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《食品真空冷凍干燥設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)修訂解析
1 修訂背景
食品真空冷凍干燥( 簡稱凍干) 技術(shù)起源于 20
世紀(jì) 30 年代的丹麥，后逐步由實(shí)驗(yàn)研究轉(zhuǎn)為生產(chǎn)
實(shí)踐,，并在其后的上世紀(jì) 80 年代中期到上世紀(jì) 90
年代末達(dá)到了一個(gè)快速發(fā)展階段,。美國和日本跟
進(jìn)迅速,，其凍干食品產(chǎn)量的增幅也zui終超越了歐
洲,。進(jìn)入 21 世紀(jì)后,，凍干食品在美、日及歐洲各國
等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)被廣泛接受,，普及程度較高,，
技術(shù)也已日臻完善。
20 世紀(jì)中葉,，雖然我國從蘇聯(lián)引進(jìn)了食品凍
干技術(shù),，但應(yīng)用并不理想,，且 20 世紀(jì) 80 年代中期
才開始仿制國外的隔代產(chǎn)品,。一直到新世紀(jì)來
臨，在國內(nèi)高校,、科研院所及生產(chǎn)廠家的共同努力
下,，才探索出了一條消化吸收與自主創(chuàng)新相結(jié)合
的道路,，并逐步形成了自主設(shè)計(jì)、自主生產(chǎn)的能
力,。我國*食品凍干設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn) JB /T 10285—
2001( 以下簡稱原標(biāo)準(zhǔn)) 在這樣的時(shí)代背景下應(yīng)運(yùn)
而生,。
隨著時(shí)代的進(jìn)步和我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)
展，人們對科學(xué)加工食品的認(rèn)知度提升,，也出現(xiàn)了
更多需求,，大大推動(dòng)了食品凍干技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)
展。我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國,，生鮮果蔬資源豐富,。
目前，凍干食品的內(nèi)外需求均呈現(xiàn)出良好的發(fā)展
態(tài)勢,，諸多新品種還在不斷地被開發(fā),。為了盡快
趕超*、進(jìn)一步普及凍干食品,、推動(dòng)貿(mào)易和經(jīng)濟(jì)
發(fā)展,，讓我國的食品凍干技術(shù)再上一個(gè)新的臺(tái)階，
完善相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)務(wù)之急,。
2 修訂過程及進(jìn)展
2013 年,，合肥通用機(jī)械研究院提出了 JB /T
10285—2001 的修訂立項(xiàng)申請，同年第四季度獲得
工業(yè)和信息化部的批準(zhǔn)( 工信廳科［2013］217 號(hào)
文,，計(jì)劃編號(hào) 2013—2252T—JB) ,。此技術(shù)的歸口
單位———全國冷凍空調(diào)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)迅
速組織合肥通用機(jī)電產(chǎn)品檢測院有限公司、大連
冷凍機(jī)股份有限公司,、煙臺(tái)中孚冷鏈設(shè)備有限公
司等相關(guān)單位成立了標(biāo)準(zhǔn)起草工作組,，經(jīng)過近兩
年的調(diào)查研討、分析比對以及廣泛的征求意見,，目
前已完成了對標(biāo)準(zhǔn)的修訂,，并通過了標(biāo)委會(huì)全體
