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冷凍干燥技術(shù)簡介
冷凍干燥技術(shù)早在二戰(zhàn)時期就用于血漿、抗生素、細菌等生物制品的保存和制取,戰(zhàn)場上需要時將干燥制品加入生理鹽水后即可復(fù)活使用,戰(zhàn)后主要用于生物制品和藥品的制取。近年來冷凍干燥技術(shù)陸續(xù)在生物制品、各類食品、中藥材、化工催化劑、超微細材料、石墨烯和濃縮液制粉等領(lǐng)域得到應(yīng)用,其保持原料各種性狀、成分、組織結(jié)構(gòu)不變化易于溶解并保存等特點使其在該領(lǐng)域顯現(xiàn)出巨大的應(yīng)用開發(fā)潛力,受到業(yè)內(nèi)人士的普遍關(guān)注。
冷凍干燥原理
升華是一個物理現(xiàn)象(見圖),普通水在一定的真空環(huán)境下只有冰和蒸汽兩種形態(tài)存在,不存在液態(tài)水,在這種真空環(huán)境下水隨溫度變化只能在冰和蒸汽兩種形態(tài)間相互轉(zhuǎn)換。利用這一原理,將被干燥物預(yù)先凍結(jié)起來,然后放在一定的真空環(huán)境中逐漸升高溫度,被干燥物中的冰就會逐漸升華變成水蒸氣離開,最終留下失去水分的干燥物,干燥過程沒有液態(tài)水存在。
普通干燥與冷凍干燥的區(qū)別
普通干燥是將水以液體形態(tài)從被干燥物中蒸發(fā)分離出去,以動植物或漿液為例,這些物料多為軟體形態(tài),隨著內(nèi)部水分向外遷移并蒸發(fā)出去,其固形物便會來充填水分子離去留下的空隙或相互間靠攏,產(chǎn)生塌陷和團聚現(xiàn)象,留下的固形物體積縮小變硬,在水分子向外遷移的過程中還將所攜帶部分溶質(zhì)殘留在干燥物表面,形成褶皺和堅硬的外殼,普通干燥產(chǎn)品普遍遇水還原困難或難溶于水。
冷凍干燥是將水以固體冰的形態(tài)從被干燥物中升華分離出去,干燥過程中被干燥物已凍結(jié)成固體,冰升華離開后留下的空隙不會被固形物充填,自然不會產(chǎn)生塌陷和團聚的現(xiàn)象,尤其在被干燥物凍結(jié)過程中,水向冰轉(zhuǎn)換的過程伴隨有體積膨脹現(xiàn)象,固形物分子間的距離不但沒有縮小反而會拉大,因此,冷凍干燥結(jié)束后留下的干燥物呈多孔蓬松的海綿狀,非常松脆,遇水后很容易還原或很快溶于水,
在干燥實踐中,普通干燥物如各類動植物、各種粉末會遇到復(fù)水還原困難,難溶于水等問題,甚至長時間浸泡仍有團聚現(xiàn)象,使用不便,同時干燥過程易受污染。采用冷凍干燥方法則沒有這些問題,凍干產(chǎn)品遇水即復(fù)原或即溶解的特點是普通干燥方法無法做到的,其松脆的質(zhì)地也使許多蔬菜水果甚至中藥材的口感變得好了許多,尤其干燥過程與外界完全隔離,安全無污染??梢娎鋬龈稍锱c普通干燥有明顯區(qū)。
冷凍干燥特點
冷凍干燥過程是在與空氣灰塵細菌等污染源完全隔離的密閉低溫環(huán)境下進行的,所得到的干燥物和原料幾乎沒有任何改變,較明顯的優(yōu)點有
01保持原料的各種成分不改變(包括熱敏性、功能性、生物活性等成分);
02保持原料的各種性狀不改變(組織結(jié)構(gòu)、外表特征、色澤、味道等);
03多孔酥松,易于粉碎分散;
04極易溶于水,復(fù)水快速;
05脫水徹底,易于長期保存和運輸。
冷凍干燥適用范圍
·生物制品、藥品及提取液
生物制劑、藥用原料、營養(yǎng)液、試劑、血漿、蛇蝎毒、熊膽等、花青素、銀杏葉素、菌類、酵素、抗生素 等;
·中藥材及保健滋補品
人參、天麻、三七、蟲草、燕窩、鐵皮石斛、林蛙油、枸杞、首烏、蜂王漿、鹿產(chǎn)品、牛初乳、胎盤等;
·各類食品
水果:草莓、樹莓、藍莓、芒果、牛油果、無花果、檸檬、蘋果、香蕉、榴蓮、各種果肉等,蔬菜:蔥、蒜、山藥、紫薯等,速溶湯料;
飲料:紫菜蛋花湯、海鮮湯、咖啡、果汁等;
水產(chǎn)肉禽: 海參、鮑魚、貝類、蝦類、魚類、牛羊肉、雞肉、蛋制品等;林副特產(chǎn):各種食用菌、山野菜、松茸、竹蓀、蘆筍、羅漢果、魔芋等。
·非食用及工業(yè)物料
各類鮮花、觀賞動植物及標(biāo)本、文物、多孔陶瓷、催化劑、石墨烯、超微細材料等。