Как Работает Сублимационная Сушка

{h1}

Помните «ледяной крем астронавта»? Это было высушено. Узнайте, что означает «высушенный замораживанием» и как достигается такое состояние.

- сублимационная сушка, или лиофилизацияЭто как "приостановленная анимация" для еды. Вы можете хранить сублимированную еду годами, а затем, когда вы, наконец, будете готовы ее есть, вы можете полностью оживить ее, добавив немного горячей воды. Даже после всех этих лет вкус и текстура будут почти одинаковыми. Это какой-то трюк!

В этой статье мы рассмотрим основную идею сушки вымораживанием и рассмотрим различные этапы процесса. Мы также увидим, чем сублимационная сушка отличается от обычной дегидратации, и узнаем о некоторых ее важных областях применения.

Почему Freeze-Dry?

Лиофилизированная еда из спагетти и фрикадельки, предназначенная для отдыхающих: слева - высушенная версия; справа - регидратированная версия.

Лиофилизированная еда из спагетти и фрикадельки, предназначенная для отдыхающих: слева - высушенная версия; справа - регидратированная версия.

Основная идея сушки вымораживанием состоит в том, чтобы полностью удалить воду из некоторого материала, такого как пища, оставляя при этом основную структуру и состав материала нетронутыми. Есть две причины, по которым кто-то может захотеть сделать это с едой:

  • Удаление воды не дает пище портиться в течение длительного периода времени. Пища портится, когда микроорганизмы, такие как бактерии, питаются веществом и разлагают его. Бактерии могут выделять химические вещества, вызывающие заболевание, или они могут выделять химические вещества, которые ухудшают вкус пищи. Кроме того, природные ферменты в пище могут реагировать с кислородом, вызывая порчу и созревание. Как и людям, микроорганизмам для выживания нужна вода, поэтому, если вы удалите воду из пищи, она не испортится. Ферменты также нуждаются в воде, чтобы реагировать с едой, поэтому обезвоживание пищи также остановит созревание.
  • Сублимационная сушка значительно снижает общий вес продуктов. Большая часть пищи состоит в основном из воды (на самом деле многие фрукты на 80-90 процентов состоят из воды). Удаление этой воды делает еду намного легче, а значит, ее легче транспортировать. Военные и компании, занимающиеся поставками товаров для кемпинга, замораживают сухие продукты, чтобы их было легче носить с собой. У НАСА также есть лиофилизированные продукты для тесных помещений на борту космического корабля.

Люди также используют сублимационную сушку, чтобы сохранить другие виды материала, такие как фармацевтические препараты. Многие фармацевтические препараты довольно быстро разлагаются при воздействии воды и воздуха по той же основной причине, что и пища. Химики могут значительно продлить срок годности фармацевтической продукции, высушивая материал и храня его в контейнере без кислорода и воды. Точно так же ученые-исследователи могут использовать лиофилизацию для сохранения биологических образцов в течение длительных периодов времени. Лиофилизированные биологические образцы также очень популярны в мире флористов, как ни странно. Лиофилизированные розы становятся все более популярными в качестве свадебных украшений. Процесс сублимационной сушки также используется для восстановления поврежденных водой материалов, таких как редкие и ценные рукописи.

Как работает сублимационная сушка: работает

Фото предоставлено НАСА Сублимированные продукты были основным продуктом во многих космических полетах НАСА.

Сушить пищу, лекарства и любой другой биологический материал довольно просто. Разместите его в жаркой, засушливой зоне, и жидкая вода внутри будет испаряться: Тепло дает молекулам воды достаточно энергии, чтобы «вырваться» из жидкости и стать частицами газа. Затем вы запечатываете его в контейнер, и он остается сухим. Так производители готовят обезвоженные блюда, такие как порошковый суп и смеси для выпечки.

У этого подхода есть две большие проблемы. Во-первых, трудно полностью удалить воду с помощью испарения, потому что большая часть воды не подвергается прямому воздействию воздуха. Как правило, обезвоживание пищи таким способом удаляет только 90-95 процентов воды, что, безусловно, замедлит активность бактерий и ферментов, но не остановит ее полностью.

