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冷凍干燥原理
冷凍干燥
又稱升華干燥。將含水物料冷凍到冰點(diǎn)以下，使水轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，然后在較高真空下將冰轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵舛サ母稍锓椒?。物料可先在冷凍裝置內(nèi)冷凍，再進(jìn)行干燥。但也可直接在干燥室內(nèi)經(jīng)迅速抽成真空而冷凍。升華生成的水蒸氣借冷凝器除去。升華過程中所需的汽化熱量，一般用熱輻射供給。
水的三相點(diǎn)
由物理學(xué)可知，水有三相，O點(diǎn)為三相共點(diǎn)，OA為冰的融解點(diǎn)。根據(jù)壓力減小、沸點(diǎn)下降的原理，只要壓力在三相點(diǎn)壓力之下，物料中的水分則可從水不經(jīng)過液相而直接升華為水汽。根據(jù)這個(gè)原理，就可以先將食品的濕原料凍結(jié)至冰點(diǎn)之下，使原料中的水分變?yōu)楣虘B(tài)冰，然后在適當(dāng)?shù)恼婵窄h(huán)境下，將冰直接轉(zhuǎn)化為蒸汽而除去，再用真空系統(tǒng)中的水汽凝結(jié)器將水蒸汽冷凝，從而使物料得到干燥。這種利用真空冷凍獲得干燥的方法，是水的物態(tài)變化和移動(dòng)的過程，這個(gè)過程發(fā)生在低溫低壓下，因此，冷凍干燥的基本原理是在低溫低壓下傳熱傳質(zhì)的機(jī)理 。
冷凍干燥不同于普通的加熱干燥，物料中的水分基本上在0℃以下的冰凍的固體表面升華而進(jìn)行干燥，物質(zhì)本身則剩留在凍結(jié)時(shí)的冰架子中，因此，干燥后的產(chǎn)品體積不變、疏松多孔。冰在升華時(shí)需要熱量，必須對(duì)物料進(jìn)行適當(dāng)加熱，并使加熱板與物料升華表面形成一定溫度梯度，以利于傳熱的順利進(jìn)行。
制品的冷凍干燥過程包括凍結(jié)、升華和再干燥3個(gè)階段。
凍結(jié)
先將欲凍干物料用適宜冷卻設(shè)備冷卻至2℃左右，然后置于冷至約-40℃(13．33Pa)凍干箱內(nèi)。關(guān)閉干燥箱，迅速通入制冷劑(氟里昂、氨)，使物料冷凍，并保捧攀邸h或更長時(shí)間，以克服溶液的過冷現(xiàn)象，使制品*凍結(jié)，即可進(jìn)行升華。
升華
制品的升華是在高度真空下進(jìn)行的，在壓力降低過程中，必須保持箱內(nèi)物品的冰凍狀態(tài)，以防溢出容器。待箱內(nèi)壓力降至一定程度后，再打開羅茨真空泵(或真空擴(kuò)散泵)，壓力降到1．33Pa，一60。C以下時(shí)，冰即開始升華，升華的水蒸氣在冷凝器內(nèi)結(jié)成冰晶。為保證冰的升華，應(yīng)開啟加熱系統(tǒng)，將擱板加熱，不斷供給冰升華所需的熱量。
再干燥
在升華階段內(nèi)，冰大量升華，此時(shí)制品的溫度不宜超過低共熔點(diǎn)，以防產(chǎn)品中產(chǎn)生僵塊或產(chǎn)品外觀上的缺損，在此階段內(nèi)擱板溫度通?？刂圃?plusmn;10℃之間。制品的再干燥階段所除去的水分為結(jié)合水分，此時(shí)固體表面的水蒸氣壓呈不同程度的降低，干燥速度明顯下降。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，在此階段內(nèi)應(yīng)適當(dāng)提高擱板溫度，以利于水分的蒸發(fā)，一般是將擱板加熱至30～35。C，實(shí)際操作應(yīng)按制品的凍干曲線(事先經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)繪制的溫度、時(shí)間、真空度曲線)進(jìn)行，直至制品溫度與擱板溫度重合達(dá)到干燥為止。
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）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)品能長期保存而不變質(zhì)。