真空应用作业

真空应用举例。

我们要了解真空有哪些应用的话，首先就得搞清楚真空的定义是什么，即为什么叫“真空”。

在高中物理中，我们将“真空”看作是一种不存在任何物质的空间状态，是一种物理现象。在其中，声音因为没有介质而无法传递，但电磁波的传递却不受影响。而在真空技术里，“真空”是针对大气而言，在特定空间内部的一部份气体物质被排出，使其压强小于一个标准大气压，则我们通称此空间为“真空”或“真空状态”。

其常用帕斯卡(pa)或托尔(torr)做为压力的单位，其表征还可用粒子密度(n)、碰撞频度(z)、平均自由程(λ)和单分子层形成时间(τ)其分为自然真空和人工真空。

我们为了获得所需要的真空度，需要为整个系统配置合适的设备以得到所要求的真空度并且能够进行测量与控制。

我们需要为系统配备合适的、抽气性能良好的真空泵，以便能够获得所需真空度；在要求的、合适的位置，安装量程合适的、足够灵敏的真空计，以便于测量控制系统的真空度；真空系统及其零部件必须经过严格的检漏，以便使得系统的漏气率在允许范围之下。还需要合适的检漏方法来对系统进行检漏，对低(粗)真空、中真空和高真空系统一般用静态压力法进行；对超高真空系统，在采用一般检漏法粗检以后，还要采用灵敏度较高的检漏仪，如卤素检漏仪和质谱检漏仪进行复检。

在得到需要的真空后，我们就可以利用所得到的真空环境，进行相应的工程试验与科研实践的具体应用了。

真空应用是一门基础科学和应用科学紧密结合的现代基础学科，它的主要研究对象是真空环境的结构和性质以及在这种环境中物质的相互作用、在不同真空度的低气压环境中，真空环境和各种物质发生相互作用，产生不同的效应。例如真空吸力，真空隔热和散热，真空蒸馏，真空防氧化，真空干燥，真空绝缘，真空脱气、保鲜、清洁、灭菌、检漏，稀薄气体放电，宇宙真空效应等。已广泛用于电子、半导体、集成电路、冶金、食品、医药、运输、热处理、焊接、铸造、镀膜、检测、离子束、电子束、激光、微机电、可控热核反应及航空航天等领域，推动了近代科学技术进步及工农业的发展。

主要分为低真空、中真空、高真空和超高真空应用。

低真空是利用压力差夹持、提升和运输物料，以及吸尘和过滤，如吸尘器、真空吸盘。

中真空一般用于排除物料中吸留或溶解的气体或水分、制造灯泡、真空冶金和用作热绝缘。真空浓缩生产炼乳，不需加热就能蒸发乳品中的水分。真空冶金可以保护活性金属，使其在熔化、浇铸和烧结等过程中不致氧化，如活性难熔金属钨、钼、钽、铌、钛和锆等的真空熔炼。

高真空可用于热绝缘、电绝缘和避免分子电子、离子碰撞的场合。高真空中分子自由程大于容器的线性尺寸，因此高真空可用于电子管、光电管、阴极射线管、x射线管、加速器、质谱仪和电子显微镜等器件中，以避免分子、电子和离子之间的碰撞。还可应用于真空镀膜，以供光学、电学或镀制装饰品等方面使用。

超高真空可用作空间模拟，单分子层形成的时间长(以小时计)，这就可以在一个表面尚未被气体污染前，利用这段充分长的时间来研究其表面特性，如摩擦、粘附和发射等。

下面，在“真空冷冻干燥”方面具体举一个实例说明真空的应用：芭蕉片的真空冷冻干燥工艺。

真空冷冻干燥产品能够保持鲜果的色、香、味，复水性好，且产品易于储存、运输和销售，是优良的休闲食品，易被消费者接受。芭蕉不同于香蕉，不耐贮藏，但果实色泽亮白，比香蕉质地硬，抗褐变力强，具有香蕉无法比拟的加工性能。以芭蕉为原料，应用真空冷冻干燥技术对海南本地新鲜芭蕉进行真空冷冻干燥工艺的研究，以期获得工艺稳定、质量优良的芭蕉冻干休闲产品，为进一步产业化开发打下基础。