第 3 期 馬金平 等: 《食品真空冷凍干燥設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)修訂解析 · 77 ·
委員的審查，步入報(bào)批流程,。新標(biāo)準(zhǔn)有望于 2016
年年內(nèi)獲得批準(zhǔn)發(fā)布,。
3 修訂思路
凍干設(shè)備服務(wù)于凍干工藝。一種好的凍干工
藝應(yīng)具備個(gè)性化［1］,，而標(biāo)準(zhǔn)的制定卻需要具有普
遍性,。考慮到原標(biāo)準(zhǔn)起點(diǎn)低以及目前國內(nèi)凍干技
術(shù)發(fā)展仍未充分的實(shí)際情況,，本次修訂的基本思
路是立足原標(biāo)準(zhǔn)范圍不擴(kuò)大,，科學(xué)合理地完善技
術(shù)參數(shù)和檢測方法，增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的可讀性和可操作
性,。具體包括:
1) 以的 2009 版 GB /T 1． 1《標(biāo)準(zhǔn)化工作
導(dǎo)則》為基準(zhǔn)構(gòu)建規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)語言,，*解決標(biāo)
齡的老化問題;
2) 標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)架要與冷凍空調(diào)設(shè)備專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)已
有的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一,，不但要易于研讀，更要能體
現(xiàn)出本專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系的風(fēng)格;
3) 以技術(shù)參數(shù)為主線,，科學(xué)梳理,、合理調(diào)整，
提升測試方法的可操作性,。
因此,，修訂后的標(biāo)準(zhǔn)仍然只針對間歇式凍干
設(shè)備，且不包含凍結(jié)庫( 也就是預(yù)凍裝置) ,。連續(xù)
式,、非成套凍干設(shè)備，以及根據(jù)特殊工藝要求開發(fā)
的特殊產(chǎn)品,，可參考本標(biāo)準(zhǔn)的檢測方法和各參數(shù)
的制定原則,。
4 技術(shù)參數(shù)的解析
4． 1 基本參數(shù)的確定
從用戶的角度來思考，一臺(tái)凍干設(shè)備能否滿
足基本的凍干需求首先要看它的凍干能力,，也就
是干燥空間和干燥面積有多大,、能夠在什么樣的
工作壓力下提供什么樣的加熱和制冷溫度，zui終
達(dá)到的干燥效果如何,。因此,，總干燥面積、干燥倉
容積,、干燥倉工作壓力,、加熱板加熱溫度、冷阱蒸
發(fā)溫度,、單位面積升華水量作為產(chǎn)品zui基本的技
術(shù)參數(shù)必須在產(chǎn)品的銘牌中加以明確,。
其次，由于凍干工藝較為復(fù)雜,，因此必定還存
在一些額外的工藝性參數(shù),，如果這些參數(shù)無法滿
足，就會(huì)導(dǎo)致凍干工藝失效,，不能達(dá)到預(yù)期的凍干
效果,，甚至導(dǎo)致物料報(bào)廢，產(chǎn)生極大的浪費(fèi),。除基
本技術(shù)參數(shù)外,，標(biāo)準(zhǔn)zui終確定的其他工藝性參數(shù)
還包括冷阱表面溫差、加熱均勻度,、抽空時(shí)間,、解
除真空時(shí)間以及漏率。
根據(jù)上述思路,，修訂后的標(biāo)準(zhǔn)重新梳理了凍
干設(shè)備的基本參數(shù),，如表 1 所示,。
表 1 標(biāo)準(zhǔn)修訂前后凍干設(shè)備的基本參數(shù)比對
基本參數(shù) 技術(shù)要求
