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冷凍干燥講解
特點(diǎn)
冷凍干燥的食品與其他干燥方法比較有許多的優(yōu)點(diǎn),，主要為：
（1）zui大限度地保存食品的色,、香、味,，如蔬菜的天然色素保持不變,，各種芳香物質(zhì)的損失可減少到zui低限度,；冷凍干燥對(duì)保存含蛋白質(zhì)食品要比普通冷凍保存的好,。
（2）對(duì)熱敏性物質(zhì)特別適合,，可以使熱敏性的物料干燥后保留熱敏成分；能保存食品中的各級(jí)營(yíng)養(yǎng)成分,，尤其對(duì)維生素C,，能保存90%以上,。
（3）在真空和低溫下操作,，微生物的生長(zhǎng)和酶作用受到抑制。
（4）脫水*,，干制品重量輕,，體積小，貯藏時(shí)占地面積少,，運(yùn)輸方便,；各種冷凍干燥的蔬菜經(jīng)壓塊，重量減輕顯著,。由于體積減小,，相應(yīng)地包裝費(fèi)用也少得多,。
（5）復(fù)水快，食用方便,。因?yàn)楸桓稍镂锪虾械乃质窃趦鼋Y(jié)狀態(tài)下直接蒸發(fā)的,，故在干燥過程中，水汽不帶動(dòng)可溶性物質(zhì)移向物料表面,，不會(huì)在物料表面沉積鹽類,，即在物料表面不會(huì)形成硬質(zhì)薄皮，亦不存在因中心水分移向物料表面時(shí)對(duì)細(xì)胞或纖維產(chǎn)生的張力,，不會(huì)使物料干燥后因收縮引起變形,，故極易吸水恢復(fù)原狀。
（6）因在真空下操作,，氧氣極少,，因此，一些易氧化的物質(zhì)（如油脂類）得到保護(hù),。
（7）冷凍干燥法能排除95%～99%以上的水分,，產(chǎn)品能長(zhǎng)期保存而不變質(zhì)。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)
由于真空冷凍干燥在低溫,、低壓下進(jìn)行,，而且水分直接升華，因此賦予產(chǎn)品許多特殊的性能,。如真空冷凍干燥技術(shù)對(duì)熱敏性物料亦能脫水比較*,，且經(jīng)干燥的藥品十分穩(wěn)定，便于長(zhǎng)時(shí)間貯存,。由于物料的干燥在凍結(jié)狀態(tài)下完成,，與其他干燥方法相比，物料的物理結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)變化極小,，其組織結(jié)構(gòu)和外觀形態(tài)被較好地保存,。在真空冷凍干燥過程中，物料不存在表面硬化問題,，且其內(nèi)部形成多孔的海綿狀,，因而具有優(yōu)異的復(fù)水性，可在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)干燥前的狀態(tài),。由于干燥過程是在很低的溫度下進(jìn)行,，而且基本隔絕了空氣，因此有效地抑制了熱敏性物質(zhì)發(fā)生生物,、化學(xué)或物理變化,，并較好地保存了原料中的活性物質(zhì)，以及保持了原料的色澤。
冷凍干燥基礎(chǔ)理論
我國(guó)真空冷凍干燥設(shè)備趨于完善,，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,，該技術(shù)基礎(chǔ)理論的研究顯得滯后和薄弱，阻礙了技術(shù)應(yīng)用水平的提高,。因此,，研究的重點(diǎn)正向這方面轉(zhuǎn)移。研究的焦點(diǎn)集中在真空冷凍干燥的物性參數(shù)及其影響因素,、過程參數(shù),、過程機(jī)理和模型、過程優(yōu)化控制等的研究,。
真空冷凍干燥技術(shù)的基本參數(shù)包括物性參數(shù)和過程參數(shù),，它們是實(shí)現(xiàn)真空冷凍干燥過程的基礎(chǔ)。這些數(shù)據(jù)的缺乏會(huì)使干燥過程難以實(shí)現(xiàn)針對(duì)原料的優(yōu)化,，不能充分發(fā)揮系統(tǒng)效率,。物性參數(shù)指物料的導(dǎo)熱系數(shù)、傳遞系數(shù)等,。這方面的研究?jī)?nèi)容包括物性參數(shù)數(shù)據(jù)的測(cè)定及測(cè)定方法,，以及環(huán)境條件壓強(qiáng)、溫度,、相對(duì)濕度和物料顆粒取向等對(duì)物性參數(shù)的影響,。過程參數(shù)包括冷凍、供熱和物料形態(tài)等有關(guān)參數(shù),。對(duì)冷凍過程的研究意在為系統(tǒng)找到*冷凍曲線,。供熱過程的研究則集中在兩方面：一是對(duì)原料載體的改良；二是加熱方式(傳熱方式和供熱熱源)的選擇,。確定恰當(dāng)?shù)奈锪闲螒B(tài)也是重要的研究?jī)?nèi)容,，它包括原料的顆粒形態(tài)和料層厚度等。
