一种降低结晶夹带率的低温浓缩方法

本申请涉及生物制药、食品、化学合成等领域的浓缩液态物料技术，特别是涉及一种降低结晶夹带率的低温浓缩方法。

背景技术：

1、浓缩是生物制药、食品加工、化学合成等领域常用的重要手段，浓缩液作为一种半成品或产品广泛流通，高效、高品质、低成本的浓缩手段一直是浓缩行业的迫切需求。

2、传统的液态浓缩方式包括膜浓缩、蒸发浓缩和冷冻浓缩。冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间的固液相平衡原理，将稀溶液降温，直至溶液中的部分水分冻结成冰，并将冰晶分离的一种浓缩方法，适用于液态食品浓缩、热敏性医药及生物制品的浓缩与分离、废水处理、海水淡化等领域。工业上常采用的是悬浮式冷冻浓缩，通过大量悬浮分散于母液中冰结晶的成长、分离而达到浓缩的方式，其主要包括种晶生成、结晶成长、固液分离、洗晶四个过程，其中冰晶的数量、大小、形状是整个技术的关键。种晶过程中的微小冰晶附着液的预防、冰晶生长过程中的二次成核避免及冰晶生长速度的抑制是是影响其浓缩品质的主要因素，即需获得理想冰晶。无序化成型的大冰晶，夹带率高，易造成溶质损失，营养成分流失，需进行复杂的洗晶步骤，且在洗晶过程中亦会一定程度造成溶质不可逆流失，最终显著影响浓缩汁的品质。

3、水合物法浓缩是在一定压力与温度下，客体气体水分子与溶液中主体水分子形成类似冰晶的笼形结构物质，固液分离后，获得浓缩液的浓缩方法；水合物的形成包括晶体成核和晶体生长两个阶段，在成核前期，气体分子进入溶液内部，随着气液传质的进行，气体气泡逐渐变小，气体分子进入由主体水分子逐渐形成笼状孔穴结构，发生成核现象，主客体分子之间通过范德华力相互关联，不断聚集，慢慢形成稳定的笼，最终结晶完成。

4、水合物法浓缩与目前公认相对最佳的冷冻浓缩的效果相似，也存在类似的晶体夹带溶质损失的问题，溶液溶质在晶体形成过程中(形成笼形结构物质)，易被夹带甚至包埋，水合物夹带率将是限制其推广与应用的主要因素之一。但较之冷冻浓缩无需零下低温，耗能低。因此，有效调控水合物晶体的形成速度、形状、尺寸，获得稳定、多且纯的水合物晶体，从而获得高浓缩率、低夹带率的浓缩液，是促进水合物法浓缩液态食品技术推广的重要保证。

5、因此，上述的浓缩技术都存在一些不足之处，主要表现为：

6、(1)蒸发浓缩的浓缩效率高，但其对物料中热敏性的功能性、营养性成分破坏严重。

7、(2)冷冻浓缩具有相对较高的浓缩品质，但其冷冻低温的条件需求使得浓缩能耗高、时间长，夹带率高，且其还需洗晶操作，此外仍需给予杀菌处理，才能长期储存其成品浓缩汁，其应用受到相对程度上的限制。

8、(3)水合物浓缩，夹带率高，对物料的杀菌效果有限，出现微生物亚致死现象，需辅助以额外的杀菌处理才能长期贮藏。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供一种降低结晶夹带率的低温浓缩方法。该方法通过优化气体引入的时机、数量和分布，将气体水合物浓缩和冷冻浓缩耦合联用，以改善结晶过程，减少溶质夹带，从而提高产品的纯度和营养品质。

