甘肃农业大学：食品科学与工程学院（文献讲义）食品加工新技术——冷冻浓缩

甘新装业大学 食品加工新技术一冷冻 浓缩 ■学院：食品科学与工程 ■专业：食品工程 ▣汇报人：刘小波 食品科学与工程学院 College of Food Science and Engineering

食品加工新技术—冷冻 浓缩 n 学院：食品科学与工程 n 专业：食品工程 n 汇报人：刘小波

Content 目录 01. 冷冻浓缩的理论基础 02. 冷冻浓缩技术的国内外发展现状 03. 选择冷冻浓缩工艺时要考虑的因素 04. 前景展望

01. 02. 03. Content 冷冻浓缩的理论基础 冷冻浓缩技术的国内外发展现状 选择冷冻浓缩工艺时要考虑的因素 目 录 04. 前景展望

1、冷冻浓缩的理论基础 稀溶液的相图如图1所示，横 坐标表示溶液的浓度X,纵坐标表 D A 示溶液的温度T。曲线DABCE是溶 F 液的冰点线，D点是纯水的的冰点， E是低共熔点 X X2 图1冷冻浓缩的相平衡图

1、冷冻浓缩的理论基础 稀溶液的相图如图1所示，横 坐标表示溶液的浓度X，纵坐标表 示溶液的温度T。曲线DABCE是溶 液的冰点线，D点是纯水的的冰点， E是低共熔点

1、冷冻浓缩的理论基础 某一稀溶液起始浓度为X1,温度在A1点。对该溶液进行冷 却降温，当温度降到冰点线A点时，如果溶液中无“冰种”， 则溶液不会结冰，其温度将继续下降至C点，变成过冷液体。 过冷液体是不稳定的液体，受到外界干扰（如振动)，溶液 中会产生大量的冰晶，并成长变大。此时，溶液的浓度增大 为X2。冰晶的浓度为0（即纯水） 如果把溶液中的冰粒过滤出来，即可达到 T A 浓缩的目的。这个操作过程就即为冷冻浓缩。 设原溶液总量为M,冰晶量为G,浓缩液为P, 根溶质的物料平衡，有：(G+P)X1=PX2或 C 如上式表明，冰晶量的浓缩液量之比等于线段 BC与线段FC长度之比，这个关系符合化学工程 精馏分离的“杠杆法则”。根据上述关系式可 计算冷冻浓缩的结冰量 X1 X2 X 图1冷冻浓缩的相平衡图

1、冷冻浓缩的理论基础 某一稀溶液起始浓度为X1，温度在A1点。对该溶液进行冷 却降温，当温度降到冰点线A点时，如果溶液中无“冰种” ， 则溶液不会结冰，其温度将继续下降至C点，变成过冷液体。 过冷液体是不稳定的液体，受到外界干扰（如振动），溶液 中会产生大量的冰晶，并成长变大。此时，溶液的浓度增大 为X2。冰晶的浓度为0（即纯水） 如果把溶液中的冰粒过滤出来，即可达到 浓缩的目的。这个操作过程就即为冷冻浓缩。 设原溶液总量为M，冰晶量为G，浓缩液为P， 根据溶质的物料平衡，有：（G+P）X1=PX2或 如上式表明，冰晶量的浓缩液量之比等于线段 BC与线段FC长度之比，这个关系符合化学工程 精馏分离的“杠杆法则” 。根据上述关系式可 计算冷冻浓缩的结冰量

2、冷冻浓缩技术的国内外发展现状 2.1国外发展概况 F.A Ramos发现此技术并未改变其果肉的色泽及pH值，并明显降 低了挥发性物质的损失量，且很好地保留了浆果独特的香味 Osato Miyawaki等[4]将管式结冰渐进式冷冻浓缩系统应用于咖 啡萃取物可将其溶液浓度浓缩至30%，含果肉的番茄汁可浓缩至 12.5%,而将夹带有5%果肉的冰相溶解再次经过管状结冰器浓缩后所 得冰相的溶液浓度降低至0.25%，如果事先将果肉去除，则番茄汁可 浓缩至40%，蔗糖水溶液可由41.8%浓缩至54.8%，且浓缩效果非常好

2、 冷冻浓缩技术的国内外发展现状 2.1 国外发展概况 F.A Ramos 发现此技术并未改变其果肉的色泽及pH值，并明显降 低了挥发性物质的损失量，且很好地保留了浆果独特的香味 Osato Miyawaki 等[4]将管式结冰渐进式冷冻浓缩系统应用于咖 啡萃取物可将其溶液浓度浓缩至30%，含果肉的番茄汁可浓缩至 12.5%，而将夹带有5%果肉的冰相溶解再次经过管状结冰器浓缩后所 得冰相的溶液浓度降低至0.25%，如果事先将果肉去除，则番茄汁可 浓缩至40%，蔗糖水溶液可由41.8%浓缩至54.8%，且浓缩效果非常好

2、冷冻浓缩技术的国内外发展现状 2.2国内研究及应用现状 由于冷冻浓缩的基本原理很简单，我国传统的老陈醋生产 工艺过程中就曾用到此技术对醋进行冷冻浓缩。近年来，该 技术在国内已被广泛地应用于各行各业中，并在相关的理论 和设备上取得了许多新进展 粮性夜雅 发洗打没 一波植酸 冷海球水 F0,,T 图5一10真空浓缩冷冻结晶 可收硫酸镜园

