Rola technologii próżniowej w liofilizacji

Istnieje kilka sposobów przedłużania okresu trwałości żywności. Jedną z najstarszych metod oprócz wędzenia i solenia jest suszenie, które było wykorzystywane na długo przed mrożeniem, gotowaniem czy też pakowaniem próżniowym. Liofilizacja to nowoczesne rozwinięcie tradycyjnych metod suszenia w celu ochrony żywności przed zepsuciem przez dłuższy czas. Ten proces jest możliwy dzięki nowoczesnej technologii próżniowej, ponieważ liofilizacja odbywa się w warunkach próżni.

Gdzie jest stosowany?

Liofilizacja jest odpowiednia dla owoców i jagód, a także gotowanego mięsa lub warzyw. Również zioła i przyprawy można zakonserwować przez liofilizację poprzez usunięcie całej wody z tych produktów, z wyjątkiem kilku procent. Najbardziej znaną liofilizowaną żywnością jest prawdopodobnie kawa rozpuszczalna. Liofilizowanych jest wiele dań gotowych, które są rozpuszczane we wrzącej wodzie do przygotowania w formie granulatu lub proszku. Ogólnie rzecz biorąc, produkty spożywcze można również suszyć w prostszy sposób, np. przez osuszanie. Wadą jest jednak zmiana struktury i wyglądu potrawy. Ponadto aromaty mogą reagować z tlenem atmosferycznym, co wpływa na smak.

Podczas liofilizacji struktura pozostaje niezmieniona, a suche komórki mogą podczas przygotowania z łatwością ponownie wchłaniać wodę. Suszenie próżniowe pozwala w dużym stopniu zachować aromaty.

Proces liofilizacji

Liofilizacja (il. 1) to proces fizyczny wykorzystujący zasadę sublimacji. Dzięki próżni w komorze suszenia zamrożona woda ulega sublimacji do postaci pary wodnej. Lód „pomija” stan ciekły i ulega bezpośredniej przemianie ze stanu stałego w gazowy.

Przed rozpoczęciem procesu suszenia produkt – jagody, kawałki owoców lub ekstrakt z kawy, musi zostać zamrożony w komorze chłodzącej. W tym celu produkt jest rozprowadzany na tacach, następnie umieszczanych bezpośrednio lub na wózkach w komorze chłodzącej. Zamrożony produkt jest następnie umieszczany w komorze suszenia (il. 2).

W niektórych liofilizatorach chłodzenie następuje bezpośrednio w komorze suszenia. Liofilizatory do procesów ciągłych są również stosowane w przetwórstwie żywności.

Po schłodzeniu odbywa się właściwy proces suszenia w szczelnej komorze – poprzez ograniczenie ciśnienia powietrza w komorze za pomocą pompy próżniowej, aż do osiągnięcia próżni od 1 do 0,5 mbara. Proces parowania zamrożonej wody zaczyna się w zakresie temperatur od -50 do -40°C. Para wodna zostaje wyssana z komory suszenia przez pompę próżniową do kondensatora. W tej „lodowej pułapce” schłodzonej do co najmniej -70°C para wodna ulega sublimacji i zostaje skondensowana w postaci lodu na wężownicy chłodzącej. Na tym etapie procesu, określanym suszeniem wstępnym następuje usunięcie większości wilgoci z produktu.

W ramach sublimacji energia cieplna jest usuwana z komory suszenia. Oznacza to, że temperatura w komorze mogłaby spadać podczas tego procesu. Dlatego komora musi być ogrzewana. Należy przy tym zadbać, aby dodawać taką ilość energii cieplnej, jaka jest zabierana z wody jako energia sublimacji, aby utrzymać stałą temperaturę lub zapewnić niewielki wzrost temperatury do -20°C.

