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冷冻升华干燥原理:纯水升华

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-02-06 0:28:46 * 浏览: 2
物料中含水量有两种方法:①自由水,即机械和物理结合的水。它主要通过吸附和渗透存在于材料的表面,毛细血管和孔中。 ②结构化水以化学键形式存在于制品的组织中。冷冻升华干燥主要是自由升华水,而不是结构化水。要升华自由水,首先将其冷冻成冰,然后加热并在真空中升华。图10-134是水的相变图,用于解释材料中水的升华机理。在不同的温度和压力下,水可以是气态,液态或固态。在图中,OA线是水气边界线,OB是冰水两相边界线,它是冰的融化线。 OC线是冰线和气体边界线。在这条线上,冰和气体共存,这意味着冰确实从固相变为气相。直接从固相变为气相的这种现象通常称为升华。图中的0点是固-液-气三相共存点,称为三相点或共晶点。与纯水的三相点相对应的温度为0℃,在该温度下,冰面上相应的饱和蒸气压为Po = 5.98×102Pa。材料中包含的水是水溶液,其三点温度低于纯水的温度。从图中可以看出,在点O上方(图中虚线上方),需要将冰转化为盐水,然后将水转化为气体。该过程是普通的蒸发和干燥。只有在三点压力pQ线以下,冰才能从固相直接变为气相,这就是升华。因此,为了获得冷冻干燥食品,升华温度必须低于三点温度。否则,结果是食物蒸发干燥。图10-135是制品的升华过程的示意图。干燥过程是从周围到内部逐渐干燥,并且干燥层逐渐变厚,可以认为是多孔结构。升华热通过干燥体被加热体连续地传递到冷冻部。在干燥和冷冻交界处的升华表面上,加热水分子后,它们将离开升华表面并沿着孔隙流向周围环境。环境中的大气压必须低于升华表面上的饱和蒸气压Po。只有这样,水分子的动力才能向外迁移。这意味着升华干燥必须在真空环境中进行。另外,物料处于冷冻状态,需要将温度保持在三点以下,在真空环境下,该温度易于保持。