ОБРАБОТКА

лиофилното

Лиофилното сушене е много нежен процес на дехидратация, използван за запазване на висококачествени храни. Историята и пазарът на тази технология ще бъдат прегледани в колоната този месец, както и науката. Заявленията също ще бъдат обсъдени.

Историята и пазарът
Изсушаването чрез замразяване е изобретено от Jacques-Arsene d’Arsonval в College de France, Париж през 1906 г. По-късно, по време на Втората световна война, то е широко прилагано за запазване на кръвен серум. Оттогава сушенето чрез замразяване се превърна в един от най-важните процеси за запазване на чувствителните на топлина биологични материали. През 50-те години започва индустриално сушене чрез замразяване на храни. Понастоящем лиофилното сушене се използва като метод за консервиране на храни, фармацевтични продукти и широк спектър от други продукти.

Според Mordor Intelligence глобалният пазар на лиофилизирани храни нараства със 7,4% годишно, а пазарът в САЩ се очаква да достигне 66,5 милиарда долара до 2021 г. Плодовете съставляват най-голямата част от глобалния лиофилизиран пазар на храни с 32 % дял. Освен това Северна Америка има най-голям дял от глобалния лиофилизиран пазар, като държи 35% дял. Южна Америка и Азиатско-Тихоокеанският регион са най-бързо развиващите се пазари.

Основната наука и свързаните с нея предимства
Лиофилизацията е техническият термин за лиофилизиране. Лиофилното сушене е процесът, при който разтворителят (обикновено вода) и/или суспензионната среда кристализира при ниска температура и се отстранява чрез сублимация. Сублимацията е директният преход на водата от твърдо състояние в газообразно състояние без топене.

Има три етапа в процеса: замразяване, сублимационно сушене и десорбционно сушене. Фазата на замразяване е най-критичната в целия процес на лиофилизиране. Важно е бързото замразяване на храните, за да се избегне образуването на големи ледени кристали, които влошават качеството на крайния продукт. По време на първичната фаза на сушене налягането се понижава чрез прилагането на висок вакуум и се прилага топлина, за да се осигури енергията, необходима на леда да възвиши. Тази първоначална фаза на сушене премахва около 95% от водата, присъстваща в храната. Тази бавна стъпка може да отнеме от няколко часа до два дни. Прилагането на твърде много топлина през тази фаза може да доведе до загуба на качеството на крайния продукт.

Друг компонент на основния процес на сушене е кондензация на сублимираната водна пара. Сублимацията представлява около 45% от общото потребление на енергия за процеса, докато прилагането на вакуум и конденз представляват около 25% от общото потребление на енергия (Ratti 2001). След това е необходима вторична фаза на сушене за отстраняване на незамръзналите водни молекули, останали след първичното сушене. По време на тази фаза температурата се повишава по-висока, отколкото във фазата на първично сушене, за да се изпарят водните молекули. По време на тази фаза налягането често се понижава, но не във всички случаи.

Крайната лиофилизирана храна обикновено съдържа между 1% и 4% влага. Крайните хранителни продукти са запечатани с азот и опаковани в полиетиленови пликове или кутии. Те могат да се съхраняват между 6 месеца и 3 години в полиетиленови торбички и 25 години или повече в кутии.

Лиофилизирани храни притежават превъзходно качество в сравнение с храни, дехидратирани по други методи. Високото качество се дължи на отсъствието на течна фаза, както и на ниската температура на процеса. Лиофилното сушене запазва вкуса, цвета и външния вид, като същевременно минимизира термичното увреждане на чувствителните на топлина хранителни вещества. В допълнение, текстурата е добре запазена поради процеса, протичащ в твърдо състояние. Лиофилизирани продукти обикновено са по-чисти и имат съотношения на рехидратация четири до шест пъти по-високи от конвенционалните сушени на въздух храни. Други ключови предимства на лиофилното сушене включват високото извличане на летливи вещества, задържане на структурата и повърхността, висок добив, дълъг срок на годност и намалено тегло за съхранение, транспортиране и обработка.

Основният недостатък на лиофилното сушене е цената, поради високата консумация на енергия и високите разходи както за експлоатация, така и за поддръжка. Енергията, необходима за лиофилизиране, е почти двойно по-голяма от тази, необходима за конвенционалното сушене на въздух. Освен това цената на лиофилното сушене е четири до осем пъти по-висока от конвенционалното въздушно сушене (Fink 1977). В резултат на това процесът е икономически осъществим само за хранителни продукти с висока стойност.

