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冷冻干燥(冻干)

1940
老式实验室中用于食品保鲜的冷冻干燥设备。

(图片仅供参考)

Freeze-drying, or lyophilization, is a dehydration process that leverages sublimation to preserve perishable materials. The material is first frozen, and then the surrounding 压力 降低温度,使冻结的水直接从固相(冰)升华成气相(水蒸气)。这样可以避免热干燥方法带来的损害。

Lyophilization is a three-stage process: freezing, primary drying (sublimation), and secondary drying (desorption). First, the material is frozen below its 三点 为确保发生升华而非融化,冷冻方法至关重要,因为形成的冰晶大小会影响最终产品的结构和复水性能。快速冷冻(速冻)会产生较小的冰晶,这通常有利于保持细胞结构。

接下来,在初级干燥阶段,压力显著降低,形成真空。对材料施加少量热量,以提供冰升华所需的能量。然后,水蒸气从干燥室中排出,通常是通过将其冷凝到保持在极低温度的冷表面(冷凝器)上来实现的。此阶段去除大部分水分。最后,在二级干燥阶段,温度略微升高,以去除吸附在材料表面的任何残留未冻结的水分子。最终得到脱水、结构完整且轻质的产品,可在室温下长期储存,并可通过加水快速复水。由于该工艺避免了液相阶段,因此可最大限度地减少收缩,保持原始形状,并保留挥发性芳香化合物,使其优于其他适用于易损材料的干燥方法。

UNESCO Nomenclature: 3308
食品科学与技术

类型

工业流程

中断

重大的

用法

广泛使用

前体

  • 晒干和腌制等古老的食品保存技术
  • 了解相图和水的三相点
  • 可靠制冷和真空技术的发展 泵 技术
  • 第二次世界大战期间对稳定血浆的需求推动了其发展

应用程序

  • 速溶咖啡的生产
  • 为宇航员和徒步旅行者保存食物
  • long-term storage of pharmaceuticals like 疫苗 and antibiotics
  • 生物样品的稳定化,例如 微生物 用于研究的培养物和组织
  • 修复被水损坏的文件和书籍

专利:

  • US2563129A
  • US2677889A

潜在创新理念

  • 用于家庭食品保鲜的家用冷冻干燥设备
  • 用于在现场研究中保存生物样本的移动式冻干装置
  • 连续冷冻干燥工艺适用于大批量工业生产,取代批量生产方法
  • 冷冻干燥活体组织和器官,用于长期冷冻保存和移植
  • creating novel ‘aerogel’ style snacks with unique textures through controlled freeze-drying
  • 基于冻干技术的疫苗稳定试剂盒,无需运输过程中的冷链
  • 将整顿饭菜冷冻干燥成轻质、紧凑的药片,用于应急和军事口粮
  • using freeze-drying to create highly porous scaffolds for tissue engineering
  • 开发稳定性和保质期更长的冻干益生菌
  • 通过在干燥前用可升华的固体代替水来修复古代浸水的文物
相关领域:冻干、冷冻干燥、升华、脱水、保藏、食品、药品、真空、冰、低温。

历史背景

冷冻干燥(冻干)

1934
1940
1940
1940
1940
1940
1945-01-01
1930
1940
1940
1940
1940
1940
1940
1948

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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