Довгі дослідження тривають у тому напрямку, що ми можемо зберегти щедрі дари природи, овочів та фруктів таким чином, щоб вони зберігали свої первісні характеристики навіть у зимові, холодні місяці. Сьогодні, у 21 столітті, вимоги до сухофруктів до сухофруктів та овочів такі, що вони є мікробно стабільними та мають відмінні властивості зберігання, упаковки та транспортування за своїми фізичними, хімічними та механічними параметрами. Крім того, вони повинні мати високі вмістові характеристики, придатні для виробництва функціональних продуктів харчування та харчових добавок. Для задоволення перелічених вище потреб у консервації підходять лише кілька методів сушіння, наскільки нам відомо, найбільш щадним методом зневоднення є сушіння вакуумом.

сушіння

Кращу якість ліофілізованих продуктів можна пояснити тим, що температури, що використовуються для ліофілізації, набагато нижчі, ніж для звичайної сушки, а також тим фактом, що не відбуваються процеси денатурації, характерні для традиційно сушених продуктів. Під час ліофілізації внутрішньої дифузії не відбувається, оскільки сублімація поступово поширюється на більш глибокі шари на поверхні, лід перетворюється безпосередньо на пару.

Тож сушіння овочів та фруктів - це не лише процес зневоднення, але й процес збереження цінності. Цього можна досягти, використовуючи параметри сушіння, які гарантують, що якісна цінність висушеного матеріалу, така як його вміст, змочуваність, структура та міцність поверхні, не змінюється або змінюється лише незначно.

Поняття та історія ліофілізації

Беке (2002) визначив концепцію ліофілізації або ліофілізації таким чином: “Ліофілізація - це комбіноване використання ліофілізації. Сучасний процес консервації, суть якого полягає в тому, що водно-льодовий вміст матеріалу, що підлягає збереженню, видаляється сублімацією. На сьогоднішній день це найбільш щадне сушіння ».

Ліофілізація була поширеною у фармацевтиці з часів Другої світової війни. Вперше в Угорщині Сакзари застосував цей метод у компанії з вакцин та харчування Phylaxia для виробництва вакцин та сироватки. З середини 1950-х років цей процес також почав завойовуватися за кордоном для збереження продуктів харчування. У 1962 р. Алмасі та його колеги почали використовувати ліофілізацію в експериментальних масштабах для збереження їжі в експериментальних масштабах. У 1966 році Алмасі та Беке та їх колеги запровадили ліофілізацію розчину кави в промислових масштабах (кава Lio) (Алмасі, 1977).

Принцип сублімаційного сушіння

Процес сублімаційного сушіння можна розділити на три підоперації:

- попередньо заморозивши продукт до -20 ° C,

Принцип процесу (зміни стану під час операцій на основі фазової діаграми води) є Фігура 1 можна відстежувати за допомогою. Під час попереднього заморожування більша частина вологи продукту глибоко заморожується (розділи A-B). Потім матеріал переносять у вакуумну камеру, де тиск знижується нижче межі трьох точок (H) 6,11 мбар (611 Па) до p = 0,5-1 мбар (50-100 Па) (Розділ B-C). Під час сублімаційного висихання кристали льоду випаровуються за рахунок підвищення температури продукту (стадії C-D). Метою досушування є випаровування незамерзлої рідини під час заморожування, яке зазвичай відбувається одночасно з сублімацією, у тій частині продукту, де сублімаційна сушка вже відбулася (Варшегі, 1995).

Фігура 1. Принцип сублімаційного сушіння

(Джерело: Várszegi, 1995)

Комерційна сушка овочів та фруктів

В даний час в Угорщині проводяться лише дослідження виробництва функціональної профілактичної, лікувальної їжі та харчових добавок з рослинних та фруктових інгредієнтів (помідори, брокколі, цвітна капуста, морква, вітамінний перець, виноград, ананаси, апельсини, яблука). Хоча в Угорщині є випадок, що грибні сушки та кавові порошки виробляють методом вакуумної сублімаційної сушки.

