Akcie MMSPORT ROMANIA

lyofilizácia je proces konzervácie sušením, ktorý spočíva v odstránení vody z predzmrazeného produktu sublimáciou vo vákuu (voda vo výrobku prechádza priamo z pevného stavu do stavu pary).

Proces lyofilizácie je známy už od staroveku Inkov v Andách, ktorí si takto skladovali zemiaky na výšinách hory Machu Picchu. Nízke teploty v horách zmrazili jedlo a ich obsah vody sa ľahko odparil za podmienok nízkeho tlaku, špecifických pre veľkú nadmorskú výšku. Aj keď sa nedá povedať, že by bol skutočným vynálezcom v prípade lyofilizácie, medzi tými, ktorí sa časom podieľali na vývoji lyofilizačných zariadení a technológií, sú z konštruktívneho hľadiska Benedikt a Manning. (1905) a Shackell, ktorí zdokonalili svoju inštaláciu a uvedomili si dôležitosť z technologického hľadiska zmrazenia produktu pred skutočným lyofilizačným procesom. Počas druhej svetovej vojny sa postup používal predovšetkým na prepravu krvnej plazmy na front. Odvtedy a doteraz ho často používajú spoločnosti vo farmaceutickom, kozmetickom a potravinárskom priemysle.

Využitie lyofilizačného procesu v potravinárskom priemysle v porovnaní s inými procesmi skladovania produktu má nasledujúce výhody:

- Je to jediný proces, pri ktorom sa voda extrahuje z organickej látky bez toho, aby sa zničila bunková štruktúra a nestratili prchavé látky.
- Poskytuje jedlám vynikajúce vlastnosti vďaka lepšej konzervácii a vysokej schopnosti rehydratácie
- Zachovanie senzorických vlastností (textúra, chuť, vôňa). Lyofilizovaný produkt si zachováva svoj pôvodný tvar, nepení, nezatvára sa, nedochádza k lokálnym koncentráciám určitých rozpustných frakcií.
- Znížená hmotnosť a objem. Pretože voda je odstránená takmer úplne, hmotnosť lyofilizovaných produktov je medzi 1/4 - 1/10 pôvodnej hmotnosti. V prípade práškových výrobkov je zníženie hmotnosti sprevádzané ekvivalentným zmenšením objemu, čo znamená, že preprava a skladovanie sú jednoduchšie a lacnejšie.
- V porovnaní s mrazením nevyžadujú lyofilizované výrobky nízke skladovacie teploty. Nie všetky potraviny sú, bohužiaľ, vhodné na spracovanie týmto procesom. Aby bol produkt lyofilizovaný, musí mať vynikajúcu kvalitu, vysoký obsah sušiny, nízky obsah tuku a nízky obsah vody.

Základné prvky procesu lyofilizácie sú:

1) Prípravné práce
2) Zmrazenie
3) Sublimácia (primárne sušenie)
4) Sekundárne sušenie
5) Kondicionovanie a balenie lyofilizovaného produktu
6) Skladovanie lyofilizovaného produktu
7) Rehydratácia lyofilizovaného produktu na použitie

Sublimácia je transformácia stavu, ktorá spotrebuje okolo 2 800 kJ/kg sublimovaného ľadu. V súvislosti s týmto aspektom lyofilizátor vyžaduje zdroj tepla. Sublimácia sa môže uskutočniť iba pri teplote nižšej ako 0 ° C a pri tlaku nižšom ako 610 Pa (4,58 torr). Pre tlaky používané na lyofilizáciu zaberá vodná para obrovský objem: napríklad pri -25 ° C je špecifický objem pary okolo 2 000 m3/kg sublimovaného ľadu.

