خشک کردن انجمادی + روش کار با دستگاه فریز درایر

خشک کردن انجمادی یا فریز درایینگ چیست؟سلام به شما دوست عزیز علم فودی. ممنونیم که علم فود رو برای پیدا کردن پاسخ سوالتون در مورد خشک کردن انجمادی انتخاب کردید. به طور کلی خشک کردن، عملی است که رطوبت ماده غذایی از طریق حذف حداکثر آب از محصول (توسط روش های تبخیر یا تصعید) کاهش می یابد و در نتیجه مدت زمان ماندگاری افزایش می یابد.

یکی از روش های خشک کردن مواد غذایی، خشک کردن انجمادی است. در صنعت غذا، علاقه به خشک کردن انجمادی به دلیل کیفیت بالای محصولات خشک شده نسبت به سایر روش های خشک کردن بالاست. به همین دلیل در این پست از علم فود قصد داریم درمورد خشک کردن انجمادی یا freeze drying صحبت کنیم. تا پایان این مطلب با ما همراه باشید.

 

 

خشک کردن انجمادی چیست؟

جهت درک نحوه فرآیند خشک کردن انجمادی باید منحنی فازی آب را بررسی کنیم. در نقطه ای موسوم به نقطه سه فازی آب، همزمان در سه حالت یخ(جامد)، آب(مایع) و بخار(گاز) وجود دارد. این نقطه در دمای 0.01 درجه سانتیگراد و فشار 4.58 میلی متر جیوه معادل 0.61کیلوپاسکال می‌باشد.

 

بر طبق همین منحنی چنانچه ماده غذایی منجمد در فشاری کمتر از 4.58 میلی لیتر جیوه قرار داشته اند و آنگاه حرارت داده شود مستقیما رطوبت آنکه در این حالت منجمد شده است تصعید میگردد که این اساس خشک کردن انجمادی یا freeze drying میباشد. در روش خشک کردن انجمادی ( freeze drying ) رطوبت باقی مانده در محصول حدود 2درصد است.

 

روش کار با دستگاه فریز درایر

به طورکلی میتوان گفت که خشک کردن انجمادی در 2مرحله اتفاق می افتد:

مرحله اول

در این مرحله کریستال های یخ تصعید میشود. درحالت عادی، اکثر آب موجود در ماده غذایی حذف میشوند و محتوای رطوبت ماده ی غذایی به حدود 1-3 درصد میرسد.

مرحله دوم

در این مرحله بخار آب در مواد غذایی حذف میشود که توسط کندانسور این بخارات گرفته میشود.

 

اما اگر بخواهیم نگاهی جزئی تر به  خشک کردن انجمادی داشته باشیم می توانیم مراحل آن را به صورت زیر بیان کنیم:

 1.در مرحله اول ماده غذایی درون فریزر منجمد میشود: در طی خشک کردن تصعیدی (freeze drying) ابتدا محصول منجمد می گردد و جهت اطمینان از اینکه آب در حالت جامد باقی بماند، دما کمتر از 10- درجه سلسیوس خواهد بود و فشار به 2میلی متر جیوه یا کمتر کاهش می یابد.

2.هوای درون فریزر با پمپ خلا خارج میشود تا فشار به کمتر از 4.58 میلی متر جیوه برسد.

3.در ادامه محصول توسط مایکروویو و یا صفحات داغ حرارت داده میشود و یخ محصول تصعید می گردد. این مرحله را فاز تصعیدی خشک کن انجمادی می گویند. گرمای مورد نیاز برای تصعید از طریق هدایت یا تشعشع تامین می گردد. به همین ترتیب در دمای صفر درجه سانتیگراد و یا کمتر از آن آب یخ زده محصول تصعید میشود.

4.به تدریج به واسطه جمع شدن بخار، فشار از 4.58 میلی متر جیوه افزایش می یابد و وارد فاز تبخیری خشک کردن انجمادی می شویم. بخش جدا کردن اب، گرانترین قسمت فرآیند freeze drying است که برای این کار بین اتاقک خشک کن و پمپ خلا باید یک تله بخار قرار داد. تله بخار سطوح سردی دارد که رطوبت تبخیر شده بر روی آت تقطیر می گردد.

 

مزایای خشک کردن انجمادی (freeze drying)

• به سبب دماهای بسیارکم که در خشک کن انجمادی استفاده میشود، اصولا دناتوراسیون پروتئین ها و تخریب ویتامین ها و پدیده سخت شدن سطحی وجود ندارد.

• مهم ترین مزیت خشک کن انجمادی این است که از دست رفتن عوامل موثر در عطر و طعم در حداقل خود میباشد. در خشک کردن انجمادی بدون اینکه شکل، بافت و ارزش تغذیه ای نابود شوند، محصول خشک می گردد.

