升华干燥法

升华干燥包含冻结和升华两个过程。冻结的目的是使食品具有合适的形状与结构，以利于升华过程的进行。升华是食品中的水分吸热升华成水蒸气，通过冷凝系统而除去的过程。

冻结方法有自冻法和预冻法两种。自冻法是利用食品在真空下闪蒸吸收汽化潜热，使食品的温度降到冰点以下而自行冻结的方法。如能迅速造成高真空度，则水分就会在瞬问大量蒸发而吸收大量的热量，使食品很快完成冻结过程。不过自冻法常出现食品变形或发泡现象，因此不适合于外观和形态要求较高的食品，一般仅用于粉末状干制品的冷冻。

预冻法是预先将食品冻结成一定形状的方法。该法可较好地控制食品的形状及冰晶的状态，因此适合大多数食品的冻结。

食品冻结后即在干燥室内升华干燥。冰晶升华时要吸收升华热，因此，干燥室内有加热装置提供这部分热量。加热的方法有板式加热、红外线加热及微波加热等。

板式加热法是将预冻好的食品放在两块加热板之问，进行接触换热而获得干燥。为了加强换热效果，一般都有液压传动装置将加热板紧紧压在食品上。加热板的温度由内部循环的热蒸汽或液体介质来维持和调节，以保证既满足食品内冰晶升华所需热量，又防止其温度上升到引起解冻的程度，通常在38～66℃之间。此外，加热板与食品紧密接触，虽然可以加快传热过程，但冰晶升华后的水蒸气外逸受到阻碍，这不仅不利于食品的干燥，而且还会造成食品内部压力升高，甚至超过三相点压力，引起冰晶的熔解。因此，加热板与食品之间常放置扩张性金属网格板，以保留蒸汽外逸的通路。这样既可加强传热效果；又可加快水蒸气的除去速度，从而加快升华干燥过程。

在采用板式加热时，由于冰晶不断升华而使充满了水蒸气和空气等不凝性气体的多孔层逐渐增长，将对传热和水蒸气外逸产生越来越大的阻力，使之成为干燥速度的主要限制因素。采用红外加热和微波加热即可克服此种缺陷。这两种加热方式常与板式加热联合使用，进行升华干燥的中后期干燥，既可克服多孔层间的传热阻力，加快升华干燥的速度，又可降低升华干燥的成本。

升华干燥法具有许多显著的优点，主要是：①整个干燥过程处于低温和基本无氧状态，因此，干制品的色、香、味及各种营养素的保存率较高，非常适合热敏和易氧化的食品干燥；②由于食品在升华之前先被冻结，形成了稳定的骨架，因而干制品能够保持原有结构及形状，且能形成多孔状结构，具有极佳快速复水性；③由于冻结对食品中的溶质产生固定作用，因此，在冰晶升华后，溶质将留在原处，避免了一般干燥方法中因溶质迁移而造成的表面硬化现象；④升华干燥制品的最终水分极低，具有极好的储藏稳定性，在有良好包装的情况下，储藏期可达2～3年；⑤升华干燥过程所要求的加热温度较低，干燥室通常不必绝热，热损耗少。其缺点主要是成本高，干制品极易吸潮和氧化，对包装有很高的防潮和透氧率的要求。

升华干燥已在肉类、水产品、禽蛋类、速溶咖啡、速溶茶、水果粉、香辛料等食品的干燥中获得了广泛的应用，在某些特殊食品如军需食品、登山食品、宇航食品、保健食品、旅游食品及婴儿食品等中的应用潜力也很大。

升华干燥是利用冰晶升华的原理，在高度真空的环境下，将已冻结了的食品物料的水分不经过冰的融化直接从冰固体升华为蒸汽，从而达到干燥食品的目的。

根据水的相平衡关系，我们知道，在一定的温度和压力条件下，水的三种相态之间可以相互转化。当水的温度和压力与其三相点温度和压力相等时，水就可以同时表现出三种不同相态。而在压力低于三相点压力时，或在温度低于三相点温度时，改变温度或压力，就可以使冰直接升华成水蒸气，这实际上就是升华干燥的原理。

