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동결건조는 시료를 영하의 온도에서 급속히 얼리고, 진공 상태에서 수분을 승화시켜 제거하는 과정입니다. 이 과정은 세 단계로 이루어집니다: 동결 단계(freezing), 1차 건조(primary drying), 2차 건조(secondary drying)입니다. 동결 단계에서는 물이 고체 상태로 변하며, 1차 건조에서는 진공 상태에서 얼음이 승화하여 수증기로 변합니다. 2차 건조에서는 잔여 수분이 제거됩니다.

화학적으로, 동결건조는 물 분자의 승화열과 물질 내부의 수소 결합, 용질의 상변화에 따른 열역학적 변화 등 여러 요소를 포함합니다. 특히, 동결건조는 물질의 구조와 화학적 성질을 잘 보존하여 생명공학, 제약 및 식품 산업에서 널리 활용됩니다 [4][5]. 예를 들어, 단백질의 안정성을 유지하기 위해 동결건조 과정에서 설탕 유도체가 사용될 수 있습니다 [2]. 또한, 동결건조는 미생물이나 효소의 구조를 보호하는데 효과적입니다 [5].

최근 연구에서는 동결건조 과정의 효율성을 높이기 위해 다양한 방법이 제안되었습니다. 예를 들어, IR 전처리를 통해 동결건조 시간을 단축시킬 수 있으며 [3], 전자기파를 이용한 동결건조는 건조 시간을 크게 줄일 수 있습니다 [1]. 또한, 동결건조 중 에너지 손실을 줄이기 위해 최적의 표면 온도와 샘플 두께를 조정하는 연구도 진행되었습니다 [6][7].

결론적으로, 동결건조는 물질의 고유한 성질을 보존하면서 수분을 효과적으로 제거하는 방법으로, 다양한 산업 분야에서 중요한 역할을 하고 있습니다.

참조문헌

[1] Bhatta, S., Jane？i？, T. S., & Ratti, C. (2020). Freeze-Drying of Plant-Based Foods. Foods, 9.

[2] Roy, I., & Gupta, M. N. (2004). Freeze­drying of proteins: some emerging concerns. Biotechnology and Applied Biochemistry, 39.

[3] Imamura, K., Murai, K., Korehisa, T., Shimizu, N., Yamahira, R., Matsuura, T., Tada, H., Imanaka, H., Ishida, N., & Nakanishi, K. (2014). Characteristics of sugar surfactants in stabilizing proteins during freeze-thawing and freeze-drying.. Journal of pharmaceutical sciences, 103 6, 1628-37 .

[4] Wang, W., & Chen, G. (2007). Freeze drying with dielectric-material-assisted microwave heating. Aiche Journal, 53, 3077-3088.

[5] Kadirov, U., Mannanov, U., Aripov, M., Meliboyev, M., & Mamatov, S. (2020). Improvement of dill freeze-drying technology. E3S Web of Conferences.

[6] Yong-zhong, L. (2003). Exergy Loss Analysis on Freeze-drying. Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities.

[7] Byun, S., Kang, J., & Chang, Y. S. (2020). Analysis of primary drying of poly-γ-glutamic acid during vacuum freeze drying. Journal of Mechanical Science and Technology, 34, 4323-4332.

본 답변은 틀루토(tlooto.com)에서 어느정도 참조하였습니다~!