一种仔姜冻干片制备系统及方法
阅读说明：本技术 一种仔姜冻干片制备系统及方法 (Preparation system and method of freeze-dried ginger slices ) 是由 李洪雷 田舒铭 师翠平 王皓 邢海涛 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种仔姜冻干片制备系统及方法,该系统包括冻干筒本体(1)、支撑组件(2)、风机组件(3)、加热部件(5)、滚筒组件(4)、导流罩(6)、出料组件(7)及进料管(8)；其中,支撑组件(2)包括支撑盘(21)、连接杆(22)及安装盘(23),风机组件(3)包括驱动电机(31)、电机轴(32)、第一带轮(33)及风扇叶片(34),滚筒组件(4)包括滚筒本体(41)、滚筒轴(42)、第二带轮(43)、肋片(44)及环形波浪导轨(45),出料组件(7)包括出料槽(71)、复位弹簧(72)及滚轮组件(73)。该系统与方法实现仔姜片的快速冻干,有效避免因温度不均或水结晶等原因影响冻干片质量的问题。(The invention provides a system and a method for preparing a freeze-dried ginger slice, wherein the system comprises a freeze-drying cylinder body (1), a supporting component (2), a fan component (3), a heating component (5), a roller component (4), a flow guide cover (6), a discharging component (7) and a feeding pipe (8); wherein, supporting component (2) are including supporting disk (21), connecting rod (22) and mounting disc (23), fan subassembly (3) are including driving motor (31), motor shaft (32), first band pulley (33) and fan blade (34), and drum subassembly (4) are including cylinder body (41), drum shaft (42), second band pulley (43), fin (44) and annular wave guide rail (45), and ejection of compact subassembly (7) are including blown down tank (71), reset spring (72) and roller components (73). The system and the method realize the quick freeze-drying of the ginger slices, and effectively avoid the problem that the quality of the freeze-dried slices is influenced by uneven temperature or water crystallization and the like.)
技术领域
本发明涉及冻干装置技术领域，具体涉及一种仔姜冻干片制备系统及方法。
背景技术
冻干食品是快速冻结，真空冰状脱水，保存了原有的色、香、味、营养成分和原有的物料的外观；而且不含任何添加剂，保存时间较长，是理想的天然卫生食品。仔姜的姜辣素种类和含量都相对较老姜少很多（姜辣素有很多具体化合物类型，是决定姜的辣味等口感的化学物质），同时纤维含量（因此口感更脆嫩）相对老姜少，因此仔姜相对于老姜而言口感更脆嫩、爽口，辣味适中，更易被大众接受；然而，仔姜在小于8℃的环境下进行长期放置容易会腐烂、大于15℃的环境下容易发芽，故现有技术中通常采用将仔姜制备成仔姜冻干片的方法对仔姜进行保存，避免其腐烂或发芽。
