用于使用微波能量来加速冷冻干燥产品的方法技术

一种用于使用微波能量来加速具有外皮的产品的冷冻干燥的方法，所述方法包括：冷冻产品；使得产品的外皮弄破；使得弄破的冷冻产品周围的环境压力降低至允许升华的压力；向产品施加第一微波功率以达到至少30W/kg的初始微波功率密度；以及在产品温度超过阈值时向产品施加第二微波功率，其中第二微波功率小于第一微波功率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请声明享有2013年7月19日提交的系列号为No.61/856,603的美国临时专利申请的优先权，该申请在此通过引用以其整体明确地并入本文。
本专利技术总体涉及冷冻干燥，具体涉及一种用于使用微波能量来加速产品的冷冻干燥的方法。
技术介绍
冷冻干燥是从为了保存物质而从物质去除掉几乎所有水分的处理。冷冻干燥(也称为冻干)是通过冷冻物质、降低其温度、而且增加热量以使得物质内的冷冻水通过升华变成气体实现的。冷冻干燥被用来保存各种产品，包括产品(例如水果蔬菜)和药物(例如疫苗)。传统冷冻干燥存在一些缺陷。在升华所要求的低压下，采用对流加热对于加热产品相对无效，这是因为将被加热的产品周围存在很少的气体分子。为此，传统冷冻干燥处理通常使用传导能量，其中产品一般被放置成接触加热表面。传导能量加热产品的外部产品而且依赖热传导来加热产品的外部。该方案的一个挑战在于，随着接触表面的干燥，其变得更像是一个绝热体，由此逐渐越来越抑制到产品的内部的导热。如果接触表面或加热的表面在内部已经完全升华之前变得太热，产品可能被损坏。因此，冷冻干燥处理期间供应的导热量必须被小心地调整。由于这一约束，传统冷冻干燥处理可能要求相当长的一段时间。例如，水果或蔬菜的传统冷冻的典型持续时间介于8-40小时的范围内，具体取决于将被干燥的产品的几何形状、类型和数量。简单地通过增加热量，不能加速该处理，这是因为过分加热产品外部可能会造成损害。冷冻干燥诸如草莓、覆盆子和蓝莓之类的产品整体，提出了新的挑战。在冷冻干燥期间，高达60℃的温度可能出现在已经完成升华的产品区域中。在干燥持续时间较长时，例如在传统冷冻中，一些或所有产品可能数小时地暴露至这些提升的温度下。这个问题对于整体产品或者对于诸如苹果之类的产品的大瓣尤其成问题，因为这些类型的产品干燥起来要花费更长的时间而且对热敏感。干燥阶段的过度加热导致了诸如气味、维生素和抗氧化剂之类的挥发物被破坏。最终的产品可能仍然能够提供极佳的质地以及良好的再水合特性，但是可能已经失去了维生素、抗氧化剂和气味。近年来，微波能量已经被提出用于加速冷冻干燥处理。不同于传导提供的热，微波能量穿透了物质的外层来使得内部变暖而且增加了升华速率。按照这样的方式，微波能量会潜在地降低冷冻干燥所需的时间和能量。然而，冷冻干燥所需温度和压力下微波的使用提出了一些挑战，包括由于热逃逸而导致的产品损坏的可能性。通过使用低微波能量，以更长的干燥时间为代价，可以最小化这些效应。类似地，某些环境条件下在冷冻干燥期间使用更高微波能量，可能导致非热能的(即，冷)等离子体的放电和点火，从而导致烧坏或者损坏的产品。需要一种允许在产品的冷冻干燥期间应用高微波功率而不破坏产品的微波冷冻干燥方法，由此实现更短的冷冻干燥时间。
技术实现思路
一种用于使用微波能量来加速具有外皮的产品的冷冻干燥的方法，所述方法包括：冷冻产品；使得产品的外皮弄破；使得弄破的冷冻产品周围的环境压力降低至允许升华的压力；向产品施加第一微波功率以达到至少30W/kg的初始微波功率密度；以及在产品温度超过阈值时向产品施加第二微波功率，其中第二微波功率小于第一微波功率。附图说明图1示出了用于微波冷冻干燥具有外皮的产品的示例方法。图2示出了微波冷冻干燥期间施加给蓝莓的第一和第二能量，以及相关的初始功率密度。图3示出了利用传统冷冻干燥和微波冷冻干燥对产品进行冷冻干燥的示例产品温度。图4是针对蓝莓的示例切割模式的示意图。图5示出了击穿电压及压力。图6示出了具有快感标度值2的微波冷冻干燥的蓝莓。图7示出了具有快感标度值3的微波冷冻干燥的蓝莓。图8示出了具有快感标度值5.0的微波冷冻干燥的蓝莓。图9示出了总的施加能量和质量随着产品被微波冷冻干燥的示例变化。图9还示出了剩下及蒸发的水。具体实施方式下述说明书阐述了示例的方法、参数等。