สามขั้นตอน
การทำแห้งแบบแช่เยือกแข็ง (lyophilization) เป็นกระบวนการขจัดน้ำที่ดำเนินการในสามขั้นตอน:
- การแช่แข็ง: ผลิตภัณฑ์ถูกแช่แข็งให้ต่ำกว่าจุดยูเทกติก โดยทั่วไป -30°C ถึง -50°C อัตราการแช่แข็งมีผลต่อขนาดผลึกน้ำแข็ง ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพผลิตภัณฑ์
- การทำแห้งขั้นปฐมภูมิ (การระเหิด): ภายใต้สุญญากาศระดับสูง (≤30 Pa) ความร้อนถูกจ่ายให้กับผลิตภัณฑ์เพื่อขับเคลื่อนการระเหิด น้ำแข็งเปลี่ยนสถานะเป็นไอโดยตรงโดยไม่ผ่านสถานะของเหลว ขั้นตอนนี้กำจัดน้ำ 90-95%
- การทำแห้งขั้นทุติยภูมิ (การคายซับ): อุณหภูมิถูกเพิ่มขึ้นเพื่อกำจัดโมเลกุลน้ำที่ถูกยึดไว้ผ่านการคายซับ ขั้นตอนนี้ทำให้ปริมาณความชื้นสุดท้ายอยู่ที่ 1-4%
ขั้นตอนต่างๆ ต้องเป็นไปตามลำดับอย่างจำเป็น การระเหิดจะดำเนินไปได้ก็ต่อเมื่อโครงสร้างน้ำแข็งยังคงเป็นของแข็ง ดังนั้นผลิตภัณฑ์ต้องอยู่ต่ำกว่าจุดยูเทกติกตลอดการทำแห้งขั้นปฐมภูมิ หากละลาย โครงสร้างจะพังทลาย และเมทริกซ์ที่มีรูพรุนซึ่งยอมให้ไอระเหยออกไปจะสูญหาย
เหตุใดสุญญากาศระดับสูงจึงต้องมีขั้นปั๊ม Roots
การทำแห้งขั้นปฐมภูมิขึ้นอยู่กับความต่างของความดัน ไอน้ำออกจากพื้นผิวน้ำแข็ง เคลื่อนที่ผ่านชั้นที่แห้งแล้ว และต้องถูกกำจัดออกโดยระบบปั๊มเร็วพอที่จะรักษาความดันห้องให้ต่ำไว้ ที่ความดันใช้งาน ≤30 Pa ปริมาตรไอน้ำที่ต้องจัดการมีมาก และปั๊มแบบซีลน้ำมันเดียวไม่สามารถรักษาความเร็วในการสูบที่ต้องการได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีขั้นปั๊ม Roots ที่ทำงานอยู่ก่อนปั๊ม rotary vane
ข้อกำหนดนั้นอยู่ในช่วงสุญญากาศระดับสูง การทำความเย็นแบบสุญญากาศทำงานที่ ≤600 Pa และที่ความดันเป้าหมายนั้น ขั้นปั๊ม Roots ไม่ให้ประโยชน์ใดๆ: การทำความเย็นล่วงหน้าสำหรับผลิตผลทำงานกับปั๊ม rotary vane และการทำความเย็นอาหารร้อน (อุณหภูมิเริ่มต้น 80–90°C) ใช้ปั๊ม water ring หนุนปั๊ม rotary vane
ระยะเวลาวงจรและตัวแปรของผลิตภัณฑ์
กระบวนการทั้งหมดอาจใช้เวลา 12-48 ชั่วโมง ขึ้นอยู่กับความหนาของผลิตภัณฑ์ องค์ประกอบ และข้อกำหนดของอุปกรณ์ ชิ้นบางและชิ้นเล็กจะแห้งเร็วกว่าเนื่องจากทางเดินของไอสั้น ผลิตภัณฑ์ที่มีน้ำตาลสูงและเนื้อแน่นจะแห้งช้ากว่าและไวต่อการยุบตัวมากกว่า รูปแบบการจัดวางก็มีผลเช่นกัน: มวลเท่ากันที่กระจายเป็นชั้นบางจะแห้งเร็วกว่ามวลเท่ากันที่บรรจุแน่นในถาดลึก เมื่อเงื่อนไขเหล่านี้แตกต่างจากกรณีอ้างอิง ระยะเวลารอบจะกำหนดโดยการทดลอง