MMSPORT РУМЪНИЯ Промоции
лиофилизация е процес на консервиране на сушене, състоящ се в отстраняване на вода от предварително замразен продукт чрез сублимация под вакуум (водата в продукта преминава директно от твърдо състояние в състояние на пара).
Процесът на сушене чрез замразяване е известен още от древните инки от Андите, които съхраняват картофите си по този начин на височините на планината Мачу Пикчу. Ниските планински температури замразяват храната и водното им съдържание лесно се изпарява при условия на ниско налягане, специфични за голяма надморска височина. Въпреки че не може да се каже, че той е истински изобретател в случая на лиофилизация, сред онези, които са допринесли с течение на времето за развитието на съоръжения и технологии за лиофилизация, от конструктивна гледна точка, са Бенедикт и Манинг. (1905) и Shackell, които усъвършенстват инсталацията си и осъзнават важността от технологична гледна точка на замразяването на продукта преди действителния процес на лиофилизация. По време на Втората световна война процедурата се използва главно за транспортиране на кръвната плазма към фронта. Оттогава и досега той често се използва от компании във фармацевтичната, козметичната и хранителната индустрия.
Използването на процеса на лиофилизация в хранителната промишленост в сравнение с други процеси на съхранение на продукти, има следните предимства:
- Това е единственият процес, при който водата се извлича от органични вещества, без да се разрушава клетъчната структура и без да се губят летливи вещества.
- Придава на храната превъзходни свойства, чрез по-добро съхранение и висока рехидратираща способност
- Запазване на сензорните свойства (текстура, вкус, мирис). Лиофилизираният продукт запазва първоначалната си форма, не се разпенва, не се свива, не се получават локални концентрации на определени разтворими фракции.
- Намалено тегло и обем. Тъй като водата се отстранява почти напълно, теглото на лиофилизираните продукти е между 1/4 - 1/10 от първоначалното тегло. При прахообразните продукти намаляването на теглото е придружено от еквивалентно намаляване на обема, което означава, че транспортът и съхранението са по-лесни и по-евтини.
- В сравнение със замразяването, лиофилизираните продукти не изискват ниски температури на съхранение. За съжаление не всички храни са подходящи за преработка по този процес. За да бъде лиофилизиран, продуктът трябва да е с най-високо качество, да има високо съдържание на сухо вещество, ниско съдържание на мазнини и ниско съдържание на вода.
Основните елементи на процеса на лиофилизация са:
1) Предварителни лечения2) Замразяване3) Сублимация (първично сушене)4) Вторично сушене5) Кондициониране и опаковане на лиофилизирания продукт6) Съхранение на лиофилизирания продукт7) Рехидратация на лиофилизирания продукт за употреба
Сублимацията е трансформация на състоянието, която консумира около 2800 kJ/kg сублимиран лед. Във връзка с този аспект лиофилизаторът изисква източник на топлина. Сублимацията може да се осъществи само при температура под 0 ° C и при налягане под 610 Pa (4,58 тора). За налягането, използвано за лиофилизация, водните пари заемат огромен обем: например при -25 ° C специфичният обем на парите е около 2000 m3/kg сублимиран лед.
1) Предварителна обработка на продукти
Предварителната обработка на продуктите, подложени на лиофилизация, има за цел подобряване на тяхното качество и може да бъде:
- от механично и хидромеханично естество (сортиране, почистване, смилане, рязане, хомогенизиране, калибриране, порциониране, рязане, обезкостяване)
- от физическо естество (криоконцентрация, инактивиране на ензими, антиоксидантни лечения)
- от химическо естество (добавяне на защитни добавки, подобрители на вкуса и аромата)
2) Замразяване на продукта
Замразяването е практически най-важната фаза от цикъла на лиофилизиране, от която до голяма степен зависи крайното качество на продукта и цената му. Замразяването се извършва вътре в лиофилизатора, а не във външен фризер, като по този начин се говори за вътрешно замразяване.
Бързото замразяване води до образуването на малки и равномерно разпределени ледени кристали в масата на продукта, което прави продукта възможно най-малко засегнат във връзка с бавното замразяване. След рехидратация, добре лиофилизиран продукт, който бързо е замръзнал, обикновено има свойства, много близки до тези на първоначалния продукт.
За да се осигури добро изсъхване, крайните температури на замръзване трябва да бъдат достатъчно ниски, така че практически цялата маса вода, съдържаща се в продукта, да се втвърди. Препоръчителните крайни температури на замръзване са между -40 ° C и -60 ° C.
3) Първично сушене
След замразяване, последвано в някои случаи от смачкване на замразения продукт, продуктът се въвежда в помещенията, където трябва да се извърши действителната лиофилизация.
В лиофилизационната камера налягането се намалява с помощта на вакуумна помпа до стойност 1 - 0,3 mm Hg в началото на първичното сушене. Тъй като тройната точка на водата е под налягане от 4,6 nm Hg, следва, че при всяко налягане под тази стойност единствените две възможни фазови промени са сублимация и десублимация.
