В чем сущность сублимационной сушки овощей и плодов

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 21.09.2024

Сублимационная сушка продуктов позволяет отлично сохранять их пищевые качества. Этот способ консервирования появился не так давно. Его применение позволяет сохранить витамины и белки, а так же запах свежих продуктов. Характеризуется значительным снижением массы переработанной продукции. После упаковывания в герметичную упаковку срок хранения такие продукты могут храниться годами, не снижая своих вкусовых качеств и характеристик.

По технологии переработки продукции методом сублимационной сушки на первом этапе производят быструю заморозку. После этого продукты отправляют в вакуумную камеру. Давление в ней снижается до 2,7-8 Па. При таких условиях лёд быстро испаряется. Данный процесс эндотермический, т.е. проходит с поглощением тепла. Температура продукта будет снижаться. Для того чтобы удержать её в заданных пределах нужно осуществлять возгонку льда. Этот процесс заключается в подведении тепла от внешних источников в зону сушки.

Один из вариантов сушки при сублимации продуктов – излучения тепла от пластин. Они нагреваются горячей жидкостью. Размещают пластины в самой вакуумной камере рядом с замороженными продуктами. Через какое-то время лёд почти полностью испарится. При этом продукт станет похож на губку. Масса его сильно снизится. Чтобы удалить испарившуюся влагу, её конденсируют на специально предназначенных для этого пластинах. Их температура должна быть ниже -55 °C. С пластин следует регулярно счищать образовывающийся на них лёд.

После сублимационной сушки продукты упаковывают в полиэтилен. Причём упаковка должна быть герметичной. Благодаря этому для хранения продуктов не требуется специальных условий и низких температур.

Самой ответственной и продолжительной по времени операцией при сушке теплоизлучением – возгонка льда. При подведении теплоты возгонки нужно учесть следующие обстоятельства. Начальная температура поверхности продукта составляет от -40 до -50 °C. По мере высыхания продукта зона сушки (поверхность возгонки) смещается вглубь. При этом высушенная поверхность продукта вследствие плохой теплопроводности снижает эффективность подвода тепла к замороженным внутренним слоям. Из-за этого процесс сушки при использовании теплоизлучения занимает довольно длительное время (от 8 до 24 часов). Можно увеличить температуру нагревательных пластин и сократить время сушки. Но в этом случае есть риск перегрева высушенных наружных слоёв.

Можно пойти другим путём и применить другой способ нагрева продукта. Он заключается в использовании сверхвысокочастотного излучения. Это позволяет распределить тепло равномерно по всему объёму продукта. Благодаря этому время сушки сокращается как минимум в 10 раз, а значит, снижается себестоимость самого процесса (примерно в 2-5 раз). Уменьшение времени сушки позволяет повысить качество получаемой продукции. Но и это ещё не все плюсы. Сократив время сушки в 10 раз можно перейти от камерных установок к конвейерным. Это даёт возможность снизить расходы на организацию производства по сублимационной сушки продукции с применением технологии СВЧ на 30% по сравнению с использованием теплового нагрева.

На первом этапе по технологии сублимационной сушки с использованием СВЧ нагрева мощность излучения нужно увеличить. Однако нужно следить за тем, чтобы не произошел пробой с образованием электрического дугового СВЧ разряда. Размораживание продукта так же не допустимо. Образование дугового разряда приводит к снижению мощности излучения и подгоранию верхних слоёв продукта. Следует учитывать, что напряжения пробоя электрического поля при атмосферном давлении составляет 30000 В/см, а при давлении в камере 13,3-40 Па всего100 В/см в импульсе. Для рабочего давления в камере равном 8 Па напряжение пробоя будет больше 170 В/см для частоты излучения в 915 МГц. При 2450 МГц пробой превысит 400 В/см.

Так как поверхностные слои высушиваются раньше внутренних, то их температура сильно возрастает вплоть до положительных величин и может составлять десятки градусов. Для каждого продукта существует своя строго определённая максимальная температура сушки, которую нельзя превышать. Например, технология сублимационной сушки говядины не допускает превышение порога температуры в +50 °C. Для свинины тот предел составляет +40 °C. Вывод: для предотвращения перегрева поверхностных слоёв продукции на окончательном этапе сушки следует снизить мощность СВЧ излучения.