目前还没有仔姜冻干产品和相关设备，传统果蔬冻干片的制备通常采用冻干切片及多次升华干燥的方式对其进行冻干处理，从而制成冻干果蔬小零食，保住其脆嫩的口感；然而，我们采用传统冻干工艺制备仔姜冻干片存在以下问题：一是多次升华干燥的方式工艺复杂、难于控制且浪费能源；二是传统为堆叠真空冻干，极易出现水结晶，导致仔姜冻干片发生开裂、影响冻干片外观质量；三是传统工艺常使用加热板进行加热、加热温度不均匀，导致冻干片质量受影响；四是由于仔姜冻干切片厚度具有差异，若在同一环境、同一时间冻干，冻干速度不同、易造成冻干片质量不均；五是现有技术仅仅依靠真空度与温度进行冻干，水分干燥速度慢、效率低。
发明内容
针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种仔姜冻干片制备系统，以解决上述背景技术中存在的问题，从而实现仔姜片的快速冻干，避免因温度不均或水结晶等原因影响冻干片质量的问题。
本发明另一个目的在于提供一种仔姜冻干片的制备方法，该方法采用上述系统，能够实现仔姜片的高效、快速冻干。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种仔姜冻干片制备系统，其特征在于：包括冻干筒本体、支撑组件、风机组件、加热部件、滚筒组件、导流罩、出料组件以及进料管；所述冻干筒本体为圆柱体结构且其底部设置为漏斗状，所述冻干筒本体内部中空且底部连通进风管；所述支撑组件设置在所述冻干筒本体内，包括支撑盘、连接杆以及安装盘，所述支撑盘外壁与所述冻干筒本体内壁固定连接且它们的中轴线共线，所述支撑盘中部开设一轴孔且所述轴孔一侧开设一扇叶口，所述支撑盘底面对应所述扇叶口且绕扇叶口中轴线均匀设置若干连接杆，所述连接杆远离所述支撑盘的一端固定连接一安装盘；所述风机组件设置所述安装盘底面，包括驱动电机、电机轴、第一带轮以及风扇叶片，所述驱动电机固定设置在所述安装盘底面且驱动电机输出端固定连接一电机轴，所述电机轴远离所述驱动电机的一端贯穿所述安装盘且对应所述扇叶口固定套接一风扇叶片，所述安装盘与所述风扇叶片之间的所述电机轴外壁固定套接第一带轮；所述加热部件设置在所述驱动电机下侧的所述冻干筒本体内；所述滚筒组件设置在所述支撑盘的上侧，包括滚筒本体、滚筒轴、第二带轮、肋片以及环形波浪导轨，所述滚筒本体顶部无盖、其底面与所述支撑盘滑动连接（即滚筒本体相对于支撑盘能产生饶滚筒本体中轴线的转动），所述滚筒本体底面中部固定设置一滚筒轴，所述滚筒轴远离所述滚筒本体的一端贯穿所述轴孔且位于所述支撑盘下侧的外壁固定套接第二带轮，所述第二带轮与所述第一带轮通过传动带连接，所述滚筒本体底面且饶其中轴线均匀开设若干气孔，所述滚筒本体底面上表面且饶其中轴线固定设置若干肋片（且肋片与气孔不出现相互干涉），所述滚筒本体与所述冻干筒本体之间相对转动连接，所述滚筒本体上侧外壁固定设置一环形波浪导轨；所述导流罩固定设置在所述冻干筒本体内部上侧、其底部与所述滚筒本体滑动连接（即滚筒本体相对于导流罩能产生饶滚筒本体中轴线的转动）且所述导流罩一侧侧壁设置一开口，所述导流罩顶部设置一出风管且所述出风管贯穿所述冻干筒本体顶部；所述冻干筒本体外壁一侧对应所述开口设置一出料口，所述出料口处设置出料组件，所述出料组件包括出料槽、复位弹簧以及滚轮组件，所述冻干筒本体外壁且位于所述出料口上端设置一弹簧支架、下端设置一转动支架，所述出料槽一端上侧通过复位弹簧与所述弹簧支架连接、下侧与所述转动支架转动连接，出料槽另一端依次贯穿所述出料口与开口且位于所述滚筒本体上侧的所述导流罩内部，所述出料槽下端相对于所述环形波浪导轨固定设置一滚轮组件，所述滚轮组件包括滚轮架与滚轮，所述滚轮架与所述出料槽下侧固定连接且滚轮架一侧侧壁与所述滚筒本体外壁滑动连接，所述滚轮架下侧设置一滚轮且所述滚轮在所述环形波浪导轨上滚动；所述进料管设置在所述冻干筒本体远离所述出料组件的一侧、进料管由上至下依次贯穿所述冻干筒本体与导流罩且位于所述滚筒本体内。
作进一步优化，所述冻干筒本体外壁下端固定设置若干支撑腿，通过支撑腿完成整个冻干系统在地面上的支撑。
作进一步优化，所述第一带轮直径小于所述第二带轮直径。