•  به سبب اینکه ماده تولید شده در خشک کن انجمادی، دارای ساختمانی متخلخل و غیرچروکیده دارد، محصول قابلیت جذب آب بالایی خواهد داشت.
• این ماده ممکن است در دمای اتاق و بدون یخچال نگهداری شود و سالها در برابر فساد محافظت شود. این امر تا حد زیادی باعث کاهش میزان آب می شود و از فعالیت میکروارگانیسم ها و آنزیم هایی که به طور معمول ماده را تخریب می کنند، جلوگیری می نماید.

معایب خشک کردن انجمادی (freeze drying)

• خشک کن انجمادی سیستم گرانی است که هم نیاز به سرمایه گذاری اولیه و هم هزینه عملیات زیادی دارد. ظزفیت تولید و زمان خشک کردن بسیار مهم است.

• آنالیز زمان خشک کردن  بر روی فرضیات و به صورت تقریبی است که باعث میشود زمان خشک کردن انجمادی خیلی دقیق نباشد ولی اطلاعات باارزشی درمورد تاثیر شرایط فرآیند بر روی سرعت خشک کردن به ما میدهد.

• ماده غذایی خشک شده توسط روش freeze drying دارای پرزو شکاف زیادی است که این پرزها قابلیت زیادی برای جذب هوا دارند. بنابراین با توجه به بافت اسفنجی، اینگونه محصولات مستعد فساد اکسیدانیو می باشند.

• محصولات حاصل از روش freeze drying ترد و شکننده هستند. بنابراین باید به طرز مناسبی بسته بندی شوند تا درمقابل ضربه و فشار اکسیژن محافظت شوند.

خشک کن انجمادی

یک خشک کن انجمادی شامل قسمت های زیر است:

1. محفظه خشک کن که توانایی حفظ خلا دارد و باید حداقل نشتی را داشته باشد.
2. تجهیزاتی که برای خشک کردن لازم میباشد مثل سینی و قفسه
3. منبع حرارت مثل سطح داغ، محیط حرارتی مایع و مایکروویو
4. کندانسور و سیستم سرمایشی
5. پمپ خلا که توانایی تولید خلا بسیار بالایی دارد
6. دستگاه های تنظیم کننده فشار و دما

 

خشک کن انجمادی غیرمداوم

یک خشک کن انجمادی غیرمداوم با ظرفیت حدود 100 تا 1500 کیلوگرم در هر batch، معمولا متداول میباشد. کندانسور ممکن است در اتاقک خشک کن انجمادی و یا در کنار اتاقک خشک کن نصب باشد. حجم زیادی از بخار به سمت کندانسور میرود بنابراین باید فاصله ی کندانسور و اتاقک خشک کن در حد قابل قبول باشد.

در خشک کن های بزرگتر دو کندانسور متناوب کار می کنند. هنگامی که یک کندانسور کار میکند، کندانسور دیگر درحال استراحت و ذوب شدن یخ تولید شده بر روی آن میباشد. موادی که قرار است خشک شوند بر وری سینی آلومینیومی پخش می شوند.

 

خشک کن انجمادی پیوسته

خشک کن های انجمادی پیوسته به صورت استوانه های افقی هستند که چندین جفت کندانسور که به صورت متناوب کار می کنند، در کنار تونل نصب شده است. مواد در سینی قرار می گیرند و به تونل خشک کن میروند. خشک کن های انجمادی با مساحت سینی کمتر از صدمتر مربع درحال حاضر در سترس هستند.

 

کاربردهای فریز درایینگ در صنایع غذایی

یکی از کاربردهای فریز درایینگ برای تهیه قهوه فوری است، اما در میوه هایی مانند سیب نیز بسیار خوب عمل می کند. خشک کردن انجمادی برای حفظ و نگهداری از مواد غذایی و کاهش وزن آنها استفاده می شود. به طورکلی فرایند فریز درایینگ برای خشک کردن موادی است که ارزش اقتصادی دارند و یا اینکه به روش های دیگر خشک کردن حساس هستند. به عنوان مثال میوه ای مانند توت فرنگی، بافت حساسی دارد و با قرار گرفن در معرض حرارت ممکن است آسیب ببیند. بنابراین فریز درایینگ برای توت فرنگی مناسب است.

 

خشک کن انجمادی میوه

این نوع خشک کن های انجمادی در بازار بسیار خریدار دارد و در غالب موارد برای خشک کردن میوه ها برای فروش در بازار خشکبار و عمده فروشی ها بکار می رود. ساختمان گیاهان به گونه ای است که وضعیت آنان موقع خشک کردنشان در خشک کن انجمادی، اهمیتی ندارد. چیزی که در این باره مهم است این است که ساختار و بافت میوه به هم نخورد. در این حالت محصول باید شکننده و ترد و سفت باشد.