修訂前 修訂后 變化
總干燥面積 A /m2 ≥公稱值的 98% ≥標(biāo)稱值的 98% 無變化
干燥倉容積 V /m3 未提及 ≥標(biāo)稱值的 98% 新增,，銘牌上明示
干燥倉工作壓力/Pa 13 ～ 133 13 ～ 133 無變化
加熱板加熱溫度/℃ 0 ～ 150 30 ～ 120 調(diào)整
冷阱蒸發(fā)溫度 T /℃ － 35 ～ － 55 － 25 ～ － 45 調(diào)整
冷阱表面溫差 ΔT /℃ ≤8 ≤4 要求變嚴(yán)
加熱均勻度 無要求 每層升華水量偏差不超過 ± 8% 新增
抽空時(shí)間/min ≤12 ≤12 無變化
解除真空時(shí)間/min ≤20 ≤20 無變化
漏率 ILt /( Pa·L /s) V≤20 m3 ≤25 ≤25 無變化
V ＞ 20 m3 ≤25 ≤100 要求放寬
單位面積升華水量 g /kg /( m2
·h) ≥1． 86 × 95% ≥2． 0 要求提升
單位脫水能耗
q /( kW·h /kg)
電加熱
蒸汽加熱
加熱系統(tǒng) ≤1． 0 × 105%
真空系統(tǒng) ≤0． 3 × 105%
制冷系統(tǒng) ≤1． 2 × 105%
電控系統(tǒng) —
耗電量 ≤1． 22 × 105%
耗汽量 ≤2 kg /kg × 105%
≤2． 5
≤1． 2
≤2 kg /kg
各系統(tǒng)合并考核,，
限值要求變嚴(yán)
限值要求變嚴(yán)
4． 2 干燥倉的物理參數(shù)
從結(jié)構(gòu)上看，干燥倉應(yīng)該是整個(gè)凍干設(shè)備的
主體結(jié)構(gòu),，它不但是一個(gè)可以抽成真空的密閉容
器,，而且還可看成一個(gè)高低溫箱，需要凍干的物料
就放置在箱內(nèi)分層的金屬隔板間,，在真空下被加
熱,。可見,，干燥倉的大小和能夠鋪設(shè)物料的面積
zui直觀地反映了一臺(tái)凍干設(shè)備的處理能力,。原標(biāo)
準(zhǔn)中只對干燥面積( 即托盤面積) 做了要求，卻未
提干燥倉容積,，這顯然不合理,，更何況漏率的計(jì)算
還用到了容積參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)修訂后將容積要求提升
到與面積要求同等的地位,，即不但要在銘牌中明
示,，而且不能低于明示值的 98% 。這兩個(gè)物理性
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參數(shù)均通過人工直接測量即可得到,。
4． 3 加熱系統(tǒng)參數(shù)
對于不同的凍干設(shè)備,，加熱系統(tǒng)可能采用不
同的加熱型式。從加熱端來看,，凍干設(shè)備分為直
接加熱和間接加熱,。直接加熱指熱源直接加熱加
熱板; 間接加熱指熱源通過中間介質(zhì)二次加熱加
熱板。從被加熱端來看分接觸式加熱和非接觸式
加熱,，就是看干燥托盤是否與加熱板直接接觸,。
對于小型凍干設(shè)備可能采用直接加熱，控制簡便,，
熱轉(zhuǎn)換效率高,，但存在電加熱管的可靠性問題。
現(xiàn)在大部分凍干設(shè)備基本采用間接加熱的型式,，
可靠性高,，易于維護(hù)，且具有較好的控制精度和穩(wěn)
定性,。
對于加熱參數(shù),，需要考慮溫度、精度和均勻度
3 個(gè)方面?，F(xiàn)在zui為常用的加熱方式是非接觸式
間接加熱,。對于這種加熱型式,，由于加熱板中的
加熱介質(zhì)一般為水或油，如果水溫過高,，水蒸氣的
飽和壓力將大幅提升,，從而增加加熱板的強(qiáng)度要
求; 而若油溫過低，油的運(yùn)動(dòng)黏度急劇增大,，流動(dòng)
阻力增加,，會(huì)導(dǎo)致加熱板層間溫度不均勻。因此,，
標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)縮小了加熱板的加熱溫度范圍,，并增
