

5、本发明的可有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的干燥装置，干燥器的封闭箱体外部设置有电阻丝加热层外部采用保温材料包裹，由于过热蒸汽非常敏感，为防止过热蒸汽在干燥向内冷凝影响干燥速率，所述干燥箱四周外壁装有电加热丝，并且干燥箱外部采用保温材料包裹。

6、本发明的可有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的干燥装置，干燥器内的物料托盘连接重量传感器，该重量传感器通过支架机构悬挂安装于干燥器顶面外部，重量传感器通过称重杆与物料托盘相连接，可实现物料质量的在线测量，且由于重量传感器安装于干燥器外部，可有效防止高温环境对重量传感器造成破坏。

7、本发明的可有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的干燥装置，物料托盘为聚四氟乙烯物料托盘，防止物料在干燥过程中金属离子对物料中营养成分的催化降解作用，所述物料托盘的材料为聚四氟乙烯。

8、本发明的可有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的干燥装置，干燥箱中装有气体分布器，便于过热蒸汽均匀的分布于干燥箱中，使物料干燥均匀。

9、本发明的可有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的干燥装置，蒸汽管路及其第一、第二支管路外部均采用保温材料包裹，防止过热蒸汽在蒸汽管路中冷凝。

10、本发明的可有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的干燥装置的干燥方法，干燥箱中的压力与蒸汽发生器中的压力相同，过热蒸汽直接在负压环境中产生，蒸汽发生器中的水无需加热到100℃既可以产生蒸汽，显著节省能耗。

11、本发明采用过热蒸汽作为干燥介质，干燥过程无氧气的存在，可有效防止物料中的维生素C在干燥过程中发生氧化反应，造成产品品质低下；该装置在干燥过程中系统内部为负压条件，干燥效率高，相较于常压过热蒸汽干燥，干燥温度较低，可有效防止高温对物料品质的破坏，该装置非常适用于食品等热敏性物料的干燥。

附图说明

图1为本发明干燥装置的结构示意图；

图2为本发明干燥装置的蒸汽发生器的右视图；

图3为本发明干燥装置的蒸汽发生器的俯视图。

附图说明

1-支架、2-第二电加热器、3-螺旋铜管换热器、4-蒸汽发生器、5-温度传感器、6-干燥器、7-电阻丝加热层、8-蒸汽分布器、9-物料托盘、10-压力表、11-重量传感器、12-控制柜、13-冷凝水出口、14-冷凝器、15-集液罐、16-真空泵、17-阀门、18-阀门、19-阀门、20-冷凝水进口、21-补水口、22-音叉式液位计、23-第一电加热器、24-电磁调节阀、25-油浴加热室、26-储液罐、27-保温层、28-蒸汽发生室、29-隔板、30-支架机构、31-称重杆。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种可有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的干燥装置，其包括安装于支架1上的蒸汽发生器4、干燥器6、冷凝单元、真空发生单元及检测控制单元。蒸汽发生器包括封闭箱体及其内部相互隔开的蒸汽发生室28、油浴加热室25及储液罐26，蒸汽发生室与油浴加热室之间采用隔板29隔开。储液罐与蒸汽发生室通过管路连通，在管路上设置有电磁调节阀。蒸汽发生室的蒸汽出口与油浴加热室的螺旋铜管换热器3连通。蒸汽发生器的蒸汽发生室内设置第一电加热器23，液体在蒸汽发生室内形成蒸汽；油浴加热室内设置第二电加热器2。蒸汽发生器内的储液罐设置有补水口21。蒸汽发生器的封闭箱体外部设置有保温层27。

蒸汽发生器为真空蒸汽发生器，发生器内压力与干燥箱内压力相同，蒸汽在负压环境下产生，经油浴加热室加热后蒸汽变为过热蒸汽。蒸汽管路上设置有温度传感器5，过热蒸汽温度通过温度传感器5检测，并通过PLC控制器调节加热器的功率来实现精确控制，过热蒸汽温度可调。蒸汽直接在负压条件下产生，无需将水加热到100℃，加热温度较低，可显著节约能源。

蒸汽发生器内的液位通过音叉式液位计22控制，当液位低于设定水位的下限时，电磁调节阀24开启，在负压作用下储液室内的水进入到蒸汽发生室，进行补水作业；当液位高于设定水位的上限时，电磁调节阀闭合，停止补水作业。蒸汽发生器内的液位在音叉式液位计的作用下波动较小，因此可保证蒸汽流量稳定。