作进一步优化，所述驱动电机通过“L”形支架固定设置在所述安装盘底面。
作进一步优化，所述支撑盘顶部开设一圆形转动槽，所述滚筒本体卡入所述圆形转动槽内且滚筒本体外壁与所述圆形转动槽内壁转动连接，从而实现滚筒本体底面与所述支撑盘顶面滑动连接。
作进一步优化，所述支撑盘、所述滚筒本体、所述滚筒轴、所述环形波浪导轨以及所述导流罩的中轴线在一条直线上。
作进一步优化，所述加热部件为圆盘形加热芯体，其外壁与所述冻干筒本体内壁固定连接。
作进一步优化，所述滚筒本体外壁固定套接密封轴承，所述密封轴承外壁与所述冻干筒本体内壁固定连接，通过密封轴承实现滚筒本体与冻干筒本体的相对转动连接；所述密封轴承为2～4个。
作进一步优化，所述滚筒本体顶面设置一环形滑槽且所述环形滑槽横截面为倒“T”形，所述导流罩底部对应所述环形滑槽固定设置一环形滑块且所述环形滑块为不完全环状（即开口处不设置滑块），所述环形滑块卡入所述环形滑槽内且与所述环形滑槽滑动连接，通过环形滑块与环形滑槽实现导流罩与滚筒本体之间的滑动连接。
作进一步优化，所述出料槽通过轴承座及转动轴与所述转动支架转动连接。
作进一步优化，所述出料槽包括直槽段与漏斗段，所述漏斗段位于所述滚筒本体上侧的所述导流罩内部，所述直槽段一端与所述漏斗段固定连接、另一端依次贯穿所述开口及出料口且与所述弹簧支架、所述转动支架连接；所述漏斗段远离所述直槽段的一端设置一倾斜挡板。
作进一步优化，所述冻干筒本体与所述滚筒本体之间、所述冻干筒本体与所述导流罩之间填充保温隔热块，避免冻干筒本体外壁的热量与滚筒本体内部的热量实现热交换，从而对内部腔体实现保温作用。
一种仔姜冻干片制备方法，采用上述系统，其特征在于：
首先启动驱动电机，使得电机轴缓慢转动，从而带动滚筒本体与风扇叶片进行缓慢转动，同时通过进风管通入低温饱和状态的冷流气体，使得整个滚筒本体腔内保持在较低的温度环境下；然后，将切片完成且预冻完成的仔姜片通过进料管加入到滚筒本体腔内，在滚筒本体的低温环境下保温一段时间；然后，提升驱动电机的转速同时启动加热部件、持续通入低温饱和状态的冷流气体，冷流气体经加热部件加热后成为非饱和冷态空气，并通过高速旋转的风扇叶片、扇叶口以及气孔进入滚筒本体腔内，对滚筒本体内的仔姜片进行冷冻干燥（由于非饱和气体为达到饱和状态，会吸收仔姜片的大量水蒸气使其相对湿度达到100%，因此利用非饱和冷态气体进行冷冻干燥的效率更高、效果更好）；冷冻干燥过程中，经过扇叶口的仔姜片会被高速空气吹起、然后由同步转动的肋片实现翻转，确保冷冻干燥的均匀性；当仔姜片完成冷冻干燥后，由于其冻干失水造成重量减轻，经过扇叶口时被冷空气作用被吹至滚筒本体上端，从而落入出料槽内，由于滚轮在环形波浪导轨的带动下不断形成上下拨动，配合复位弹簧的拉力作用导致出料槽形成小角度反复偏转，从而将完成冻干的仔姜片抖落出冻干筒本体、完成仔姜片的收集，避免冻干后的仔姜片继续在装置内进行冷冻干燥。
作进一步优化，所述仔姜切片的厚度为2～4mm；预冻温度为-30℃～-18℃，预冻时间不小于2小时。
作进一步优化，所述冷流气体选用温度为-30℃～-20℃的冷空气。
本发明具有如下技术效果：
本申请通过各个部件的协同配合，即支撑组件、风机组件、加热部件、滚筒组件、导流罩、出料组件之间的配合，实现仔姜片的动态冻干（即冻干过程中实现仔姜片的翻转），使得仔姜片不容易因水分结晶的原因而出现结块，从而提升仔姜冻干片的外观质量；同时该装置通过非饱和的冷流气体与仔姜片充分接触，从而快速带走仔姜片内部的水分，大幅度提升冻干效率；本装置通过将加热部位设置在冻干空气（即冷流气体）进入冻干部位（即滚筒组件）之前，通过对饱和的冷流气体进行加热，使得受热后的冷流气体与仔姜片充分接触，确保仔姜片的受热均匀、避免局部过热的影响，同时冷流空气由饱和态-不饱和态-饱和态的循环能够进一步吸收仔姜片内部的水蒸气，提高冻干效率以及冻干质量；本申请通过各个部件的协同配合，能够针对于不同尺寸、大小、厚度以及含水量的仔姜片进行风力筛分，从而使得冻干过程中完成冻干的仔姜片及时分离出冻干筒本体，避免充分冻干与未充分冻干的仔姜片同时留在冻干筒本体内，影响冻干质量以及冻干效率。
附图说明
图1为本发明实施例中冻干片制备系统的整体结构示意图。
图2为图1的A-A向剖视图。
图3为图2的B向局部放大图。