Робота сублімаційної сушарки вимагає одночасного використання двох технічних пристроїв. Один, повітряний турбокомпресор, суть якого полягає у задоволенні потреби в охолодженні атмосферним повітрям у діапазоні мінус 50-130 ° C, інший обладнання для сублімації, що сприяє вакуумному зневодненню.

На відміну від використовуваних в даний час технологій, в процесі охолодження не задіяні хімічні речовини, що робить його більш екологічним та економічним в експлуатації. Через принцип роботи обладнання під час процесу охолодження фаза, необхідна для випаровування або ущільнення хімічного холодоагенту в іншому холодильному обладнанні, опускається. Звичайні компресорні охолоджувачі не можуть виробляти температури нижче мінус 55 ° C, тоді як розроблена технологія може досягти мінус 130 ° C. Під час роботи обладнання гаряче повітря 100-120 ° C, що виходить з машини, може використовуватися для виробництва енергії (нагрівання сушильної камери), тому можна створити енергетично закриту систему.

Сушарка складається з семиступінчастого осьового компресора, осьового холодильника з турборозширенням, двох блоків регенерації, триклапанної камери з гідравлічним приводом, мультиплікатора та електродвигуна.

Основними сприятливими характеристиками повітряного турбокомпресора є наступні:

- використовує атмосферне повітря як холодний холодоагент та середовище-носій, що робить машину простою та безпечною у використанні,

- для охолодження холодного агента вода не потрібна,

- створює процес охолодження на різних агрегатах шляхом прямого контакту з холодним повітрям,

- швидко досягає запланованих номінальних значень робочих параметрів.

Іншою важливою частиною системи є обладнання для сублімації. Блок складається з двох камер для прийому 160 кг матеріалу кожна, в яких турбокомпресор, система управління та контролю, система транспортування холодоагенту та система вакуумних камер розміщені на гілках субліматора та конденсатора. Процес управління та моніторингу можна контролювати на РК-панелі, програму змінюють сенсорними перемикачами, крім яких програмне забезпечення також включає автоматичний режим. Робочі простори субліматора та конденсатора нагріваються в процесі сушіння без надлишку енергії, використовуючи тепло стисненого повітря в компресорі холодильника.

THE Малюнок 2 видно основні деталі ліофілізатора, сублімаційного сушарки та повітряного турбокомпресора.

Малюнок 2. Заводське експериментальне обладнання для ліофілізації з його компонентами

(Джерело: власний запис)

Процес сушіння проходить у три фази: перша, спочатку продукт швидко замерзає до низьких температур. При цьому вміст води в ній перетворюється на кристали льоду. Друга фаза - зневоднення у вакуумі: вміст кристалічної води видаляється сублімацією (перетворюється на водяну пару при температурі близько 40 ° C). На цьому етапі видаляється 80-90% вмісту води. Третя фаза - десорбція, де видаляється більша частина залишкової води (Антал та ін., 2009).

Результати випробувань

З результатів заводських випробувань ми виявили, що в заводській сублімаційній сушарці зберігалася більша кількість майже всіх складових компонентів сушарки порівняно із звичайно висушеними (конвективними) зразками. Це пов’язано з швидким заморожуванням продукту (повітряним турбокомпресором), що сприяло тому, що мікрокристали не порушували або лише трохи розривали клітинні стінки, так що водяна пара, яка сублімується в результаті сушіння невелика кількість розчиненого до. Крім того, нижча швидкість сушіння також сприяла відносно стабільному стану клітинних стінок.

Вимірювання міцності врожаю показало, що поверхня зразків, зневоднених у рослині, була більш гнучкою та м'якою, ніж поверхня зразків, висушених конвективним процесом. Це пояснюється тим, що у звичайному процесі вода залишає поверхню продукту випаровуванням під час сушіння, а вода, що випаровується, поповнюється з внутрішніх шарів дифузією. Коли вода дифундує зсередини на поверхню, вона несе розчинені речовини, які залишаються на поверхні після того, як вода випарується, концентруючись і утворюючи твердий шар. Під час ліофілізації внутрішня дифузія не відбувається, оскільки сублімація поступово поширюється на глибокі шари, починаючи з поверхні, і лід перетворюється безпосередньо в пару, рідкої фази немає.

