生胶原冻干絮!?

游览量:12   时间:2023-01-17 22:04:30

前言:目前随着冻干食品冻干药品,以及冻干化妆品的广泛应用,冻干这个专业需要的人才较以往有了更大的需求,后续作者将持续发布相关内容,力求将冻干讲透,为各位读者学习冻干略尽绵薄之力。

1.冷冻干燥定义

冷冻干燥就是将物料(溶液,混悬液,食品)冷冻到低于冰点的温度(通常为-30℃--50℃),使其中的水分凝结成冰,然后在适当的真空度下对其进行升温(通常将温度控制在-20℃--35℃),物料中的冰直接从升华为水蒸气,而水蒸气再被冷阱捕捉,其通常维持在-70--100℃,从而使物料中的水分得以去除,最终的含水量在1%-3%左右,从而更好地保存物料。

冻干草莓

冷冻干燥的目的就是通过一个过程抽去物质中的水分,有人要问了,通过烘干,晒干等方式也能去除水分,为什么还要这么费劲的在真空下低温去除呢?因为通过这种方式能最大程度保存物料的状态/质量。

维布妥昔单抗

以常见的冻干蛋白质药物(维布妥昔单抗)为例,因为其本身为蛋白质,如果采用烘干方式,高温下蛋白质会变性,变性后药物的活性就会丧失,也就谈不上药物的长期保存和药效了。而当冻干运用于食品中时,因为整个过程在低温中进行,食品中的风味物质能够最大程度地保留,同时因为冻干完成的食品含水量低,一些氧化和腐败反应没有条件发生,从而实现食品的长期保存。

2.水的相图

冻干以水为溶剂,水有固液气三种状态,其所处的状态与温度和压力有关。水的相图[1]如下图所示:

水的三相图

该图横坐标为温度,纵坐标为压力(对数形式),从图中可以看出,冷冻干燥过程中的冷冻过程就是在压力不变的情况下,将温度降低,降低至-30℃--50℃使水结成冰。水完全冻结后,真空泵抽真空,将压力降低至10Pa-30Pa,同时将温度提高至-20℃--35℃,冰直接升华成气态的水蒸气,而气态的水蒸气遇到温度很低的冷阱(维持在-70--100℃)后,发生凝华,由气态直接变成固态的冰。整个冻干过程就是在循环这个过程,从而将物料中的水去除,留下干物质

3.冻干的能量来源与去向

整个冻干过程需要大量的电能,电能主要用来维持冷阱的低温,真空泵的真空度,以及冰的升华。冻干是一个将冰升华的过程,虽然整个过程在低温中进行,但仍需要很大的热量才能将冰变成水气,这是因为升华热的存在,升华热是物质升华时所吸收的热量,也等于单位质量的同种物质在相同条件下的熔解热与汽化热之和。简单而言,升华10g的冰,在不考虑能量传递过程中的耗损下,其需要的热量和把冰加热成水,再将水煮沸需要的热量相同,并没有因为是升华可以少用热量。冰升华热=2834.6焦耳/克=677.19卡路里/克。

冰升华需要的热量从环境和自身而来,如果环境不能提供这个能量,就从自己本身来获得这个能量,其自身温度会降低,即在某种程度上,升华过程中物料所放置的隔板是在加热这个物料,虽然隔板本身温度很低。

总的来看,冻干最大的缺点就是设备的投资的运转费用高,冻干过程时间长,一个典型的冻干周期在24h-72h左右,但由于冻干后的产品能长期保存,能最大程度的保持物料的风味和质量,因此在食品药品化妆品等高附加值领域发挥用途。

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标签: 冻干  升华  物料  温度  食品 

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