1) Predbežná úprava výrobkov

Predbežná úprava produktov podrobených lyofilizácii má za cieľ zlepšenie ich kvality a môže to byť:

- mechanického a hydromechanického charakteru (triedenie, čistenie, brúsenie, rezanie, homogenizácia, kalibrácia, porciovanie, rezanie, vykosťovanie)
- fyzikálnej povahy (kryokoncentrácia, deaktivácia enzýmov, antioxidačné ošetrenie)
- chemickej povahy (pridanie ochranných prísad, látok zvyšujúcich chuť a arómu)

2) Zmrazenie produktu

Zmrazenie je prakticky najdôležitejšou fázou cyklu sušenia mrazom, od ktorého do veľkej miery závisí konečná kvalita produktu a jeho cena. Zmrazenie sa vykonáva vo vnútri lyofilizátora, a nie vo vonkajšom mrazničke, čo znamená vnútorné zmrazenie.

Rýchle zmrazenie vedie k tvorbe malých a rovnomerne rozložených ľadových kryštálov v hmote produktu, čo spôsobuje, že produkt je čo najmenej ovplyvňovaný pomalým zmrazovaním. Po rehydratácii má dobre lyofilizovaný produkt, ktorý sa rýchlo zmrazil, vlastnosti veľmi podobné vlastnostiam pôvodného produktu.

Aby sa zabezpečilo dobré sušenie, musia byť konečné teploty tuhnutia dostatočne nízke, aby prakticky všetka voda obsiahnutá vo výrobku stuhla. Odporúčané konečné teploty tuhnutia sú medzi -40 ° C a -60 ° C.

3) Primárne sušenie

Po zmrazení, po ktorom v niektorých prípadoch nasleduje rozdrvenie zmrazeného produktu, sa produkt zavedie do priestorov, kde sa má uskutočniť skutočná lyofilizácia.

V lyofilizačnej komore je tlak znížený pomocou vákuovej pumpy na hodnotu 1 - 0,3 mm Hg na začiatku primárneho sušenia. Pretože trojitý bod vody je pri tlaku 4,6 nm Hg, vyplýva z toho, že pri akomkoľvek tlaku pod touto hodnotou sú jedinými dvoma možnými fázovými zmenami sublimácia a desublimácia.

Výsledkom vákuového zmrazenia produktu, ktorého celkový tlak je pod trojným bodom, je dehydratačný účinok produktu sublimáciou. Sublimácia spôsobuje zníženie teploty produktu o 2 ° C - 15 ° C alebo viac, po ktorom nasleduje povrchové zvlhčenie produktu.

Pretože sublimácia je endotermická reakcia, je pre jej dobrý vývoj potrebný dobrý prísun tepla z vonkajšej strany produktu. Produkt sa tak zahrieva pri nízkom tlaku na zdroj tepla, ktorého tepelný tok sa postupne reguluje podľa množstva tepla, ktoré sa rovná množstvu absorbovanému ľadom na sublimáciu.

Tok tepla musí byť trvale regulovaný tak, aby sa zabránilo čiastočnému alebo úplnému rozmrazeniu zmrazeného média produktu, prehriatiu suchých častí produktu a prehriatiu produktu.

Primárne sušenie sa považuje za ukončené, ak úplne sublimuje celú masu vody vykryštalizovanej z produktu. Vodná para vznikajúca sublimáciou ľadu je vedená do chladeného výmenníka tepla, na povrchu ktorého kondenzuje. Tento výmenník tepla sa nazýva kondenzátor lyofilizačného zariadenia.

4) Sekundárne sušenie

Hlavná sublimačná fáza sušenia sa ukončí, keď sa sublimuje posledný kryštál ľadu vo výrobku. V tejto chvíli je voda, ktorá je vo výrobku stále obsiahnutá, 10 - 30%, v tekutom stave a vo forme pár. Absorbovaná voda je silne viazaná a hrá filtračnú úlohu, čím zabraňuje strate prchavých látok.

Táto voda absorbovaná stenami pórov produktu, aj keď v malom množstve, má škodlivé účinky na dobrú konzerváciu produktu počas skladovania, a preto musí byť odstránená. V dôsledku toho musí byť proces desorpcie vedený takým spôsobom, aby sa zabránilo prchavým látkam unášaným vo vodnej pare pri odstraňovaní vody.