Ми виявили, що ліофілізовані матеріали при зволоженні повертаються до початкового вмісту води, зберігаючи первісну форму та розмір. Це пов’язано з перфорованою, губчастою структурою ліофілізованих продуктів (еластичність клітинної стінки), яка здатна швидко поглинати і відновлювати вологу. Регідратаційні дослідження показали, що більшість ліофілізованих матеріалів виявилися м’якшими, ніж сировина після змочування. Висушені конвекцією зразки продовжували зберігати свою тверду тверду поверхню в кінці процесу зволоження, тому вони не змогли відновити початкову форму та вміст вологи.

Після зволоження висока пористість забезпечила швидке відновлення початкових властивостей матеріалів. Звичайно, велика площа поверхні, що дозволяє швидко набухати, пориста структура збільшує ризик окислення, саме тому для ліофілізованих сухих речовин, що містять розкладаються барвники та ароматизатори, необхідна упаковка в просторі інертних газів (водяна пароізоляція).

Вивчення структурної структури показало, що клітинні стінки вакуумно-ліофілізованих ділянок були зруйновані під час зневоднення, при незначному пошкодженні клітинні стінки стали тоншими, деякі відокремилися одна від одної і набули неправильної форми порівняно з вихідними ( сирий) стан. Однак усадки не спостерігалося, оскільки кристали льоду перешкоджали утворенню зменшення розміру. У зразках, висушених звичайним методом, клітини стискалися, клітинні стінки витончувались, відокремлювались одна від одної та зазнавали спотворень, які не відновлювались навіть при регідратації. Крім того, з наших вимірювань можна зробити висновок, що споживання енергії на ліофілізацію (витрата енергії, необхідної для випаровування 1 кг води) в 3,7-9,4 рази перевищує споживання енергії в процесі сушіння гарячим повітрям. Тому промислове використання в першу чергу обмежується консервацією харчових продуктів, для яких через високу ціну сировини його дорогі витрати на консервацію становлять лише невеликий відсоток від ціни кінцевого продукту.

Підводячи підсумок, польові експерименти показали, що сублімаційна сушарка підходить для виробництва харчових добавок та сировини для функціональних профілактичних харчових продуктів, але слід подбати про те, щоб не продовжувати час сушіння, оскільки висушений матеріал може дегідрувати за коротший час. Крім того, експлуатаційні витрати можна зменшити, розмістивши повітряний турбокомпресор у помірному місці, уникаючи таким чином попереднього нагрівання холодоагенту (масла), необхідного для роботи вакуумного насоса.

Використана література

Almási, E.: 1977. Ліофілізація (ліофілізація). [В: Almási, E. (ред.) Швидке заморожування їжі.] Mezőgazdasági Kiadó, Будапешт, 230-232.

Антал, Т. - Керекеш, Б. - Сінорос-Сабо, Б .: 2009. Заводські випробування ліофільно-сушильного обладнання та досвід експлуатації. Угорські сільськогосподарські дослідження. 18. 2-3. 17-20.

Беке, Дж.: 2002. Ліофілізація (ліофілізація). [У: Беке, штат Гірландія (Ред.) Підручник з холодильної промисловості. Основи.] Видавництво сільськогосподарських фермерів, Будапешт, 52-54.

Варсергі, Т.: 1995. Ліофілізація (ліофілізація). [В: Fábry, Gy. (Ред.) Процеси та обладнання харчової промисловості.] Mezőkazda Kiadó, Будапешт, 601-607.

Тамас Антал

доцент

(Повний текст цього професійного матеріалу (з рисунками, опущеними тут) можна знайти в 2010/1 Journal of Primary Producer-Farmers - ред.)