В заключение несколько слов о том, как избежать пробоя. Прежде всего, конструкция сушильной камеры должна обеспечивать максимальное значение электрического поля в продукте, а не в окружающем его вакууме. Самая простая конструкция сублимационной сушилки предполагает размещение продуктов между широкими прямоугольными стенками волновода.

Сублимационная сушка продуктов (сублимационная вакуумная сушка, также известная как лиофилизация или возгонка) – это удаление влаги из свежезамороженных продуктов в условиях вакуума. В настоящее время этот метод сушки продуктов является наиболее совершенным, но в то же время и наиболее дорогостоящим. Этот способ был открыт в начале прошлого века, однако использовался только для производства довольно ограниченного количества и ассортимента сухопродуктов для нужд армии и космонавтики.

Принцип сублимационной сушки основан на том физическом факте, что при значениях атмосферного давления ниже определенного порога – т.н. "тройной точки" (для чистой воды: 6,1 мбар при 0 градусов Цельсия) вода может находиться только в двух агрегатных состояниях – твердом и газообразном, переход воды в жидкое состояние в таких условиях невозможен. И если парциальное давление водного пара в окружающей среде ниже чем парциальное давление льда, то лед продукции прямо переводится в газообразное состояние минуя жидкую фазу.

Процесс сублимационной сушки продуктов физически состоит из двух основных этапов (замораживание и сушка продукта) и этапа досушивания. Первый этап это замораживание продукта при температуре ниже его точки затвердевания. Второй этап – сублимирование, удаление льда или кристаллов растворителя при очень низкой температуре, то есть непосредственно сушка продукта. При этом значительное влияние на качество сухопродукта и на время, требующееся для сушки, имеет этап заморозки. Чем быстрее и глубже замораживается продукт, тем менее крупные кристаллы льда образуются в продукте, тем быстрее они испаряются на втором этапе сушки продукта и тем выше качество получаемого продукта. Так как удаление основной массы влаги из объектов сушки происходит при отрицательных температурах (-20. -30 градусов Цельсия), а их досушивание осуществляется также при щадящем (не выше +40 градусов) температурном режиме, то в результате достигается высокая степень сохранности всех наиболее биологически ценных компонентов исходного сырья.

Наибольшее применение сублимационная вакуумная сушка получила в технологиях производства лекарственных препаратов, ферментов, заквасок, экстрактов лекарственных трав и других объектов, которым требуется обеспечить сохранность в сухопродукте всех полезных составляющих сырья в течение длительных периодов времени. Сублимационная сушка продукта является одним из самых современных методов обратимого консервирования микроорганизмов и биопрепаратов, который обеспечивает наилучшее качество сухопродукта и высокую восстанавливаемость лактобактерий при минимальной продолжительности процесса и, соответственно, минимальных затратах.

Поскольку конечная влажность сублимационно-вакуумных материалов является очень низкой (порядка 2-5%), то это создает все предпосылки для их длительного хранения в условиях нерегулируемых температур. Консервирование сублимационной сушкой в перечисленных выше отраслях является прогрессивной технологией, а в ряде случаев – не имеющей альтернативы.

В производстве продуктов питания сублимацонно-вакуумная сушка используется в качестве средства консервации путем замораживания свежих продуктов и удаления из них жидкости, что позволяет практически полностью, до 95%, сохранить в них питательные вещества, микроэлементы, витамины и даже первоначальную форму, естественный вкус, цвет и запах продолжительное время (от двух до пяти лет) при изменяющейся температуре окружающей среды (от -50 до +50 градусов Цельсия). Сублимационно-вакуумная сушка продуктов питания делает ненужным применение каких бы то ни было ароматизаторов, консервантов и красителей. Одним из важнейших достоинств вакуумной сушки продуктов является малая усадка исходного продукта, что дает возможность избегать их разрушения и быстро восстанавливать сублимированные сухопродукты, имеющие после сушки пористую структуру, путем добавления воды.

Способом сублимационной сушки консервируются фрукты, овощи, молочные изделия, мясо, рыба, каши и супы, грибы, приправы. Продукты сублимационно-вакуумной сушки имеют очень широкие возможности для использования как в качестве готовых продуктов быстрого приготовления, так и в качестве полуфабрикатов для дальнейшей промышленной переработки (кондитерская, пищеконцентратная, мясо-молочная, парфюмерная и другие отрасли).