升华干燥器采用特种夹套式冷凝器来替代列管式表面冷凝器。在夹套中循环的是冷冻剂或在低温下不冻的溶液，此溶液系从冷冻装置流入冷凝器。这些载冷体使在物料升华中所分出的水蒸汽在冷凝器的表面上冷凝。在冷凝器的圆筒部分内装有旋转刮刀，以清除水蒸汽在冷凝后于器壁上所形成的冰或雪花层。在冷凝器的底部有雪花收集器，此设备依靠活塞间歇地除去冷凝器中的雪花。

当物料于-15℃的温度下干燥时，所需的真空为0.1—1.0毫米汞杜，依靠回转油泵就可得到此真空度，而当物料于-40～-60℃的温度下干燥时，必须按装特种扩散泵。在许多情砚下使物料在进行升华干燥前冰冻。但A.B.雷科夫的实验指出，物料在升华装置中进行自动冰冻要更合理些。除了它的优点外，这种干燥方法与常压对流干燥或通常的接触真空干燥比起来有下述缺点：干燥成本较高，设备的使用很复杂。

升华常压升华

在一个标准大气压（1.013×10^5 Pa）下固体的升华。

升华常温升华

在室温（25 ℃）下固体的升华。

升华真空升华

又称减压升华，由于升华与固体蒸气压和外压的相对大小有关，降低外压可以降低升华温度，在常压下不能升华或升华很慢的物质可以采用真空升华。真空升华还可防止被升华的物质因温度过高而分解或在升华时被氧化。金属镁和钐、三氯化钛、苯甲酸、糖精等都可用此法提纯。

升华低温升华

1976年，J．W．米切尔提出低温升华技术，即将温度和压力维持在升华物质的三相点以下，使它在很低的压力（几毫米汞柱）下升华，经冷凝后捕集在冷阱中而与杂质分离。此法操作简单，产品纯度很高，例如很难用一般方法提纯成高纯试剂的过氧化氢，用此法提纯，一次即可将钴、铬、铜、铁、锰、镍等杂质从1000 ng/mL降至0.4～2 ng/mL。

基于金属钼在一定温度下，能氧化成三氧化钼并升华而捕集回收的方法，回收率可达98%。升华作业在由升华炉、布袋收尘器、排风机等组成的设备中进行。可采用电、煤气、废机油、焦炭等热源加热。由于钼氧化系放热反应，一旦达到激烈的923-1073K升华温度，三氧化钼升华即可自动进行。升华所得到的三氧化钼按常规返回使用。本法适用于废钼粉、钼条、钼片、钼丝的再生回收，也适用于钼铼合金、高速钢磨细废料的再生回收。

升华可以用来冷却物体。例如，运送需要冷冻的货物时，加入干冰。由于升华要吸热，干冰可以使货物保持低温。而且干冰不会使货物结霜或受潮。

卫生球利用了升华来驱虫。卫生球含萘，萘是在常温下就能升华的晶体，升华后的萘蒸气很容易被蠹和其它害虫闻到，从而起到驱虫的效果。

冷冻干燥法（freeze-drying） 是使物品脱水的一种方法。有些物品在有水分的情况下容易腐败，所以需要脱水。先冷冻物品，再降低气压使冰升华，这就是冷冻干燥法。

有机化学实验中，升华常被用来提纯产物。比如从茶叶中提取咖啡因的实验中 ，提取物是粘稠的棕色混合物（咖啡因和多种有机杂质的混合物）。要从这种混合物中提纯咖啡因，需用升华法：把混合物放进陪替式培养皿（Petri dish），用滤纸盖住培养皿，再把盛有水的烧杯压在滤纸上（为了使滤纸盖得严实，也为了冷却），之后加热培养皿，五分钟后停止加热，会看到滤纸上出现白色结晶，即为纯净的咖啡因。这是由于在加热过程中，咖啡因升华了，之后在温度较低的滤纸上凝华成为结晶。杂质没有升华，所以留在了混合物中。合成二茂铁的实验中，粗产物以类似的方法加热从而使二茂铁升华再凝华 。