凍干技術(shù)優(yōu)點眾多,凍干原理雖簡單,但在實際工藝摸索過程中,卻難以控制,而在凍干曲線的摸索和優(yōu)化前,應(yīng)先確定制品的共晶點、玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度、共熔點和塌陷溫度。
1. 共晶點(晶體)
制品預(yù)凍過程中,對于結(jié)晶體系,隨著溫度降低,當(dāng)制品達(dá)到冰點(物質(zhì)開始結(jié)冰的溫度)以下時,體系中形成冰核,冰核逐漸增長,其余溶液中溶質(zhì)的濃度逐漸提高,并在達(dá)到過飽和時析出結(jié)晶,溫度持續(xù)降低直至剩余溶液wanquan固化為冰和溶質(zhì)的結(jié)晶混合體,此時的溫度即為共晶點,但有些物質(zhì)的共晶點不是一個具體的溫度值,而是一個溫度范圍。
若冷凍干燥預(yù)凍過程中制品未wanquan凍實而留存部分液態(tài)物料,則在升華干燥階段會出現(xiàn)“鼓泡”現(xiàn)象,即液態(tài)物料在低壓狀態(tài)下的沸騰現(xiàn)象,此現(xiàn)象容易導(dǎo)致凍干后的制品再次復(fù)溶,內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻,并發(fā)生部分物料黏團(tuán)的現(xiàn)象,最終導(dǎo)致制品復(fù)溶性差。因此共晶點溫度是預(yù)凍過程中的一個關(guān)鍵溫度,只有凍結(jié)到共晶點溫度以下,才能保證制品所有的水分凝結(jié),全部變成固體狀態(tài)。
2. 玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度(無定形物質(zhì))
制品預(yù)凍過程中,對于無定形體系,當(dāng)制品溫度下降到某一程度時,形成的冰晶不再繼續(xù)增大,殘余溶液濃縮到zuida程度,溶質(zhì)與剩余的水分形成粘度極大的玻璃態(tài),此刻溫度即為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
3. 共熔點(晶體)
制品干燥過程中,隨溫度逐漸升高,wanquan凝固的溶質(zhì)和溶劑開始融化,此時溫度即為共熔點。共熔點溫度是物質(zhì)的融化開始點,從這個點開始有液體出現(xiàn),因此這個溫度是升華階段晶體類物質(zhì)允許的最高溫度,必須保證制品低于這個溫度,才是安全的升華,否則就變成了蒸發(fā)或者沸騰出現(xiàn)。
4. 塌陷溫度(無定形物質(zhì))
制品在干燥過程中,干燥層溫度上升到一定數(shù)值時,物料中的冰晶消失,原先為冰晶所占據(jù)的空間成為空穴,因此干燥層呈多孔蜂窩狀海綿體結(jié)構(gòu)。當(dāng)蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的固體基質(zhì)溫度較高時,其剛性降低。當(dāng)溫度達(dá)到某一臨界值時,固體基質(zhì)的剛性不足以維持蜂窩狀結(jié)構(gòu),空穴的固形物基質(zhì)壁發(fā)生塌陷,原先蒸汽擴(kuò)散的通道被封閉,阻止升華進(jìn)行,最終導(dǎo)致成品水分含量過高。此臨界溫度即為的崩解溫度或塌陷溫度。
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