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冷凍幹燥的原理
一、凍幹的概念、目的及應用
冷凍幹燥就是把含有大量水分的物質，預先進行降溫凍結成固體。然後在真空的條件下使水蒸汽直接從固體中升華出來，而物質本身留在凍結的冰架子中，從而使得幹燥製品不失原有的固體骨架結構，保持物料原有的形態,且製品複水性*。
利用冷凍幹燥目的是為了貯存潮濕的物質，通常是含有微生物組織的水溶液，或不含微生物組織的水溶液。產品在凍結之後置於一個低水氣壓下，這時包含冰的升華，直接由固態在不發生熔化的情況下變成汽態。與其他幹燥方式相比避免了化學、物理和酶的變化，從而確保了製品物性在保存時不易改變。實際需要的低水汽壓是靠真空的狀況下達到的。
真空冷凍幹燥技術主要應用於：
(1) 熱穩定性差的生物製品，生化類製品，血液製品，基因工程類製品等藥物凍幹；
(2) 為保持生物組織結構和活性，外科手術用的皮層、骨骼、角膜、心瓣膜等生物組織的處理；
(3) 以保持食物色、香、味和營養成分以及能迅速複水的咖啡、調料、肉類、海產品、果蔬的凍幹；
(4) 在微膠囊製備、藥品控釋材料等方麵的應用。
以保持生鮮物質不變性的人參、蜂皇漿、龜鱉等保健品及中草藥製劑的加工；
(5) 超微細粉末功能材料如：光導纖維、超導材料、微波介質材料、磁粉以及能加速反應工程的催化劑的處理等。
二、冷凍幹燥的原理及優點
1、
水的狀態平衡圖
物質有固、液、汽三態，物質的狀態與其溫度和壓力有關。圖1-1示出水（H2O）的狀態平衡圖。圖中OA、OB、OC三條曲線分別表示冰和水、水和水蒸汽、冰和水蒸汽兩相共存時其壓力和溫度之間的關係。分別稱為溶化線、沸騰線和升華線。此三條曲線將圖麵分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個區域，分別稱為固相區、液相區和氣相區。箭頭1、2、3分別表示冰溶化成水，水汽化成水蒸汽和冰升華成水蒸汽的過程。曲線OB的頂端有一點K，其溫度為374℃，稱為臨界點。若水蒸汽的溫度高於其臨界溫度374℃時，無論怎樣加大壓力，水蒸汽也不能變成水。三曲線的交點O，為固、液、汽三相其存的狀態，稱為三相點，其溫度為0.01℃，壓力為610Pa。在三相點以下，不存在液相。
若將冰麵的壓力保持低於610Pa，且給冰加熱，冰就會不經液相直接變成汽相，這一過程稱為升華。
真空冷凍幹燥是先將濕料凍結到共晶點溫度以下,使水分變成固態的冰,然後在較高的真空度下,使冰直接升華為水蒸氣,再用真空係統中的水汽凝結器將水蒸氣冷凝,從而獲得幹燥製品的技術。幹燥過程是水的物態變化和移動的過程。這種變化和移動發生在低溫低壓下。因此，真空冷凍幹燥的基本原理就是低溫低壓下傳質傳熱的機理。
2、
冷凍幹燥的優點
冷凍幹燥與常規的曬幹、烘幹、煮幹、噴霧幹燥及真空幹燥相比，有許多突出的優點：
（1）
冷凍幹燥在低溫下進行，因此在對於許多熱敏性的物質特別適用。如蛋白質、微生物之類，不會發生變性或失去生物活力。
（2）
在凍幹過程中，微生物的生長和酶的作用無法進行。因此能保持原來的性狀。
（3）
在低溫下幹燥時，物質中的一些揮發性成份和受熱變性的營養成分損失很小，適合一些化學製品、藥品和食品的幹燥。
（4）
由於在凍結的狀態下進行幹燥，因此製品的體積、形狀幾乎不變，保持了原來的結構，不會發生濃縮現象。幹燥後的物質疏鬆多孔，呈海綿狀，加水後溶解迅速而*，幾乎立即恢複原來的性狀。
（5）
在真空下進行幹燥，物料處於高度缺氧狀態下，容易氧化的物質得到了保護。
（6）
幹燥能排除95-99%以上的水份，使幹燥後產品能長期保存而不變質。
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