四环冻干机—牛肉的冻干

冻干的牛肉复水后能保持制品原有的风味和营养价值，可用于在宇航、登山、航海、探险、军队野战等特殊场合，也可以用于方便食品的制作。宁夏大学的孔令圆研究了干切熟牛肉的低耗高速冻干工艺。

根据四因素五水平二次回归正交实验设计，安排27次实验，其中中心点重复3次，实验结果见表7-13。

分析结果表明，在实验范围内，影响干燥速率的因素顺序为：物料厚度、阶段Ι干燥室压强、阶段Ⅱ干燥室压强、阶段Ⅲ干燥室压强；这是因为阶段Ι主要是水分的升华阶段，湿物料中65%左右的水分都是在这个阶段除去的，较低的干燥室压强可以大大提高水分的升华速率，是提高干燥速率的主要途径。影响单位水分能耗的因素顺序为：物料厚度、阶段Ⅲ干燥室压强、阶段Ι干燥室压强、阶段Ⅱ干燥室压强。这是因为在冷冻干燥过程中阶段Ⅲ为解析阶段，主要干燥结合水，占总水分的10%左右，但是干燥时间却比阶段Ι更长，因此选取合适的阶段Ⅲ干燥室压强，缩短干燥时间，对降低能耗有关键作用。

采用SAS软件对上述实验数据进行回归分析，可以看出阶段Ⅲ干燥室压强和物料厚度的交互作用对干燥速率和能耗的影响都十分显著（见图 7-15）。由图7-15可以看出，薄物料干燥速率受阶段Ⅲ干燥室压强的影响较厚物料小得多，而阶段Ⅲ干燥室压强较小时，干燥速率随物料厚度的增大而降低，干燥速率在物料厚度最厚和阶段Ⅲ干燥室压强最大时达到最大，这是因为阶段Ⅲ是冷冻干燥的解析阶段，对于干切牛肉来说主要是传热来决定干燥速率的，而增大干燥室压强有利于传热的进行；而厚物料的表面积（包括上表面和侧表面）大于薄物料，表面积的增大有利于水蒸气的逸出而增大干燥速率。如图7-16所示，随着阶段Ⅲ干燥室压强的增大和物料厚度的增加，单位水分能耗有所降低，且在物料较厚的情况下，增大干燥室压强能够显著降低单位水分能耗，这是因为上面所说的干燥速率随着物料厚度和干燥室压强的增加而增大，因而缩短了干燥时间，从而降低了单位水分能耗。

实验研究的目的是为了找到能保证干燥速率又不显著增加能耗的最佳工艺操作条件，因干燥速率是主要考虑因素，单位水分能耗是次要考虑因素，故选取干燥速率权重λ1=0.7，

单位水能耗权重λ2=0.3。对综合加权值进行回归分析，并取最大值，得出低耗高速最佳过程操作条件为：三阶段干燥室压强20Pa（-1.546），44.18Pa（-0.8070），120Pa（1.546），物料厚度30mm （1.546），此时干燥速率为142.69g/h，单位水分能耗为34357.94kJ/kg。

每个优化结果分别进行3次平行实验，具体实验条件及测定结果见表7-14，从实验结果看，优化的最大干燥速率条件比整个干燥过程采取同一压强要高约 20%左右，而干燥条件每除去1kg水分能节约 25%的能耗，可见优化后的操作条件无论是对提高干燥速率还是降低干燥能耗作用都是非常明显的，说明分阶段采取不同的干燥室压强对提高干燥速率和降低干燥能耗都有显著作用。尤其是低耗高速的优化结果 （实验 3），在保证干燥速率的情况下（仅下降了4.6%）又降低了单位水分能耗（21%），对冷冻干燥过程参数的调节更具有实际参考价值。