凍干

  冷凍干燥稱為凍干，是一種低溫脫水過程，涉及冷凍產(chǎn)品并降低壓力，從而通過升華除冰。這與大多數(shù)利用熱量蒸發(fā)水分的傳統(tǒng)方法的脫水形成對比。

由于加工時采用低溫，再水化后的產(chǎn)品保留了其大部分原始性質(zhì)。當(dāng)草莓等固體物體被冷凍干燥時，樣品的原始形狀得以保持。如果待干燥的產(chǎn)品是液體（如制藥應(yīng)用中常見），則最終產(chǎn)品的特性可通過復(fù)形劑（即非活性成分）來優(yōu)化。冷凍干燥的主要應(yīng)用包括生物（例如細(xì)菌和酵母）、生物醫(yī)學(xué)（例如外科移植）、食品加工（例如咖啡）和存儲。

歷史

  從 13 世紀(jì)開始，印加人就將土豆冷凍干燥成chuño, 這個過程涉及多個循環(huán)，晚上將土豆暴露在安第斯山脈山頂?shù)陀诒c的溫度下，白天將水分?jǐn)D出并在陽光下干燥。印加人利用高原獨特的氣候來冷凍并儲存干肉。

  現(xiàn)代冷凍干燥技術(shù)早在 1890 年就油Richard Altman發(fā)明，他設(shè)計了一種冷凍干燥細(xì)胞組織（植物或動物）的方法，但直到 1930 年代才真正引起人們的注意。1909年，LF Shackell利用電動泵獨立創(chuàng)建了真空室。直到 1927 年 Tival 和 1934 年 Elser 獲得冷凍干燥系統(tǒng)專利并改進(jìn)冷凍和冷凝步驟。

  冷凍干燥的一個重要轉(zhuǎn)折點發(fā)生在第二次時間大戰(zhàn)期間，當(dāng)時需要血漿和青霉素來治療戰(zhàn)地傷員。由于缺乏冷藏運輸，許多血清用品在到達(dá)接受者之前就變質(zhì)了。冷凍干燥工藝是作為一種商業(yè)技術(shù)而開發(fā)的，使血漿和青霉素在無需冷藏的情況下變得化學(xué)穩(wěn)定且可行。在 20 世紀(jì) 50 年代至 60 年代，冷凍干燥開始被視為制藥和食品加工的多用途工具。

早期在食品中的用途

  凍干食品成為宇航員和軍隊口糧的主要組成部分。最初為宇航員提供的難以補充水分的管狀膳食和凍干零食，通過改進(jìn)用水補充凍干膳食的過程，轉(zhuǎn)變?yōu)樘罩械臒岵?。隨著技術(shù)和食品加工的進(jìn)步，美國宇航局尋找方法來提供完整的營養(yǎng)成分，同時減少面包屑、致病細(xì)菌和毒素。通過添加基于藻類的植物油來添加多不飽和脂肪酸，完整的營養(yǎng)成分得到了改善。多不飽和脂肪酸有益于智力和視力發(fā)育，并且由于它們在太空旅行期間保持穩(wěn)定，可以為宇航員提供額外的營養(yǎng)。通過在食品上添加明膠涂層以鎖定并防止面包屑，面包屑問題得以解決。通過質(zhì)量控制和危害分析和關(guān)鍵控制點(HACCP) 計劃的制定減少了致病細(xì)菌和毒素，該計劃目前廣泛用于在加工前、加工中和加工后評估食品材料。通過這三項創(chuàng)新的結(jié)合，美國宇航局可以通過凍干餐為其機(jī)組人員提供安全、健康的食品。

  軍用口糧也取得了長足的進(jìn)步，從腌制豬肉和玉米粉到蘑菇肉汁牛排。口糧的選擇和開發(fā)方式取決于接受度、營養(yǎng)、健康、可生產(chǎn)性、成本和衛(wèi)生條件?？诩Z的其他要求包括最短保質(zhì)期為三年、可空運、可在全球環(huán)境中采購，并提供完整的營養(yǎng)成分。新的托盤口糧（T 口糧）進(jìn)行了改進(jìn)，并在野外提供高質(zhì)量的膳食。冷凍干燥咖啡也被納入膳食、即食類別中，取代了噴霧干燥咖啡?？Х群幸蚝姹哼^程中美拉德反應(yīng)而產(chǎn)生的風(fēng)味和香氣品質(zhì)，可以通過冷凍干燥保存。與室溫干燥、熱風(fēng)干燥和日光干燥等其他干燥方法相比，冷凍干燥的羅布斯塔咖啡豆含有更高含量的亮氨酸、賴氨酸和苯丙氨酸等必需氨基酸。此外，對味道有顯著貢獻(xiàn)的非必需氨基酸會被保留下來。

其他用途

  美國國家檔案和記錄管理局(NARA) 的文件保護(hù)實驗室等組織已經(jīng)對冷凍干燥作為水損壞書籍和文件的恢復(fù)方法進(jìn)行了研究。雖然可以進(jìn)行恢復(fù)，但恢復(fù)質(zhì)量取決于文檔的材料。如果文件由具有不同吸收特性的多種材料制成，則膨脹將以不均勻的速率發(fā)生，這可能導(dǎo)致變形。水還會導(dǎo)致霉菌生長或使墨水滲色。在這些情況下，冷凍干燥可能不是有效的修復(fù)方法。

在細(xì)菌學(xué)中，冷凍干燥用于保存特殊菌株。

  先進(jìn)的陶瓷工藝有時使用冷凍干燥從噴射的漿料霧中產(chǎn)生可成型的粉末。與傳統(tǒng)的熱噴霧干燥相比，冷凍干燥可產(chǎn)生更柔軟的顆粒，其化學(xué)成分更均勻，但成本也會增高。

瑞典開發(fā)了一種新的埋葬方式，之前用液氮冷凍干燥尸體，將其作為傳統(tǒng)棺材和火葬的環(huán)保替代品。