材料与方法。

材料与试剂：新鲜芭蕉，市售香蕉类脆片，2,6-二氯靛酚钠，维生素c，高岭土，草酸，氢氧化钠等。

仪器与设备：fd-3冷冻干燥机，vc 3021万用表，电热鼓风干燥箱，oz-600真空封口机，wsc-s测色色差计和ds103卤素水分测定仪。

方法。工艺流程：新鲜芭蕉→原料选择→切片→预冻→真空冷冻干燥→包装→成品。

操作要点。原料选择：挑选优质的新鲜芭蕉，原料要求无腐烂变质、无变软、无病虫害。

预处理：芭蕉切分成片状，用质量分数为0.9%nacl溶液、质量分数为0.1%柠檬酸和纯净水浸泡30min，沥干。

预冻：切片装盘后，于低温中进行预冻，使原料中水分充分冻结。

真空冷冻干燥：原料预冻后的芭蕉迅速放入冻干机的搁板上的物料盘内，设定真空冷冻干燥机的各种参数，进行真空冷冻干燥。芭蕉冻干产品的水分含量控制在7 %以下。

检验包装：及时测水分含量，冻干品在湿度30%以下，室温20 ℃以下环境进行真空包装。

采用电阻法测定共晶点和共熔点；采用卤素水分测定仪测定水分含量，并进行感官评定；采用wsc-s测色色差计测定色差，测定复水率；按中国国家标准gb12295-90测定可溶性固形物含量；利用2,6-二氯靛酚法测定维生素c的含量。

分析及优化。

芭蕉的干燥曲线：真空冷冻干燥产品的***坏与搁板的降温速率、干燥时的真空度、物料的温度、冷阱温度四个参数密切相关。干燥前段为升华干燥，后段为解析干燥。

冻干开始时，搁板不加热，通过外界辐射为升华过程供给热量，可以在保证升华的前提下设置温度和时间，尽可能缩短冻干时间，快速升华芭蕉中的自由水。升华干燥阶段完结后，进入解吸干燥阶段，启动加热程序，当物料温度接近加热板温度，真空度保持恒定时，结束冷冻干燥操作。

真空冷冻干燥过程中程序的优化。

温度优化：真空冷冻干燥过程是一个伴随着复杂的物理变化的消耗能量的过程，在保证物料的冻结状态下，尽可能升高搁板温度和缩短干燥的时间，才能做到能耗最低。另外，真空冷冻干燥过程受冻结物产生的机械效应和溶质效应的破坏影响，尤其是溶质效应影响较大，溶质效应在某一温度范围最为明显，一般在-10 ℃~0 ℃之间，若能以较高的速度越过这一温度范围，溶质效应对细胞的破坏作用就会大大减弱。

预冻方式的选择：芭蕉的预冻选择冰箱速动和冰箱慢冻2种方式，不同预冻方式对芭蕉冷冻产品品质影响不大，从总体来讲，慢冻方式比较好，感官评价分数高，复水率高，含水量低。可能是由于慢冻产生冰晶大，细胞膜易破裂，水分容易升华。

而快冻产生冰晶小，升华相对慢些。故试验中选择慢冻方式进行预冻。

不同成熟度芭蕉对真空冷冻产品品质的影响：不同成熟度的新鲜芭蕉对真空冷冻产品的影响较大，八成熟芭蕉，因为其可溶性固形物含量低，糖度低，有明显的涩味，芭蕉的风味口感差，因此，感官评价低。完全成熟的芭蕉可溶性固形物含量高，糖度高，但是在切片过程中不易成型，形状差，影响感官，且冻干后与物料盘吸附力强，取样时易碎。

成熟香蕉糖度适中，成型率高，冷冻干燥产品有芭蕉浓郁的味道，香脆又不粘牙，是良好的休闲食品。

芭蕉切片厚度对芭蕉品质的影响：通过感官评价和含水率进行比较。

不同浸泡方式预处理对芭蕉品质的影响：直接冻干芭蕉与新鲜芭蕉色泽最接近。故在真空冷冻干燥芭蕉时不需要进行浸泡处理，直接冻干品质最好。

结论。通过在真空环境下，调整冷冻干燥的各个阶段的时间与温度，合理的确定工艺程序，我们可以获得最优秀的冷冻干燥效果，得到最优异的冻干品质，确保所冻干食品的最佳口感。因此利用真空冷冻干燥技术，我们可以得到最佳的冻干效果、冻干品质和口感，是确保冻干食品的市场占有率的一个强有力的技术手段之一，也是真空技术在食品领域的一项重要应用。

2023年11月24日。

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