Kuidas Külmkuivatamine Toimib

{h1}

Pidage meeles "astronaut jääkriis"? See külmkuivatatud. Uuri välja, mida tähendab "külmkuivatatud" ja kuidas selline olukord saavutatakse.

- külmkuivatamine või lüofiliseerimine, on nagu toidu peatatud animatsioon. Külmkuivatatud jahu saate aastaid ja aastaid säilitada, ja siis, kui olete lõpuks valmis seda sööma, saate selle täiesti taaselustada veidi kuuma veega. Isegi pärast kõiki neid aastaid on maitse ja tekstuur peaaegu sama. See on mõni trikk!

Käesolevas artiklis uurime külmkuivatamise põhialuseid ja uurime protsessi erinevaid etappe. Samuti näeme, kuidas külmkuivatamine erineb tavapärasest dehüdratsioonist, ja me selgitame välja mõned olulised rakendused.

-

Miks külmkuivatada?

Külmkuivatatud spagetid ja lihapallid, mis on mõeldud laagritele: vasakul on kuivatatud versioon; Paremal on rehüdreeritud versioon.

Külmkuivatatud spagetid ja lihapallid, mis on mõeldud laagritele: vasakul on kuivatatud versioon; Paremal on rehüdreeritud versioon.

Külmkuivatamise põhieesmärk on täielikult eemaldada vesi mõnest materjalist, näiteks toidust, jättes materjali põhistruktuuri ja koostise puutumatuks. Selle põhjuseks võib olla kaks põhjust:

  • Vee eemaldamine hoiab toitu rikkuda pikka aega. Toidu rikneb, kui mikroorganismid, näiteks bakterid, söödavad ja lagunevad. Bakterid võivad vabastada kemikaale, mis põhjustavad haigusi, või võivad nad lihtsalt vabastada kemikaalid, mis teevad toidu maitse halvaks. Lisaks sellele võivad looduses esinevad ensüümid toidus reageerida hapnikuga, mis põhjustab riknemist ja valmimist. Nagu inimesed, vajavad mikroorganismid ellujäämiseks vett, nii et kui te eemaldate vett toidust, siis see ei häiri. Ensüümidel on ka toiduga reageerimiseks vaja vett, nii et kuivatamine toidust lõpetab samuti valmimise.
  • Külmkuivatamine vähendab oluliselt toidu kogumassi. Enamik toitu koosneb suures osas veest (tegelikult on palju vilju rohkem kui 80 kuni 90 protsenti vett). Selle vee eemaldamine muudab toitu palju kergemaks, mis tähendab, et seda on lihtsam transportida. Sõjaväe- ja telkimisvõimalused pakuvad firmadele külmkuivat toitu, mis muudab ühe isiku hõlpsamaks. NASA-l on ka külmkuivatatud toidud kosmosesõidukite kitsa neljandiku jaoks.

Inimesed kasutavad ka külmkuivatust, et säilitada muud materjali, näiteks farmaatsiatoodete sorti. Paljud ravimid lagunevad suhteliselt kiiresti, kui nad puutuvad kokku veega ja õhuga, samal põhjusel, et toit laguneb. Kemikaalid võivad ravimi säilivusaega märkimisväärselt pikendada materjali külmkuivatamise teel ja hoida seda hapnikku ja vett sisaldavas mahutis. Samamoodi võivad teadustöötajad kasutada külmkuivatamist bioloogiliste proovide säilitamiseks pikka aega. Külmkuivatatud bioloogilised proovid on suured ka lillemaailmas, kummaliselt piisavalt. Külmkuivatatud roosid kasvavad populaarsuse poolest nagu pulmade kujundused. Külmkuivatamise protsessi on kasutatud ka veekindlate materjalide, näiteks haruldaste ja väärtuslike käsikirjade, taastamiseks.

Kuidas külmkuivatamine toimib: aastaid

Photo courtesy NASA Külmkuivatatud toidud on olnud paljude NASA kosmoseülesannete pardal.

Toidu, ravimite ja teiste bioloogiliste materjalide kuivus on üsna lihtne. Määrake see kuumas, külmas alas ja vedelvesi sees aurustuda: Soojus annab vee molekulidele piisavalt energiat vedeliku vabanemiseks ja muutub gaasiosakesteks. Seejärel pitseerite see konteinerisse ja jääb kuivaks. Nii valmistavad tootjad dehüdreeritud toite, näiteks pulbristatud suppi ja küpsetusmahtu.

Selle lähenemisega on kaks suurt probleemi. Esiteks on raske aurustumist täielikult eemaldada, kuna enamik vett ei puutu otseselt kokku õhuga. Üldiselt eemaldab selline toiduainete kuivatamine ainult 90-95 protsenti vett, mis kindlasti aeglustab baktereid ja ensüümi aktiivsust, kuid ei peata seda täielikult.

