冷冻浓缩技术

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。

简述冷冻浓缩的原理和方法冷冻浓缩是一种常见的食品加工方法，用于制备浓缩果汁、浓缩牛奶、浓缩鱼汁等产品。

其原理是通过冷冻或冷冻-蒸发的方式，将原料中的水分部分或全部去除，以达到浓缩的目的。

冷冻浓缩的原理是利用物质在低温下溶解度降低的特性。

一般情况下，随着温度的下降，物质的溶解度逐渐减少。

当温度降至冰点以下时，溶质的溶解度急剧降低。

因此，在冷冻浓缩过程中，通过控制冷冻室的温度，可以使溶质（如果汁中的糖分、盐分等）的溶解度下降，从而利用冷冻时溶质与溶剂的分离，实现浓缩效果。

冷冻浓缩方法主要分为直接冷冻浓缩和冷冻-蒸发浓缩两种。

1. 直接冷冻浓缩直接冷冻浓缩是将原料注入冷冻室，通过低温冷冻使其中的水分结冰。

冷冻过程中，结冻的水分分离出来并形成冰晶，通过筛网或离心等方法分离。

而含有浓缩成分的部分，则在冷冻室中形成稀薄果汁状。

随后，通过进一步分离、干燥，可获得浓缩果汁等。

2. 冷冻-蒸发浓缩冷冻-蒸发浓缩是先将原料进行冷冻，然后再通过升温进行蒸发。

这种方法的特点是能够更好地保持原料中的营养成分和口感。

在冷冻-蒸发浓缩方法中，原料首先被冷冻至较低温度，其中的水分结冰。

然后通过升温使冰晶融化，变成液态，此时冷冻浓缩物含有浓缩成分。

接着，将冷冻浓缩物送入蒸发器，通过提供热量进行蒸发。

在蒸发过程中，水分逐渐蒸发，而浓缩成分（如果汁中的糖分、酸分等）则质量不变地集中在液体中。

最终，经过冷却和分离等步骤，可得到浓缩果汁等产品。

冷冻浓缩的好处在于能够保留原料中的营养成分和风味。

由于冷冻浓缩过程中较低的温度，可以最大限度地防止维生素、酶等营养成分的热敏性损失。

此外，冷冻浓缩还能够在保持浓缩成分的同时，保持原料中的口感和风味。

当然，冷冻浓缩过程也有一些技术挑战和注意事项。

首先，需要严格控制冷冻浓缩室的温度和冷冻速度，以确保溶质的溶解度适当降低，从而达到理想的浓缩效果。

其次，对于冷冻-蒸发浓缩方法，需要在控制冷冻温度的同时，对蒸发过程中的温度、压力和时间等进行合理控制，以避免浓缩成分的丢失。

简述冷冻浓缩的原理及作用
冷冻浓缩是一种物理方法，通过冷冻和蒸发两个步骤，将液体中的水分分离出来，达到浓缩的目的。

首先，在低温下将液体冷凝，使其转化为固体状态。

这样可以使水分结晶并形成冰晶，与其他溶质分离开来。

然后，通过减小压力，将冷凝的固体蒸发，使水从冰晶直接转化为水蒸气。

由于水蒸气的蒸发速度相对较快，而其他组分很难蒸发，因此可以实现分离和浓缩水分的目的。

冷冻浓缩的作用主要有以下几个方面：
1. 浓缩：通过冷冻浓缩，液体中的水分可以被分离出来，使得溶液中水分的浓度大幅度增加。

这对于一些需要提高溶液浓度的工艺来说是非常有益的。

2. 分离：冷冻浓缩可以将液体中溶质与水分分离开来，实现对不同成分的分离。

这在一些需要纯化、提取或者回收液体中的特定物质时非常有用。

3. 保鲜：在冷冻浓缩的过程中，水分会被冷凝和蒸发，从而减少了液体中的活性水分含量。

这可以延缓微生物的繁殖和食物的腐败，从而实现对食品的保鲜作用。

需要注意的是，冷冻浓缩只能处理液态物质中的水分，对于气态物质中的水分无
法直接处理。

同时，该方法并不适用于所有物质，一些物质在冷冻后可能会发生结晶破坏等问题。

因此，在实际应用中需要对不同物质和工艺进行具体分析和调整。

冷冻浓缩的基本原理
冷冻浓缩的基本原理是在低温常压下利用稀溶液与冰在冰点以下固液相平衡关系来实现的。

具体来说，是将溶液中的水分子凝固成冰晶体，然后用机械手段将冰去除，从而减少了溶液中的溶剂水，提高溶液浓度，使溶液得到浓缩。

在冷冻浓缩过程中，溶液的温度需低于其冰点，以保持低温状态并防止冰晶融化。

相比传统的蒸发浓缩，冷冻浓缩具有较低的能耗和更好的保持原物料原有品质和风味的优点。

因为冷冻浓缩是在低温下操作，可以避免物料的热分解和芳香物质的挥发，从而更好地保存食品的原有品质和风味。

此外，由于冷冻浓缩是在常压下进行，操作简便且安全。

以上内容仅供参考，如需获取更多信息，建议查阅相关文献或咨询食品加工领域专家。

实验四食品冷冻浓缩
一、实验目的
1. 掌握食品的冻结规律；
2. 掌握食品在冻结过程中的变化规律；
3. 了解食品在冻结过程中水分和溶质重新分布现象；
4. 了解食品在冻结过程中水分和溶质重新分布的影响因素；
5. 了解冷冻浓缩的操作方法。

二、实验原理
（1）水溶液在冻结过程中水分逐渐结成冰，通过过滤等方法除去冻成的冰块，从而使溶液得到浓缩。

（2）水溶液在冷冻浓缩过程中，随着水分结成冰，冰块周围的溶液浓度逐渐增加，与外围溶液形成浓度梯度，出现由于浓差扩散而引起的水分和溶质重新分布现象，由于此过程需要一定的时间才能完成，所以在冷冻浓缩过程中会出现冰夹带溶质的现象，冻结速度愉快，溶质夹带现象越严重，所以冷冻浓缩的操作一般采用缓慢冻结的方法。

搅拌等强化水分和溶质重新分布的手段可以加快冷冻浓缩的进行。

三、实验仪器和设备
1. 实验材料
白砂糖；
2. 仪器设备
低温冰箱、糖度计等；
四、实验内容与操作
1、实验内容
（1）观察冷冻浓缩过程中的溶质夹带现象；
（2）降温速度对冷冻浓缩的影响；
（3）搅拌对冷冻浓缩的影响。

2、工艺流程
溶液配置→冻结→冰块过滤→测定溶液和冰块中溶质的浓度
3、操作要点
（1）溶液配置：配置150g/kg的糖溶液水；
（2）冻结：将配置好的溶液用烧杯装好置于-30℃冰箱进行冻结；
（3）每小时观察和取样测定溶液和冰快浓度一次；。

五、思考题
1．影响冷冻浓缩过程中水分和溶质重新分布的因素有那些？
2．如何控制冷冻浓缩时溶质夹带的现象？。