东莞理工学院广东省分布式能源系统重点实验室的秦贯丰、原姣姣和广东工业大学化工与轻工学院的丁中祥等人使用悬浮式结晶冷冻浓缩仪，将传统上相互分离的单元——SSHE、结晶器和洗涤柱进行整合，研发具有三位一体紧凑结构的多级智能化冷冻浓缩仪，对该冷冻浓缩仪的可行性及存在的问题进行测试和验证，并与蒸发浓缩苹果汁进行对比分析。
1 苹果汁基本性质分析结果
2 冷冻浓缩过程中温度、果汁可溶性固形物含量的变化
在冷冻浓缩期间可以将果汁温度代入苹果汁可溶性固形物含量-FPD曲线方程，计算出果汁可溶性固形物含量，并显示出可溶性固形物含量-时间曲线。在生成冰晶之前，果汁温度持续下降，甚至降低到果汁冰点以下（过冷状态），此过程无相变。一旦冰晶生成，释放结晶潜热，果汁温度立即回升，跃迁至其冰点（图3B中约7 480 s处）。随后，果汁进入冷冻浓缩期，温度变化相对平缓。但随着冰晶的产生果汁可溶性固形物含量开始逐渐升高，果汁温度缓慢下降。
3 冰晶与浓缩母液的分离及冰晶形貌
在冰晶产生和熟化数小时后，结晶器中的冰晶被挤压形成多孔紧密的堆积冰床。0 ℃的洗涤水在原位通过自上而下的活塞流置换出冰床空隙中的浓缩果汁实现冰晶与浓缩母液的分离。洗涤完成后获得浓缩果汁，冰床充满与浓缩果汁等体积的水。由于轻微的结晶生长作用，洗涤过程中相邻的冰晶颗粒间因生长而发生部分融合，冰床结构变得更加致密。将浓缩果汁放置在血球计数器玻板上观察冰晶形貌，果汁浓缩母液由于其颜色和含有少量胶体而略显浑浊，使透射光被吸收，呈现暗色；而浓缩母液中的冰晶透光良好、轮廓清晰。以20 °Brix浓缩蔗糖溶液作对比，由于蔗糖溶液清澈透明，因此血球计数器玻板上白色网格清晰可见。
4 各级冷冻浓缩果汁的浓缩比、分配系数及回收率
可溶性固形物含量（C）随冷冻浓缩级数（n）的增加而增大，浓缩比（r）随冷冻浓缩级数的增加而减小，即浓缩效能随冷冻浓缩级数的增加而减小。观察不同冷冻浓缩级数的冰浆发现，冰晶尺寸随冷冻浓缩级数的增加而减小，原因可能是果汁中的可溶性固形物作为冰结晶的杂质，随其含量的增加表现出更强的阻结晶作用，抑制了奥斯瓦尔德熟化。
5 冷冻浓缩果汁中还原糖、VC质量浓度和透光率
由于本实验中经3 级冷冻浓缩后，浓缩苹果汁可溶性固形物含量约为（34.50±2.30）°Brix，而经60 min旋转真空蒸发仪浓缩，浓缩苹果汁所达到的可溶性固形物含量约为（33.60±2.30）°Brix，较为接近，故采用第3级冷冻浓缩苹果汁与60 min真空蒸发浓缩果汁进行比较。还原糖是苹果汁的主要溶质，约占可溶性固形物的87%，可与氨基化合物产生美拉德反应，在60 ℃以上进行蒸发浓缩时尤为明显，本实验中真空蒸发浓缩果汁与第3级冷冻浓缩果汁相比，还原糖含量几乎没有变化。
6 冷冻浓缩果汁中的香气组分
与真空蒸发浓缩果汁相比，第3级冷冻浓缩汁所有香气组分都呈现较高强度。表5比较了原汁、真空蒸发浓缩汁、第3级冷冻浓缩汁及融冰的主要香气成分。乙酸丁酯是苹果汁中典型的芳香组分，由表4可知，其在原汁、真空蒸发浓缩汁、第3级冷冻浓缩汁和融冰晶中的含量分别为271、337、804?μg/kg和89?μg/kg。经3 级冷冻浓缩后，苹果汁可溶性固形物含量增加了3.28 倍，乙酸丁酯含量增加了2.97 倍，二者是同步增加的。
结 论
与渐进式结晶冷冻浓缩相比，悬浮式结晶冷冻浓缩技术可溶性固形物损失小，可溶性固形物在冰晶和母液的分配系数较前者小至少1 个数量级，但悬浮式结晶冷冻浓缩的设备结构和操作控制较复杂。本研究所采用的多级智能化冷冻浓缩仪将制冰的SSHE、生长冰晶的结晶器、分离纯化冰晶和母液的洗涤器整合，克服了上述缺点，简化了悬浮式冷冻浓缩的设备结构并降低了制造成本，通过智能化的控制单元将复杂操作程序化。
