[发明专利]微波冻干过程中水分含量的在线监测方法及微波冻干设备

说明书

本发明提供一种微波冻干过程中水分含量的在线监测方法及微波冻干设备。该在线监测方法包括以下步骤：利用太赫兹波检测微波冻干仓的仓内太赫兹频域光谱，作为第一参考信号；将冰块置于微波冻干仓中进行微波冻干处理，并利用太赫兹波检测冰块从升华至解析过程的太赫兹水吸收光谱，作为第二参考信号；将速冻后的待测食品样品置于微波冻干仓中进行微波冻干处理，并利用太赫兹波检测待测食品样品在微波冻干过程中水分的太赫兹频域光谱，获得待测食品样品中水分吸收峰的峰位和强度，并与第一参考信号和第二参考信号对比，获得待测食品样品的实时水分含量。本发明利用太赫兹波谱及时获得微波冻干过程中任意时刻物料的水分含量，保证冻干的品质。

技术领域

本发明属于微波冻干技术领域，特别涉及一种微波冻干中水分含量的在线监测方法及微波冻干设备。

背景技术

冷冻干燥技术是在将产品进行预先速冻，冻结成固体后在真空环境下加热使固态水直接升华挥发，物质本身的形态停留在冻结时的冰架结构中。因此，冻干技术是一种低温干制技术，是目前已知的最能够保持食品色、香、味、形的方法，对食品营养的保留率高达85％以上，部分甚至可高达90％以上，但是，高能耗限制了冻干食品的大规模应用。近年来，微波冻干作为一种新型的干燥方式被很多科研人员研究，这种干制方式以微波加热取代传统的加热板传导加热，使食品处于整体加热的环境中，热量的传递和质量的传递变为同一方向，大大提高了干制效率。根据目前的研究结果，微波冷冻干燥的干制时间比单纯的冷冻干燥时间至少缩短30％。

在对微波冻干的研究过程中，我们取得了一些突破，比如采用光纤测温，可以获得食品内部物料的实时温度。但是也遇到一些瓶颈问题，如微波冻干过程中物料的升华界面如何迁移，至今无法得知，均依靠推测，因为微波具有热效应，它的存在使得一些常规的检测方法无法正常使用。而不了解微波冻干过程中的水分迁移规律，就无法进一步掌握整个微波干燥过程，这对于微波冻干的产业化相当不利。此外，微波冻干过程中，物料的干制终点目前是依靠经验或者光纤测温判断，准确率低。如果物料已经干燥完成，但由于判断不准确依然继续进行干制，就会导致能耗的极大浪费，而如果未达到所需的干燥程度就提前停止干燥，又无法保证食品的微观形态结构，还会引发其他问题。

发明内容

针对目前微波冻干在食品进行干燥时无法监控物料升华界面的迁移规律、无法精确判断物料干制点等问题，本发明提供一种微波冻干过程中水分含量的在线监测方法。

另一方面，本发明还提供适用于上述微波冻干过程中水分含量的在线监测方法的一种微波冻干设备。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种微波冻干过程中水分含量的在线监测方法，包括以下步骤：

利用太赫兹波检测微波冻干仓的仓内太赫兹频域光谱，作为第一参考信号；

将冰块置于所述微波冻干仓中进行微波冻干处理，并利用太赫兹波检测所述冰块从升华至解析过程的实时太赫兹水吸收光谱，作为第二参考信号；

将速冻后的待测食品样品置于所述微波冻干仓中进行微波冻干处理，并利用太赫兹波检测所述待测食品样品在微波冻干过程中水分的太赫兹频域光谱，获得所述待测食品样品中水分吸收峰的峰位和强度，并与所述第一参考信号和第二参考信号对比，获得微波冻干过程中待测食品样品的实时水分含量，并以此判断微波冻干程度，及时调整冻干参数。

相应地，一种微波冻干设备，包括微波加热箱和冻干仓，所述冻干仓安装于所述微波加热箱里，所述冻干仓的仓壁上安装有太赫兹发射光电导天线，所述冻干仓的仓壁上还安装有太赫兹接收光电导天线，并且所述太赫兹发射光电导天线和所述太赫兹接收光电导天线正相对以使所述太赫兹接收光电导天线接收到所述太赫兹发射光电导天线产生的太赫磁波；