酸奶发酵剂冷冻干燥特性研究

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1、酸奶发酵剂冷冻干燥特性研究　　摘要：本文通过真空冷冻干燥试验获得酸奶发酵剂在冻干过程中真空度、搁板温度、酸奶发酵剂温度的数据；通过数学模型方法得出真空度、搁板温度、酸奶发酵剂温度与时间的数学关系，这些数据关系将为进一步研究和优化酸奶发酵剂冷冻干燥提供参考。Abstract：Throughvacuumfreezedryingtest，thevacuumdegree，shelftemperatureandagenttemperaturedataintheyogurtfermentationagentfreezingprocessisobtained.

2、Themathematicalrelationshipbetweenvacuumdegree，shelftemperatureandagenttemperatureandtimeisworkedoutbymathematicalmodel，whichwillprovidereferenceforthefurtherresearchandoptimizationoffreezedryingofyogurtfermentationagent.关键词：酸奶发酵剂；冷冻；干燥；升华Keywords：yogurtfermentationagent；free

3、ze；drying；sublimation中图分类号：TS201.2文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）35-0295-030引言8直投式发酵剂制备是采用优质酸奶发酵剂经过液体培养、菌体浓缩、真空冷冻干燥制成的发酵剂[1，2]，该发酵剂可直接加入到热处理的原料乳中进行发酵，减少了传统生产工艺的活化、扩培等其他预处理工作，简化了酸奶生产工艺增加了产品稳定性[3，4]。根据生产实际条件，笔者拟通过酸奶发酵剂冷冻干燥特性的分析，得出真空度、搁板温度、酸奶发酵剂温度的变化规律。为酸奶发酵剂生产过程中真空冷冻干燥工艺提供参考。1材料与方法

4、1.1真空冷冻干燥基本原理真空冷冻干燥先将该物料冻结到共晶点以下，使水分变为冰，然后适当的温度和真空度下使水升华为水蒸汽，再用真空系统的捕水器（水汽凝结器）将水蒸汽冷凝，从而获得干燥制品的过程，干燥过程是水在物态变化和移动的过程，且在低温下进行，因此，真空冷冻干燥原理就是低温低压下传热介质的机理[5]。1.2传热和传质控制下的冷冻干燥模型根据酸奶发酵剂的热物理特性[6，7]，酸奶发酵剂冻干的传热与传质方式，如图1所示。假设顶部多孔干燥层的厚度为X，热量分别从顶部多孔干燥层和底部冻结层传入，温度分别为T1和T2，水蒸气摩尔质量扩散速率为G，则有如下

5、能量方程[8，9]：顶部多孔干燥层的能量方程：8λ■■+c■G■=ρ■c■■，0？燮x？燮X底部冻结层的能量方程：λ■■=ρici■，X？燮x？燮L式中λ-热导率W/（m·K）、ρ-密度kg/m3、c-比热容J/（kg·K）、d-多孔层干物质、i-冻干层物质、g-水蒸气。常见的初始条件t=0，0≤x≤L，T1=T2=Ti。顶层的边界条件为t>0，x=0，q1=-λd■若q1是从顶部辐射加热器辐射而来，则由能量守恒关系得出：q1=σF1-2T■■-T■■式中σ-斯忒藩-玻尔兹曼常数（黑体辐射常数），取σ=5.669×10-8W/（m2·K4），F1

6、-2-形状系数，Tup-辐射加热器温度（K），T0-产品材料上表面温度（K），当t>0，x=L，q2=λi■酸奶发酵剂升华由加热设备（搁板）提供，其传导途径为下列几种：①固体的传导，搁板与其接触的玻璃瓶底部或冻干盘低部，热量穿过底部和产品冻结部分到达升华界面，辐射加热器从底部向冻结层传热。q2=σF1-2T■■-T■■②辐射，未能接触的上搁板的下表面和下搁板上表面向产品干燥层表面辐射，再通过玻璃瓶壁及冻结层已干燥层的导热到达升华界面。加热器和产品底面充分接触，产品底面温度和加热器表面温度相同，即TL=TLp。8③对流，搁板与玻璃瓶或冻干盘表面间残

7、存的气对流，由于传热中必许有传热温度差而形成的，且各段传热温差相应的热阻成正比。加热器与产品底面接触不良，如两面间存在气体间隙，即q2=αf（TLp-TL）。式中TLp-底部加热温度（K），TL-产品底部温度（K），αf-加热器与空气底部间微量气体的对流表面传热系数W/（m2·K）。中间层的边界条件t>0，x=X，T1=T2=TX，λ■■-λd■+■（ρ■c■T2-ρdcdT1）=Gh。2酸奶发酵剂真空冷冻干燥过程2.1设备系统真空冷冻干燥系统主要由控制系统、制冷系统、循环系统、真空系统、液压系统、气动系统等组成。2.2冻干过程8将酸奶发酵剂放入

8、干燥箱内，制冷系统对板层进行制冷，从而达到冻结。此阶段要求冻结至制品共晶点以下，并保持2小时左右，以确保使制品全部冻结[8]。再对后箱冷