凍干
冷凍干燥稱為凍干,是一種低溫脫水過程,涉及冷凍產(chǎn)品并降低壓力,從而通過升華除冰。這與大多數(shù)利用熱量蒸發(fā)水分的傳統(tǒng)方法的脫水形成對比。
由于加工時(shí)采用低溫,再水化后的產(chǎn)品保留了其大部分原始性質(zhì)。當(dāng)草莓等固體物體被冷凍干燥時(shí),樣品的原始形狀得以保持。如果待干燥的產(chǎn)品是液體(如制藥應(yīng)用中常見),則最終產(chǎn)品的特性可通過復(fù)形劑(即非活性成分)來優(yōu)化。冷凍干燥的主要應(yīng)用包括生物(例如細(xì)菌和酵母)、生物醫(yī)學(xué)(例如外科移植)、食品加工(例如咖啡)和存儲(chǔ)。
現(xiàn)代冷凍干燥技術(shù)早在 1890 年就油Richard Altman發(fā)明,他設(shè)計(jì)了一種冷凍干燥細(xì)胞組織(植物或動(dòng)物)的方法,但直到 1930 年代才真正引起人們的注意。1909年,LF Shackell利用電動(dòng)泵獨(dú)立創(chuàng)建了真空室。直到 1927 年 Tival 和 1934 年 Elser 獲得冷凍干燥系統(tǒng)專利并改進(jìn)冷凍和冷凝步驟。
冷凍干燥的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在第二次時(shí)間大戰(zhàn)期間,當(dāng)時(shí)需要血漿和青霉素來治療戰(zhàn)地傷員。由于缺乏冷藏運(yùn)輸,許多血清用品在到達(dá)接受者之前就變質(zhì)了。冷凍干燥工藝是作為一種商業(yè)技術(shù)而開發(fā)的,使血漿和青霉素在無需冷藏的情況下變得化學(xué)穩(wěn)定且可行。在 20 世紀(jì) 50 年代至 60 年代,冷凍干燥開始被視為制藥和食品加工的多用途工具。
凍干食品成為宇航員和軍隊(duì)口糧的主要組成部分。最初為宇航員提供的難以補(bǔ)充水分的管狀膳食和凍干零食,通過改進(jìn)用水補(bǔ)充凍干膳食的過程,轉(zhuǎn)變?yōu)樘罩械臒岵?。隨著技術(shù)和食品加工的進(jìn)步,美國宇航局尋找方法來提供完整的營養(yǎng)成分,同時(shí)減少面包屑、致病細(xì)菌和毒素。通過添加基于藻類的植物油來添加多不飽和脂肪酸,完整的營養(yǎng)成分得到了改善。多不飽和脂肪酸有益于智力和視力發(fā)育,并且由于它們在太空旅行期間保持穩(wěn)定,可以為宇航員提供額外的營養(yǎng)。通過在食品上添加明膠涂層以鎖定并防止面包屑,面包屑問題得以解決。通過質(zhì)量控制和危害分析和關(guān)鍵控制點(diǎn)(HACCP) 計(jì)劃的制定減少了致病細(xì)菌和毒素,該計(jì)劃目前廣泛用于在加工前、加工中和加工后評估食品材料。通過這三項(xiàng)創(chuàng)新的結(jié)合,美國宇航局可以通過凍干餐為其機(jī)組人員提供安全、健康的食品。
軍用口糧也取得了長足的進(jìn)步,從腌制豬肉和玉米粉到蘑菇肉汁牛排。口糧的選擇和開發(fā)方式取決于接受度、營養(yǎng)、健康、可生產(chǎn)性、成本和衛(wèi)生條件??诩Z的其他要求包括最短保質(zhì)期為三年、可空運(yùn)、可在全球環(huán)境中采購,并提供完整的營養(yǎng)成分。新的托盤口糧(T 口糧)進(jìn)行了改進(jìn),并在野外提供高質(zhì)量的膳食。冷凍干燥咖啡也被納入膳食、即食類別中,取代了噴霧干燥咖啡??Х群幸蚝姹哼^程中美拉德反應(yīng)而產(chǎn)生的風(fēng)味和香氣品質(zhì),可以通過冷凍干燥保存。與室溫干燥、熱風(fēng)干燥和日光干燥等其他干燥方法相比,冷凍干燥的羅布斯塔咖啡豆含有更高含量的亮氨酸、賴氨酸和苯丙氨酸等必需氨基酸。此外,對味道有顯著貢獻(xiàn)的非必需氨基酸會(huì)被保留下來。
其他用途
美國國家檔案和記錄管理局(NARA) 的文件保護(hù)實(shí)驗(yàn)室等組織已經(jīng)對冷凍干燥作為水損壞書籍和文件的恢復(fù)方法進(jìn)行了研究。雖然可以進(jìn)行恢復(fù),但恢復(fù)質(zhì)量取決于文檔的材料。如果文件由具有不同吸收特性的多種材料制成,則膨脹將以不均勻的速率發(fā)生,這可能導(dǎo)致變形。水還會(huì)導(dǎo)致霉菌生長或使墨水滲色。在這些情況下,冷凍干燥可能不是有效的修復(fù)方法。
在細(xì)菌學(xué)中,冷凍干燥用于保存特殊菌株。
先進(jìn)的陶瓷工藝有時(shí)使用冷凍干燥從噴射的漿料霧中產(chǎn)生可成型的粉末。與傳統(tǒng)的熱噴霧干燥相比,冷凍干燥可產(chǎn)生更柔軟的顆粒,其化學(xué)成分更均勻,但成本也會(huì)增高。
瑞典開發(fā)了一種新的埋葬方式,之前用液氮冷凍干燥尸體,將其作為傳統(tǒng)棺材和火葬的環(huán)保替代品。