图4为图2的C向局部放大图。
图5为图2的D向局部放大图。
图6为本发明实施例中冻干片制备系统的支撑组件的结构示意图。
图7为本发明实施例中冻干片制备系统的滚筒本体的结构示意图。
图8为本发明实施例中冻干片制备系统的出料槽的结构示意图。
其中，1、冻干筒本体；11、进风管；12、出料口；13、弹簧支架；14、转动支架；15、支撑腿；2、支撑组件；21、支撑盘；211、轴孔；212、扇叶口；213、圆形转动槽；22、连接杆；23、安装盘；3、风机组件；31、驱动电机；310、“L”形支架；32、电机轴；33、第一带轮；330、传动带；34、风扇叶片； 4、滚筒组件；41、滚筒本体；410、密封轴承；411、气孔；412、环形滑槽；42、滚筒轴；43、第二带轮；44、肋片；45、环形波浪导轨；5、加热部件；6、导流罩；61、开口；62、出风管；63、环形滑块；7、出料组件；71、出料槽；711、直槽段；712、漏斗段；7120、倾斜挡板；713、轴承座；714、转动轴；72、复位弹簧；73、滚轮组件；731、滚轮架；732、滚轮；8、进料管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1～8所示，一种仔姜冻干片制备系统，其特征在于：包括冻干筒本体1、支撑组件2、风机组件3、加热部件5、滚筒组件4、导流罩6、出料组件7以及进料管8；冻干筒本体1为圆柱体结构且其底部设置为漏斗状，冻干筒本体1内部中空且底部连通进风管11；支撑组件2设置在冻干筒本体1内，包括支撑盘21、连接杆22以及安装盘23，支撑盘21外壁与冻干筒本体1内壁固定连接且它们的中轴线共线，支撑盘21中部开设一轴孔211且轴孔211一侧开设一扇叶口212，支撑盘21底面对应扇叶口211且绕扇叶口212中轴线均匀设置若干连接杆22，连接杆22远离支撑盘21的一端固定连接一安装盘23；风机组件3设置安装盘23底面，包括驱动电机31、电机轴32、第一带轮33以及风扇叶片34，驱动电机31通过“L”形支架310固定设置在安装盘23底面且驱动电机31输出端固定连接一电机轴32，电机轴32远离驱动电机31的一端贯穿安装盘23且对应扇叶口212固定套接一风扇叶片34，安装盘23与风扇叶片34之间的电机轴32外壁固定套接第一带轮33；加热部件5设置在驱动电机31下侧的冻干筒本体1内；滚筒组件4设置在支撑盘21的上侧，包括滚筒本体41、滚筒轴42、第二带轮43、肋片44以及环形波浪导轨45，滚筒本体41顶部无盖、其底面与支撑盘21滑动连接（即滚筒本体41相对于支撑盘21能产生饶滚筒本体41中轴线的转动），滚筒本体41底面中部固定设置一滚筒轴42，滚筒轴42远离滚筒本体41的一端贯穿轴孔211且位于支撑盘21下侧的外壁固定套接第二带轮43，第二带轮43与第一带轮33通过传动带330连接，滚筒本体41底面且饶其中轴线均匀开设若干气孔411，滚筒本体41底面上表面且饶其中轴线固定设置若干肋片44（且肋片44与气孔411不出现相互干涉），滚筒本体41与冻干筒本体1之间相对转动连接，滚筒本体41上侧外壁固定设置一环形波浪导轨45；导流罩6固定设置在冻干筒本体1内部上侧、其底部与滚筒本体41滑动连接（即滚筒本体41相对于导流罩6能产生饶滚筒本体41中轴线的转动）且导流罩6一侧侧壁设置一开口61，导流罩6顶部设置一出风管62且出风管62贯穿冻干筒本体1顶部；冻干筒本体1外壁一侧对应开口61设置一出料口12，出料口12处设置出料组件7，料组件7包括出料槽71、复位弹簧72以及滚轮组件73，冻干筒本体1外壁且位于出料口12上端设置一弹簧支架13、下端设置一转动支架14，出料槽71一端上侧通过复位弹簧72与弹簧支架13连接、下侧通过轴承座713及转动轴714与转动支架14转动连接，出料槽71另一端依次贯穿出料口12与开口61且位于滚筒本体41上侧的导流罩6内部，出料槽71下端相对于环形波浪导轨45固定设置一滚轮组件73，滚轮组件73包括滚轮架731与滚轮732，滚轮架731与出料槽71下侧固定连接且滚轮架71一侧侧壁与滚筒本体41外壁滑动连接，滚轮架731下侧设置一滚轮732且滚轮732在环形波浪导轨45上滚动；进料管8设置在冻干筒本体1远离出料组件7的一侧、进料管8由上至下依次贯穿冻干筒本体1与导流罩6且位于滚筒本体41内。
