یخ خشک کن چگونه کار می کند؟ راهنمای تجهیزات خشک کردن انجمادی

سه مرحله در داخل فریزر خشک کن

یخ خشک کن با چرخاندن یک محصول از طریق انجماد، خشک کردن اولیه و خشک کردن ثانویه کار می کند. هر مرحله نقش مشخصی را ایفا می کند و نادیده گرفتن یا عجله کردن هر یک از آنها منجر به نتایج ضعیفی مانند ساختار فروریخته، "ذوب شدن" یا رطوبت باقیمانده می شود که عمر مفید را کوتاه می کند.

انجماد

محصول تا بین خنک می شود -40 درجه فارنهایت و -50 درجه فارنهایت (40- تا -45 درجه سانتی گراد) روی یک قفسه با دمای کنترل شده، معمولاً در بالای آن 6 تا 10 ساعت . این مرحله آب را در بلورهای یخ قفل می کند، که ضروری است زیرا تصعید فقط روی آب یخ زده کار می کند، نه مایع. انجماد آهسته تر باعث تولید کریستال های یخ بزرگتر و خشک شدن سریعتر در آینده می شود. انجماد فلاش کریستال های ظریف تری تولید می کند اما بافت نهایی کمی متراکم تر است.

خشک کردن اولیه (تععید)

یک پمپ خلاء فشار محفظه را به کسری از فشار معمولی اتمسفر، معمولاً در اطراف، کاهش می دهد 0.1 تا 2 میلی بار . در این فشار، یخ مستقیماً بدون ذوب شدن به بخار تبدیل می شود. حرارت ملایم به قفسه ها اعمال می شود تا انرژی مورد نیاز برای تصعید تامین شود و این مرحله تقریباً حذف می شود. 90 درصد رطوبت کل در محصول همچنین طولانی ترین مرحله است که اغلب به حساب می آید 60-70٪ از کل زمان چرخه .

خشک کردن ثانویه (داجذب)

هنگامی که یخ قابل مشاهده از بین رفت، دستگاه دمای قفسه را بیشتر افزایش می دهد، گاهی اوقات تا 110-140 درجه فارنهایت ، برای آزاد کردن مولکول های آب متصل به ساختار داخلی محصول. این رطوبت نهایی را به پایین هدایت می کند 1-4٪ بسته به ماده ای که باعث ماندگاری طولانی مدت کالاهای خشک انجمادی می شود.

علم پشت تصعید: چرا خلاء و سرد با هم کار می کنند؟

تصعید تنها زمانی اتفاق می‌افتد که فشار و دما هر دو به اندازه‌ای کم باشند که آب را از «نقطه سه‌گانه» عبور دهد، یعنی ترکیب دقیقی که در آن جامد، مایع و گاز از لحاظ نظری می‌توانند همزیستی داشته باشند. برای آب، آن نقطه تقریباً در آن قرار دارد 0.01 درجه سانتی گراد و 6.11 میلی بار فشار . در زیر آن آستانه فشار، افزودن گرما به یخ باعث می شود که به جای ذوب شدن به مایع، مستقیماً به بخار بپرد.

به همین دلیل است که یک خشک کن انجمادی محفظه را بسیار زیر فشار اتمسفر (حدود 1013 میلی بار در سطح دریا) قبل از اعمال هرگونه حرارت. پمپ را خیلی کم انجام دهید و یخ به محض وارد شدن گرما به سادگی آب می شود و این روند را خراب می کند. پمپ را به اندازه کافی پایین بیاورید، و فشار بخار آب داخل محصول کمتر از محفظه اطراف می ماند، که تا زمانی که محصول خشک شود، رطوبت را به بیرون می کشد.

کندانسور در این فیزیک نقش حمایتی ایفا می کند: با سردتر ماندن از محصول، یک گرادیان فشار ایجاد می کند که به طور مداوم بخار را از محفظه دور می کند و آن را به عنوان یخ روی سیم پیچ به دام می اندازد، نه اینکه اجازه دهد هوا را اشباع کند و روند را کاهش دهد.

