速溶茶粉冻干原理及冻干工艺流程

速溶茶粉冻干原理是：先将需要干燥的茶叶提取浓缩液在低温下完全冻结， 然后在高真空状态下直接将冰晶( 水分) 以升华的方式除去，从而得到冻干茶粉。

由于整个干燥过程是在真空 、低温 的条件下完成的， 避免了氧化及高温对生物活性物质的作用， 最大限度地保存了茶粉中的生物活性物质， 且干燥后的茶粉呈多孔海绵状结构， 极易溶于水， 能够迅速复原。

速溶茶粉的冻干工艺流程：茶叶→拼配→浸提→净化→浓缩→预冻结→冻干→包装。其冻干工艺包括前处理 、预冻结 、升华和再干燥 4 个阶段。

对冻干速溶茶的质量要求是：生物活性不变， 外观 色泽均匀， 形态饱满， 结构稳固， 溶解速度快， 残余水分低。

1、前处理

前处理主要包括浸提、净化、浓缩等过程， 目的是将 茶叶中的有效成分提取出来， 经净化浓缩至一定体积， 以减少冻干过程中的工作量， 节约能源 。前处理的结果 对冻干速溶茶的汤色与滋味有着决定性的影响， 因而对 前处理工作必须有足够的重视。

2、预冻结

预冻结前的浓缩茶汤， 是含有茶多酚及其聚合物混 合物的水溶液， 分子量从几百到几万， 其溶解度随温度 变化较大， 易形成冷后浑 。溶液具有较强的黏性， 能粘 在有特氟隆涂层的冻干盘上且不易脱离。预冻结时必 须考虑这一特性 。

一般情况下， 溶液速冻时的降温速率为10～5 0 ℃/min, 在显微镜下可见冰晶大小 ；相反， 慢冻的降温 速率为10 ℃/min 时， 形成的冰晶肉眼可见， 粗冰晶在 升华后留下较大的空隙。由此， 可提高冻干速率， 细小 冰晶在升华后留下的间隙较小， 使下层的升华受阻， 速 冻的成品粒子细腻， 外观均匀， 比表面积大， 多孔结构 好， 溶解速度快， 但成品的吸湿性相对也较强 。

浓缩茶汤有两种主要的预冻结方式， 一种是先铺 盘， 后在速冻库内降温冻结；另一种是用快速制冰机少 量分批次( 每批次约1~2kg ) 地制成 -30℃左右的薄 冰， 然后刮成碎冰再铺盘 。前者相当于慢冻， 后者接近 于快冻， 前者使用的设备少， 铺盘快， 缺点是制品在冷却 过程中有冷沉淀出现， 成品有明显的分层现象， 色泽也 不匀， 需经混合后才能达到一致 ；后者需要有快速制冰 设备， 但成品色泽均一， 冷溶性好。此外， 国外还有冷冻 喷雾造粒设备， 在喷雾过程中吹强冷风， 直接将雾滴冻 结， 其优点是粒子大小非常均一。

3、升华的条件与速度

当冰在一定温度下的饱和蒸汽压大于环境的水蒸气分压时， 就开始升华。比制品温度更低的冷阱对水蒸 气的抽吸与捕获作用， 则是维持升华所必需的条件 。

气体分子在两次连续碰撞之间的距离称为平均自 由程， 它与压力成反比， 在常压下， 其值很小， 升华的水 分子很容易与气体碰撞又返回到蒸气源表面， 因而升华 速度很慢， 随着压力降低至133Pa 以下，平均自由程将 增大10 万倍， 使升华速度显著加快， 飞离出来的水分子 很少改变自己的方向， 从而形成了定向的蒸气流。

真空泵在冻干机中仅起到抽除永久性气体的作用， 以维持升华所需的低压，1g水蒸气在常压下为 1 .25 L, 而在 133 Pa 时却膨胀到 10 000 L 。普通真空泵在单 位时间内抽除大量气体是不可能的， 冷阱实际上成了专 门捕集水蒸气的真空泵。

在速溶茶的冻干过程中， 制品与冷阱的温度通常在 -25 ℃与-30 ℃, 冰在该温度下的饱和蒸汽压分别为 64 Pa 与 38 Pa, 因而在升华表面与冷凝表面形成了一 定的压力差， 这压力差被喻为升华动力， 它将促使制品 中升华出来的水蒸气， 以一定的流速定向地抵达冷阱表 面， 从而凝结成冰霜 。 冰的升华热约为 2.812kJ/g ， 如果升华过程中不供 给热量， 那么制品只有降低内能来获得升华热， 直至温 度与冷阱温度平衡后， 升华停止。为了保持升华面与冷 凝面的温度差， 必须对制品提供足够的热量 。

大型冻干机

4、升华过程

在升温的第一阶段(即大量升华阶段)，制品温度要低于共晶点一个范围，速溶茶的共晶点为-18℃,第一阶段制品的温度一般控制在-20℃以下(此时冷阱温度至少应在-28℃以下)，因此辐射板温度应加以控制。若制品已经部分干燥，但温度却超过共晶点，此时制品将产生融化现象，此时融化的液体对冰饱和，对溶质却未饱和，因此干燥的溶质将迅速溶解进去，最后浓缩成一薄层僵块，外观极为不良，溶解速度较差。若制品的融化发生在大量升华后期，则由于融化的液体数量较少，因而被干燥的多孔性固体所吸收，造成冻干后的块状物有缺损，加水复原时仍能发现局部溶解速度较慢。

小型冻干机

在大量升华过程中，虽然辐射板和制品温度有较大悬殊，但由于辐射板温度、冷阱温度和真空度基本保持不变，因而升华吸热较稳定，制品温度相对恒定，随着制品自上而下层层干燥，冰层升华的阻力逐渐增大，制品温度也会小幅上升，直至用肉眼已看不到冰晶存在，此时90%以上的水分已去除，大量的升华过程至此已基本结束。为确保整机内制品完成大部分升华过程，制品温度仍应保持一个阶段再进行第二阶段的升温。

剩余百分之几的水分称为残余水分，它与自由状态的水在物理化学性质上有所不同，残余水分包括化学结合水与物理结合水，诸如化合物的结晶水，蛋白质通过氢键结合的水以及固体表面或毛细管中吸附的水等。由于残余水分受到种种引力的束缚，其饱和蒸汽压则有不同程度的降低，因而干燥速度明显下降。虽然提高制品温度可以促进残余水分的汽化，但若超过某一极限温度，生物活性也可能急剧下降。保证制品安全的最高干燥温度要由实验来确定，通常在第二干燥阶段将辐射板的温度控制在+60℃左右，并保持恒定。在这一阶段初期，由于制品温度升高，残余水分少又不易汽化，因此制品温度上升快，但随着制品温度与辐射板温度逐渐靠近，传热变得更为缓慢，需要耐心等待相当长的一段时间。实践经验表明，残余水分干燥的时间与大量升华的时间几乎完全相等，有时甚至更长。

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