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冷冻干燥技术原理
  

  冷冻干燥技术简介

  冷冻干燥技术早在二战时期就用于血浆、抗生素、细菌等生物制品的保存和制取,战场上需要时将干燥制品加入生理盐水后即可复活使用,战后主要用于生物制品和药品的制取。近年来冷冻干燥技术陆续在生物制品、各类食品、中药材、化工催化剂、超微细材料、石墨烯和浓缩液制粉等领域得到应用,其保持原料各种性状、成分、组织结构不变化易于溶解并保存等特点使其在该领域显现出巨大的应用开发潜力,受到业内人士的普遍关注。

  冷冻干燥原理

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  升华是一个物理现象(见图),普通水在一定的真空环境下只有冰和蒸汽两种形态存在,不存在液态水,在这种真空环境下水随温度变化只能在冰和蒸汽两种形态间相互转换。利用这一原理,将被干燥物预先冻结起来,然后放在一定的真空环境中逐渐升高温度,被干燥物中的冰就会逐渐升华变成水蒸气离开,最终留下失去水分的干燥物,干燥过程没有液态水存在。

  普通干燥与冷冻干燥的区别

  普通干燥是将水以液体形态从被干燥物中蒸发分离出去,以动植物或浆液为例,这些物料多为软体形态,随着内部水分向外迁移并蒸发出去,其固形物便会来充填水分子离去留下的空隙或相互间靠拢,产生塌陷和团聚现象,留下的固形物体积缩小变硬,在水分子向外迁移的过程中还将所携带部分溶质残留在干燥物表面,形成褶皱和坚硬的外壳,普通干燥产品普遍遇水还原困难或难溶于水。

  冷冻干燥是将水以固体冰的形态从被干燥物中升华分离出去,干燥过程中被干燥物已冻结成固体,冰升华离开后留下的空隙不会被固形物充填,自然不会产生塌陷和团聚的现象,尤其在被干燥物冻结过程中,水向冰转换的过程伴随有体积膨胀现象,固形物分子间的距离不但没有缩小反而会拉大,因此,冷冻干燥结束后留下的干燥物呈多孔蓬松的海绵状,非常松脆,遇水后很容易还原或很快溶于水,

  在干燥实践中,普通干燥物如各类动植物、各种粉末会遇到复水还原困难,难溶于水等问题,甚至长时间浸泡仍有团聚现象,使用不便,同时干燥过程易受污染。采用冷冻干燥方法则没有这些问题,冻干产品遇水即复原或即溶解的特点是普通干燥方法无法做到的,其松脆的质地也使许多蔬菜水果甚至中药材的口感变得好了许多,尤其干燥过程与外界完全隔离,安全无污染。可见冷冻干燥与普通干燥有明显区。

  冷冻干燥特点

  冷冻干燥过程是在与空气灰尘细菌等污染源完全隔离的密闭低温环境下进行的,所得到的干燥物和原料几乎没有任何改变,较明显的优点有

  01保持原料的各种成分不改变(包括热敏性、功能性、生物活性等成分);

  02保持原料的各种性状不改变(组织结构、外表特征、色泽、味道等);

  03多孔酥松,易于粉碎分散;

  04极易溶于水,复水快速;

  05脱水彻底,易于长期保存和运输。

  冷冻干燥适用范围

  ·生物制品、药品及提取液

  生物制剂、药用原料、营养液、试剂、血浆、蛇蝎毒、熊胆等、花青素、银杏叶素、菌类、酵素、抗生素 等;

  ·中药材及保健滋补品

  人参、天麻、三七、虫草、燕窝、铁皮石斛、林蛙油、枸杞、首乌、蜂王浆、鹿产品、牛初乳、胎盘等;

  ·各类食品

  水果:草莓、树莓、蓝莓、芒果、牛油果、无花果、柠檬、苹果、香蕉、榴莲、各种果肉等,蔬菜:葱、蒜、山药、紫薯等,速溶汤料;

  饮料:紫菜蛋花汤、海鲜汤、咖啡、果汁等;

  水产肉禽: 海参、鲍鱼、贝类、虾类、鱼类、牛羊肉、鸡肉、蛋制品等;林副特产:各种食用菌、山野菜、松茸、竹荪、芦笋、罗汉果、魔芋等。

  ·非食用及工业物料

  各类鲜花、观赏动植物及标本、文物、多孔陶瓷、催化剂、石墨烯、超微细材料等。