加了對加熱均勻度的考核，即要求每層升華水量
相對于平均每層升華水量的偏差不超過 ± 8% ,。
此外,，原標(biāo)準(zhǔn)在定義名義工況時(shí)，加熱板的加
熱參數(shù)選定的是加熱功率,，而不是加熱溫度,，很多
人不能理解。加熱的效果體現(xiàn)在zui終的單位面積
升華水量上,，也就是要對單位面積上的投入和產(chǎn)
出進(jìn)行比較,，而且此投入應(yīng)該為zui原始的一次投
入，也就是應(yīng)該包含中間介質(zhì)或中間環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換
損失,，這樣檢測得到的結(jié)果才有意義,，才能真正表
征整套加熱系統(tǒng)的工作效率。如果直接規(guī)定加熱
末端加熱板的溫度,，這個(gè)檢測結(jié)果就會(huì)差異很小,，
失去了比較的意義。綜上,，名義工況中選定加熱
系統(tǒng)的輸入功率更合適,，功率單位中的每平米指
的是干燥面積，如果是蒸汽加熱,，應(yīng)該根據(jù)蒸汽溫
度,、壓力等參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的輸入功率來反推所
需的控制參數(shù)量值。
4． 4 制冷系統(tǒng)參數(shù)
制冷系統(tǒng)用以維持干燥倉和冷阱所需要的低
溫環(huán)境,，并能使冷阱表面的蒸發(fā)溫度達(dá)到預(yù)期的
工藝條件,。從理論上講，冷阱所能達(dá)到的蒸發(fā)溫
度越低,，其加工物料的品種就越多,，冷阱表面溫度
分布越均勻，結(jié)霜也就越密實(shí)，水蒸氣的凝華效果
就越好,。因此,，標(biāo)準(zhǔn)對冷阱的蒸發(fā)溫度和表面溫
差做出了限定。
根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)加工情況,，大部分凍干物料
的共熔 點(diǎn) 都 在 － 25 ℃ 以 上,，冷阱蒸發(fā)溫度在
－ 40 ℃時(shí)即可滿足要求。如果過度地追求低蒸發(fā)
溫度,，不但會(huì)提升制冷機(jī)組的裝機(jī)容量,，而且低蒸
發(fā)溫度下制冷機(jī)組的制冷量也會(huì)大打折扣,，能效
比低,，無端增加了整個(gè)制冷系統(tǒng)的能耗。標(biāo)準(zhǔn)修
訂后,，將冷阱蒸發(fā)溫度的范圍整體提升了 10 ℃,，并
不是要求降低了，而是更加科學(xué)合理了,。此外,，只
要冷阱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，供液穩(wěn)定,，冷阱表面zui大溫
差不會(huì)過大,，標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)提升了該溫差限值的要求，
且取消了空載,、常壓下無意義的測試,。
4． 5 真空系統(tǒng)參數(shù)
壓力參數(shù)是一個(gè)重要的凍干工藝參數(shù)，需要
通過干燥倉較好的氣密性以及配置合適的真空系
統(tǒng)來實(shí)現(xiàn),。真空系統(tǒng)通常包括真空泵,、閥門、管道
以及相關(guān)的控制器件等,，用以控制整個(gè)干燥箱( 含
冷阱) 內(nèi)的壓力,。不但要能達(dá)到且維持預(yù)期的真
空度( 工作壓力) ，而且壓力還要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)
達(dá)到或解除,。標(biāo)準(zhǔn)給出的抽空時(shí)間和解除真空時(shí)
間應(yīng)該理解為zui低門檻,，當(dāng)特殊的凍干物料提出
特殊的工藝要求時(shí)，應(yīng)當(dāng)適時(shí)的調(diào)整系統(tǒng)的配置,，
以滿足更加苛刻的要求,。反過來，在滿足凍干工