Высокое качество и биологическая полноценность готовых сублимированных продуктов объясняется тем, что обработке может подвергаться только свежее сырье. Несвежие продукты сублимационную сушку не выдерживают. Консервирование методом сублимационной сушки не требует добавления каких-либо химических и иных ароматизаторов, консервантов и стабилизаторов и т.п., что является еще одним преимуществом. Данный факт примечателен тем, что прошедшие сублимационную сушку продукты абсолютно пригодны для детского и диетического питания.

Вес сублимированных сухопродуктов в среднем принимается от 1/5 до 1/10 начальной массы. Столь малый вес сублимированных сухопродуктов исключительно важен для существенного сокращения расходов при их транспортировке.

Как правило, упаковываются сублимированные сухопродукты в трехслойные металлизированные пакеты с азотным наполнением весом от 2 г до 5000 г, в зависимости от продукта.

Ранее в пищевой промышленности сублимационно-вакуумную сушку использовали в основном для выполнения заказов военной, оборонной и космической отраслей, теперь она оказалась востребованной для приготовления продуктов премиум класса.

Что такое сублимационная сушка?

Сублимационная сушка заключается в удалении влаги из продуктов путем их замораживания и последующего перехода льда, образовавшегося в продукте, в пар при нагревании под вакуумом, минуя жидкую фазу. При сублимационной сушке влага перемещается в продукте в виде пара, не захватывая с собой частицы экстрактивных веществ.

Преимущества сублимационной сушки

✔ значительно уменьшается вес продуктов
✔ легко хранить и перевозить
✔ сохраняются все питательные вещества, вкус и даже аромат
✔ текстура продуктов не меняется, не дает усадки
✔ очень длительный срок хранения

Сублимационная сушка - принцип работы

Возможность денатурирования биологически активных веществ сводится к минимуму благодаря тому, что замораживание блокирует растворенные вещества, в результате чего прекращается их воэдействие на лабильные компоненты препарата. В конечных стадиях высушивания температура обычно повышается до плюс (30-40)ºС, однако возможность химических превращений в этом периоде ограничено незначительным содержанием воды в материале.

Все биологические материалы, подвергаемые сублимационной сушке, имеют различную влажность, поэтому они обладают и различными тройными эвтектическими точками, при которых возможно равновесие льда, жидкой фазы и пара. Поэтому для различных объектов экспериментально определяются зоны эвтектики и скорость замораживания. Процесс сублимации происходит при значениях давления паров над поверхностью высушиваемого препарата и температуры ниже тройной точки фазового равновесия воды.

Обычно при сублимационной сушке остаточное давление бывает 13,3-133,3 Па и температура высушиваемого продукта в начале сушки составляет минус (20—30)ºС.

Когда влажность продукта уменьшается до минимальной, температура высушиваемого материала поднимается до плюс (30—40)ºС. Из-за недостаточного содержания кислорода в газовой среде сушильной камеры окислительные процессы минимальны — это создает благоприятные условия для сохранения специфических свойств продуктов.

Процесс сублимационной сушки

Процесс высушивания продуктов в сублимационной сушилке включает три стадии: замораживание осадка, возгонка льда и удаление остаточной влаги. В первый период удаляется 12-18 % общего содержания влаги в продукте, во второй — 50-65 % и в последний — при температуре 30-32 ºС удаляется остальная влага до равновесной, влажность готового продукта — не более 8 %. При высушивании в сублимационных сушилках потери биологической активности препаратов незначительны.

Длительность сублимационной сушки зависит от температуры и толщины слоя замороженного материала, разрежения в камере, температуры теплоносителя и физико-химических свойств высушиваемого материала.

Оптимальный режим сублимационной сушки должен обеспечивать:

✔ более полное вымораживание влаги в процессе предварительного замораживания
✔ формирование зоны сублимации с развитой пористой структурой
✔ равномерный выход паров из материала за счет более мягкого температурного режима в полках на стадии сублимации, равномерное досушивание материала на всех полках.

Мы оказываем услуги по обработке следующих продуктов питания:

✔ Мясо и мясопродукты: говядина, баранина, свинина, мясо птицы
✔ Овощи: картофель, свекла, морковь, капуста, петрушка, кабачки, зеленый горошек, лук, грибы и прочее
✔ Фрукты: абрикосы, яблоки, персики, манго, слива, бананы и прочее
✔ Ягоды: клубника, малина, смородина, земляника,ч ерника и прочее
✔ Быстрорастворимые чай, кофе, пряности.

