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EGF被通告禁用,但是这些干燥技术依旧如日中天!

干燥是物质保存的重要方式之一。近几年从冻干水果蔬菜再到冻干粉,它们的核心技术就是真空冷冻干燥技术,但除此之外,其他这几种的干燥技术你又了解多少呢。

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中国的现代干燥技术是从20世纪50年代开始逐渐发展起来的。岂止至今,已经有好多种干燥技术被应用于各行各业的大生产中了,如气流干燥、对撞流干燥、远红外干燥、冷冻干燥等等。对于干燥技术来说,需要遵循三点:保证产品质量是核心;对环境不造成污染是必要;节能是首要。

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那么,今天我们先来了解,相比来说较为先进,但不是最新的五种干燥技术:真空冷冻干燥技术、微波干燥技术、真空干燥技术、喷雾干燥技术以及超临界干燥技术。

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真空冷冻干燥技术

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这个真空冷冻干燥技术,简称冻干技术,始于19世纪。

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像我挺爱吃的各种冻干水果,还有昔日在票圈中活得红红火火的EGF冻干粉,它们采用的技术就是真空冷冻干燥技术。不过冻干水果还没有让这项成熟的食物保鲜技术曝露于国人面前,而是因为各大商家和微商网红把冻干粉吹捧得都快上天了,才使得这项技术逐渐被一个接一个的“网砖”给扒析透了,还引起了国家相关部门的高度重视。

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最后的EGF被国家药监局给公告叫板喊停了。也多亏了这场风波,让越来越多的人开始学会用科学的眼光去看待一项新事物的发展原理,而不是道听途说。那么,纵然大家对这项技术的了解已经是耳熟能详了,但为了照顾对此尚不清楚的朋友以及文章收视效果,我还是要踩着节拍给大家再提及一遍。

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真空冷冻干燥,顾名思义,该项技术离不开这三个条件。准确来说,冻干技术的过程可分为预冻、升华干燥和解析干燥,三个阶段

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(图为真空冷冻干燥原理,来源于百度)

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预冻过程(-10℃ ~ -50℃)固化了物料中的自由水,是为了保持物质原有的活性,并且使干燥后的产品形态与干燥前相同,然后在真空状态(1.3ρ ~ 13.0ρ)下使其中冰晶的自由水不经液态直接加热升华成气态逸出,这一举措可以除去物质90%左右的水分。然后将物质进行最后的高度真空和高温干燥脱水,使得最终物质含水量降低到0.5% ~ 4%。

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这项冻干技术最开始是应用于医药行业,为了方便保存并保留某些成分和组织的完整结构,且还能最大限度地保证这些药物的药效。比如许多具有热敏性、易分解、易失活的物质,如蛋白质、疫苗之类的就特别适用。同理,在化妆品行业中也是有这么一些成分需要经过以上的技术处理,才能更好地被应用的,如一些活性酶或者是植物成分等。此外,该技术也在食品和其他行业中得到了广泛的应用,对于食品来说,冷冻干燥后可以保鲜食物的原味,提升口感,延长保质期。

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微波干燥技术

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微波干燥技术是一种近些年新兴起来的快速脱水技术。

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不同于热风或者其他干燥方式,由于其独特的加热特性——不需要利用外界因素加热传导,而是直接让物质吸收电磁能转化的微波辐射,引起物质内部的分子振动,从而产生为热能,使加热物自身成为发热体,此过程中物质内外温度几乎达到一致,因此可以达到加热均匀的效果。

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(微波干燥流程示意图,来源于百度)

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优点:

1、提高了物质的干燥质量以及脱水效果;

2、省略了预热过程,升温快,加热速度快,减少了物质本身的元素流失;

3、具有极强穿透力的微波,杀菌能力也强;

4、适用于含水量高、粘性大的极性物质;

5、操作简便、耗能低、无污染。

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但其缺点在于成本高,耗电大,加热时产生的热能异向边角处集中,产生所谓的“尖角效应”。

