بخشی از مقاله
خلاصه
فرآیند خشک کردن پاششی به طور گسترده در تولید پودر آب میوه استفاده می شود. پودر تولید شده به این روش دارای ویژگی هایی چون کیفیت خوب و فعالیت آبی کم می باشد و حمل و نقل و ذخیره سازی آسان تری نیز دارد. خواص فیزیکی و شیمیائی پودر تولید شده به این روش به متغیرهای فرآیند و یا پارامترهای عملکردی سیستم وابسته است. در بررسی حاضر، اصول خشک کن پاششی توضیح داده شده است. علاوه بر آن، رسوب پودر آب میوه بر دیواره خشک کن که یکی از مشکلات عدیده در این صنعت می باشد به همراه راههای کاهش آن، بررسی گردیده است.
.1 مقدمه
میوه ها منابع غنی از ویتامین ها و کربوهیدرات ها هستند. آن ها به طور طبیعی شیرین و کم کالری هستند. میوه ها سهم مهمی در رژیم های غذایی روزانه ما دارند. از آن جا که میوه های مختلف دارای ویتامین های متفاوتی نیز هستند، در نتیجه، مصرف انواع میوه ها لازم و ضروری است. از آن جا که میوه ها ویتامین های ضروری بدن را تامین می کنند، هیچگونه عوارض جانبی در بر نخواهند داشت. ویتامین ها با تامین انرژی بدن آن را از انواع بیماری ها دور نگه می دارند.
امروزه توسعه سریع اقتصادی موجب تغییر در مصرف مواد غذایی شده به نحوی که مصرف غذاهای غنی از مواد با ارزش در رژیم غذایی جایگزین مصرف مواد با کالری بالا گردیده است. امروزه مصرف کنندگان به خوبی از اهمیت ویتامین ها آگاه هستند. این مسئله باعث افزایش تقاضا برای میوه تازه در بازار جهانی گردیده است. به منظور پاسخگویی به نیاز بازار در طول سال، سعی می شود تا با استفاده از روش های مختلف از میوه های تازه نگه داری شود.
رطوبت بالای میوه منجر به افزایش فعالیت آبی در این مواد می شود که به معنی افزایش فعالیت آنزیم ها و رشد میکروبی بوده و در نهایت سبب کاهش و از بین رفتن کیفیت محصول می شود. بنابراین، کاهش رطوبت و فعالیت آب در میوه ها فرآیندی مطلوب در جهت حفظ کیفیت آن می باشد. روشی که از قدیم و حتی دوران باستان به منظور کاهش رطوبت و فعالیت آبی در جهت حفظ مواد غذایی مورد استفاده قرار می گرفته است، فرآیند خشک کردن می باشد.
تکنیک های مختلفی برای خشک کردن ابداع و اختراع شده اند. که از ان جمله می توان به روش های خشک کردن پاششی، سرمایشی و خشک کن سینی دار اشاره کرد که با کنترل بهتر و افزایش بهره وری سبب افزایش کیفیت محصولات تولیدی گشته اند. در این میان و به صورت معمول، از خشک کن پاششی برای تولید پودر آب میوه استفاده می شود.
رطوبت زدایی با حذف رطوبت با استفاده از خشک کن های پاششی، در طیف گسترده ای از محصولات در صنایع غذایی و به منظور تولید پودر خشک، مواد متراکم و گرانول آن ها به کار گرفته شده است. ملاحظات اقتصادی در این روش شامل به وجود آوردن شرایط بهداشتی در طول فرآیند، هزینه های عملیاتی و تماس کوتاه مدت ماده غذایی با هوای گرم در خشک کن می باشد .
کیفیت ماده غذایی خشک شده به شیوه پاششی به فاکتورهای عملکردی مختلفی بستگی دارد. از این رو، هدف از این بررسی توضیح برخی از این عوامل؛ مانند دمای هوای ورودی، سرعت جریان هوای خشک، سرعت جریان خوراک، سرعت ریزسازی، عوامل جابه جا کننده و غلظت آن ها می باشد؛ که بر ویژگی های پودر آب میوه تاثیر میگذارند
.1,1 اصول خشک کردن به روش پاششی
توسعه تجهیزات و تکنیک های خشک کردن با اسپری، طی چندین دهه از 1870 تا اوایل 1900 گسترش یافت تا این که نخستین خشک کن های پاششی در ایالات متحده آمریکا و در سال 1933 ساخته شد. با این وجود به خاطر طراحی های نامناسب در اسپری خشک کن های اولیه و استفاده مشکل از آنها، استفاده صنعتی چندانی از آنها نگردید. از دهه دوم قرن بیستم طراحی های جدید دستگاه، منجر به تکامل و توسعه این تکنولوژی گردید و بستر کاربری های صنعتی از این روش را فراهم ساخت. تهیه پودر شیر، آب پنیر و شیر خشک نوزاد هنوز جزو عمده کاربردهای این صنعت به شمار می آید
خشک کردن پاششی یکی از بهترین روش های خشک کردن و تبدیل مستقیم مواد مایع به ذرات جامد یا نیمه جامد می باشد .[6] خشک کردن پاششی یک واحد عملیاتی است که در آن مایع ریز شده - - Atomize در تماس آنی با گاز داغ قرار گرفته و پودر آن تولید می شود. گاز معمول برای استفاده در این واحد، هوا و یا به ندرت یک گاز بی اثر مانند نیتروژن است. مایع خوراک اولیه می تواند یک محلول، امولسیون یا سوسپانسیون باشد .[7] این نوع از خشک کن را می توان برای تولید محصولات مقاوم و یا حساس به حرارت به کار برد.