چرا سابلیمیشن کیفیت را بهتر از خشک کردن حرارتی حفظ می کند؟

کم آبی معمولی از حرارت بالای 100 درجه فارنهایت برای تبخیر آب استفاده می کند که ویتامین های حساس به گرما را تجزیه می کند، بافت را تغییر می دهد و محصول را کوچک می کند. خشک کردن انجمادی از این امر جلوگیری می کند زیرا محصول هرگز در مرحله بحرانی حذف رطوبت از نقطه انجماد بالاتر نمی رود.

از آنجایی که کریستال های یخ در جای خود تصعید می شوند، ساختاری متخلخل و اسفنج مانند را به جای ساختاری فرو ریخته بر جای می گذارند. این تخلخل به همین دلیل است که میوه های خشک شده، قهوه یا وعده های غذایی کمپینگ دوباره آب می شوند زیر پنج دقیقه در مقایسه با 20 تا 30 دقیقه که اغلب برای مشابه های خشک شده در آفتاب یا فر نیاز است.

اجزای اصلی تجهیزات خشک کردن انجمادی

هر خشک کن انجمادی، چه یک واحد کوچک و چه یک سیستم صنعتی، متکی به همان سخت افزار هسته ای است که با هم برای ایجاد و حفظ خلاء در حین مدیریت دما کار می کنند.

• محفظه خلاء: محفظه مهر و موم شده که سینی های محصول را نگه می دارد، طوری طراحی شده است که در مقابل اختلاف فشار بدون نشتی مقاومت کند.
• کندانسور: یک سیم پیچ خنک شده تا 85- درجه فارنهایت که بخار آب را قبل از رسیدن به پمپ خلاء جذب می کند و از پمپ محافظت می کند و سرعت خشک شدن را افزایش می دهد.
• پمپ خلاء: هوا را از محفظه خارج می کند تا فشار کمتری به اندازه کافی برای تصعید در دماهای زیر انجماد انجام شود. بیشتر واحدهای رومیزی از پمپ پره ای دوار با روغن آب بندی استفاده می کنند.
• قفسه های گرم شده: گرمای تدریجی و کنترل شده را برای هدایت تصعید بدون اجازه دادن به محصول ذوب شود، معمولاً از طریق عناصر مقاومت الکتریکی یا سیال در گردش.
• سنسورهای فشار و دما: یک گیج پیرانی خلاء محفظه را ردیابی می کند در حالی که ترموکوپل ها دمای قفسه و محصول را در طول چرخه نظارت می کنند.
• سیستم کنترل: کل چرخه را خودکار می کند، دمای قفسه را تنظیم می کند و سطوح خلاء را بر اساس خوانش های زمان واقعی به جای تایمر ثابت نگه می دارد.

انواع تجهیزات خشک کن انجمادی و هزینه آنها

تجهیزات خشک کردن انجمادی مقیاس از لوازم خانگی تا سیستم های خط تولید، و ردیف مناسب تقریباً به طور کامل به اندازه دسته و تعداد دفعات کار دستگاه بستگی دارد.

واحدهای خانگی و رومیزی ماشین‌های مستقل و متصل به کار هستند که هدفشان ذخیره‌سازی مواد غذایی و تولید مشاغل کوچک است. سیستم‌های در مقیاس آزمایشی، که در آزمایشگاه‌ها و تحقیق و توسعه دارویی رایج هستند، کنترل دقیق‌تری بر نرخ‌های سطح شیب‌دار دمای قفسه اضافه می‌کنند و اغلب شامل قفسه‌های درپوش برای آب‌بندی ویال‌ها در خلاء می‌شوند. سیستم‌های صنعتی با بارگیری خودکار، سیم‌پیچ‌های کندانسور بزرگ‌تر برای تحمل بارهای بخار بالاتر و سیستم‌های تمیزکننده در محل برای محیط‌های تنظیم‌شده مانند تولید دارو، توان عملیاتی را در اولویت قرار می‌دهند.

چه چیزی زمان چرخه و مصرف انرژی را تعیین می کند

طول چرخه به ضخامت محصول، محتوای آب و نحوه بارگیری سینی ها بستگی دارد. یک آیتم متراکم و با برش ضخیم بیشتر از یک کالای نازک و متخلخل طول می کشد زیرا تصعید برای فرار باید بیشتر از مواد عبور کند.

