真空冷冻干燥技术及发展

一. 冷冻干燥：

冷冻干燥技术早期主要用于生物材料的保存，其原理是利用冷冻的溶液在低温低压条件下，从冻结状态不经过液态直接升华除去水分完成干燥。特点如下：

(1)在低温下干燥，能有效保护热敏性物质，使其不致变性或失去活力。

(2)在低温下干燥，物质中挥发性成份损失少。

(3)微生物生长和酶作用无法进行，能保持原来性质状态，成活率高。

(4)在真空下干燥，氧气极少，易氧化物质得到了保护。

(5)在冻结下干燥，干燥后体积几乎不变，不会发生收缩现象，物质呈疏松多孔海绵状，加水后溶解迅速，几乎立即恢复原来性质。

(6)干燥时排除90％～95％左右水份。干燥后产品能在室温下长期保存，便于携带运输，易实现商品化生产。

真空冷冻干燥工艺及装置主要由预冻系统、制冷系统、供热系统及真空系统等组成。包括两个重要的步骤：

1. 预冻：预冻温度最好要低于待处理物的共晶点温度5℃-10℃。要快速冷冻，这样产生冰晶较小，对细胞影响小，活性高。虽然小冰晶不利于以后升华干燥，但是小冰晶升华能更好的保持原来结构与形状，和更好的溶解性。

2. 升华：提供低温热源，在真状态下，使冰直接升华为水蒸汽而使物料脱水。升华温度也要低于待处理物的共晶点温度，否则会出现溶化和干缩现象。

3. 解吸：产品内还存在10％左右的水份，为了使产品达到合格的残余水份含量，必须对产品进一步的干燥，使产品的温度迅速地上升到该产品的最高允许温度，并在该温度一直维持到冻干结束为止。迅速提高产品温度有利于降低产品残余水份含量和缩短解吸干燥的时间。产品的允许温度视产品的品种而定，一般为25℃－40℃左右。

二. 微波冷冻干燥：

目前真空冷冻干燥已经得到了广泛的应用。但存在设备复杂、干燥速率低、时间长、能耗高等缺点。微波冷冻干燥正好可以克服这些缺点。该技术是把微波干燥和真空干燥两项技术结合起来，微波加热的能量以电磁波的形式直接进入物料内部进行加热，对升华的排湿通道无阻碍，可克服常规对流方式从外部向内部干燥的方式，和热传导速率慢的缺点，潮湿的部分吸收微波能比已干燥的部分多，充分有效的利用能源，提高了干燥速率。

微波冷冻干燥有良好的应用前景，但是由于微波冻干工艺优化和控制比较困难，需要准确的测量物料干燥过程的温度变化，但微波给温度测量带来了困难。

三. 应用领域：

21世纪是以生物、材料、电子、信息科学等领域将得到重大发展，真空冷冻干燥技术也会发挥重要作用。

在一些发达国家，冻干食品占方便食品的比例越来越大，被认为是高档的脱水食品，并广泛应用到食品工业的各个领域，如方便食品、即时汤料、粉末蔬菜、颗粒蔬菜、速溶饮品等，国际市场上的冻干食品总是供不应求。

在医学方面，冻干技术也为医学的发展提供技术依托。离体生物组织冻干保持活性的研究，从简单的精子细胞组织到复杂的人角膜细胞结构，正处于深入地发展研究。

在纳米材料领域，冻干作为低温化学制粉过程，因其产品品质和性能的优越，而且用于尖端领域或宇航、军事等特殊领域，因而具有良好的开发应用前景。 真空冷冻干燥技术在功能食品和纳米材料、生物、医学等方面的大规模应用，为冻干技术开辟了广阔的前景.