Лиофильная сушка — сублимационная сушка описание и история

Лиофильная сушка

Лиофильная сушка (лиофилизация, криодессикация, сублимационная сушка) – это процесс дегидратации (обезвоживания), используемый для сохранения скоропортящихся органических материалов.

Процесс лиофилизации основан на замораживании материала с последующим уменьшением внешнего давления, что позволяет воде переходить из твердого состояния напрямую в газообразное.

Лиофилизация биологических продуктов (белков, вакцин, микроорганизмов) направлена ​​на сохранение их физической и биологической целостности после хранения в течение нескольких месяцев или даже лет.

Что такое сублимационная сушка?

Вакуумная сублимационная сушка (лиофилизация) – процедура удаления влаги из веществ методом сублимации, который обеспечивает испарение воды из льда без перехода в жидкое состояние. Технология предусматривает процесс заморозки с последующей возгонкой растворителя под воздействием вакуума.

сублимационная сушка

В чем отличие сублимации от сушки?

Сублимация позволяет сохранить практически все полезные свойства и пищевую ценность продуктов, т. к. при такой сушке не используются высокие температуры, разрушающие некоторые витамины и белки. При этом сублимированные продукты имеют минимально возможную влажность – 2-5%.

История появления  сублимационной сушки

Процесс сублимационной сушки был изобретен в 1906 году Жаком-Арсье д’Арссовалем (который всю жизнь занимался электрофизиологией) и его ассистентом Фредериком Бордасом в лаборатории биофизики университета Collège de France в Париже.

В 1911 году Дауни Харрис и Шекл, работавшие в лаборатории физиологии Сент-Луисского университета, разработали метод сублимационной сушки для сохранения вируса бешенства (The Journal of Infectious Diseases, Volume 8, Issue 1, 3 January 1911, P. 47–49). Эта работа в конечном итоге привела к разработке первой вакцины от бешенства.

Современная лиофилизация была разработана во время Второй мировой войны.

Особо актуальной в этот период была задача доставить сыворотку крови для помощи раненым из США в Европу. Но из-за отсутствия надлежащего охлаждения во время транспортировки большая часть сыворотки портилась еще до того, как попадала в госпитали.

Применение сублимационной сушки в промышленности и медицине

Процесс сублимационной сушки был разработан для применения в промышленности и медицине и он позволил сделать сыворотку химически стабильной и жизнеспособной без необходимости ее охлаждения. Вскоре после этого криодессикация была применена к пенициллину, и была признана важной методикой сохранения биологических веществ.

С этого времени сублимационную сушку (лиофилизацию) используют в качестве методов консервации и обработки для широкого спектра веществ.

Сублимационная обработка пищевых продуктов

Сублимационная обработка пищевых продуктов, фармацевтических. препаратов, наборов для диагностики заболеваний; восстановление документов, поврежденных водой; подготовка осадка речного дна для углеводородного анализа; производство флаконов с покрытием из серы и другое.

Принцип работы сублимационной обработки (лиофилизации)

Процесс лиофилизации подразделяют на четыре этапа:·

  • предварительная обработка
  • замораживание
  • первичная сушка
  • вторичная сушка
  • дальнейшая обработка

Предварительная обработка продукта до замораживания.

Может включать в себя концентрацию продукта, модификацию состава (то есть добавление компонентов для повышения стабильности, сохранения внешнего вида и/или улучшения обработки), уменьшение содержания растворителя с высоким давлением паров или увеличение площади поверхности продукта. Кусочки пищи часто подвергают поштучному быстрому замораживанию, чтобы перевести такой растворитель в свободное состояние до начала лиофилизации.

Замораживание колбы

В лаборатории, замораживание проводится путем помещения материала в колбу и вращения колбы в специальной ванне, называемой «shell freezer».

Процесс «shell freezing» – это замораживание тонкого слоя жидкости на стенках вращающихся сосудов. Такой способ замораживания позволяет увеличить площадь поверхности продукта и провести лиофилизацию быстрее.

В более крупном масштабе замораживание обычно осуществляется с помощью лиофильной сушилки.

На этом этапе важно охладить материал ниже его тройной точки, (температура, при которой твердая, жидкая и газообразная фазы материала могут существовать одновременно). Это гарантирует, что на следующих этапах произойдет сублимация, а не плавление (таяние) кристаллов.

Крупные кристаллы легче поддаются возгонке.

Для получения таких кристаллов следует либо медленно замораживать продукт, либо циклически повышать и понижать температуру.

Однако в случае обработки пищи (мяса, ягод, водорослей) или других объектов с клеточной структурой крупные кристаллы льда разрушают стенки клеток (данная проблема обнаружена и решена Кларенсом Бёрдсай), что может привести к ухудшению текстуры и снижению питательной ценности продукта. В этом случае замораживание выполняется быстро, что позволяет избежать образования кристаллов льда. -50°C…-80°C – такой обычно является температура замораживания.

Фаза замораживания является наиболее важной во всем процессе лиофильной сушки, и, если провести ее неправильно, то продукт будет испорчен.

Первичная сушка при сублимации

В эту фазу давление понижают до нескольких миллибар, и к высушиваемому материалу доставляется ровно такое количество тепла, которого хватит для возгонки льда.

В этой фазе сушки сублимируется около 95% воды. Этот этап может быть довольно медленным (до нескольких дней при сушке в производственных масштабах), т.к. если добавить слишком много тепла, структура материала может быть повреждена.

Давление в камере контролируется посредством частичного вакуума. Вакуум ускоряет процесс сушки. Кроме того, холодная камера конденсора и/или конденсатные пластины обеспечивают повторное затвердевание водяного пара. Конденсор не играет никакой роли в поддержании материала в замороженном состоянии; скорее он предотвращает попадание водяного пара в вакуумный насос, что может ухудшить его производительность. Температура конденсора обычно ниже -50°C.

Вторичная сушка при сублимации

Эта фаза направлена на удаление незамороженных молекул воды (лёд уже был сублимирован в основной фазе). Данная часть процесса лиофилизации регулируется изотермами адсорбции материала.

Температура выше, чем в первичной фазе сушки, и может даже превышать 0°C, чтобы прекратить любые физико-химические взаимодействия, которые образовались между молекулами воды и замороженным материалом. Обычно на этом этапе давление снижают, чтобы стимулировать десорбцию (обычно в диапазоне нескольких микробар). Тем не менее, есть продукты, при сушке которых давление повышают.

После завершения процесса сублимации имеющийся в камере вакуум обычно разрушается инертным газом (например, азотом), а затем проводится герметизация высушенного продукта.

По окончании операции конечное содержание остаточной воды в продукте чрезвычайно низкое, от 1 до 4%.

Цена сублимации (лиофилизации) продукта

Услуга (лиофильной) сублимационной сушки достаточно высока из за больших энергетических затрат и сложности самого процесса такой сушки, это довольно дорого по сравнению с распылительной сушкой (в 3-5 раз дороже). Поэтому, например, любимый многими за удобство хранения и приготовления сублимированный кофе – продукт недешевый.

Материал для статьи взят с сайта — biotechno.ru

Промышленные сушильные камеры для сушки продуктов

Производство автоматических сушильных камер — дегидраторов для сушки органических продуктовСушильная камера для сушки продуктов АКС36

Сушильная камера для сушки продуктов АКС18

Пермский завод сушильных камер

Производство автоматических сушильных камер — дегидраторов для сушки органических продуктов

 

ПОЗВОНИТЬ

Сушильные камеры АПКС для сушки продуктов

Производство автоматических сушильных камер — дегидраторов для сушки органических продуктов

Пермский завод сушильных камер