Оборудване за лиофилизиране
Лиофилизаторите се състоят от няколко основни елемента: хладилна система, вакуумна система, контролна система, продуктова камера или колектор и кондензатор. Хладилната система охлажда кондензатора, разположен вътре в сушилнята за замразяване. Може да охлажда рафтовете в продуктовата камера, за да замрази продукта. Вакуумната система се състои от отделна вакуумна помпа, свързана с херметичен кондензатор и прикрепена продуктова камера. Системите за управление се различават по сложност и обикновено включват засичане на температура и налягане. Камерите за продукти обикновено са или колектор с прикрепени колби, или по-голяма камера със система от рафтове/тави, върху които се суши продуктът. Сушилната камера обикновено е хоризонтален цилиндър, съдържащ кондензатора, който е монтиран близо до тавите. Храната се разнася по тавите и топлината се доставя чрез радиация или проводимост към храната. Кондензаторът привлича сублимираните пари от продукта и ги кондензира обратно в твърда форма (лед). В сушилни за замразяване на рафтове кондензаторът може да бъде разположен вътре в продуктовата камера (вътрешен кондензатор, както е показано на изображението на страница 72) или в отделна камера (външен кондензатор), свързана с продуктовата камера чрез парен отвор.

Както непрекъснатите, така и периодичните сушилни за замразяване се предлагат на пазара. Често се срещат партидни сушилни с капацитет от 100 kg до 1500 kg на партида. Има два основни типа непрекъснати сушилни за замразяване: 1) сушилни за тави, в които продуктът е неподвижен върху тава и 2) сушилни за тави, където тавите се движат през тунела на сушилнята с ключалки за въвеждане и отстраняване на храната, без да се нарушава вакуума. В допълнение могат да се използват динамични или без тави сушилни, при които продуктът се премества през сушилнята по някакъв начин, различен от тава, включително лента, кръгла плоча и вибрационни сушилни.

Индустриалното сушене чрез замразяване се практикува чрез три вида търговски договорености. Първият е чрез мащабни вътрешни операции по замразяване, които обикновено обработват само един или много малко продукти. Алтернативно, може да се извърши малко до умерено вътрешно сушене чрез замразяване, за да се получат редица лиофилизирани съставки, които след това се комбинират, за да се получат крайните търговски продукти, като супи. Трето, съоръженията за сушене чрез замразяване могат да персонализират лиофилизирани храни за трети страни.

Производители на оборудване и копакери
Производителите на оборудване включват следното: GEA Process Engineering, Columbia, Md .; Cuddon Freeze-Dry, Нова Зеландия; Zirbus Technology, Германия; HarvestRight, North Salt Lake, Юта; Parker Freeze-Dry, Pulaski, Wis .; SaintyCo, Китай; Американски лиофилизатор, Ярдли, Пенсилвания; Millrock Technology, Kingston, NY; и други.

Copackers включват следните компании: Mercer Foods, Modesto, Calif .; Лиофилизиран сух Орегон, Олбани, Орегон; Ферми Ван Друнен, Санта Роза, Калифорния; Лиофилизирани храни, Германия; Chaucer Freeze-Dry, Великобритания; Райски плодове, Германия; Asahi Group, Япония; Apex Lyo, Country Club, Mo .; Thrive Foods, American Fork, Юта; Европейска лиофилизация, Дания; и други.

Търговско приложение в хранителната промишленост
Някои храни лиофилизират много добре, но не всички храни са подходящи за лиофилизиране. Сушенето чрез замразяване обикновено се използва за кафе, плодове, сокове, зеленчуци, билки, ароматизанти за храни, риба, морски дарове, яйца и млечни продукти. Отделните видове храни могат да бъдат сушени чрез замразяване, както и ястия с множество съставки, като яхнии или супи. В резултат на това лиофилизирани храни могат да се използват за туризъм, къмпинг, военни дажби, съхранение на храни за оцеляване и изследване на космоса. Обикновено по-големите храни (като плодове или месо) трябва да бъдат нарязани на по-малки парчета преди лиофилното сушене. Термично чувствителните материали, като плодове, са добри кандидати за сушене чрез замразяване. Те станаха популярни като закуски и съставки в други храни, като зърнени закуски. Месото и морските дарове изискват готвене преди лиофилизиране. За някои храни сушенето чрез замразяване не е рентабилно.

Прогноза за сушене чрез замразяване
Цената на лиофилното сушене остава най-голямото предизвикателство около увеличеното търговско внедряване на тази забележителна технология. Бъдещият напредък вероятно ще се съсредоточи върху това предизвикателство. Предварителните обработки са един от подходите за намаляване на разходите. Предварителните обработки, като осмотична дехидратация, ултразвуково лечение и инфрачервено отопление, са показали потенциал за спестяване на енергия и разходи. В допълнение, качеството на крайния продукт може да бъде подобрено чрез предварителна обработка с инфрачервена светлина. Замяната на източника на отопление с микровълни или използване на дюзи за пръскане в сушилната камера също предлагат обещание за намаляване на разходите за лиофилизиране. Очаква се напредъкът в тези области да подкрепи солидно бъдеще за лиофилизиране.

Тара Макхю, Доктор по научни изследвания, сътрудник редактор
Ръководител на научните изследвания, Служба за земеделски изследвания на USDA, Олбани, Калифорния.
[имейл защитен]