冻干技术是如何工作的？

冻干技术，即真空冷冻干燥技术，其工作原理主要基于水在不同压力和温度条件下的相变特性，具体过程如下：

1. 预冻结阶段

   • 目的：将物料中的自由水固化成冰，为后续的升华干燥做准备。
   • 原理：把含有水分的物料（如食品、药品等）放入低温环境中，使温度快速降低到物料的共晶点以下。共晶点是指物料中水分和其他溶质共同冻结的温度。例如，对于纯水来说，其冰点是0℃，但对于含有盐分、糖分等溶质的食品物料，共晶点会低于0℃。在预冻结过程中，随着温度的下降，物料中的水分逐渐形成冰晶，这种冰晶结构有利于后期的升华干燥。

2. 初级干燥（升华干燥）阶段

   • 目的：使物料中的冰直接升华成水蒸气，去除大部分水分。
   • 原理：将预冻结好的物料放入真空环境中，通常真空度要达到10 - 30Pa左右。在低气压下，冰的升华温度降低。同时，通过加热系统对物料进行适当的加热，一般加热温度控制在物料的共熔点以下10 - 20℃左右。这样，冰就会直接从固态升华为气态的水蒸气。因为是在真空环境下，水蒸气能够迅速地被抽出干燥室，从而实现物料的干燥。例如，当对冻干草莓进行升华干燥时，草莓中的冰在真空和适当加热的条件下，直接变成水蒸气被去除，而草莓的固体成分则保留下来。

3. 解析干燥（解吸干燥）阶段

   • 目的：去除物料中剩余的结合水，进一步降低物料的含水量。
   • 原理：在初级干燥阶段后，物料中还含有少量的结合水。此时，适当提高加热温度，破坏物料对水的吸附力，使结合水能够解析出来。这个温度提升幅度要根据物料的性质来确定，不能过高，以免影响物料的品质。例如，对于一些生物制品，过高的温度可能会导致蛋白质变性等问题。在解析干燥阶段，继续维持真空环境，使解析出来的水蒸气能够被抽出，直到物料的含水量达到规定要求（一般小于5%）。