藝的前提下,，不追求過短的抽空時(shí)間,，可以降低系
統(tǒng)的配置，從而達(dá)到降低能耗的效果。此外,，維持
真空機(jī)組除了要抽除外界環(huán)境滲漏到干燥倉中的
不凝性氣體外,，還要抽除干燥倉內(nèi)的物料在干燥
過程中產(chǎn)生的不凝性氣體以及未被冷阱*凝結(jié)
的少量水蒸氣。因此在實(shí)際凍干過程中,，不凝性
氣體壓力是一個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù),，不能被直接檢測。標(biāo)
準(zhǔn)規(guī)定的漏率只能是一個(gè)靜態(tài)漏率,，就是只考查
在空載極限工作壓力下( 從 13 Pa 開始) ,，所有真空
泵都不工作時(shí)，干燥倉的泄漏情況,。
可以通過空載時(shí)的真空系統(tǒng)試驗(yàn)一次性檢測
抽空時(shí)間,、解除真空時(shí)間和漏率 3 個(gè)參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)修
訂后做了如下調(diào)整:
1) 抽空時(shí)間: 小型凍干設(shè)備因物料少,，熱容
小,，在進(jìn)倉后的抽空過程中物料升溫會(huì)較快，因此
要格外注意抽真空系統(tǒng)配置的余量,。檢測過程
中,，只要在實(shí)際使用時(shí)參與抽真空的機(jī)組都應(yīng)開
啟( 原標(biāo)準(zhǔn)中是不開啟維持真空機(jī)組的) ; 且對于
冷阱外置式凍干設(shè)備應(yīng)該帶冷阱一起抽空。
第 3 期 馬金平 等: 《食品真空冷凍干燥設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)修訂解析 · 79 ·
2) 解除真空時(shí)間: 試驗(yàn)的初始工作壓力明確
為名義工況下的工作壓力,，也就是從( 40 ± 5) Pa
時(shí)開始計(jì)時(shí),。另外，對于冷阱外置式機(jī)組,，試驗(yàn)時(shí)
應(yīng)打開干燥倉與冷阱之間的真空閥門,。
3) 漏率: 根據(jù) JB/T 10285—2001
［2］中的式( 1) ，
對于一個(gè) 70 m3 容積的干燥倉,，在漏率25 Pa·L/s
時(shí),，相當(dāng)于 47 min 內(nèi)干燥倉的壓力升高不允許超過
1 Pa。然而,，容積越大的凍干設(shè)備越難以達(dá)到要求,，
而且勢必會(huì)因加大維持真空機(jī)組的能力而提升了整
個(gè)機(jī)組的能耗。大型凍干設(shè)備和小型設(shè)備的干燥
倉容積有的相差數(shù)十倍,，采用同一漏率限值也明
顯是不合理的,。徐言生等人研究了漏率與加熱隔
板面積之間的關(guān)系，并給出了參考限值［3］,。標(biāo)準(zhǔn)
修訂時(shí),，考慮到是*次修訂，技術(shù)參數(shù)不宜一次
性調(diào)整過大,，因此選擇了一個(gè)較為折中的做法,，也
就是分段考核,，對于干燥倉容積大于 20 m3 的凍干
設(shè)備，漏率的限值放大了 4 倍,。
4． 6 干燥能力與能耗指標(biāo)
凍干設(shè)備干燥能力與能耗的考核都是在統(tǒng)一
的名義工況下,，依據(jù)干燥面積加入等比的負(fù)載，再
將凍干過程中的升華水量及能耗平攤到每平方米
的干燥面積上,。測試中,，冷阱的蒸發(fā)溫度應(yīng)穩(wěn)定
在 － 40 ℃左右以維持名義工況下的工作壓力，應(yīng)
注意試驗(yàn)的截止時(shí)間須把握恰當(dāng),，時(shí)間短了運(yùn)行
不穩(wěn)定,，時(shí)間長了冰中的傳感器可能漏出冰層，造
成測溫不準(zhǔn),。
根據(jù)熱源的不同,，原標(biāo)準(zhǔn)對能耗指標(biāo)的規(guī)定
是有差異的。在標(biāo)準(zhǔn)修定的過程中曾有人提出對