1. ضخامت محصول: برش های ضخیم تر از 1 اینچ می توانند زمان خشک شدن را در مقایسه با برش های نازک دو برابر کنند.
2. رطوبت اولیه: اقلام پرآب مانند هندوانه یا خیار (بیش از 90 درصد آب) نسبت به غذاهای کم رطوبت مانند نان یا پنیر (30 تا 40 درصد آب) بیشتر طول می کشد.
3. چگالی بارگذاری سینی: سینی های پر ازدحام جریان بخار را محدود کرده و چرخه را چندین ساعت افزایش می دهد.
4. دمای کندانسور: کندانسور سردتر بخار را سریعتر جذب می کند که خشک شدن اولیه را کوتاه می کند.
5. میزان چربی و قند: غذاهای پرچرب مانند بستنی یا پنیر کندتر خشک می شوند زیرا چربی به آسانی مواد گیاهی فیبری رطوبت را آزاد نمی کند.

به طور متوسط، یک واحد خانگی بین مصرف می کند 2 و 3 کیلووات ساعت در ساعت عملکرد، به این معنی که یک چرخه کامل 24 ساعته می تواند تقریباً استفاده شود 50 تا 70 کیلووات ساعت قابل مقایسه با دو روز کامل کولر گازی مرکزی. این یک عامل معنی دار در مقایسه خشک کردن انجمادی با روش های نگهداری کم انرژی مانند کنسرو کردن یا آبگیری استاندارد است.

آماده سازی محصولات قبل از خشک کردن انجمادی

نحوه آماده سازی محصول قبل از ورود به محفظه تأثیر مستقیمی بر زمان خشک شدن و کیفیت نهایی دارد. چند عادت آماده سازی به طور مداوم نتایج بهتر و سریع تری ایجاد می کنند.

• برش یکنواخت: برش قطعات به ضخامت ثابت 1/4 تا 1/2 اینچ تضمین می کند که کل دسته تقریباً در یک زمان خشک می شود و از خشک شدن بیش از حد لبه ها در کنار مراکز هنوز مرطوب جلوگیری می کند.
• قبل از بارگیری از قبل منجمد کنید: قرار دادن سینی ها در یک فریزر مستقل در دمای -10 درجه فارنهایت یا سردتر برای چند ساعت قبل از انتقال آنها به دستگاه، حجم کاری مرحله انجماد را کاهش می دهد و می تواند ساعت ها از کل چرخه خارج شود.
• ابتدا سبزیجات را سفید کنید: یک بلانچ مختصر آب داغ یا بخار آنزیم هایی را که در غیر این صورت حتی در دماهای انجماد به تخریب رنگ و مواد مغذی ادامه می دهند، غیرفعال می کند.
• در یک لایه پخش کنید: قطعاتی که روی هم قرار گرفته اند رطوبت را بین آنها به دام می اندازد و جیب هایی ایجاد می کند که حتی پس از یک چرخه کامل هرگز کاملاً خشک نمی شوند.
• اقلام پرچرب را جدا کنید: استفاده از غذاهای چرب مانند گوشت چرخ کرده یا پنیر در دسته خود، به جای مخلوط شدن با میوه، از آلودگی بخار روغن دیگر سینی ها و روغن پمپ جلوگیری می کند.

موارد استفاده متداول برای تجهیزات خشک کردن انجمادی

فریز خشک کن ها فراتر از ذخیره سازی اضطراری مواد غذایی هستند. توانایی آنها در حفظ ساختار و قدرت آنها را در چندین صنعت ارزشمند می کند.

• نگهداری مواد غذایی: میوه ها، سبزیجات، گوشت ها، لبنیات و وعده های غذایی کامل برای نگهداری طولانی مدت، کوله پشتی یا آمادگی اضطراری.
• داروها: واکسن‌ها، آنتی‌بیوتیک‌ها و بیولوژیک‌ها، از آنجایی که خشک‌کردن در انجماد باعث تثبیت پروتئین‌ها و کشت‌های زنده می‌شود که با گرما تخریب می‌شوند و عمر ماندگاری را از چند روز به سال افزایش می‌دهند.
• حفظ نمونه و سند: کتاب‌ها، عکس‌ها و نمونه‌های بیولوژیکی یا باستان‌شناسی آسیب دیده در اثر آب که باید شکل اصلی خود را حفظ کنند.
• خوراکی ها و تنقلات یخ زده: آب نبات و خوراکی های حیوانات خانگی، که در آن بافت ترد و توخالی مستقیماً از تصعید یخ از ماتریس های شکر یا چربی می آید.
• پودر قهوه و نوشیدنی فوری: قهوه یا آب میوه دم کرده منجمد می شود، سپس با انجماد خشک می شود و به دانه هایی تبدیل می شود که تقریباً فوراً حل می شوند و ترکیبات معطر بیشتری نسبت به جایگزین های اسپری خشک می شوند.

