بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
مروری بر روش نوین خشک کردن انجمادی
چکیده: خشک کردن انجمادی در واقع حذف کردن آب از مادهی غذایی در حالت منجمد شده از طریق تصعید می باشد. در این فرآیند، ابتدا غذا منجمد می شود و سپس در معرض خلأ بالا قرار می گیرد و به موجب آن، یخ تصعید می شود. بخار آب ایجاد شده در سطح کندانسور گرفته می شود. گرمای مورد نیاز تصعید توسط روش هایی که در زیر توضیح داده می شود فراهم می شود. در صنعت غذا، علاقه به خشک کردن انجمادی به دلیل کیفیت بالای محصولات خشک شده نسبت به سایر روش های خشک کردن بالاست. عملیات خشک کردن انجمادی در دمای پایین اتفاق می افتد، بنابراین عطر، طعم، رنگ و ظاهر محصول حفظ می شود و مواد مغذی حساس به حرارت حداقل آسیب حرارتی را متحمل می شوند و به خاطر اینکه تمام فرایند در حالت جامد اتفاق می افتد از چروکیدگی و تغییرات ساختاری در محصول جلوگیری می شود. هرچند خشک کردن انجمادی روشی گران می باشد اما برای محصولات گران قیمت با ارزش بالا که دارای کیفیت بالایی می باشند قابل توجیه می باشند.
واژه های کلیدی: خشک کردن ، انجمادی، کیفیت بالای محصول، حفظ عطر، طعم، رنگ و ظاهر محصول
مقدمه:
خشک کردن انجمادی تا اواخر قرن نوزدهم به خوبی شناخته شده نبود و در صنعت به خوبی توسعه نیافت تا اینکه بعد از جنگ جهانی دوم مورد توجه قرار گرفت(. (Flosdorf, 1949; King, 1971, 1975 خشک کردن انجمادی اولین بار در صنعت داروسازی مورد استفاده قرار گرفت و امروزه نیز در این صنعت بسیار زیاد استفاده می شود(. (Oetjen and Haseley, 2004; Pikal, 2007; Santivarangkna, 2011 خشک کردن انجمادی در اواخر سال 1950 در صنعت غذا مورد استفاده قرار گرفت.
در صنعت غذا، علاقه به خشک کردن انجمادی به دلیل کیفیت بالای محصولات خشک شده نسبت به سایر روش های خشک کردن بالاست. عملیات خشک کردن انجمادی در دمای پایین اتفاق می افتد، بنابراین عطر، طعم، رنگ و ظاهر محصول حفظ می شود و مواد مغذی حساس به حرارت حداقل آسیب حرارتی را متحمل می شوند و به خاطر اینکه تمام فرایند در حالت جامد اتفاق می افتد از چروکیدگی و تغییرات ساختاری در محصول جلوگیری می شود.
نتایج و بحث:
تصعید شدن آب در واقع تبدیل جامد به گاز بدون ذوب شدن می باشد. تصعید شدن در محدودهی معینی از دما و فشار اتفاق می افتد. نمودار تغییر فاز آب خالص (شکل(1 نشان می دهد که تصعید آب در فشار بخار و دمایی که پایین تر از نقطه ی سه گانه می باشد، اتفاق می افتد. نقطه ی سه گانه برای آب 611.73 پاسکال و دمای 0.01 سانتی گراد می باشد.
در دمای پایین، بخار آب حجم مخصوص بالایی دارد که برای حذف کردن این بخار، پمپ خلأ باید بزرگ باشد. برای غلبه بر این مشکل، بخار باید بر روی کندانسور به صورت یخ متراکم شود و کندانسور باید در دمای خیلی پایین نگه داشته شود(عموما -40 درجه ی سانتی گراد و کمتر).
شکل:1نمودار تغییر فاز آب
خشک کردن انجمادی در دو مرحله اتفاق می افتد : (Oetjen and Haseley, 2004; Pikal et al.,.1990 )
مرحله ی اول تصعید، که در این مرحله کریستال های یخ تصعید می شود. در حالت عادی، اکثر آب موجود در ماده ی غذایی در این مرحله حذف می شوند و محتوای رطوبت ماده ی غذایی به حدود 1-3 درصد می رسد. مرحله ی دوم حذف بخار آب موجود در مواد غذایی است که توسط کندانسور این بخارات گرفته می شود.
