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冻干技术家用的发展历程

更新时间:2024-02-26  点击次数:399

冻干

  冷冻干燥称为冻干,是一种低温脱水过程,涉及冷冻产品并降低压力,从而通过升华除冰。与大多数利用热量蒸发水分的传统方法的脱水形成对比。

由于加工时采用低温,再水化后的产品保留了其大部分原始性质。当草莓等固体物体被冷冻干燥时,样品的原始形状得以保持。果待干燥的产品是液体(如制药应用中常见),则最终产品的特性可通过复形剂(即非活性成分)来优化。冷冻干燥的主要应用包括生物(例如细菌和酵母)、生物医学(例如外科移植)、食品加工(例如咖啡)和存储。

 

 

历史

  从 13 世纪开始,印加人就将土豆冷冻干燥成chuño, 这个过程涉及多个循环,晚上将土豆暴露在安第斯山脉山顶低于冰点的温度下,白天将水分挤出并在阳光下干燥。印加人利用高原独特的气候来冷冻并储存干肉。

  现代冷冻干燥技术早在 1890 年就油Richard Altman发明,他设计了一种冷冻干燥细胞组织(植物或动物)的方法,但直到 1930 年代才真正引起人们的注意。1909年,LF Shackell利用电动泵独立创建了真空室。直到 1927 年 Tival 和 1934 年 Elser 获得冷冻干燥系统专利并改进冷冻和冷凝步骤。

  冷冻干燥的一个重要转折点发生在第二次时间大战期间,当时需要血浆和青霉素来治疗战地伤员。由于缺乏冷藏运输,许多血清用品在到达接受者之前就变质了。冷冻干燥工艺是作为一种商业技术而开发的,使血浆和青霉素在无需冷藏的情况下变得化学稳定且可行。在 20 世纪 50 年代至 60 年代,冷冻干燥开始被视为制药和食品加工的多用途工具。

 

 

早期在食品中的用途

  冻干食品成为宇航员和军队口粮的主要组成部分。最初为宇航员提供的难以补充水分的管状膳食和冻干零食,通过改进用水补充冻干膳食的过程,转变为太空中的热餐。随着技术和食品加工的进步,美国宇航局寻找方法来提供完整的营养成分,同时减少面包屑、致病细菌和毒素。通过添加基于藻类的植物油来添加多不饱和脂肪酸,完整的营养成分得到了改善。多不饱和脂肪酸有益于智力和视力发育,并且由于它们在太空旅行期间保持稳定,可以为宇航员提供额外的营养。通过在食品上添加明胶涂层以锁定并防止面包屑,面包屑问题得以解决。通过质量控制和危害分析和关键控制点(HACCP) 计划的制定减少了致病细菌和毒素,该计划目前广泛用于在加工前、加工中和加工后评估食品材料。通过这三项创新的结合,美国宇航局可以通过冻干餐为其机组人员提供安全、健康的食品。

  军用口粮也取得了长足的进步,从腌制猪肉和玉米粉到蘑菇肉汁牛排。口粮的选择和开发方式取决于接受度、营养、健康、可生产性、成本和卫生条件。口粮的其他要求包括最短保质期为三年、可空运、可在全球环境中采购,并提供完整的营养成分。新的托盘口粮(T 口粮)进行了改进,并在野外提供高质量的膳食。冷冻干燥咖啡也被纳入膳食、即食类别中,取代了喷雾干燥咖啡。咖啡含有因烘焙过程中美拉德反应而产生的风味和香气品质,可以通过冷冻干燥保存。与室温干燥、热风干燥和日光干燥等其他干燥方法相比,冷冻干燥的罗布斯塔咖啡豆含有更高含量的亮氨酸、赖氨酸和苯丙氨酸等必需氨基酸。此外,对味道有显着贡献的非必需氨基酸会被保留下来。

 

其他用途

  美国国家档案和记录管理局(NARA) 的文件保护实验室等组织已经对冷冻干燥作为水损坏书籍和文件的恢复方法进行了研究。虽然可以进行恢复,但恢复质量取决于文档的材料。如果文件由具有不同吸收特性的多种材料制成,则膨胀将以不均匀的速率发生,这可能导致变形。水还会导致霉菌生长或使墨水渗色。在这些情况下,冷冻干燥可能不是有效的修复方法。

在细菌学中,冷冻干燥用于保存特殊菌株。

  先进的陶瓷工艺有时使用冷冻干燥从喷射的浆料雾中产生可成型的粉末。与传统的热喷雾干燥相比,冷冻干燥可产生更柔软的颗粒,其化学成分更均匀,但成本也会增高。

瑞典开发了一种新的埋葬方式,之前用液氮冷冻干燥尸体,将其作为传统棺材和火葬的环保替代品。