Prinzip der Gefriertrocknung
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Es scheint, dass Gefriertrocknung eigentlich eine Technologie ist, die mit unserem Leben nichts zu tun hat. Eigentlich ist das nicht der Fall. Viele unserer Lebensmittel werden mittels Gefriertrocknungstechnologie verarbeitet. Beispielsweise werden viele der Trockenfrüchte, die wir häufig essen, mithilfe der Gefriertrocknungstechnologie verarbeitet. Warum also hat Gefriertrocknung einen derart trocknenden Effekt? Werfen wir einen Blick auf das Prinzip der Gefriertrocknung. Aus der Physik wissen wir, dass Wasser drei Phasen hat, der Punkt O ist der gemeinsame Punkt der drei Phasen und OA ist der Schmelzpunkt von Eis. Gemäß dem Prinzip, dass mit abnehmendem Druck auch der Siedepunkt sinkt, kann die Feuchtigkeit im Material, solange der Druck unter dem Tripelpunktdruck liegt, direkt von Wasser zu Wasserdampf sublimiert werden, ohne die flüssige Phase zu durchlaufen. Nach diesem Prinzip können die feuchten Rohstoffe von Lebensmitteln zunächst unter den Gefrierpunkt gefroren werden, um das Wasser in den Rohstoffen in festes Eis umzuwandeln. Anschließend kann das Eis in einer geeigneten Vakuumumgebung direkt in Dampf umgewandelt und entfernt werden. Der Wasserdampf kann dann mithilfe eines Wasserdampfkondensators im Vakuumsystem kondensiert werden, um das Material zu trocknen. Bei dieser Trocknungsmethode durch Vakuumgefrieren handelt es sich um einen Prozess physikalischer Veränderung und Bewegung von Wasser, der bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck stattfindet. Das Grundprinzip der Gefriertrocknung ist daher der Mechanismus der Wärme- und Massenübertragung bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck. Unter Gefriertrocknung versteht man den Prozess, bei dem Wasser oder andere Lösungsmittel durch Sublimation aus gefrorenen biologischen Produkten entfernt werden. Unter Sublimation versteht man den Vorgang, bei dem ein Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, direkt vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht, ohne den flüssigen Zustand, wie beispielsweise Trockeneis, zu durchlaufen. Das durch Gefriertrocknung gewonnene Produkt wird als Gefriertrockner bezeichnet, der Vorgang heißt Gefriertrocknung.
Warum Gefriertrocknung wählen? Während bei einer herkömmlichen Trocknung das Material schrumpfen und Zellen schädigen kann, wird bei der Gefriertrocknung die Struktur der Probe nicht zerstört, da die festen Bestandteile durch das feste Eis an ihrem Platz gehalten werden. Wenn das Eis sublimiert, hinterlässt es Poren im trockenen Restmaterial. Dadurch bleiben die Integrität der biologischen und chemischen Struktur sowie die Aktivität des Produkts erhalten. Im Labor hat die Gefriertrocknung viele verschiedene Verwendungszwecke. Sie ist in vielen biochemischen und pharmazeutischen Anwendungen unverzichtbar. Sie wird verwendet, um biologische Materialien zu erhalten, die lange gelagert werden können, wie z. B. mikrobielle Kulturen, Enzyme, Blut und Medikamente. Neben der langfristigen Lagerstabilität behält es auch seine inhärente biologische Aktivität und Struktur. Aus diesem Grund wird Gefriertrocknung zur Vorbereitung von Gewebeproben für Strukturuntersuchungen (wie Elektronenmikroskopie) verwendet. Gefriertrocknung wird auch in der chemischen Analyse eingesetzt, wo sie Proben in trockenem Zustand erzeugen oder Proben konzentrieren kann, um die chemische Empfindlichkeit zu erhöhen. Durch Gefriertrocknung wird die Probenzusammensetzung stabilisiert, ohne die chemische Zusammensetzung zu verändern, und ist somit ein ideales analytisches Hilfsmittel. |
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