Вакуумная сублимационная сушка (далее — ВСС), или лиофилизация, основана на технологии, которая с успехом используется на протяжении многих лет в пищевой и фармацевтической промышленности для производства продуктов, чувствительных к нагреванию: вакцин, фармацевтических препаратов, биотехнологических продуктов, продуктов питания и напитков.

Технология ВСС характеризуется высокой скоростью, дефицитом кислорода и низкой температурой сушки, благодаря чему обеспечивается структурная целостность и сохранение большинства исходных свойств сырья — форма, аромат, цвет, вкус, текстура, биологическая активность, питательная ценность, витамины и минералы.

ВСС — это процесс обезвоживания, при котором из предварительно замороженного продукта в условиях глубокого вакуума происходит нагревание (продукт находится на лотке между нагревательными элементами), и влага в виде льда (твердая фаза) сразу сублимируется в газообразное состояние, минуя жидкую фазу.

Процесс ВСС делится на три этапа: замораживание, первичная сушка и вторичная сушка:

На первом этапе материал замораживают полностью до образования льда, при этом давление паров воды должно быть ниже тройной фазовой точки (4,58 мм рт.ст., 0 ° С).
На втором этапе происходит первичная сушка путем сублимации льда. Давление в сушильной камере значительно ниже давления паров льда, благодаря вакууму. Продукт нагревается и начинается процесс сублимации — водяные пары изнутри продукта поднимаются на его поверхность, а затем собираются на конденсаторе. Вместе с тем в продукте образуются поры за счет пространства, которое раньше занимали кристаллы льда.
На стадии вторичной сушки остатки воды удаляют путем десорбции из высушенного слоя продукта — этот этап выполняется путем повышения температуры и за счет снижения давления пара в сушильной камере.

Вдобавок были проведены исследования, посвященные изучению влияния длительности хранения ВСС продуктов на сохранность в них питательных свойств. В частности, в сельскохозяйственных институтах Чосера и Ньюкасла были выполнены эксперименты на предмет сохранности питательных характеристик ВСС клубники в течение 12 месяцев. Исследуемые образцы анализировались 1 раз в квартал в течение года на предмет содержания витаминов и минералов. Так, потери витамина С в продуктах составляли всего 1,8% в месяц.

Сублимация, она же сушка вымораживанием Freeze drying, позволяет великолепно сохранять полезные свойства высушиваемых продуктов. Во время такой сушки твердый лёд непосредственно переходит в пар без предварительного прохождения жидкой фазы.

Вначале производят быструю заморозку продуктов, затем продукты отправляют в вакуумную камеру, потом давление в камере снижают до 2,7-8,0 Па. При таких условиях лёд начинает испаряется. Данный процесс эндотермический, т.е. проходит с поглощением тепла и снижением температуры.

Для того чтобы удержать температуру в заданных пределах, нужно осуществлять возгонку льда. Этот процесс заключается в подведении тепла от внешних источников в зону сушки. Один из вариантов — это излучение тепла от специальных трубок. Они нагреваются горячей жидкостью. Размещают трубки в самой вакуумной камере рядом с замороженными продуктами. Через какое-то время лёд полностью испарится. При этом высушиваемые продукты станут похожи на губку и их масса в несколько раз уменьшится.

Для сбора и удаления испарившейся влаги, её конденсируют на специально предназначенных для этого, охлаждаемых до -55°C, пластинах. Контролируемая сушка вымораживанием сохраняет температуру продуктов достаточно низкой, чтобы избежать изменений их внешнего вида и исходных свойств.

Обработанные таким образом фрукты, ягоды, овощи сохраняют до 95% питательных веществ, витаминов, минералов, микроэлементов, ферментов и других биологически активных веществ. Сублимированные продукты обладают естественным вкусом, цветом и ароматом исходного сырья.

Область применения таких продукты чрезвычайно широка. Это и производство кондитерских изделий, в том числе шоколада, конфет. И производство пакетированного фруктового чая. В качестве добавки к йогуртам, и другим молочным продуктам. Используются при приготовлении мюсли, производстве мороженого, детского и диетического питания. Это далеко не полный список.

Читайте также: