1.純水升華機(jī)理
物料中所含水分，有兩種存在方式:①游離水，即機(jī)械結(jié)合水和物化結(jié)合水,。它主要以吸附和滲透方式存在于物料表面,、毛細(xì)管、孔隙之中,。②結(jié)構(gòu)水，以化學(xué)結(jié)合形式存在于物品的組織中。冷凍升華干燥主要是升華游離水,，而不是結(jié)構(gòu)水。升華游離水,，先是將其凍成冰,，然后在真空中加熱升華。
圖一是水的相變圖,，用來(lái)說(shuō)明物料中水的升華機(jī)理,。水在不同溫度和壓力下，可以為氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài),。
圖中OA線為水氣分界線,，OB為冰一水兩相分界線，即為冰的融化線,。0℃線為冰氣交界線,，在此線上冰，氣共存,，即為冰真接由固相轉(zhuǎn)為氣相曲線,。通常把這種由固相直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗟默F(xiàn)象叫做升華。
圖中0點(diǎn),，為固一液一氣三相共存點(diǎn),，稱做三相點(diǎn)或共晶點(diǎn)。純水三相點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度為0℃,，此溫度下所對(duì)應(yīng)冰面上的飽和蒸氣壓為Po=598Pa,。物料中所含水，均為水溶液,，其三相點(diǎn)溫度要低于純水的溫度,。由圖可見(jiàn)，在0點(diǎn)以上(圖中虛線以上),，冰需轉(zhuǎn)化成水,，水再轉(zhuǎn)化為氣，其過(guò)程是普通的蒸發(fā)干燥,。只有在三相點(diǎn)壓力Po線以下,，冰才能由固相直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀啵@就是升華,。因而,，若要得到凍干食品，其升華溫度必須低于三相點(diǎn)溫度,。否則得到的是蒸發(fā)干操食品,。
圖二為物品水分升華過(guò)程示意圖。其干燥過(guò)程是由周圍逐漸向內(nèi)部干燥,，干燥層逐漸增厚,，可看成多孔結(jié)構(gòu)。升華熱由加熱體通過(guò)干燥層不斷地傳給凍結(jié)部分,，在干操與凍結(jié)交界的升華面上,，水分子得到加熱后，將脫離升華面,，沿著毛細(xì)孔跑到周圍環(huán)境中,。而環(huán)境中的氣壓必須低于升華面上的飽和蒸氣壓Po,，只有這樣才能造成一個(gè)水分子向外遷移的動(dòng)力。這憊味著升華千操必須在真空環(huán)境中進(jìn)行,。另外物料是處于凍結(jié)狀態(tài)，需維持溫度低于三相點(diǎn);在真空環(huán)境下,，此溫度易于保持,。
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2.食物中的升華速率
由上述可見(jiàn)，真空冷凍升華干燥過(guò)程首先是把食物中的水凍結(jié)成冰,，然后供給升華熱,，使冰在三相點(diǎn)以下的溫度下升華。升華速率的大小,，顯然與供給的熱流量及冰升華潛熱有關(guān),。
3.干冰層內(nèi)水燕氣遷移速率
厚度很薄的物品，干操層對(duì)水蒸氣的遷移速率影響不大,，升華出來(lái)的水氣能很快地穿過(guò),。若是體積較大的塊狀物體，特別是厚度較大的肉,、魚(yú)或者粘稠膠體,，干燥層對(duì)水蒸氣遷移速率影響較大。干燥層內(nèi)的水氣壓力隨著厚度的增加呈指數(shù)上升,。水蒸氣遷移速率與干燥層內(nèi)水蒸氣分壓有關(guān),。 |