Во-вторых, тепло, участвующее в процессе испарения, значительно меняет форму, текстуру и состав материала, так же как тепло в печи меняет пищу. Тепловая энергия облегчает химические реакции в пище, которые изменяют ее общую форму, вкус, запах или внешний вид. Это основная цель приготовления пищи. Эти изменения могут быть хорошими, если они улучшают вкус пищи (или делают ее вкусной по-другому), но если вы сушите что-то, чтобы потом можно было его оживить, процесс несколько ухудшает качество.

Основная идея сублимационной сушки заключается в том, чтобы «зафиксировать» состав и структуру материала путем его сушки без применения тепла, необходимого для процесса испарения. Вместо этого процесс сублимационной сушки превращает твердую воду - лед - непосредственно в водяной пар, полностью пропуская жидкую фазу. В следующем разделе мы узнаем, как машины сублимационной сушки справляются с этим.

Процесс

Как работает сублимационная сушка: работает

Основополагающим принципом сушки вымораживанием является сублимация, переход от твердого тела непосредственно в газ. Как испарение, сублимация происходит, когда молекула получает достаточно энергии, чтобы освободиться от молекул вокруг нее. Вода превратится из твердого вещества (лед) в газ (пар), когда молекулы имеют достаточно энергии, чтобы вырваться на свободу, но условия не подходят для образования жидкости.

Есть два основных фактора, которые определяют, что фаза (твердое, жидкое или газообразное) вещество примет: тепло и атмосферное давление. Чтобы вещество могло принимать какую-либо конкретную фазу, температура и давление должны находиться в определенном диапазоне. Без этих условий эта фаза вещества не может существовать. На приведенной ниже диаграмме показаны необходимые значения давления и температуры для разных фаз воды.

Из графика видно, что вода может принимать жидкую форму на уровне моря (где давление равно 1 атм), если температура находится между точкой замерзания на уровне моря (32 градуса по Фаренгейту или 0 градусов по Цельсию) и кипением на уровне моря. точка (212 F или 100 C). Но если вы повысите температуру выше 32° F, сохраняя атмосферное давление ниже 0,06 атм (атм), вода будет достаточно теплой, чтобы оттаять, но давления для образования жидкости недостаточно. Это становится газом.

Это именно то, что делает машина сублимационной сушки. Типичная машина состоит из камеры сушки вымораживанием с несколькими полками, прикрепленными к нагревательным элементам, морозильной камерой, соединенной с компрессором холодильника, и вакуумным насосом.

Как работает сублимационная сушка: сублимационная

Упрощенная лиофилизатор

В большинстве машин вы кладете материал на полки, когда он еще не замерз. Когда вы герметизируете камеру и начинаете процесс, машина запускает компрессоры, чтобы понизить температуру в камере. Материал является замороженным твердым веществом, которое отделяет воду от всего вокруг, на молекулярном уровне, даже если вода все еще присутствует.

Далее машина включает вакуумный насос для вытеснения воздуха из камеры, понижая атмосферное давление ниже 0,06 атм. Нагревательные приборы подают небольшое количество тепла на полки, что приводит к изменению фазы льда. Поскольку давление очень низкое, лед превращается прямо в водяной пар. Водяной пар вытекает из камеры сушки вымораживанием за морозильной камерой. Водяной пар конденсируется на морозильной камере в виде твердого льда, так же, как вода конденсируется как мороз в холодный день. (См. Как работают холодильники для получения дополнительной информации о конденсаторах и холодильных змеевиках.)

Это продолжается в течение многих часов (даже дней), пока материал постепенно высыхает. Процесс занимает так много времени, потому что перегрев материала может существенно изменить состав и структуру. Кроме того, ускорение процесса сублимации может привести к образованию большего количества водяных паров за период времени, чем насосная система может удалить из камеры. Это может несколько увлажнить материал, ухудшая его качество.

Как только материал достаточно просушен, он запечатывается в не содержащую влагу упаковку, часто с поглощающим кислород материалом. Пока упаковка надежна, материал может годами лежать на полке без разложения, пока он не восстановит свою первоначальную форму с небольшим количеством воды (остается очень небольшое количество влаги, поэтому материал в конечном итоге испортится), Если все работает правильно, материал пройдет весь процесс практически полностью невредимым!

Для получения дополнительной информации о сублимационной сушке, включая ее историю и применение, ознакомьтесь со ссылками на следующей странице.





RU.WordsSideKick.com
Все права защищены!
Перепечатка материалов разрешена только с простановкой активной ссылки на сайт RU.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RU.WordsSideKick.com