Role vakuové technologie v lyofilizaci

Existuje několik způsobů, jak prodloužit trvanlivost potravin. Jednu z nejstarších metod kromě uzení a prosolování představuje sušení – to bylo používáno dlouho před zamrazováním, vařením nebo vakuovým balením. Lyofilizace je moderní rozšíření tradičních metod sušení, které chrání potraviny před zkázou po delší dobu. Tento způsob konzervace potravin umožňuje moderní vakuová technologie, protože lyofilizace potravin se provádí ve vakuu.

Kde se používá?

Lyofilizace je vhodná pro ovoce a bobuloviny a také pro vařené maso nebo zeleninu. Pomocí lyofilizace jsou konzervovány také bylinky a koření, ze kterých se odsaje několik málo procent vody. Patrně nejznámější lyofilizovanou potravinou je asi rozpustná (instantní) káva. Procesem lyofilizace je konzervováno mnoho hotových jídel, které se jen rozpustí v podobě granulí nebo prášku ve vařící vodě. Potraviny lze sušit také jednodušším způsobem, například desikací. Tato metoda s sebou nicméně přináší tu nevýhodu, že se při jejím použití mění struktura a vzhled potravin. Navíc může dojít k reakci aromat s atmosférickým kyslíkem, což ovlivní chuť.

Během lyofilizace zůstává struktura beze změny a vysušené buňky mohou poté během přípravy opět absorbovat vodu. Sušením ve vakuu je z větší části zachováno aroma.

Proces lyofilizace

Lyofilizace (obr. 1) je čistě fyzikální proces, který využívá principu sublimace. Díky vakuu v sušicí komoře se zmražená voda přeměňuje na vodní páru. Led tak přeskočí „kapalné“ skupenství a přemění se z „pevné látky“ přímo na „plyn“.

Před samotným procesem sušení musí být produkt, ať už se jedná o bobule, kousky ovoce nebo kávový extrakt, hluboce zmrazen v chladicí komoře. Za tímto účelem je produkt rozložen na tácy, které se poté umístí do chladicí komory buď přímo nebo na vozících. Zmražený produkt se poté umístí do vlastní sušicí komory (obr. 2).

V některých lyofilizátorech probíhá chlazení přímo v sušicí komoře. Při zpracování potravin se lyofilizátory používají rovněž pro nepřetržitou lyofilizaci.

Po ochlazení se provede vlastní proces sušení ve vzduchotěsné komoře tím, že se v komoře pomocí vývěvy sníží tlak vzduchu až na úroveň 1 až 0,5 mbar. Proces vypařování zmražené vody nyní začne při teplotě -50 až -40° Celsia. Vodní pára je odsáta pryč ze sušicí komory vývěvou do odtokového kondenzátoru. V tomto „ledovém zachytávači“ vodní pára, která je ochlazena až na teplotu -70° Celsia, sublimuje a zkondenzuje na led na chladicí cívce. Ve fázi tohoto procesu, nazvaného primární sušení, se z produktu odstraní větší část vlhkosti.

Během sublimace je ze sušicí komory odvedena tepelná energie. To znamená, že teplota v komoře během tohoto procesu klesne. Proto se komora musí ohřát. Je třeba dbát na to, aby se přidalo pouze tolik tepelné energie, kolik se jí odebere z vody jako sublimační energie, aby se udržela konstantní teplota nebo aby se umožnilo mírné zvýšení teploty až na -20 stupňů Celsia.

U většiny potravin se po primárním sušení okamžitě provádí sekundární sušení. To zahrnuje odstranění silněji vázané zbytkové vlhkosti z produktu tím, že se sníží hladina vakua na 0,01 mbaru nebo níže a zvýší se teplota nad bod mrazu. Sušicí komora je poté ventilována až do dosažení atmosférického tlaku a vysušený produkt s obsahem vody jednoho až čtyř procent je poté vyňat k dalšímu zpracování. Pro ventilaci se používá suchý vzduch nebo interní plyn, aby vysušený produkt nemohl pohlcovat vlhkost z okolního vzduchu.

Fyzikální parametry

Proces lyofilizace je v podstatě závislý na těchto parametrech (obr. 3).
Důležitou roli hrají samozřejmě také produkty a jejich vlastnosti. Z tohoto důvodu budou prováděny zkoušky v pilotních zařízeních před průmyslovou lyofilizací nebo před sušením velkého množství produktu.

Vakuová technologie pro lyofilizaci

Lyofilizace vyžaduje spolehlivou a přesně regulovatelnou dodávku vakua. U průmyslových lyofilizátorů potravin se osvědčily dva typy výroby vakua:


Vhodnost některého z obou vakuových systémů závisí na velikosti sušicího zařízení, vysoušených produktech a již zmíněných fyzikálních parametrech.

Vakuový systém s rotačními lamelovými vývěvami a vakuovým posilovačem

Rotační lamelové vývěvy jsou olejomazné a dosahují koncového tlaku až 0,1 milibaru.

Pro dosažení vyšší úrovně vakua a dostatečně vysoké rychlosti čerpání v pracovním rozsahu nižším než 1 milibar je doporučeno použít takzvaný vakuový posilovač.

To má výhodu, že je dosaženo úrovně vakua až < 0,001 milibar. Kombinace rotační lamelové vývěvy a posilovače vakua může být navíc navržena přesněji podle velikosti lyofilizátoru a je ještě energeticky účinnější než velká samostatná rotační lamelová vývěva.

Konečně může odborník na vakuum vypočítat nejefektivnější kombinaci vývěv. Busch Vacuum Solutions nabízí díky širokému spektru velikostí rotačních lamelových vývěv a vakuových posilovačů vždy správný vakuový systém pro lyofilizátory všech velikostí.

Vakuový systém se šroubovými vývěvami a vakuovým posilovačem

Šroubové vývěvy jsou založeny na principu suchého provozu, tj. bez oleje, a dosahují koncového tlaku až 0,01 milibaru.

I kombinace vakuového systému se šroubovými vývěvami a vakuovým posilovačem je lepším řešením než jedna vývěva.

Šroubové vývěvy lze vybavit frekvenčně řízeným motorem, takže se rychlost čerpání bude automaticky přizpůsobovat podle příslušných požadavků procesního kroku během lyofilizace.

Jak zvolit nejlepší vakuovou technologii pro váš proces?

Obecně vzato by měl být výběr vakuové technologie a jejích parametrů konzultován s odborníkem na vakuum. Odborník vám bude vždy schopen nabídnout nejúspornější a technicky nejcitlivější řešení.

Společnost Busch Vacuum Solutions již desítky let vyrábí vakuová řešení pro lyofilizaci potravin a farmaceutických výrobků. Kromě vakuové technologie společnost Busch nabízí také veškerá zařízení pro monitorování, měření a detekci celkového procesu.

Hledáte vakuovou technologii pro lyofilizaci?

Kontaktujte naše odborníky na vakuové technologie