四環凍干機—牛肉的凍干

凍干的牛肉復水后能保持制品原有的風味和營養價值，可用于在宇航、登山、航海、探險、軍隊野戰等特殊場合，也可以用于方便食品的制作。寧夏大學的孔令圓研究了干切熟牛肉的低耗高速凍干工藝。

根據四因素五水平二次回歸正交實驗設計，安排27次實驗，其中中心點重復3次，實驗結果見表7-13。

分析結果表明，在實驗范圍內，影響干燥速率的因素順序為：物料厚度、階段Ι干燥室壓強、階段Ⅱ干燥室壓強、階段Ⅲ干燥室壓強；這是因為階段Ι主要是水分的升華階段，濕物料中65%左右的水分都是在這個階段除去的，較低的干燥室壓強可以大大提高水分的升華速率，是提高干燥速率的主要途徑。影響單位水分能耗的因素順序為：物料厚度、階段Ⅲ干燥室壓強、階段Ι干燥室壓強、階段Ⅱ干燥室壓強。這是因為在冷凍干燥過程中階段Ⅲ為解析階段，主要干燥結合水，占總水分的10%左右，但是干燥時間卻比階段Ι更長，因此選取合適的階段Ⅲ干燥室壓強，縮短干燥時間，對降低能耗有關鍵作用。

采用SAS軟件對上述實驗數據進行回歸分析，可以看出階段Ⅲ干燥室壓強和物料厚度的交互作用對干燥速率和能耗的影響都十分顯著（見圖 7-15）。由圖7-15可以看出，薄物料干燥速率受階段Ⅲ干燥室壓強的影響較厚物料小得多，而階段Ⅲ干燥室壓強較小時，干燥速率隨物料厚度的增大而降低，干燥速率在物料厚度最厚和階段Ⅲ干燥室壓強最大時達到最大，這是因為階段Ⅲ是冷凍干燥的解析階段，對于干切牛肉來說主要是傳熱來決定干燥速率的，而增大干燥室壓強有利于傳熱的進行；而厚物料的表面積（包括上表面和側表面）大于薄物料，表面積的增大有利于水蒸氣的逸出而增大干燥速率。如圖7-16所示，隨著階段Ⅲ干燥室壓強的增大和物料厚度的增加，單位水分能耗有所降低，且在物料較厚的情況下，增大干燥室壓強能夠顯著降低單位水分能耗，這是因為上面所說的干燥速率隨著物料厚度和干燥室壓強的增加而增大，因而縮短了干燥時間，從而降低了單位水分能耗。

實驗研究的目的是為了找到能保證干燥速率又不顯著增加能耗的最佳工藝操作條件，因干燥速率是主要考慮因素，單位水分能耗是次要考慮因素，故選取干燥速率權重λ1=0.7，

單位水能耗權重λ2=0.3。對綜合加權值進行回歸分析，并取最大值，得出低耗高速最佳過程操作條件為：三階段干燥室壓強20Pa（-1.546），44.18Pa（-0.8070），120Pa（1.546），物料厚度30mm （1.546），此時干燥速率為142.69g/h，單位水分能耗為34357.94kJ/kg。

每個優化結果分別進行3次平行實驗，具體實驗條件及測定結果見表7-14，從實驗結果看，優化的最大干燥速率條件比整個干燥過程采取同一壓強要高約 20%左右，而干燥條件每除去1kg水分能節約 25%的能耗，可見優化后的操作條件無論是對提高干燥速率還是降低干燥能耗作用都是非常明顯的，說明分階段采取不同的干燥室壓強對提高干燥速率和降低干燥能耗都有顯著作用。尤其是低耗高速的優化結果 （實驗 3），在保證干燥速率的情況下（僅下降了4.6%）又降低了單位水分能耗（21%），對冷凍干燥過程參數的調節更具有實際參考價值。