冻干筒本体1外壁下端固定设置若干支撑腿15，通过支撑腿15完成整个冻干系统在地面上的支撑；第一带轮33直径小于第二带轮43直径。
支撑盘21顶部开设一圆形转动槽213，滚筒本体41卡入圆形转动槽213内且滚筒本体41外壁与圆形转动槽213内壁转动连接（可通过设置滚珠实现，此为本领域的公知常识，本申请具体实施例中不做过多论述），从而实现滚筒本体41底面与支撑盘21顶面滑动连接；支撑盘21、滚筒本体41、滚筒轴42、环形波浪导轨45以及导流罩6的中轴线在一条直线上；加热部件5为圆盘形加热芯体，其外壁与冻干筒本体1内壁固定连接。滚筒本体41外壁固定套接密封轴承410，密封轴承410外壁与冻干筒本体1内壁固定连接，通过密封轴承410实现滚筒本体41与冻干筒本体1的相对转动连接；密封轴承410为2～4个、图 2所示为2个。滚筒本体41顶面设置一环形滑槽412且环形滑槽412横截面为倒“T”形，导流罩6底部对应环形滑槽412固定设置一环形滑块63且环形滑块63为不完全环状（即开口61处不设置滑块），环形滑块63卡入环形滑槽412内且与环形滑槽412滑动连接，通过环形滑块63与环形滑槽412实现导流罩6与滚筒本体41之间的滑动连接。
出料槽71包括直槽段711与漏斗段712，漏斗段712位于滚筒本体41上侧的导流罩6内部，直槽段711一端与漏斗段712固定连接、另一端依次贯穿开口61及出料口12且与弹簧支架13、转动支架14连接；漏斗段712远离直槽段711的一端设置一倾斜挡板7120。
冻干筒本体1与滚筒本体41之间、冻干筒本体1与导流罩6之间填充保温隔热块，避免冻干筒本体1外壁的热量与滚筒本体41内部的热量实现热交换，从而对内部腔体实现保温作用。
一种仔姜冻干片制备方法，采用上述系统，其特征在于：
首先启动驱动电机31，使得电机轴32缓慢转动，从而带动滚筒本体41与风扇叶片34进行缓慢转动（风扇叶片34缓慢转动实现将冻干筒本体1下部的空气通过扇叶口212抽至滚筒本体41内，滚筒本体41缓慢转动实现不同方位的气孔411与扇叶口212连通、确保通风的均匀性），同时通过进风管11通入低温饱和状态的冷流气体，使得整个滚筒本体41腔内保持在较低的温度环境下；然后，将切片完成且预冻完成的仔姜片通过进料管8加入到滚筒本体41腔内，在滚筒本体41的低温环境下保温一段时间（此保温时间根据实际的工艺情况获得、为本领域的公知常识，目的是为了将仔姜片的整体温度稳定在需要的温度下）；然后，提升驱动电机31的转速同时启动加热部件5、持续通入低温饱和状态的冷流气体，冷流气体经加热部件5加热后成为非饱和冷态空气，并通过高速旋转的风扇叶片34、扇叶口212以及气孔411进入滚筒本体41腔内，对滚筒本体41内的仔姜片进行冷冻干燥（由于非饱和气体为达到饱和状态，会吸收仔姜片的大量水蒸气使其相对湿度达到100%，因此利用非饱和冷态气体进行冷冻干燥的效率更高、效果更好）；冷冻干燥过程中，经过扇叶口212的仔姜片会被高速空气吹起、然后由同步转动的肋片44实现翻转，确保冷冻干燥的均匀性；当仔姜片完成冷冻干燥后，由于其冻干失水造成重量减轻，经过扇叶口212时被冷空气作用被吹至滚筒本体41上端，从而落入出料槽71内（被吹起后的仔姜冷冻切片若未落入出料槽71、则直接落到滚筒本体41底面上端，等待下一次经过扇叶口212时被吹起，直至落入出料槽71；也可将出料槽71的漏斗段712扩大，便于仔姜冻干切片落入出料槽71，此为本领域技术人员的常规设计，因此本申请具体实施方式中不做过多论述），由于滚轮732在环形波浪导轨45的带动下不断形成上下拨动，配合复位弹簧72的拉力作用导致出料槽71形成小角度反复偏转，从而将完成冻干的仔姜片抖落出冻干筒本体1、完成仔姜片的收集，避免冻干后的仔姜片继续在装置内进行冷冻干燥。
仔姜切片的厚度为2～4mm；预冻温度为-30℃～-18℃，预冻时间不小于2小时；冷流气体选用温度为-30℃～-20℃的冷空气。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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