具有初始孔隙的速溶咖啡冷冻干燥试验

王 维 李强强 陈国华 李恒乐 杨 菁 张 朔

(1.大连理工大学化工机械与安全学院， 大连 116024; 2.香港理工大学机械工程系， 香港九龙红磡)

0 引言

咖啡全球年产量约826万t[1]，是最流行而且交易最广泛的农产品之一[2]。速溶咖啡是咖啡豆在烘焙、研磨和萃取后经过干燥得到的。干燥方法主要包括喷雾干燥和冷冻干燥。喷雾干燥具有处理量大、干燥时间短的优点，但其过高的操作温度使咖啡中热敏性成分受到破坏[3]。冷冻干燥因其低温低压的操作环境，咖啡内部的芳香性物质和有效成分得到了很好的保留，干燥产品的质量很高[4-5]。因此，冷冻干燥技术广泛应用于高档咖啡的生产中。但是，冷冻干燥过程时间长、能耗高的问题始终存在[6-8]。冷冻干燥一般由物料冻结、维系真空、升华/解析干燥和蒸气冷凝4个子过程组成。其中升华/解析的能耗约占整个过程能耗的一半[9]。因此，缩短冷冻干燥时间、降低过程能耗成为冷冻干燥研究领域的一个重要方向。

冷冻干燥过程是一个典型的质、热耦合传递过程[10-11]。提高干燥室温度和降低操作压力是强化干燥过程的基本手段。但是，干燥室温度的提高受到物料本身物性的影响，在一些物料中过高的温度会导致冷冻干燥过程中的崩塌[12]；干燥室压力则会同时影响干燥过程的传热和传质，降低干燥室压力虽然会强化冷冻干燥过程的传质，但同时也会降低物料导热系数从而降低传热性能[13]。采用叔丁醇-水作为共溶剂进行冷冻干燥能够在一定程度上强化冷冻干燥过程[14-15]，但是产品中叔丁醇的残留问题一直存在[16]。……