Teiseks muudab aurustumisprotsessis sisalduv soojus oluliselt materjali kuju, tekstuuri ja koostist, samal viisil kui ahjus kuumutamine muudab toitu. Soojusenergia hõlbustab toidu keemilisi reaktsioone, mis muudavad selle üldist vormi, maitset, lõhna või välimust. See on toiduvalmistamise põhieesmärk. Need muudatused võivad olla kasulikud, kui nad muudavad toidu maitse paremaks (või maitsevad teistmoodi), kuid kui te midagi kuivatate, siis võite selle hiljem taaselustada, vähendab see protsess mõnevõrra kvaliteeti.

Külmkuivatamise põhieesmärk on materjali koostise ja struktuuri "lukustamine", kuivatades seda aurutamisprotsessi jaoks vajalikku soojust kohaldamata. Selle asemel muudab külmkuivatamine tahke vesi - jää otse veeauruks, jättes vedelas faasis täielikult välja. Järgmises osas selgitame välja, kuidas külmkuivatamise masinad seda välja tõmbavad.

-

Protsess

Kuidas külmkuivatamine toimib: toimib

Külmkuivatamise aluspõhimõte on sublimatsioon, üleminek tahkest otse gaasi. Nii nagu aurustamine, toimub sublimatsioon siis, kui molekul kasutab piisavalt energiat, et molekulidest selle ümber vabaneda. Vesi muutub tahkeks (jääks) gaasiks (auruks), kui molekulidel on vaba energia vabanemiseks, kuid tingimused ei ole õiged vedeliku moodustamiseks.

Sellel on kaks peamist tegurit faas (tahked, vedelad või gaasilised) aine: kuumus ja atmosfäärirõhk. Aine, mis võtab mingi konkreetse faasi, peab temperatuur ja rõhk olema teatud piirides. Ilma nendest tingimustest ei saa selle aineetappi eksisteerida. Allpool toodud diagramm näitab vee eri faaside vajalikke rõhu ja temperatuuri väärtusi.

Diagrammist nähtub, et vesi võib võtta merepinna tasemel (kui rõhk on 1 atm), kui temperatuur on merepinna külmumispunkti (32 kraadi Fahrenheiti või 0 kraadi Celsiuse kraadi) ja merepinna keetmine punkt (212 F või 100 C). Kui aga temperatuur tõuseb üle 32 F, hoides atmosfääri rõhku alla 0,08 atmosfääri (ATM), on vesi piisavalt soojenenud, kuid vedeliku moodustamiseks pole piisavalt survet. See muutub gaasiks.

See on täpselt külmkuivatamise masin. Tüüpiline masin koosneb külmutuskuivatuskambrist, millel on mitmed kütteseadmetele kinnitatud riiulid, külmkambrisse ühendatud külmutusrull ja vaakumpump.

Kuidas külmkuivatamine toimib: kuidas

Lihtsustatud külmkuivatus masin

Enamiku masinate puhul asetate materjali, kui see on endiselt külmutamata, säilitada riiulitele. Kui kambrit tihendate ja protsessi alustatakse, käitab masin kompressoreid kambri temperatuuri alandamiseks. Materjal on külmutatud tahke aine, mis eraldab vett kõigest selle ümbrusest molekulaarsel tasandil, kuigi vesi on veel olemas.

Seejärel lülitab masin sisse vaakumpump, et jõuda õhust kambrist välja, alandades atmosfäärirõhku alla 0,05 ATM-i. Kütteüksused rakendavad riiulitele väikese koguse kuumust, põhjustades jää faasi muutumist. Kuna rõhk on nii madal, liigub jää otse veeauruks. Külmkuivatuskambrist väljub külmumisraami taga veeaur. Veeaur kondenseerub külmumisraami külge tahke jää kujul, nii et vesi kondenseerub nagu külm külma päeva. (Vaadake, kuidas külmikud töötavad, et saada rohkem teavet kondensaatorite ja jahutuskomponentide kohta.)

See jätkub mitu tundi (isegi päeva), kuni materjal järk-järgult kuivab. Protsess kestab nii kaua, sest materjali ülekuumenemine võib oluliselt muuta koostist ja struktuuri. Lisaks võib sublimatsiooniprotsessi kiirendamine teatud ajavahemiku jooksul tekitada rohkem veeauru, siis saab pumbasüsteem kambrist eemalduda. See võib mõnevõrra rehüdraadida materjali, halvendades selle kvaliteeti.

Kui materjal on piisavalt kuivatatud, pitseeritakse see niiskuskindlasse pakendisse, sageli hapnikku absorbeeriva materjaliga. Niikaua, kui pakend on turvaline, võib see materjal istuda riiulil aastaid ja aastaid ilma lagunemata, kuni see taastatakse algupärasele kujule veidi veega (väga väike kogus niiskust jääb, nii et materjal rikub lõpuks). Kui kõik toimib korrektselt, läbib materjal kogu protsessi peaaegu täielikult kahjustamata!

Lisateavet külmkuivatamise kohta, sealhulgas selle ajaloo ja rakenduste kohta, leiate järgmise lehe lingid.


Video Täiendada: SCP-261 Pan-dimensional Vending Machine | Safe | Food / drink scp.




ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com