2、 冷冻浓缩技术的国内外发展现状 2.2 国内研究及应用现状 由于冷冻浓缩的基本原理很简单，我国传统的老陈醋生产 工艺过程中就曾用到此技术对醋进行冷冻浓缩。近年来，该 技术在国内已被广泛地应用于各行各业中，并在相关的理论 和设备上取得了许多新进展

2、冷冻浓缩技术的国内外发展现状 2.2.1酿酒业 孙卉卉等[8]采用根据刘凌等的方法改装的冷冻浓缩装置 研究了冷冻浓缩对低糖葡萄汁及葡萄酒品质的影响，证明冷 冻浓缩是一种可以较好地保持葡萄汁的品质、香气和营养成 分的浓缩方法。经过冷冻浓缩折光度提高5°Bx的玫瑰蜜葡 萄汁含糖量提高了53.8g/1,可滴定酸含量增加接近1倍，但 果汁的pH值变化不明显 冷冻法脱盐流程 低温蒸馏膜脱盐流程 海水 结晶器 MD渗 原料加热器 透出口 MD原料 固液分离器 MD模块 原料储幽 MD模块蒸馏物储罐叶 水 冰， MD渗透 MD浓 洗水、融冰 盐水排 超浓卤水蒸馏物冷却器 淡水 放口 淡水 冷媒输入 冷媒输入 LNG汽化器I 冷媒输出 冷媒输出

2、 冷冻浓缩技术的国内外发展现状 2.2.1 酿酒业 孙卉卉等[8]采用根据刘凌等的方法改装的冷冻浓缩装置 研究了冷冻浓缩对低糖葡萄汁及葡萄酒品质的影响，证明冷 冻浓缩是一种可以较好地保持葡萄汁的品质、香气和营养成 分的浓缩方法。经过冷冻浓缩折光度提高5°Bx 的玫瑰蜜葡 萄汁含糖量提高了53.8g/l，可滴定酸含量增加接近1倍，但 果汁的pH值变化不明显

2、冷冻浓缩技术的国内外发展现状 2.2.2果汁业 我国是生产甘蔗的大国，将甘蔗改种果蔗并加工成甘蔗汁 及解决了甘蔗的销路，又满足了人们对果汁日益增长的需要。 甘蔗汁的热敏性很强，对其进行普通的蒸发浓缩极容易使甘 蔗汁焦糖化，丧失其特有的风味。袁林峰[9]研究了冷冻浓缩 工艺对甘蔗汁的影响，对浓缩前后的甘蔗汁进行了感官上的 比较，发现浓缩后的甘蔗汁品质稳定，除了在颜色、风味、 甜味方面感觉更加浓重外，其他基本保持了冷冻浓缩前甘蔗 汁的原有风味

2、 冷冻浓缩技术的国内外发展现状 2.2.2 果汁业 我国是生产甘蔗的大国，将甘蔗改种果蔗并加工成甘蔗汁 及解决了甘蔗的销路，又满足了人们对果汁日益增长的需要。 甘蔗汁的热敏性很强，对其进行普通的蒸发浓缩极容易使甘 蔗汁焦糖化，丧失其特有的风味。袁林峰[9]研究了冷冻浓缩 工艺对甘蔗汁的影响，对浓缩前后的甘蔗汁进行了感官上的 比较，发现浓缩后的甘蔗汁品质稳定，除了在颜色、风味、 甜味方面感觉更加浓重外，其他基本保持了冷冻浓缩前甘蔗 汁的原有风味

3、选择冷冻浓缩工艺时要考虑的因素 3.1冷冻浓缩工艺适用的物料 任何一种加工工艺都有一定的适用范围，经过 分析，认为冷冻浓缩工艺比较适合黏度较小的饮料 的浓缩，如植物水提取液、苹果汁等，原因是这种 物料流动性好，有利于溶液内部溶质分子的迁移。 相反，粘度较大的饮料，如橙汁等，在实践上不适 合适用冷冻浓缩工艺（尽管在理论上是可行的）， 原因是橙汁含果胶多，低温时果胶更粘，溶液内部 溶质分子的迁移助力很大

3、选择冷冻浓缩工艺时要考虑的因素 任何一种加工工艺都有一定的适用范围，经过 分析，认为冷冻浓缩工艺比较适合黏度较小的饮料 的浓缩，如植物水提取液、苹果汁等，原因是这种 物料流动性好，有利于溶液内部溶质分子的迁移。 相反，粘度较大的饮料，如橙汁等，在实践上不适 合适用冷冻浓缩工艺（尽管在理论上是可行的）， 原因是橙汁含果胶多，低温时果胶更粘，溶液内部 溶质分子的迁移助力很大 3.1 冷冻浓缩工艺适用的物料

3、选择冷冻浓缩工艺时要考虑的因素 3.2冷冻浓缩所能达到的极限速度 饮料一般含有多种成分，在选用冷冻浓缩前，应首先 确定要保留的稀饮料中的那些有效成分。这些有效成分在 稀溶液中的有效浓度须小于低共熔点浓度E,在形成的冰 晶中才不含有它们。同时，冷冻浓缩所能达到的极限浓度 是这些有成效成分的低共熔点浓度

3、选择冷冻浓缩工艺时要考虑的因素 饮料一般含有多种成分，在选用冷冻浓缩前，应首先 确定要保留的稀饮料中的那些有效成分。这些有效成分在 稀溶液中的有效浓度须小于低共熔点浓度XE，在形成的冰 晶中才不含有它们。同时，冷冻浓缩所能达到的极限浓度 是这些有成效成分的低共熔点浓度 3.2 冷冻浓缩所能达到的极限速度