میوه هایی که می بایستی از راه تصعید در خشک کن انجمادی، خشک گردند باید دارای جامدیت زیادی باشند و از بو و طعم خوبی هم بهره ببرند. برای اینکه از قهوه ای شدن و تغییر رنگ میوه جلوگیری گردد قبل از اینکه درون خشک کن انجمادی قرار گیرد، سیب و گلابی را می بایست در یک حلال با یک دهم درصد سولفات سدیم فرو کرد و پس از آن پوست آن را برید و هسته ی آن را خارج کرد و بعد از انجام این مراحل آن را به اسلایس های کوچک تقسیم نمود.

درمورد میوه توت فرنگی، برای مثال با ساختار ظریف با سطح بالای محتوی آب، خشک کردن با روش های کلاسیک بسیلر مشکل است مخصوصا زمانی که آنها را در معرض هوا خشک کنیم سبب فروپاشی و آسیب قابل توجهی در ساختار فیزیکی آنها میشود. در طی یک پژوهشی دیده شده که بافت میوه زغال اخته هم در خشک کردن با هوا تخریب میشود و دچار ریزش بسیار شدید می گردد. بعضی از پژوهشگران هم بر روی خشک شدن اسمزی توت فرنگی کار کردند و قطع غشاهای سلولی و تغییر دیواره سلولی به طورکلی وجود داشت.

علاوه بر تاثیر منفی خشک کردن در معرض هوا بر روی کیفیت محصولات نهایی، غلظت آنتوسیانین ها که خانواده توت ها منبع غنی از آنها هستند، در طول این فرآیند تخریب میشوند. آنتوسیانین ها در برابر دما و اکسیژن بسیار حساس هستند و تخریب میشوند.

خشک کردن انجمادی محصولاتی بیولوژیکی بهترین روش حذف آب است که نتیجه آن حاصل شدن یک محصول با کیفیت بالا می باشد. این نوع روش خشک کردن به طور گسترده ای برای به دست آوردن قهوه فوری با کیفیت و محیط کشت باکتری برای محصولات لبنی استفاده می شد.

خشک کردن انجمادی توت فرنگی باعث می شود تا این میوه تازگی، رنگ و طعم خودش را حفظ کند. همچین با به کار بردن روش freeze drying برای توت ها میتوان بیشتر ترکبات، مواد جامد و رنگ آنها را در مقایسه با روش های دیگر خشک کردن حفظ نمود حفظ کرد.

 

آیا می توان گوشت خام را فریز درایر کرد؟

 گوشت خام را می توان در خشک کن انجمادی خشک نمود و و در کیسه های مایلار با جاذب های اکسیژن به مدت 10-15 سال نگهداری کرد. سپس در زمان استفاده میتوان می توان برای چند دقیقه در آب غوطه ور کرد، با حوله کاغذی خشک کرد و طوری کباب کرد، پخته یا سرخ کرد انگار که گوشت خام تازه است.

 

ماندگاری مواد غذایی خشک شده در فریز چقدر است؟

بین 25 تا 30 سال، خشک کردن انجمادی حدود 98 درصد از رطوبت مواد غذایی را از بین می برد، در حالی که خشک کردن معمولی نهایتا حدود 90 درصد رطوبت را از بین می برد. میزان رطوبت روی ماندگاری تاثیر می گذارد، به طوری که غذاهای خشک شده در فریزر بین 25 تا 30 سال ماندگاری دارند و محصولات دهیدراته شده بین 15 تا 20 سال ماندگاری دارند.

 

لیوفیلیزاسیون چیست؟

نگهداری سویه های میکروبی با استفاده از روش های خشک کردن انجمادی را لیوفیلیزاسیون می نامند.

 

قیمت خشک کن انجمادی

همانطور که گفتیم یکی از معایب این خشک کن ها هزینه زیاد آنها می باشد. امروزه کوچکترین سایز خشک کن انجمادی از یک میلیارد شروع میشود. بنابراین اگر قصد خرید این دستگاه را در ابعاد صنعتی دارید، باید هدف و سرمایه خود را از قبل مشخص کنید.

 

 

دوره آموزشی متخصص آزمایشگاه مواد غذایی

 

دوست عزیز علم فودی اگر می خوای از دوره های تخصصی که علم فود برگزار میکنه باخبر بشی و کلی مطلب علمی در زمینه صنایع غذایی یاد بگیری علم فود رو در اینستاگرام هم دنبال کن (کافیه روی عکس زیر کلیک کنی تا وارد پیج علم فود بشی):

علم فود

Industrial Freeze Drying: Process, Applications, Advantages & Disadvantage

مروری بر روش نوین خشک کردن انجمادی

 FREEZE-DRYING CHARACTERISTICS OF STRAWBERRIES

کتاب تکنولوژی مواد غذایی دکتر هماپور