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这项技术在食品行业以及农业等其他行业中,得到了广泛的成熟应用,如对红麦麸、水果蔬菜、果脯和水产品方面,使产品保质期延长,易于保存,口感和新鲜度更佳。

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喷雾干燥技术

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喷雾干燥技术也是很早就问世了,始于19世纪,主要有三种干燥方法:压力喷雾干燥法、离心喷雾干燥法以及气流式喷雾干燥法。

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它们的作用原理大致相同,区别就是物质进入喷雾干燥器前的处理方式不同(气流式的可能还会携带粉碎装置)。

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其大致干燥过程是:让物料经过过滤器,由压力泵/离心桨/高速热气流输送待干燥物到喷雾干燥器顶端的雾化器,利用雾化器将液态物料分散成雾滴,由于雾滴半径较小,比表面积和表面自由能大,且高度分散,雾滴表面湿分的蒸汽压比相同条件下平面液态湿分的蒸汽压要大,所以水分挥发极快,产品便可迅速得到干燥。

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(压力喷雾干燥流程示意图,来源于百度)

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优点:

1、干燥速度快,确保产品质量;

2、所干燥出来的产品具有良好的分散性、流动性和溶解性;

3、生产过程简化、操作控制方便,适宜于连续化大规模生产;

4、避免了环境污染。

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其缺点主要表现在动力消耗大,体积传热系数和热效率均较低,设备体积大,易发生粘壁现象等。尤其是粘壁问题,在喷雾干燥过程中如果发生粘壁物料由于长时间停留在热的内壁上,有可能被烧焦或变质,影响产品质量。因此,不适用于含水量高、粘性大的物质。

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真空干燥技术

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与真空冷冻干燥技术只有两字之差,了解了以上的真空冷冻干燥技术,想必大概已经清楚该项技术的原理和过程,只是少了一个冷处理的步骤。但早在17世纪就已经被用于蒸发实验了。

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真空干燥,又称解析干燥,就是一种将物料置于负压条件下,并通过适当加热达到负压状态下的沸点,使其水分内部扩散,内部蒸发,表面蒸发,从而进行的低温低压干燥技术。

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由克劳修斯-克拉佩龙方程式:

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当温差不大时,可认为相变热为常数,可将上式积分得:

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由上式可以看出,体系的蒸汽压越低,对应得温度越低,可见水的相图如下:

(水的相图,来源于百度)

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优点:

1、减少物料与空气的接触机会,能避免污染或氧化变质,真空状态下可灭菌;

2、干燥的温度低,无过热现象,水分易于蒸发,干燥时间短;

3、干燥时所采用的真空度和加热温度范围较大,通用性较好;

4、干燥产品可形成多孔结构,呈松脆的海绵状,易于粉碎,有较好的溶解性、复水性,有较好的色泽和口感;

5、挥发性液体可以回收利用,但生产能力小,需间歇操作,干燥速度快;

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该技术广泛应用于食品、制药、化工等行业,适用于具有热敏性、易分解和易氧化特质的物质,但其缺点在于成本高,耗能高。

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超临界干燥技术

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超临界干燥技术是利用超临界流体的特殊性质而开发的一种新型的干燥方法,是近年来发展起来的化工新技术。

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就是针对体系中某一物质的临界点而言的,一般是指混合物体系中掺有较大含量且临界点相对较低的组分,通过升温、加压至某一温度、压强时,如果体系状态处于超过该组分的临界(温度、压强)状态,该组分呈现固-液相界面消失现象,则可加速气-液、气-固间的传质、传热,减弱普通干燥过程界面张力对固体颗粒物结构的破坏。

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优点:

1、可以在温和的温度下进行,故特别适用于热敏性物料的干燥;

2、能够有效的溶解而抽取大相对分子质量、高沸点难挥发物质;

3、通过改变操作条件能够有效地把有机溶剂从固体物料中脱除出去。

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超临界流体干燥适用于制备纳米多孔度气凝胶,但其成本较高,条件苛刻,而且存在一定的安全隐患,这些因素很大程度上就限制了该技术的推广使用。

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作者 | 菠萝斯基

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