通过匹配系统真空度与第一电加热器23的功率可以实现蒸汽流量的任意调节。过热蒸汽的流量通过称量集液罐15中的冷凝水量来确定。

干燥器包括封闭箱体及内部的物料托盘9及蒸汽分布器8。螺旋铜管换热器的过热蒸汽出口通过蒸汽管路的第一支管路连接至干燥器的蒸汽分布器，在第一支管路上设有阀门17。

冷凝单元包括冷凝器14及与出液口连接的集液罐15，干燥器的废气出口通过废气管路连接至冷凝单元的进气口，废气管路上设置有阀门18。蒸汽管路的第二支管路连接至冷凝器的进气口，并在第二支管路上设置有阀门19。蒸汽管路及其第一、第二支管路外部均采用保温材料包裹，防止过热蒸汽在蒸汽管路中冷凝。冷凝器设有冷凝水进口20、冷凝水出口13。

干燥器内的物料托盘连接重量传感器11，为防止高温的对重量传感器造成破坏，该重量传感器通过支架机构30悬挂安装于干燥器顶面外部，重量传感器通过称重杆31与物料托盘相连接，可实现物料质量的在线测量。物料托盘为聚四氟乙烯物料托盘，可有效避免物料在干燥过程中金属离子对物料中营养成分的催化降解作用。干燥器的封闭箱体外部设置有电阻丝加热层7，并且外部采用保温材料包裹。

真空发生单元包括真空泵16及真空管路，真空泵通过真空管路连接至集液罐并通过集液罐使干燥器及蒸汽发生器内部形成负压。检测控制单元包括真空蒸汽发生器中安装的音叉式液位计22，安装于蒸汽管路上的温度传感器5、阀门17、阀门18、阀门19及控制柜12。

检测控制单元还包括蒸汽管路上设置有测温电阻5，以及安装于干燥器上的压力表10。

蒸汽发生器3产生的蒸汽经油浴过热器3加热后变为过热蒸汽，蒸汽过热器的温度探头5安装于靠近干燥箱的位置，保证过热蒸汽的进口温度与干燥箱中的干燥温度一致。蒸汽过热器的加热温度通过PLC控制器进行调节。符合要求的过热蒸汽通过管路通入到干燥箱6中对物料进行干燥，干燥完成后的废气经过冷凝器14进行冷凝并由集液罐15进行收集。整个系统的真空度由真空泵16进行控制与调节。

一种可有效提高果蔬干制品中维生素C保留率的干燥装置的干燥方法，以青萝卜片为实验物料，干燥温度为80℃，干燥压力为95mbar，蒸汽流量为300mL·h-1为例，包括如下步骤：

1)预热：打开干燥装置中的蒸汽发生器开关，设定电加热器温度为68℃，此时对应的蒸汽流量为300mL·h-1；打开干燥器开关，设定干燥温度为80℃；干燥温度过低会导致过热蒸汽在干燥箱内冷凝，显著增加干燥时间，干燥温度过高会使物料中的营养成分严重降解。关闭蒸汽管路的第一支管路及废气管路上的阀门，打开与蒸汽管路第二支管路的阀门，开启真空泵，并设定油浴温度为80℃，此时过热蒸汽不进入干燥器内，当干燥器温度、过热蒸汽温度达到设定要求时停止预热；

2)放入物料：当预热结束后，快速打开干燥器并将物料放置于物料托盘中，然后迅速关闭干燥器；

3)抽真空：关闭干燥器后打开干燥器与冷凝器连接的废气管路上的阀门18，对干燥器内部进行抽真空处理；

4)通入蒸汽：当干燥器内的干燥压力达到目标值时，打开过热蒸汽管路第一支管路上的阀门17，关闭与冷凝单元连接的蒸汽管路第二支管路19的阀门，此时过热蒸汽进入到干燥器内部，低压过热蒸汽干燥开始；

5)物料干燥：记录物料在干燥过程中的质量变化，当物料湿基含水率低于8％(w.b.)时停止干燥；

6)干燥结束：物料含水率达到要求后停止干燥实验，首先关闭蒸汽管路第一支管路及废气管路上的阀门18，打开与冷凝单元连接的蒸汽管路第二支管路的阀门19，关闭蒸汽发生器开关，蒸汽过热器开关，关闭真空泵，打开放空阀，当干燥系统内压为变为常压时打开干燥器，取出物料，干燥结束。

表1为利用该装置干燥的青萝卜片中维生素C的保留率与真空干燥的青萝卜片中维生素C的保留对比。

表1

注：维生素C保留率1该装置干燥的青萝卜干片中维生素C的保留率，维生素C保留率2该真空干燥的青萝卜干片中维生素C的保留率。

实验结论：从表1可以看出，采用本专利所设计的干燥装置干燥的青萝卜片中的维生素C保留率要高于真空干燥的青萝卜片中的维生素C的保留率，这说明本装置可以显著提高青萝卜片干制品中维生素C的保留率。

尽管为说明目的公开的本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解，在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。