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. Вода из замороженного сырья выводится без процедуры оттаивания благодаря ускоренному высушиванию в условиях низких давлений. Вакуумирование позволяет осуществить удаление водных и органических растворителей из обрабатываемого сырья без потери его исходной структуры и свойств.
Высушивание методом сублимации является передовым технологическим решением, позволяя получать обезвоженную продукцию с высокими качественными стандартами и продолжительным сроком хранения. Технология применяется в фармацевтике и пищевой промышленности, при изготовлении нутрицевтиков и БАДов, в деревообрабатывающем производстве.
Технология сублимационной сушки
Процесс сушки методом вакуумной сублимации осуществляется с высокой скоростью в условиях низких температур и низкого давления. Данные параметры обеспечивают максимальное сохранение целостности структуры сырья и его качественных характеристик. В числе преимуществ технологии в сравнении с классическими способами консервации выделяются следующие:
- Вкусовые качества и физико-химический состав образцов меняются несущественно по сравнению со свежими продуктами. Образцы могут быть практически полностью восстановлены до исходного состояния;
- Нет необходимости в использовании холодильных агрегатов при хранении, так как продукты, полученные путем сублимации, поддерживают возможность хранения в температурном диапазоне выше 0°С;
- В процессе обработки уменьшается вес, что позволяет снизить затраты на погрузку/разгрузку и перевозку;
- Процедура реализации товаров становится проще за счет уменьшения требований к температурному режиму и более продолжительного срока годности.
Метод сублимационной сушки базируется на соблюдении следующих условий:
- Количество влаги в замороженном продукте составляет не менее 70%;
- Разница параметров парциального давления водяных паров и атмосферного давления поддерживаются на требуемой отметке.
Удаление влаги осуществляется в вакуумной среде при достижении показателей давления водяных паров значения ниже тройной фазовой точки. Данные условия позволяют преобразовывать лед в парообразное состояние, исключая жидкую фазу. Полученный пар оседает в виде конденсата на внешней стороне испарителя либо усваивается окружающей средой.
Процедура сублимации требует непрерывной подачи энергии в зону образования пара, чтобы обеспечить тепловую компенсацию фазовой трансформации. Поступление тепла в область парообразования усложняется по мере ее перемещения вглубь продукта из-за формирования подсохшего слоя, который затрудняет как продвижение пара на поверхность, так и поступление тепла снаружи.
Сублимационная сушка – основные этапы
Технология производства сублимированных продуктов включает стадии предварительной обработки и подготовки сырья, высушивания и упаковки готовой продукции. Основными этапами процесса сушки методом сублимации являются:
- Фаза замораживания;
- Первичная стадия сублимации;
- Вторичная сушка.
Первая фаза предусматривает процесс замораживания сырья, при котором содержащаяся влага переходит в форму льда. Данный этап должен производиться быстро, чтобы максимально сохранить первоначальную форму и качественные характеристики обрабатываемого вещества. При применении морозильных камер ускоренной заморозки необходимо избегать оттаивания сырья перед началом процедуры сублимации.
Второй этап предусматривает проведение первичной сушки методом сублимации льда. За счет разрежения параметры давления в рабочей камере соответствуют более низкой отметке, чем показатели давления ледяных паров. При нагреве водяные пары, находящиеся в структуре продукта выходят на поверхность и скапливаются в конденсаторе, а на месте ледяных кристаллов образуются поры. Данный период по длительности занимает половину процесса высушивания и позволяет вывести от 30 до 50% влаги.
Этап вторичной сушки предусматривает выведение остатков жидкости методом десорбции, который предусматривает рост рабочей температуры в камере до положительных значений при понижении параметров давления. Для данной фазы критично время пребывания сырья в высокотемпературных условиях и показатели нагрева. Для различных типов пищевых продуктов предельная температурная отметка и время проведения операции отличаются, поэтому важно подбирать оптимальные значения данных параметров.
После проведения процедуры сублимации необходимо герметично упаковать продукты для предотвращения поступления воздуха и воздействия света, чтобы избежать адсорбции влаги, повреждения поверхности и появления посторонних запахов. Оптимальным решением является упаковка на полимерной основе, которая характеризуется высокими защитными свойствами и имеет эстетичный внешний вид. Снизить адсорбирующую способность позволяет прессование, которое осуществляется до упаковки.
Оборудование для сублимационной сушки
Процесс сублимационной сушки осуществляется с помощью специализированных вакуумных установок, которые предусматривают различные параметры производительности и объем сушильной камеры. Оборудование лабораторного назначение оснащается камерой с площадью загрузки от 1 до 5 кг. Установки, предназначенные для фармацевтической и микробиологической отраслей, в среднем поддерживают вместимость от 20 до 75 кг сырья. Для сушилок, применяемых на пищевых производствах, данный показатель соответствует 300 – 1000 кг. Основными функциональными элементами сублимационных агрегатов выступают:
- Рабочая камера и конденсатор - материалом для рабочих узлов служит нержавеющая сталь высокой марки, большинство моделей предусматривает наличие валидационного окна;
- Полки для размещения сырья - имеют пустотелую структуру для обеспечения условий эффективной циркуляции охлаждающей жидкости. Выполняются из высокопрочных материалов, стойких к многократным циклам нагрева и охлаждения;
- Вакуумная система – состоит из одного или нескольких вакуумных насосов либо установок, обеспечивающих перекачку водяного пара и формирование вакуумной среды;
- Система охлаждения – включает основной и резервный компрессор, а также откачные трубы, которые поддерживают температурные условия внутри камеры на заданной отметке;
- Система управления – предусматривает ручной и автоматический режим, позволяет осуществлять мониторинг работы оборудования и вести запись выполненных операций.
Наша компания совместно с ООО “СХ Техника” предлагает широкий перечень вакуумных сублиматоров: от бытовых камер, рассчитанных на загрузку до 3 кг продукта до промышленных сублиматоров до 1000 кг загрузки.
Также мы можем предложить широкий перечень вакуумных насосов и установок для ваших сублимационных систем. Для обеспечения оптимального давления при сублимации отлично подойдут маслозаполненные пластинчато-роторные насосы, рассчитанные для работы при высоком вакууме. А для систем большего объема мы поставляем комбинированные системы откачки на базе механических бустерных и маслосмазываемых пластинчато-роторных насосов.