W przypadku większości produktów spożywczych po suszeniu wstępnym następuje suszenie dodatkowe. Obejmuje ono odpowiedni usunięcie z produktu silniej związanej wilgoci resztkowej poprzez obniżenie poziomu próżni do 0,01 milibara lub poniżej i podniesienie temperatury powyżej temperatury krzepnięcia. Komora suszenia jest następnie wentylowana w celu uzyskania ciśnienia atmosferycznego i osuszony produkt o zawartości wody w zakresie 1–4% zostaje usunięty w celu dalszego przetwarzania. Do wentylacji stosuje się suche powietrze lub gaz obojętny, tak aby osuszony produkt nie mógł absorbować wilgoci z powietrza otoczenia.

Parametry fizyczne

Proces liofilizacji jest zasadniczo zależny od tych parametrów (il. 3):
Oczywiście istotne są również produkty i ich właściwości. Z tego powodu przed liofilizacją przemysłową lub przed suszeniem dużych ilości produktu w zakładach pilotażowych wykonywane są próby.

Technologia próżniowa do procesu liofilizacji

Liofilizacja wymaga niezawodnego i precyzyjnie regulowanego dostarczania próżni. W liofilizatorach przemysłowych dla branży spożywczej sprawdzone są dwa rodzaje wytwarzania próżni:


Najbardziej odpowiedni system próżniowy określa się na podstawie rozmiaru instalacji suszącej, suszonych produktów i wspomnianych parametrów fizycznych.

System próżniowy z łopatkowymi pompami próżniowymi i wspomaganiem próżniowym

Łopatkowe pompy próżniowe są smarowane olejem i osiągają ciśnienie końcowe do 0,1 milibara.

W celu wytworzenia wyższego podciśnienia i uzyskania wystarczająco wysokiej wydajności pompowania w zakresie roboczym poniżej 1 milbara zaleca się stosowanie tak zwanego wspomagania próżniowego.

Zaletą jest osiąganie poziomu próżni do < 0,001 milibara. Ponadto połączenie łopatkowej pompy próżniowej i wspomagania próżniowego może być projektowo bardziej dostosowane do rozmiaru liofilizatora i jest jeszcze bardziej energooszczędne niż duża pojedyncza łopatkowa pompa próżniowa.

Ponadto specjalista ds. próżni może obliczyć najbardziej efektywną kombinację pomp. Dzięki szerokiej gamie rozmiarów łopatkowych pomp próżniowych i systemów wspomagania próżniowego firma Busch Vacuum Solutions może zawsze zaoferować odpowiedni system próżniowy do liofilizatora każdego rozmiaru.

System próżniowy ze śrubowymi pompami próżniowymi i wspomaganiem próżniowym

Śrubowe pompy próżniowe pracują na sucho, tzn. bezolejowo i osiągają ciśnienie końcowe do 0,01 milibara.

Również system próżniowy ze śrubową pompą próżniową ze wspomaganiem próżniowym jest preferowany względem rozwiązania z pojedynczą pompą próżniową.

Śrubowe pompy próżniowe mogą być wyposażone w silnik sterowany częstotliwością, dzięki czemu wydajność pompowania jest automatycznie dostosowywana do wymagań danego etapu procesu podczas liofilizacji.

W jaki sposób wybrać optymalną technologię próżniową do danego procesu?

Zasadniczo przy wyborze technologii próżniowej i jej wymiarowaniu należy skonsultować się ze specjalistą ds. próżni. Specjalista będzie zawsze w stanie zaoferować najbardziej ekonomiczne i technicznie rozsądne rozwiązanie.

Firma Busch Vacuum Solutions od dziesięcioleci zajmuje się produkcją rozwiązań próżniowych do liofilizacji w branży spożywczej i wytwarzania produktów farmaceutycznych. Oprócz technologii próżniowej firma Busch oferuje również wszystkie urządzenia do monitorowania, pomiaru i wykrywania dla całego procesu.

Szukasz technologii próżniowej do liofilizacji?

Skontaktuj się z naszymi specjalistami ds. próżni