然而，应该认识到，这种说明并非对本公开文本的范围的限制，而是被提供作为示例实施例的描述。本公开文本描述了利用微波能量冷冻干燥产品的处理。不同于要求针对整个产品或者产品的大瓣的很长的干燥时间的冷冻干燥处理，本文描述的处理通过预处理产品以改进热吸收能力而且降低了内部压力积累的可能性，随后在适合于升华的压力和温度条件下施加相对高的微波能量至产品，从而实现了显著更快的干燥时间。预处理降低了由于与在冷冻干燥所要求的典型温度和压力条件下使用高微波能量来加热产品相关的热失控或其它效应(例如，等离子体放电或冷等离子体点火)而导致的产品损坏的可能性。1.冷冻干燥具有外皮的产品图1示出了示例处理100for微波冷冻干燥具有外皮的产品。下文将对该处理进行详细描述。a.冷冻产品在块102，产品可被冷冻。在一个示例处理中，产品被冷冻至温度-20℃。在替换处理中，产品可被冷冻至温度-5℃、-15℃或-35℃，例如。在一些示例中，可根据产品的含糖量来选择产品冷冻温度。在一些示例中，冷冻温度可能会影响冷冻干燥处理的质量和速度。例如，更低的温度可能增大微波的穿透深度，由此使得微波能量实现进入蔬菜和水果的体内的穿透深度。在该情况下，升华可在产品的整个体内发生。b.使得产品的外皮弄破在块104，经冷冻的产品的外皮弄破。例如，弄破可包括冲孔、穿孔、切割、刻痕、画断面线、切片、去除或松弛外皮的化学处理、或者打磨。可按照改进了蒸汽渗透性或者在冷冻干燥处理期间保持产品内部压力较低的任意方式执行弄破处理。优选地，弄破处理使得产品基本上未受损伤，还是一个单块；然而，对于一些市场，可以接受按照不使得产品基本上未受损伤的方式使得外皮弄破。例如，对于诸如苹果之类的更大的水果的一些瓣，产品可能并非未受损伤，但是瓣可能比传统用于冷冻干燥的薄片更厚。例如，可通过手、使用自动机械、或者通过在适当化学溶液中对产品进行洗浴来完成弄破。在替换处理中，可在冷冻产品之前弄破外皮；例如，用于去除一部分外皮的一些化学处理在冷冻产品之前更容易执行。具有低蒸汽渗透性的未受损外皮的整个产品(例如葡萄、黑醋栗、红醋栗或蓝莓)倾向于随着冰升华在微波冷冻干燥期间经历相对高的内部压力。蒸汽不能容易地逃离产品以实现持续的干燥，因为外皮防止了热转移和质量转移。如果在冷冻干燥之前未进行处理，施加至产品的微波能量必须保持相对低以避免由于热失控或与微波能量产生热的具体方式有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使用微波能量来加速具有外皮的产品的冷冻干燥的方法，所述方法包括：冷冻产品；使得产品的外皮弄破；使得弄破的冷冻产品周围的环境压力降低至允许升华的压力；向产品施加第一微波功率以达到至少30W/kg的初始微波功率密度；以及在产品温度超过阈值时向产品施加第二微波功率，其中第二微波功率小于第一微波功率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.19 US 61/856,6031.一种用于使用微波能量来加速具有外皮的产品的冷冻干燥的方
法，所述方法包括：
冷冻产品；
使得产品的外皮弄破；
使得弄破的冷冻产品周围的环境压力降低至允许升华的压力；
向产品施加第一微波功率以达到至少30W/kg的初始微波功率密度；以
及
在产品温度超过阈值时向产品施加第二微波功率，其中第二微波功率小
于第一微波功率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中具有弄破的外皮的产品本质上
是未受损伤的。
3.根据任意前述权利要求所述的方法，其中外皮是在产品被冷冻之
前弄破的。
4.根据任意前述权利要求所述的方法，其中压力被降低至0.6mbar
以下的压力。
5.根据任意前述权利要求所述的方法，其中压力被降低至0.05
mbar以下的压力。
6.根据任意前述权利要求所述的方法，其中产品被冷冻至不高于-
20C的温度。
7.根据任意前述权利要求所述的方法，其中通过切割使得产品的外

\t皮弄破。
8.根据任意前述权利要求所述的方法，其中外皮被切割成使得被产
品的切割暴露的暴露表面面积与...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·蒙克柏格，
申请(专利权)人：普罗赛索斯耐趣尔斯威尔库有限公司，
类型：发明
国别省市：智利;CL