خشک کن پاششی مجموعه ای است از برهم کنش های پیچیده میان فرآیندهای صورت گرفته، پارامترهای دستگاهی و خواص خوراک، که هریک از آن ها بر کیفیت محصول نهایی تاثیر گذار می باشد .[8] فرآیند خشک کردن پاششی می تواند یک محصول نهایی خوب و با کیفیت، همراه با فعالیت آبی کم را تولید کرده و در عین حال وزن آن را نیز کاهش دهد. که این موضوع باعث حمل و نقل و نگه داری ساده تر محصول می شود. خواص فیزیکی و شیمیایی محصول نهایی به طور عمده وابسته به دمای ورودی، سرعت جریان هوا، سرعت جریان خوراک، سرعت ریزساز، نوع مواد افزودنی و غلظت آن ها می باشد. خشک کردن پاششی اغلب به خاطر سرعت زیاد در فرآوری مواد حین داشتن کنترل نسبی بر توزیع اندازه ذرات، مورد استفاده قرار می گیرد
.1,2 خشک کن پاششی
خشک کن پاششی دستگاهی است که برای تولید مواد غذایی خشک شده به کار می رود. در این خشک کن با پاشش و معلق سازی ذرات خوراک و حذف آب آن ها به وسیله دمیدن هوای داغ، محصولاتی عمدتا به شکل پودر و با کیفیت بالا تولید می شوند. کیفیت بالای محصولات به دست آمده؛ به سبب محافظت از ذرات معلق به وسیله سرمایش تبخیری در طول فرآیند می باشد. محصول بدست آمده از این فرآیند حاوی ذرات ریزتر و توزیع اندازه ذره ای بهتر، ظاهر، بافت، مشخصه ریزش، تراکم پذیری، دانسیته توده ای، قابلیت پراکندگی و محلولیت بسیار مطلوبی می باشد.
در طول سال های اخیر، نیاز به کاهش وزن و حجم مواد غذایی، باعث پیشرفت های قابل توجهی در طراحی خشک کن های پاششی گردیده است. این خشک کن ها با افزایش نسبت سطح به حجم ذرات مایع، سبب افزایش انتقال جرم و حرارت در طول فرآیند می شوند. از دیگر مزیت های خشک کن های پاششی می توان به عملیات پیوسته، سیستم های کنترل تماما اتوماتیک، خشک کردن سریع، کاهش خوردگی و تولید محصول با اندازه و دانسیته مطلوب اشاره کرد. با این حال، هزینه های بالا در نصب و راه اندازی و همین طور حذف مواد فرار و معطر را می توان از جمله معایب این سیستم برشمرد
امروزه، استفاده از خشک کن های پاششی در صنایع مختلف بیش از پیش در حال رشد است. فرآوری و آماده سازی میکروکپسول های داروئی و غذایی، یکی از این پیشرفت ها است .[11-13] میکروکپسوله کردن فرآیندی است که طی آن ذرات - قطرات - با پوششی - غشائی - از مواد آلی یا معدنی احاطه می شوند. هدف از این فرآیند، رهایش کنترل شده مواد موجود در هسته در زمان معین و تثبیت غلظت آن ها در محیط مورد نیاز می باشد .[14-15] در تولید میکروکپسول، از دو محلول آبی استفاده می شود که یکی از آن ها حاوی مواد هسته ای - که باید در داخل هسته قرار بگیرند - و دیگری حاوی موادی است که برای پوشش به کار می رود. هر دو محلول در محفظه خشک کن اسپری می شوند. مواد پوشش دهنده با از دست دادن رطوبت خود به صورت جامد در آمده و موادی را که باید درون هسته قرار گیرند، در خود احاطه می کنند
در خشک کن های پاششی، خوراک به حالت مایع و بوسیله یک پمپ به درون نازل منتقل شده و به صورت قطرات ریزی درون محفظه خشک کن پخش می گردد - [10] در اینجا باید این نکته را یادآور شد که، خوراک می تواند محلول، سوسپانسیون، دیسپرسیون، امولسیون، ژل یا خمیر باشد به شرطی که بتوان آن را پمپاژ و اسپری کرد
از سوی دیگر هوای گرم در داخل محفظه توزیع می گردد. تماس قطرات ریز مایع با هوای گرم منجر به انتقال جرم و حرارت میان آن دو و در نتیجه تبخیر سریع رطوبت موجود در خوراک می گردد - باید به این نکته نیز توجه داشت که، علیرغم دمای بسیار بالای محفظه خشک کننده، ذرات اسپری شده به واسطه از دست دادن رطوبت، در دمای بسیار پایین تری و برای زمان بسیار کوتاهی باقی می مانند. از این رو این روش خشک کردن اساسا به عنوان "خشک کردن دمای پایین" نیز شناخته می شود . - [5] پودر حاصل به همراه هوای گرم به درون یک سیکلون مکیده شده و در آن جا توسط نیروی گریز از مرکز از یک دیگر جدا می شوند. در آخرین مرحله، پودر تولیدی از پائین و هوا از بالای سیکلون خارج میشود
نحوه طراحی و شرایط عملیات در مراحل مختلف خشک کردن و همین طور خواص فیزیکی و شیمیایی خود ماده غذایی، پارامترهای تعیین کننده کیفیت محصول خشک شده نهایی می باشند. علاوه بر موارد ذکر شده، از فطعات و سیستم های جانبی دیگر چون فن ها و سیستم سرمایشی در جهت افزایش راندمان فرآیند استفاده می شود.
