лиофилизация
При сублимационной сушке (также называемой лиофилизацией) вода из предварительно замороженного продукта переводится непосредственно из твердого состояния в газообразное (сублимация), минуя жидкое состояние. Для этого продукт сначала глубоко замораживают, а затем удерживают в сушильной камере при сильно пониженном давлении, в то время как конденсатор осаждает образующийся водяной пар в виде льда. Температура продукта должна оставаться ниже критической температуры продукта, чтобы избежать коллапса структуры (эвтектической точки или точки коллапса).
Процесс описывается тремя фазами:
- Стадия замораживания: продукт охлаждают на термостатируемой полке до температуры ниже его точки замерзания, так что содержащаяся в нем вода кристаллизуется.
- Первичная сушка: при вакууме и умеренном нагреве лед сублимирует, в результате чего основная часть воды удаляется и осаждается на ледовом конденсаторе.
- Вторичная сушка: оставшаяся, более прочно связанная влага удаляется путем десорбции при дальнейшем пониженном давлении и повышенных температурах до достижения требуемой конечной влажности.
Ключевым моментом является потребность в энергии для сублимации льда. Приближенно:
Q = m_w * Δh_sub
- Q: количество теплоты для сублимации
- m_w: масса удаляемой воды
- Δh_sub: удельная энтальпия сублимации воды
Скорость сублимации в основном зависит от разности парциальных давлений водяного пара над продуктом и над конденсатором:
dm_w/dt ∝ (p_v,продукт − p_v,конденсатор)
- dm_w/dt: массовый поток сублимированной воды
- p_v,продукт: парциальное давление водяного пара на поверхности продукта
- p_v,конденсатор: парциальное давление водяного пара на конденсаторе
Сублимационная сушка применяется прежде всего для термочувствительных или критичных к структуре продуктов, например для фармацевтических субстанций, вакцин, ферментов, культур, растворимых продуктов питания, высококачественного кофе или фруктов, поскольку при этом способе форма и поровая структура высушенных продуктов в значительной степени сохраняются. Образующаяся пористая матрица обеспечивает быстрое повторное смачивание и реконституцию.