В резултат на вакуумирането на замразения продукт, като общото налягане е под тройната точка, има ефект на дехидратация на продукта чрез сублимация. Сублимацията причинява намаляване на температурата на продукта с 2 ° C - 15 мултиС или повече, последвано от повърхностно навлажняване на продукта.
Тъй като сублимацията е ендотермична реакция, за доброто му развитие е необходимо добро доставяне на топлина от външната страна на продукта. По този начин продуктът се нагрява под ниско налягане с източник на топлина, чийто топлинен поток се регулира постепенно според количеството топлина, равно на абсорбираното от леда за сублимация.
Топлинният поток трябва да бъде постоянно регулиран, така че да се избегне частично или пълно размразяване на замръзналата среда на продукта, съответно прегряване на сухите части на продукта и прегряване на продукта.
Първичното сушене се счита за завършено, когато е напълно сублимирало цялата маса вода, кристализирана от продукта. Водните пари, получени от сублимацията на леда, се насочват към охладен топлообменник, на повърхността на който те се кондензират. Този топлообменник се нарича кондензатор на инсталацията за лиофилизация.
4) Вторично сушене
Основната фаза на сушене (сублимация) завършва, когато последният леден кристал в продукта се сублимира. В този момент водата, която все още се съдържа в продукта 10 - 30%, е в течно състояние и под формата на пари. Погълнатата вода е силно свързана и играе филтърна роля, като по този начин се избягва загубата на летливи вещества.
Тази вода, погълната от порените стени на продукта, макар и в малки количества, има вредно въздействие върху доброто запазване на продукта по време на съхранение и поради тази причина трябва да бъде отстранена. Следователно процесът на десорбция трябва да се провежда по такъв начин, че да се избегне улавянето на летливи вещества във водни пари с отстраняване на водата.
Пълното отстраняване на вода от продукта е абсолютно невъзможно, което определя, че за всеки случай операцията по десорбция се спира, когато водното съдържание на продукта падне под определена минимална стойност.
Състоянието на остатъчна влага, прието в продукта в края на вторичната фаза на сушене, обикновено е трудно, варира в зависимост от продукта и се установява в зависимост от получените по-рано експериментални резултати, естеството на продукта, опаковката и кондиционирането на лиофилизирания продукт, режимът и продължителността на съхранение и използването на продукта.
Температурата по време на вторичното сушене е между 20 ° C - 65 ° C. Продължителността на вторичното сушене е между 1 - 6 часа се определя от естеството на продукта, времето на инсталацията за лиофилизация и желаната остатъчна влажност.
5) Кондициониране и опаковане на лиофилизирани продукти
След завършване на фазата на вторично сушене и поставяне под налягане на камерата преди сушене, лиофилизираните продукти се отстраняват от камерата и се препоръчва да се съхраняват 2-3 дни във вакуумни контейнери с голям капацитет, за да се хомогенизира остатъчната влага, след което се извършва кондиционирането. окончателен в малки опаковки, предназначени за разпространение до потребителя.
Кондиционирането на лиофилизирани продукти се извършва с цел да се елиминират или намалят до максимум причините, които определят промените в качеството на продуктите по време на съхранение, транспорт и обработка.
Факторите, които влияят на срока на годност на лиофилизирани продукти, са:
- Остатъчна влага
- Светлината
- кислород
- Механични повреди
Лиофилизираните продукти се опаковат за предпочитане под вакуум или в атмосфера на инертен газ (азот, въглероден диоксид, сух въздух с относителна влажност 10% - 20%). Материалите, използвани за опаковане, са непропускливи за газове, аромати, водни пари, мазнини. Използваната опаковка трябва да бъде перфектно запечатана.
Системите, използвани за опаковане на лиофилизирани продукти, обикновено са:
- Метални кутии с или без вътрешен лак, със система за затваряне, която позволява опаковане под вакуум или в атмосфера на инертен газ
- Стъклени опаковки, система, която позволява използването на широк спектър от атмосфера на закрито, но която има недостатъци, свързани с влиянието на светлинните лъчи върху плътността
- Опаковка на основата на пластмаса
6) Съхранение на лиофилизирани продукти
Като цяло, ако лиофилизацията, кондиционирането, опаковането са извършени при добри условия, то съхранението не означава никакви отрицателни ефекти върху лиофилизирания продукт. Нивото на съхранение влияе върху срока на годност на лиофилизирани продукти. Оптималната температура за съхранение се различава при различните продукти. Има лиофилизирани продукти, които изискват температура на съхранение до 0 ° C, докато други могат да се съхраняват при температури от 30 ° C. Чрез намаляване на температурата на съхранение времето за съхранение може да бъде удължено в някои случаи с повече от 10 пъти.
7) Рехидратация на лиофилизирани продукти за употреба
В сравнение с храната, изсушена по други процеси, лиофилизирани продукти могат да се рехидратират много по-бързо и по-пълно. Поредица от лиофилизирани продукти като кафе, чай, плодови сокове, незабавно се рехидратират топли или студени чрез добавяне на вода. Качеството на лиофилизиран хранителен продукт се оценява главно от скоростта, с която той се рехидратира.