于總干燥面積較大的凍干設(shè)備應(yīng)該限制使用能耗
過高的電加熱方式,。但是,，考慮到某些情況下使
用什么樣的熱源是由現(xiàn)場的實(shí)際情況決定的,，往
往不容選擇,，因此修訂后的標(biāo)準(zhǔn)仍保留了原差異
化考核的模式。
但是,，假設(shè)有兩臺(tái)凍干設(shè)備,，除了加熱方式不
同外，其余均*一樣,，則根據(jù)原標(biāo)準(zhǔn)中的描述,，
蒸汽加熱式凍干設(shè)備的單位脫水耗電量限值為
1． 22 kW·h /kg，這里包含了真空系統(tǒng),、制冷系統(tǒng)
和控制系統(tǒng),，但對應(yīng)到電加熱式凍干設(shè)備，真空系
統(tǒng)和制冷系統(tǒng)的單位脫水耗電量限值之和卻為
1． 5 kW·h /kg( 這里不含控制系統(tǒng)都已經(jīng)超出了
1． 22 kW·h /kg) ,，這顯然是不合理的,。原因是當(dāng)
初兩種加熱方式分別照搬了丹麥和俄羅斯的考核
指標(biāo)。
其次,，標(biāo)準(zhǔn)對于加熱,、制冷、真空,、電控四大系
統(tǒng)并未給出明確的定義和范圍,，如果遇到一些復(fù)
雜的系統(tǒng)，某些設(shè)備或裝置可能存在劃分的爭議,。
尤其是隨著使用需求的提升和凍干工藝的不斷完
善,，系統(tǒng)在控制方面會(huì)引入更多的輔助設(shè)備以應(yīng)
對更高的控制精度要求等。因此，電加熱式凍干
設(shè)備分系統(tǒng)考核能耗也存在一定的問題,，不利于
設(shè)備技術(shù)水平的進(jìn)一步拓展,。
綜上，標(biāo)準(zhǔn)對單位脫水能耗進(jìn)行了調(diào)整,，不再
分系統(tǒng)考核,，且合并后的限值中包含了電控系統(tǒng)
能耗，較原標(biāo)準(zhǔn)實(shí)則是提升了要求,，但給設(shè)計(jì)人員
提供了一定的平衡和拓展空間,，同時(shí)也利于檢測
人員的實(shí)際操作。
5 結(jié)束語
本次標(biāo)準(zhǔn)的修訂是時(shí)隔 15 年后對我國食品凍
干設(shè)備技術(shù)發(fā)展的重新梳理,，較為全面,、客觀、系
統(tǒng)地歸納了產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀,，提升了產(chǎn)品技術(shù)要求,，
完善了檢測細(xì)節(jié)，為全面促成我國食品凍干設(shè)備
走出國 門,、向 中 國 制 造,、中國創(chuàng)新轉(zhuǎn)型奠定了
基礎(chǔ)。
食品凍干技術(shù)是一門交叉學(xué)科,，涉及多領(lǐng)域
多專業(yè),，其發(fā)展必然有一個(gè)漸進(jìn)的過程。凍干設(shè)
備的進(jìn)步仰賴于凍干工藝要求的提升,，而凍干工
藝水平的提升又仰賴于人類對科學(xué)飲食的追求,。
未來食品凍干設(shè)備的發(fā)展將主要體現(xiàn)在對整個(gè)凍
干過程、嚴(yán)格,、精細(xì)的控制上,，這也是標(biāo)準(zhǔn)再
次修訂時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)的方向。
參 考 文 獻(xiàn)
［1］ 肖宏偉,，黃傳偉,，馮雁峰，等． 真空冷凍干燥技術(shù)的研
究現(xiàn)狀和發(fā) 展［J］． 醫(yī) 療 衛(wèi) 生 裝 備,，2010,，31 ( 07 ) :
30-32．
［2］ JB/T 10285—2001． 食品真空冷凍干燥設(shè)備( 含編制
說明) ［S］．
［3］ 徐言生，楊澤亮,，王如林,，等． 關(guān)于《食品真空冷凍干
燥 設(shè) 備》標(biāo) 準(zhǔn) 的 探 討［J］． 食 品 科 技，2007 ( 01 ) :
126-128