從熱量傳遞和質(zhì)量傳遞入手研究真空冷凍干燥的機(jī)理,，并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,，有助于找出過程的影響因素，預(yù)測(cè)時(shí)間,、溫度及蒸氣壓強(qiáng)的分布狀況,。研究主要限于均質(zhì)液相，并提出了一些數(shù)學(xué)模型,，如冰前沿均勻退卻模型,、升華模型,、吸附-升華模型等,。這些模型雖然對(duì)真空冷凍干燥的過程作了不同程度的描述，但在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在許多限制條件。過程優(yōu)化控制是建立在上述數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上的,?？刂品桨赣钟袦?zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型和非穩(wěn)態(tài)模型之分。
生產(chǎn)工藝
由于生物制品和藥品的凍干工藝比較復(fù)雜,，為保證凍干產(chǎn)品的質(zhì)量和節(jié)能,，在生產(chǎn)過程中需要嚴(yán)格控制預(yù)凍溫度、升華吸熱等,，使凍干過程各階段按照預(yù)先制訂的工藝路線工作,。
冷凍干燥保持預(yù)凍溫度
在真空冷凍干燥過程中，需要先對(duì)被干燥的藥品進(jìn)行預(yù)凍,，然后在真空狀態(tài)下,，使水分直接由冰變?yōu)闅舛顾幤犯稍铩Ｔ谡麄€(gè)升華階段,，藥品必須保持在凍結(jié)狀態(tài),，否則就不能得到性狀良好的產(chǎn)品。在藥品預(yù)凍階段,，要嚴(yán)格控制預(yù)凍溫度（通常比藥品的共熔點(diǎn)低幾度）,。如果預(yù)凍溫度不夠低，則藥品可能沒有*凍結(jié),，在抽真空升華時(shí)會(huì)膨脹起泡,；若預(yù)凍溫度太低，不僅會(huì)增加不必要的能量消耗,，而且對(duì)于某些生物藥品,，會(huì)降低其凍干后的成活率。
冷凍干燥關(guān)注升華吸熱
在干燥升華階段,，物料需要吸收熱量（每克冰*升華成水蒸氣約吸收2.8千焦耳的熱量）,。如果不對(duì)藥品進(jìn)行加熱或熱量不足，則在水分在升華時(shí)會(huì)吸收藥品本身的熱量而使藥品的溫度降低,，致使藥品的蒸氣壓降低,，于是引起升華速度的降低，整個(gè)干燥的時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng),，生產(chǎn)率下降,；如果對(duì)藥品加熱過多，藥品的升華速率固然會(huì)提高,，但在抵消了藥品升華所吸收的熱量之后,，多余的熱量會(huì)使凍結(jié)藥品本身的溫度上升，使藥品可能出現(xiàn)局部甚至全部熔化,，引起藥品的干縮起泡現(xiàn)象,，整個(gè)干燥就會(huì)失敗,。
冷凍干燥自動(dòng)化控制
為了獲得良好的凍干藥品，一般在凍干時(shí)應(yīng)根據(jù)每種凍干機(jī)的性能和藥品的特點(diǎn),，在經(jīng)過試驗(yàn)的基礎(chǔ)上制訂出一條凍干曲線,，然后控制機(jī)器，使凍干過程各階段的溫度變化符合預(yù)先制訂的凍干曲線,。真空冷凍干燥的生產(chǎn)過程控制可借助于計(jì)算機(jī)來控制生產(chǎn)系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)定的凍干曲線工作,。如計(jì)算機(jī)對(duì)鏈霉素硫酸鹽的凍干過程控制可分為兩個(gè)階段：*階段，在低于熔點(diǎn)的溫度下,，將水分從冷凍的物料內(nèi)升華,，約有98%～99%的水分均在此時(shí)被除去。第二階段,，將物料溫度逐漸升到或略高于室溫,，經(jīng)此階段水分可以減少到低于0.5%。此過程預(yù)凍溫度為－40℃左右,，時(shí)間約兩小時(shí),。凍干藥品的干燥升華階段，物料溫度約為－30℃～－35℃,，壓強(qiáng)約為4～7帕,。鏈霉素的zui終干燥溫度可升至40℃，總干燥時(shí)間約18小時(shí),。采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng),，有助于保證藥品符合質(zhì)量要求。