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冷凍乾燥是一個科技名詞。

中國漢字的發展成為維繫中華民族歷史發展進步的一條生動鮮明的脈絡[1],各個歷史時期所形成的各種字體,有着各自鮮明的藝術特徵,如篆書[2]古樸典雅,隸書靜中有動,草書風馳電掣、結構緊湊,楷書工整秀麗,行書易識好寫,實用性強,字體多樣。

名詞解釋

冷凍乾燥是利用冰晶升華的原理,在高度真空的環境下,將已凍結了的食品物料的水分不經過冰的融化直接從冰固體升華為蒸汽,一般真空乾燥物料中的水分是在液態下轉化為汽態而將食品干制,故冷凍乾燥又稱為冷凍升華乾燥。

其主要優點是:(1)乾燥後的物料保持原來的化學組成和物理性質(如多孔結構、膠體性質等);(2)熱量消耗比其他乾燥方法少。缺點是費用較高,不能廣泛採用。用於乾燥抗生素、蔬菜和水果等。

含水的生物樣品,經過冷凍固定,在低溫高真空的條件下使樣品中的水分由冰直接升華達到乾燥的目的,在乾燥的過程中不受表面張力的作用,樣品不變形。

真空冷凍乾燥技術是將濕物料或溶液在較低的溫度(-10℃~-50℃)下凍結成固態,然後在真空(1.3~13帕)下使其中的水分不經液態直接升華成氣態,最終使物料脫水的乾燥技術。中國是原料藥生產大國,因此該技術應用前景十分廣闊。但是,應當引起注意的是,真空冷凍乾燥技術在我國推廣得非常迅速,相比之下,其基礎理論研究相對滯後、薄弱,專業技術人員也不多。並且,與氣流乾燥、噴霧乾燥等其他乾燥技術相比,真空冷凍乾燥設備投資大,能源消耗及藥品生產成本較高,從而限制了該技術的進一步發展。因此,切實加強基礎理論研究,在確保藥品質量的同時,實現節能降耗、降低生產成本,已經成為真空冷凍乾燥技術領域當前面臨的最主要的問題。

原理

由物理學可知,水有三相,O點為三相共點,OA為冰的融解點。根據壓力減小、沸點下降的原理,只要壓力在三相點壓力之下(圖中壓力為 646.5Pa以下,溫度0℃以下),物料中的水分則可從水不經過液相而直接升華為水汽。根據這個原理,就可以先將食品的濕原料凍結至冰點之下,使原料中的水分變為固態冰,然後在適當的真空環境下,將冰直接轉化為蒸汽而除去,再用真空系統中的水汽凝結器將水蒸汽冷凝,從而使物料得到乾燥。這種利用真空冷凍獲得乾燥的方法,是水的物態變化和移動的過程,這個過程發生在低溫低壓下,因此,冷凍乾燥的基本原理是在低溫低壓下傳熱傳質的機理。

冷凍乾燥不同於普通的加熱乾燥,物料中的水分基本上在0℃以下的冰凍的固體表面升華而進行乾燥,物質本身則剩留在凍結時的冰架子中,因此,乾燥後的產品體積不變、疏鬆多孔。冰在升華時需要熱量,必須對物料進行適當加熱,並使加熱板與物料升華表面形成一定溫度梯度,以利於傳熱的順利進行。

製品的冷凍乾燥過程包括凍結、升華和再乾燥3個階段。

凍結

先將欲凍乾物料用適宜冷卻設備冷卻至2℃左右,然後置於冷至約一40℃(13.33Pa)凍干箱內。關閉乾燥箱,迅速通入製冷劑(氟里昂、氨),使物料冷凍,並保捧攀邸h或更長時間,以克服溶液的過冷現象,使製品完全凍結,即可進行升華。

升華

製品的升華是在高度真空下進行的,在壓力降低過程中,必須保持箱內物品的冰凍狀態,以防溢出容器。待箱內壓力降至一定程度後,再打開羅茨真空泵(或真空擴散泵),壓力降到1.33Pa,一60。C以下時,冰即開始升華,升華的水蒸氣在冷凝器內結成冰晶。為保證冰的升華,應開啟加熱系統,將擱板加熱,不斷供給冰升華所需的熱量。

再乾燥

在升華階段內,冰大量升華,此時製品的溫度不宜超過最低共熔點,以防產品中產生僵塊或產品外觀上的缺損,在此階段內擱板溫度通常控制在±10℃之間。製品的再乾燥階段所除去的水分為結合水分,此時固體表面的水蒸氣壓呈不同程度的降低,乾燥速度明顯下降。在保證產品質量的前提下,在此階段內應適當提高擱板溫度,以利於水分的蒸發,一般是將擱板加熱至30~35。C,實際操作應按製品的凍干曲線(事先經多次實驗繪製的溫度、時間、真空度曲線)進行,直至製品溫度與擱板溫度重合達到乾燥為止。

參考文獻