بسته بندی و نگهداری محصولات منجمد خشک شده

مواد غذایی منجمد خشک شده بسیار رطوبت سنجی هستند، به این معنی که تقریبا بلافاصله پس از خارج شدن از محفظه، رطوبت را از هوا خارج می کنند. بسته بندی صحیح آن به اندازه خود چرخه خشک کردن اهمیت دارد.

محصولات باید در داخل مهر و موم شوند 30 تا 60 دقیقه از پایان چرخه کیسه های مایلار همراه با جاذب های اکسیژن استانداردی برای ذخیره سازی طولانی مدت هستند: یک جاذب با اندازه تقریباً 300 سی سی در هر ظرف به اندازه کوارت برای حذف اکسیژن باقیمانده و جلوگیری از اکسیداسیون کافی است. شیشه های شیشه ای با درب محکم و یک بسته خشک کن برای نگهداری کوتاه مدت چند ماه کار می کنند. پس از بسته شدن و نگهداری در یک مکان خنک و تاریک، مواد غذایی خشک شده یخ زده با رطوبت کمتر از 4 درصد می توانند در قفسه باقی بمانند. 15 تا 25 سال ، اگرچه کیفیت غذایی و طعم به تدریج در این بازه زمانی کاهش می یابد حتی اگر محصول برای خوردن سالم بماند.

یک راه ساده برای بررسی آماده بودن قبل از بسته بندی، تست کرامبل است: یک قطعه کاملاً خشک شده باید به جای خم شدن یا احساس اسفنجی شدن، بشکند یا خرد شود. هر چیزی که هنوز انعطاف پذیر باشد، قبل از اینکه به ذخیره سازی طولانی مدت برود، به زمان بیشتری در خشک کردن ثانویه نیاز دارد.

تعمیر و نگهداری که یخ خشک کن را به طور موثر کار می کند

یخ خشک کن ها از نظر مکانیکی در مقایسه با سایر لوازم آشپزخانه یا صنعتی ساده هستند، اما بی توجهی به چند کار معمولی می تواند عمر پمپ را کوتاه کند و زمان چرخه را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.

تعویض روغن پمپ خلاء

پمپ های پره ای دوار مهر و موم شده روغن تقریباً هر بار نیاز به تعویض روغن دارند 3 تا 6 سیکل یا در صورت خشک کردن غذاهای پرچرب یا پرقند زودتر، زیرا بخار حاصل از این محصولات روغن را سریعتر آلوده کرده و قدرت خلاء را کاهش می دهد. روغن کدر یا تغییر رنگ معمولا واضح ترین نشانه بصری است که یک تغییر دیرهنگام است.

چک واشر و مهر و موم

واشر درب محفظه را باید قبل از هر بار اجرا از نظر ترک خوردگی، خشکی یا ضایعات بررسی کرد و با یک پارچه نرم پاک کرد. مهر و موم به خطر افتاده از رسیدن دستگاه به فشار خلاء هدف جلوگیری می کند، که تصعید را متوقف می کند و ساعت ها به چرخه می افزاید.

یخ زدایی کندانسور

تجمع یخ روی سیم پیچ کندانسور باید به طور کامل ذوب شود و بین دسته ها تخلیه شود، که معمولاً طول می کشد. 1 تا 2 ساعت روی یک واحد خانگی یخ باقیمانده ظرفیت سیم پیچ برای به دام انداختن بخار را در چرخه بعدی کاهش می دهد و پمپ را مجبور می کند سخت تر کار کند و طول عمر آن را کوتاه می کند.

مشکلات رایج و نحوه رفع آنها

بیشتر مسائل مربوط به خشک کردن انجمادی به یکی از سه علت باز می گردد: خلاء ناکافی، بار رطوبت بیش از حد، یا حرارت اعمال شده خیلی زود در چرخه. تشخیص سریع علائم باعث نجات یک دسته خراب شده می شود.