2、本申请提供一种降低结晶夹带率的低温浓缩方法，包括如下步骤：

3、s100、将液态物料进行预冷处理，控制浓缩处理器的内腔的温度与所述液态物料的预冷温度一致；

4、s200、将预冷后的所述液态物料送入所述浓缩处理器的内腔中；

5、s300、向所述浓缩处理器的内腔中输入小分子气体，同时搅拌所述液态物料，调控浓缩处理器的内腔压力至第一压力；

6、s400、继续输送预冷后的液态物料至所述浓缩处理器的内腔中，降低所述浓缩处理器的内腔的温度；

7、s500、继续向所述浓缩处理器的内腔输入小分子气体，调控所述浓缩处理器的内腔压力至第二压力，并增大搅拌速度，其中，所述第二压力低于所述第一压力；

8、s600、当所述浓缩处理器的内腔中的所述液态物料达到目标浓度时，将其从所述浓缩处理器的内腔排出，并收集所有浓缩母液，取出上层的环状冰晶。

9、在其中一个实施例中，在步骤s100中，将液态物料进行预冷处理，其温度为0.5-8℃；在步骤s4o0中，降低所述浓缩处理器的内腔的温度至-1～-12℃。

10、在其中一个实施例中，在步骤s100中，将预冷后的所述液态物料送入所述浓缩处理器的内腔中时，控制所述液态物料的体积占所述浓缩处理器的内腔总体积1/4-2/5；在步骤s4o0中，继续输送预冷后的液态物料至所述浓缩处理器的内腔中，控制所述液态物料的体积占所述浓缩处理器的内腔总体积的1/2-4/5。

11、在其中一个实施例中，在步骤s300中，通过在所述浓缩处理器的内腔中设置搅拌器来实现搅拌，设置所述搅拌器的搅拌速度为500-1500rpm/min；在步骤s5o0中，在降温过程继续输入小分子气体，增大所述搅拌器的搅拌速度至1500～2500rpm/min。

12、在其中一个实施例中，在步骤s300中，调控所述浓缩处理器的内腔压力至3-10mpa；在步骤s5o0中，调控所述浓缩处理器的内腔压力至2-5mpa。

13、在其中一个实施例中，所述小分子气体为以下至少一项：co2、c2h4、ch4、n2。

14、与现有技术相比，本申请实施例的一种降低结晶夹带率的低温浓缩方法具有以下优点及有益效果：

15、在冷冻浓缩结晶相变前阶段，通入小分子气体，形成水合物晶核或小晶体，以充当冷冻浓缩的晶种，可降低冷冻浓缩结晶过冷度，促进冷冻浓缩发生。

16、在冷冻浓缩相变阶段，继续通入气体，增强传热的同时，增加了成核点，促进了结晶发生，形成更多更小的冰晶，有效降低了大冰晶的生成，降低了夹带率。

17、采用本申请实施例的一种降低结晶夹带率的低温浓缩方法，较单一冷冻浓缩，节省时间10％以上，降低冰晶夹带率10％以上，品质提高15％以上。

技术特征：

1.一种降低结晶夹带率的低温浓缩方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的降低结晶夹带率的低温浓缩方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的降低结晶夹带率的低温浓缩方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的降低结晶夹带率的低温浓缩方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的降低结晶夹带率的低温浓缩方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的降低结晶夹带率的低温浓缩方法，其特征在于：

技术总结
本申请涉及一种降低结晶夹带率的低温浓缩方法。本申请所述的降低结晶夹带率的低温浓缩方法在冷冻浓缩结晶相变前阶段，通入小分子气体，形成水合物晶核或小晶体，以充当冷冻浓缩的晶种，可降低冷冻浓缩结晶过冷度，促进冷冻浓缩发生。在冷冻浓缩相变阶段，继续通入气体，增强传热的同时，增加了成核点，促进了结晶发生，形成更多更小的冰晶，有效降低了大冰晶的生成，降低了夹带率。采用本申请实施例的一种降低结晶夹带率的低温浓缩方法，较单一冷冻浓缩，节省时间10％以上，降低冰晶夹带率10％以上，品质提高15％以上。

技术研发人员：程丽娜,徐玉娟,余元善,邹波,李璐,胡腾根,卜智斌
受保护的技术使用者：广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27