FD凍干技術,即真空冷凍干燥技術,其工作原理主要基于物理中的升華現(xiàn)象。以下是該技術的詳細工作過程:
預凍結階段
物料降溫凍結:將含有水分的物料進行預凍,使物料中的自由水凍結成冰。預凍的溫度通常要求低于物料的共熔點溫度,一般建議比物料的共熔點低幾度,這樣可以確保物料凍結。如果預凍不充分,在后續(xù)的抽真空升華過程中,物料可能會因內部水分未凍結而膨脹起泡,影響凍干效果。
形成穩(wěn)定結構:預凍過程中,物料中的水分形成固態(tài)的冰晶結構,這種結構相對穩(wěn)定,為后續(xù)的升華干燥提供了基礎。同時,預凍也有助于保持物料的原有形狀和結構,減少在干燥過程中的變形和塌陷。
抽真空階段
降低氣壓:啟動真空泵等設備,對凍干機內的空間進行抽真空處理,使內部的氣壓逐漸降低到較低的水平,一般要達到 10 - 30Pa 左右的真空度。在低氣壓環(huán)境下,水的沸點會降低,更有利于冰的升華。
提供升華動力:真空環(huán)境為冰的升華提供了必要的條件,使得物料中的冰能夠在低溫下直接轉化為水蒸氣,而不經(jīng)過液態(tài)階段。通過不斷抽真空,還可以及時帶走升華產(chǎn)生的水蒸氣,保持升華過程的持續(xù)進行。
加熱干燥階段
供給熱量:在抽真空的同時,對物料進行適當?shù)募訜?。加熱的方式有多種,如熱媒輻射加熱、微波加熱等。加熱的目的是為冰的升華提供能量,使冰能夠更快地轉化為水蒸氣。加熱溫度需要根據(jù)物料的種類和性質進行控制,一般控制在 0℃ - 60℃之間,對于大多數(shù)生物樣品和藥品,加熱溫度通常在室溫到 30℃左右。
平衡熱量與質量傳遞:在加熱過程中,要確保物料內部的熱量傳遞均勻,避免局部過熱導致物料的變性或損壞。同時,要協(xié)調好熱量傳遞和質量傳遞的關系,使升華過程能夠順利進行。如果加熱過快或不均勻,可能會導致物料表面的冰融化,影響凍干效果。
后處理階段
去除結合水:經(jīng)過升華干燥階段后,物料中大部分的自由水已經(jīng)被除去,但仍有部分結合水存在于物料的細胞結構或孔隙中。解析干燥就是要進一步提高物料的干燥程度,去除這些結合水。這一階段的溫度通常會比升華干燥階段略高,但也不能過高,以免破壞物料的結構。
鞏固干燥效果:解析干燥可以使物料的含水量進一步降低,提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和保質期。在這一階段,需要持續(xù)抽真空并提供適當?shù)臒崃浚钡轿锪线_到預期的干燥程度。
綜上所述,F(xiàn)D凍干技術通過一系列精確控制的步驟,實現(xiàn)了在低溫低壓環(huán)境下對物料進行高效干燥的目標。這種技術不僅保留了物料的營養(yǎng)成分和活性成分,還具有復水性好、保存期長等優(yōu)點,因此在多個領域得到了廣泛應用。
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