انتقال حرارت و انتقال جرم در خشک کردن انجمادی: مکانیسم انتقال حرارت و انتقال جرم
مانند دیگر روش های خشک کردن، انتقال حرارت وانتقال جرم در خشک کردن انجمادی همزمان می باشد(.(Karel, 1975 توزیع رطوبت در موادی که توسط روش خشک کردن انجمادی خشک می شوند نسبت به دیگر روش ها متفاوت است (شکل.(2 معمولا دو ناحیهی مجزا وجود دارد که به صورت مساوی توسط فاز انتقالی باریکی جدا شده اند که شامل ناحیه ی منجمد و ناحیه ی خشک می باشند.
در ناحیهی منجمد، رطوبت همان رطوبت اولیه می باشد. در ناحیهی خشک محصول عاری از کریستال های یخ می باشد، و تنها رطوبت باقی مانده توسط ماتریکس جامد جذب شده است که مقدار این بخش از آب خیلی کم است. بین دو ناحیه، جبههی تصعید نامیده می شود.
گرمای دریافت شده توسط جبههی تصعید از طریق مکانیسم های خاصی است؛ که این مکانیسم ها شامل انتقال حرارت از طریق تشعشع و از طریق هدایت است.
-1 تابش از سطح داغ: در این مورد، گرما توسط قسمت خشک شده که با سطح داغ در تماس است گرفته می شود و سپس به جبههی تصعید و معمولا از طریق هدایت حرارتی منتقل می شود. بخار آب در ناحیه جبههی تصعید، آزاد شده و توسط کندانسور گرفته می شود. -2 تماس با سطح داغ: در این روش سینی های حاوی مواد فریز شده در قفسه ای حرارت داده می شود. حرارت از طریق هدایت از لایههای یخ به جبههی تصعید میرسد و بخار هم از طریق لایههای خشک شده انتقال داده می شود.
در عمل هر دو مدل انتقال حرارت در یک زمان اتفاق می افتد. در خشک کن های انجمادی معمولی، سینی های حاوی مواد فریز شده در قفسه قرار می گیرند که حرارت می بیند. مواد فریز شده حرارت را از طریق هدایت از طرف بالا و از طریق تابش از طرف پایین دریافت می کنند.
مقدار گرمایی که به جبههی تصعید منتقل می شود قابل توجه می باشد. گرمای نهان تصعید برای آب در صفر درجه ی سانتی گراد تقریبا 300 کیلوژول بر کیلوگرم است.
سرعت خشک کردن خشک کن های انجمادی سیستم های گرانی هستندکه هم نیاز به سرمایه گذاری اولیهی و هم هزینهی عملیات زیادی دارد. ظرفیت تولید و زمان
خشک کردن بسیار مهم می باشد. آنالیز زمان خشک کردن در خشک کن های انجمادی بر روی فرضیات و به صورت تقریبی است که باعث می شود زمان خشک کردن خیلی دقیق نباشد ولی اطلاعات با ارزشی در مورد تأثیر شرایط فرایند بر روی سرعت خشک کردن را به ما می دهد.
اگر یک ورقه ی ماده ی غذایی فریز شده که در دمای پایین تر از نقطه ی ذوب تحت لیوفیلیزاسیون(خشک کردن انجمادی) را در نظر بگیریم، برای محاسبه ی زمان خشک کردن به فرضیات زیر نیاز است:
-1ورقه ی غذایی از یک طرف خشک می شود که در این حالت انتقال جرم و حرارت از یک جهت می باشد. -2حرارت فراهم شده برای ورقه ی ماده ی غذایی از طریق تابش از سطح داغ که با فاصله از سطح داغ قرار می گیرد.
-3تمام حرارت فراهم شده منحصرا صرف تصعید کریستال های یخ می شود. هنگامی که عمل تصعید طول کشید، می توانیم از گرمای محسوس صرف نظر کنیم.
-4جبهه ی تصعید باریکی در بین ناحیه ی خشک و ناحیه ی منجمد شده وجود دارد.
-5بخارات ایجاد شده در یک سطح سرد کندانس می شوند(کندانسور) و به یخ تبدیل می شوند که فشار بخار آب در سطح کندانسور تقریبا با فشار بخار فضای خشک کن انجمادی برابر می باشد.
-6دمای سطح ورقه ی غذا با کنترل کردن مقدار تابش، ثابت نگه داشته می شود.