Úplné odstránenie vody z produktu je absolútne nemožné, čo určuje, že v každom prípade sa desorpčná operácia zastaví, keď obsah vody v produkte klesne pod určitú minimálnu hodnotu.

Stav zvyškovej vlhkosti prijatej v produkte na konci fázy sekundárneho sušenia je všeobecne ťažký, líši sa od produktu k produktu a je stanovený v závislosti od predtým získaných experimentálnych výsledkov, povahy produktu, balenia a úpravy lyofilizovaného produktu, režim a doba skladovania a používania produktu.

Teplota počas sekundárneho sušenia je medzi 20 ° C - 65 ° C. Doba sekundárneho sušenia je medzi 1 - 6 hodinami a je daná povahou produktu, časom lyofilizačného zariadenia a požadovanou zvyškovou vlhkosťou.

5) Úprava a balenie lyofilizovaných výrobkov

Po ukončení fázy sekundárneho sušenia a natlakovaní komory pred sušením sa lyofilizované produkty odstránia z komory a odporúča sa skladovať 2 - 3 dni vo veľkokapacitných vákuových nádobách, aby sa homogenizovala zvyšková vlhkosť, a potom sa vykoná úprava. finále v malých balíkoch určených na distribúciu používateľovi.

Kondicionovanie lyofilizovaných výrobkov sa vykonáva tak, aby sa čo najviac vylúčili alebo znížili príčiny, ktoré určujú zmeny v kvalite výrobkov počas skladovania, prepravy a manipulácie.

Faktory, ktoré ovplyvňujú trvanlivosť lyofilizovaných produktov, sú:

- Zvyšková vlhkosť
- Svetlo
- kyslík
- Mechanické poškodenie

Lyofilizované produkty sa výhodne balia vo vákuu alebo v atmosfére inertného plynu (dusík, oxid uhličitý, suchý vzduch s relatívnou vlhkosťou 10% - 20%). Materiály použité na balenie sú nepriepustné pre plyny, arómy, vodné pary, mastnotu. Použité balenie musí byť dokonale utesnené.

Systémy používané na balenie lyofilizovaných výrobkov sú všeobecne:

- Kovové krabice s vnútorným lakom alebo bez neho, s uzatváracím systémom, ktorý umožňuje balenie vo vákuu alebo v atmosfére inertného plynu
- Sklenené obaly, systém, ktorý umožňuje použitie širokého spektra vnútornej atmosféry, ale má nedostatky súvisiace s vplyvom svetelných lúčov na tesnosť
- Balenie na báze plastu

6) Skladovanie lyofilizovaných výrobkov

Všeobecne platí, že ak sa lyofilizácia, kondicionovanie a balenie uskutočňovali za dobrých podmienok, potom skladovanie neznamená žiadne negatívne účinky na lyofilizovaný produkt. Úroveň skladovacej teploty ovplyvňuje skladovateľnosť lyofilizovaných výrobkov. Optimálna teplota skladovania sa líši od jedného produktu k druhému. Existujú lyofilizované produkty, ktoré vyžadujú skladovaciu teplotu až do 0 ° C, zatiaľ čo iné sa môžu skladovať pri teplotách do 30 ° C. Znížením teploty skladovania sa môže doba skladovania predĺžiť v niektorých prípadoch aj viac ako 10-krát.

7) Rehydratácia lyofilizovaných produktov na použitie

V porovnaní s potravinami sušenými inými procesmi je možné lyofilizované výrobky rehydratovať oveľa rýchlejšie a úplnejšie. Séria mrazom sušených výrobkov, ako je káva, čaj, ovocné džúsy, sa okamžite rehydratujú horúcou alebo studenou pridaním vody. Kvalitu lyofilizovaného potravinárskeho výrobku ocení predovšetkým rýchlosť, s akou sa rehydratuje.