升華乾燥法也叫冷凍乾燥法、真空冷凍乾燥法等，它是將食品預先凍結後，在真空條件下通過升華方式除去水分的乾燥方法。升華乾燥最初是用於生物材料的脫水保藏，到第二次世界大戰之後才用於食品的乾燥。由於該法具有很多獨特的優點，因而近來獲得了較快的發展，成為目前最有發展潛力的食品乾燥方法之一。
基本介紹
- 中文名：升華乾燥法
- 外文名：drying by sublimation
- 學科：食品加工
- 別稱：冷凍乾燥法
- 條件：真空
- 原理：冰晶升華
乾燥原理,升華乾燥工藝過程,升華乾燥器,升華乾燥法的特點,
乾燥原理
升華乾燥是利用冰晶升華的原理，在高度真空的環境下，將已凍結了的食品物料的水分不經過凍的融化直接從冰固體升華為蒸汽，從而達到乾燥食品的目的。
根據水的相平衡關係，我們知道，在一定的溫度和壓力條件下，水的三種相態之間可以相互轉化。當水的溫度和壓力與其三相點溫度和壓力相等時，水就可以同時表現出三種不同相態。而在壓力低於三相點壓力時，或在溫度低於三相點溫度時，改變溫度或壓力，就可以使冰直接升華成水蒸氣，這實際上就是升華乾燥的原理。
升華乾燥工藝過程
升華乾燥包含凍結和升華兩個過程。凍結的目的是使食品具有合適的形狀與結構，以利於升華過程的進行。升華是食品中的水分吸熱升華成水蒸氣，通過冷凝系統而除去的過程。
凍結方法有自凍法和預凍法兩種。自凍法是利用食品在真空下閃蒸吸收汽化潛熱，使食品的溫度降到冰點以下而自行凍結的方法。如能迅速造成高真空度，則水分就會在瞬問大量蒸發而吸收大量的熱量，使食品很快完成凍結過程。不過自凍法常出現食品變形或發泡現象，因此不適合於外觀和形態要求較高的食品，一般僅用於粉末狀乾製品的冷凍。
預凍法是預先將食品凍結成一定形狀的方法。該法可較好地控制食品的形狀及冰晶的狀態，因此適合大多數食品的凍結。
食品凍結後即在乾燥室內升華乾燥。冰晶升華時要吸收升華熱，因此，乾燥室內有加熱裝置提供這部分熱量。加熱的方法有板式加熱、紅外線加熱及微波加熱等。
板式加熱法是將預凍好的食品放在兩塊加熱板之問，進行接觸換熱而獲得乾燥。為了加強換熱效果，一般都有液壓傳動裝置將加熱板緊緊壓在食品上。加熱板的溫度由內部循環的熱蒸汽或液體介質來維持和調節，以保證既滿足食品內冰晶升華所需熱量，又防止其溫度上升到引起解凍的程度，通常在38～66℃之間。此外，加熱板與食品緊密接觸，雖然可以加快傳熱過程，但冰晶升華後的水蒸氣外逸受到阻礙，這不僅不利於食品的乾燥，而且還會造成食品內部壓力升高，甚至超過三相點壓力，引起冰晶的熔解。因此，加熱板與食品之間常放置擴張性金屬格線板，以保留蒸汽外逸的通路。這樣既可加強傳熱效果；又可加快水蒸氣的除去速度，從而加快升華乾燥過程。
在採用板式加熱時，由於冰晶不斷升華而使充滿了水蒸氣和空氣等不凝性氣體的多孔層逐漸增長，將對傳熱和水蒸氣外逸產生越來越大的阻力，使之成為乾燥速度的主要限制因素。採用紅外加熱和微波加熱即可克服此種缺陷。這兩種加熱方式常與板式加熱聯合使用，進行升華乾燥的中後期乾燥，既可克服多孔層間的傳熱阻力，加快升華乾燥的速度，又可降低升華乾燥的成本。
升華乾燥器
升華乾燥器採用特種夾套式冷凝器來替代列管式表面冷凝器。在夾套中循環的是冷凍劑或在低溫下不凍的溶液，此溶液系從冷凍裝置流入冷凝器。這些載冷體使在物料升華中所分出的水蒸汽在冷凝器的表面上冷凝。在冷凝器的圓筒部分內裝有旋轉刮刀，以清除水蒸汽在冷凝後於器壁上所形成的冰或雪花層。在冷凝器的底部有雪花收集器，此設備依靠活塞間歇地除去冷凝器中的雪花。
當物料於-15℃的溫度下乾燥時，所需的真空為0.1—1.0毫米汞杜，依靠迴轉油泵就可得到此真空度，而當物料於-40～-60℃的溫度下乾燥時，必須按裝特種擴散泵。下圖為當在深度真空下升華乾燥器所用的內裝有刮刀的表面冷凝器的示意圖。在許多情硯下使物料在進行升華乾燥前冰凍。但A.B.雷科夫的實驗指出，物料在升華裝置中進行自動冰凍要更合理些。除了它的優點外，這種乾燥方法與常壓對流乾燥或通常的接觸真空乾燥比起來有下述缺點：乾燥成本較高，設備的使用很複雜。
升華乾燥法的特點
升華乾燥法具有許多顯著的優點，主要是：①整個乾燥過程處於低溫和基本無氧狀態，因此，乾製品的色、香、味及各種營養素的保存率較高，非常適合熱敏和易氧化的食品乾燥；②由於食品在升華之前先被凍結，形成了穩定的骨架，因而乾製品能夠保持原有結構及形狀，且能形成多孔狀結構，具有極佳快速復水性；③由於凍結對食品中的溶質產生固定作用，因此，在冰晶升華後，溶質將留在原處，避免了一般乾燥方法中因溶質遷移而造成的表面硬化現象；④升華乾燥製品的最終水分極低，具有極好的儲藏穩定性，在有良好包裝的情況下，儲藏期可達2～3年；⑤升華乾燥過程所要求的加熱溫度較低，乾燥室通常不必絕熱，熱損耗少。其缺點主要是成本高，乾製品極易吸潮和氧化，對包裝有很高的防潮和透氧率的要求。
目前，升華乾燥已在肉類、水產品、禽蛋類、速溶咖啡、速溶茶、水果粉、香辛料等食品的乾燥中獲得了廣泛的套用，在某些特殊食品如軍需食品、登山食品、宇航食品、保健食品、旅遊食品及嬰兒食品等中的套用潛力也很大。
