食品的浓缩技术之冷冻浓缩

食品的浓缩技术之冷冻浓缩

(一)原理和缺点

冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间固液相平衡原理的一种浓缩方法，即将溶液的部分溶剂以冰的形式析出，并将其从液相中分离出去从而使料液浓缩。采用冷冻浓缩方法，对溶液的浓度有一定的要求。当溶液中溶质浓度超过低共熔点浓度时，冷冻的结果表现为溶质转化成晶体析出，表现为结晶。这样不仅不会提高溶液中溶质的浓度，反而会降低溶质的浓度。而当溶液中溶质浓度低于低共熔点时，其冷却结果则表现为溶剂(水分)成晶体(冰晶)析出。随着溶剂成晶体析出的同时，余下溶液中的溶质浓度也就提高了，此即冷冻浓缩的基本原理。由此可见，冷冻浓缩的操作包括两个步骤，首先是部分水分从水溶液中结晶析出，而后将冰晶与浓缩液加以分离。结晶和分离两步操作可在同一设备中或在不同设备中进行。

冷冻浓缩方法比较适用于对热敏性物料、生物制药、中草药及对色、香、味均有较高要求的饮料等的浓缩，因为冷冻浓缩过程中，溶液中水分的排除是靠溶液到冰晶的相际传递，避免了加热蒸发，从而减少了挥发性物质和易变性物质的损失。为了更好地使操作中形成的冰晶不混有溶质，分离时又不致使冰晶夹带溶质，防止造成过多的溶质损失，结晶操作时应尽量避免局部过冷，分离操作也要很好地加以控制。冷冻浓缩具有独特的优越性，对于含挥发性芳香物质的食品采用冷冻浓缩，其制品品质将优于蒸发浓缩和膜浓缩法。

冷冻浓缩也存在不可避免的缺点，主要包括：

1.冷冻浓缩方法受溶液浓度的限制，而且冰晶与浓缩液可能分离的程度也影响浓缩的效果。一般而言，溶液粘度愈高，分离就愈困难。

2.冷冻加工过程中，细菌和酶的活性得不到抑制，所以制品还必须再经热处理或加以冷冻保藏。

3.冷冻过程中会造成不可避免的溶质损失且成本高。

(二)冷冻浓缩中的结晶过程

冷冻浓缩中的结晶为溶剂的结晶。同常规的溶质结晶操作一样，被浓缩的溶液中的水分也是利用冷却除去结晶热的方法使其结晶析出。冷冻浓缩的结晶过程

可在多种设备中进行，包括管式、板式、搅拌夹套式等热交换器以及真空结晶器，内冷转鼓式结晶器、带式冷却结晶器等设备。

工业结晶操作中，最终晶体数量和粒度可利用结晶操作的条件来控制。一般缓慢冷却时产生数量少的大晶体，快速冷却则产生数量多的小晶体。食品工业上，冷冻浓缩过程的结晶方式有两种。一种是发生在搅拌的冰晶悬浮液中，称为悬浮冻结。另一种是在管式、板式、转鼓式以及带式设备中进行的，称为层状冻结。这两种结晶形式在晶体成上有显著的差别。