真空冷凍干燥機(jī)是將濕物料凍結(jié)到共晶點(diǎn)溫度下,使物料中的水分變成固態(tài)冰,然后在較高真空環(huán)境下,通過(guò)給物料加熱,將冰直接升華成水蒸氣,再用真空系統(tǒng)中的水汽凝結(jié)器將水蒸氣冷凝,從而獲得干燥領(lǐng)域中設(shè)備最復(fù)雜、能耗最大、干燥成本最高的一種方法,與傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥后的物料相比技術(shù)特點(diǎn)如下:
(1)由于物料是在低于水的三相點(diǎn)壓力(610.5Pa)以下干燥,相應(yīng)的相平衡溫度低,且處于高度缺氧狀態(tài),因此適用于干燥極為熱敏和極易氧化的物料,可保留新鮮物料中的大部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和有效成分。
(2)物料在凍結(jié)時(shí)形成穩(wěn)定的固體骨架,水分升華后固體骨架基本保持原有性狀,且多孔結(jié)構(gòu)的制品具有極好的速溶性、復(fù)水性和復(fù)水率。
(3)真空冷凍干燥可以除去物料中95%以上的水分,使產(chǎn)品能在室溫或較高的溫度下長(zhǎng)期保存,且質(zhì)量輕、易運(yùn)輸。
(4)復(fù)水性極好,凍干制品能迅速吸水復(fù)原,其色澤、品質(zhì)與鮮品基本相同。
目前,真空冷凍干燥技術(shù)在生物工程、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、材料科學(xué)、農(nóng)副產(chǎn)品深加工甚至古舊書畫修復(fù)和動(dòng)植物標(biāo)本制作等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。
冷凍干燥過(guò)程是水的物態(tài)變化和移動(dòng)的過(guò)程,這種過(guò)程發(fā)生在低溫低壓的條件下,真空冷凍干燥的基本原理就是在低溫低壓下傳熱、傳質(zhì)理論。
水的三相點(diǎn)A(氣、液、固三相共存)溫度為0.01℃,壓力為610.33Pa,在低于A點(diǎn)的固、氣兩相平衡線上,若給以足夠的熱量(升華潛熱),固態(tài)的冰可以直接升華為氣態(tài)的水蒸氣逸出,而不經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化為液態(tài)水的過(guò)程。如圖所示。
對(duì)于凍干物料而言,水就是一種溶液,這種溶液同樣存在三相點(diǎn),只是壓力和溫度更低。一般選擇升華溫度在-5℃~-20℃左右,相應(yīng)的壓力在133.28Pa左右.由此可知,如果將物料中的水分先凍結(jié)成冰,然后將其置于三相點(diǎn)以下的低溫、低壓條件下,并給以必需的升華熱,物料中的水分將由冰直接轉(zhuǎn)化為水汽,在蒸汽壓的推力下排出,從而達(dá)到脫水的目的。