速溶茶粉凍干原理及凍干工藝流程

     速溶茶粉凍干原理是：先將需要干燥的茶葉提取濃縮液在低溫下完全凍結， 然后在高真空狀態下直接將冰晶( 水分) 以升華的方式除去，從而得到凍干茶粉。

     由于整個干燥過程是在真空 、低溫 的條件下完成的， 避免了氧化及高溫對生物活性物質的作用， 最大限度地保存了茶粉中的生物活性物質， 且干燥后的茶粉呈多孔海綿狀結構， 極易溶于水， 能夠迅速復原。

?     速溶茶粉的凍干工藝流程：茶葉→拼配→浸提→凈化→濃縮→凍干→包裝。其中凍干機的凍干工藝包括預凍結 、升華和解析干燥3個階段。對凍干速溶茶的質量要求是：生物活性不變， 外觀 色澤均勻， 形態飽滿， 結構穩固， 溶解速度快， 殘余水分低。


1、前處理

     前處理主要包括浸提、凈化、濃縮等過程， 目的是將 茶葉中的有效成分提取出來， 經凈化濃縮至一定體積， 以減少凍干過程中的工作量， 節約能源 。前處理的結果 對凍干速溶茶的湯色與滋味有著決定性的影響， 因而對 前處理工作必須有足夠的重視。

2、預凍結

     預凍結前的濃縮茶湯， 是含有茶多酚及其聚合物混 合物的水溶液， 分子量從幾百到幾萬， 其溶解度隨溫度 變化較大， 易形成冷后渾 。溶液具有較強的黏性， 能粘在有特氟隆涂層的凍干盤上且不易脫離。預凍結時必 須考慮這一特性 。
     一般情況下，溶液速凍時的降溫速率為10～50℃/min, 在顯微鏡下可見冰晶大小 ；相反， 慢凍的降溫 速率為10℃/min 時，形成的冰晶肉眼可見， 粗冰晶在 升華后留下較大的空隙。由此，可提高凍干速率， 細小 冰晶在升華后留下的間隙較小， 使下層的升華受阻， 速 凍的成品粒子細膩， 外觀均勻， 比表面積大， 多孔結構 好， 溶解速度快， 但成品的吸濕性相對也較強 。
     濃縮茶湯有兩種主要的預凍結方式， 一種是先鋪 盤， 后在速凍庫內降溫凍結；另一種是用快速制冰機少 量分批次( 每批次約1~2kg ) 地制成 -30℃左右的薄 冰， 然后刮成碎冰再鋪盤 。前者相當于慢凍， 后者接近 于快凍， 前者使用的設備少， 鋪盤快， 缺點是制品在冷卻 過程中有冷沉淀出現， 成品有明顯的分層現象， 色澤也 不勻， 需經混合后才能達到一致 ；后者需要有快速制冰 設備， 但成品色澤均一， 冷溶性好。此外， 國外還有冷凍 噴霧造粒設備， 在噴霧過程中吹強冷風， 直接將霧滴凍 結， 其優點是粒子大小非常均一。 

3、升華的條件與速度 

    當冰在一定溫度下的飽和蒸汽壓大于環境的水蒸氣分壓時， 就開始升華。比制品溫度更低的冷阱對水蒸 氣的抽吸與捕獲作用， 則是維持升華所必需的條件 。
    氣體分子在兩次連續碰撞之間的距離稱為平均自 由程， 它與壓力成反比， 在常壓下， 其值很小， 升華的水 分子很容易與氣體碰撞又返回到蒸氣源表面， 因而升華 速度很慢， 隨著壓力降低至133Pa 以下，平均自由程將 增大10萬倍， 使升華速度顯著加快， 飛離出來的水分子 很少改變自己的方向， 從而形成了定向的蒸氣流。
     真空泵在上海紅鹿凍干機中僅起到抽除永久性氣體的作用， 以維持升華所需的低壓，1g水蒸氣在常壓下為1.25 L, 而在133 Pa 時卻膨脹到10000L 。普通真空泵在單 位時間內抽除大量氣體是不可能的，冷阱實際上成了專 門捕集水蒸氣的真空泵。
     在速溶茶的凍干過程中，制品與冷阱的溫度通常在-25℃與-30℃, 冰在該溫度下的飽和蒸汽壓分別為64Pa與38Pa, 因而在升華表面與冷凝表面形成了一 定的壓力差， 這壓力差被喻為升華動力，它將促使制品 中升華出來的水蒸氣， 以一定的流速定向地抵達冷阱表 面， 從而凝結成冰霜 。 冰的升華熱約為2.812kJ/g ， 如果升華過程中不供 給熱量， 那么制品只有降低內能來獲得升華熱， 直至溫 度與冷阱溫度平衡后， 升華停止。為了保持升華面與冷 凝面的溫度差， 必須對制品提供足夠的熱量 。

4、升華過程

      在升溫的第一階段( 即大量升華階段) ， 制品溫度要 低于共晶點一個范圍， 速溶茶的共晶點為-18℃, 第一 階段制品的溫度一般控制在-20℃以下( 此時冷阱溫 度至少應在 -28 ℃以下) ， 因此輻射板溫度應加以控 制。若制品已經部分干燥， 但溫度卻超過共晶點， 此時 制品將產生融化現象， 此時融化的液體對冰飽和， 對溶 質卻未飽和， 因此干燥的溶質將迅速溶解進去， 最后濃 縮成一薄層僵塊， 外觀極為不良， 溶解速度較差。若制品的融化發生在大量升華后期， 則由于融化的液體數量 較少， 因而被干燥的多孔性固體所吸收， 造成凍干后的 塊狀物有缺損， 加水復原時仍能發現局部溶解速度較 慢。
      在大量升華過程中，雖然輻射板和制品溫度有較大 懸殊， 但由于輻射板溫度、冷阱溫度和真空度基本保持 不變， 因而升華吸熱較穩定， 制品溫度相對恒定， 隨著制 品自上而下層層干燥，冰層升華的阻力逐漸增大， 制品 溫度也會小幅上升， 直至用肉眼已看不到冰晶存在， 此 時 90%以上的水分已去除， 大量的升華過程至此已基本結束。為確保整機內制品完成大部分升華過程， 制品 溫度仍應保持一個階段再進行第二階段的升溫。
      剩余百分之幾的水分稱為殘余水分， 它與自由狀態的水在物理化學性質上有所不同， 殘余水分包括化學結 合水與物理結合水， 諸如化合物的結晶水， 蛋白質通過 氫鍵結合的水以及固體表面或毛細管中吸附的水等 。 由于殘余水分受到種種引力的束縛， 其飽和蒸汽壓則有 不同程度的降低， 因而干燥速度明顯下降。雖然提高制 品溫度可以促進殘余水分的汽化， 但若超過某一極限溫 度， 生物活性也可能急劇下降 。保證制品安全的最高干 燥溫度要由實驗來確定， 通常在第二干燥階段將輻射板 的溫度控制在+60 ℃左右， 并保持恒定。在這一階段 初期， 由于制品溫度升高， 殘余水分少又不易汽化， 因此 制品溫度上升快， 但隨著制品溫度與輻射板溫度逐漸靠 近， 傳熱變得更為緩慢， 需要耐心等待相當長的一段時 間。實踐經驗表明， 殘余水分干燥的時間與大量升華的 時間幾乎完全相等， 有時甚至更長 。