خام تا قفسه پایدار: مهندسی تجهیزات خشک کردن انجمادی مراقبت از حیوانات خانگی

حکم: خشک کردن انجمادی 97٪ از ارزش غذایی را در مقابل 20-40٪ برای خشک کردن حرارتی حفظ می کند.

برای تولید کنندگان غذای حیوانات خانگی که به دنبال تولید جیره های خام پایدار در قفسه بدون پخت و پز یا مواد نگهدارنده شیمیایی هستند، خشک کردن انجمادی تنها روش صنعتی است که یکپارچگی غذایی را حفظ می کند. آزمایش مقایسه ای نشان می دهد که غذای حیوان خانگی خام خشک شده یخ زده 94 تا 97 درصد از ویتامین ها، آنزیم ها و اسیدهای آمینه اصلی را در مقایسه با 20 تا 40 درصد در محصولات اکسترود شده یا خشک شده با حرارت حفظ می کند. . نتیجه گیری مستقیم: تجهیزات خشک کردن انجمادی مراقبت از حیوانات خانگی با کنترل مناسب دمای قفسه (انجماد -30 تا -40 درجه سانتیگراد، خشک کردن اولیه 40 درجه سانتیگراد تا 60 درجه سانتیگراد) و فشار خلاء زیر 100 mTorr محصولات نهایی را با رطوبت کمتر از 4٪ و ماندگاری 12 تا 24 ماه در محیط تولید می کند. این مقاله معیارهای انتخاب خاصی را بر اساس اندازه دسته، نوع محصول (تکه های گوشت، طعمه کامل، تاپرها) و الزامات توان عملیاتی برای برنامه های غذایی حیوانات خانگی ارائه می دهد.

روش خشک کردن انجمادی برای غذای حیوانات خانگی

تجهیزات خشک کردن انجماد مراقبت از حیوانات خانگی بر اساس اصل تصعید عمل می کند: تبدیل آب منجمد به طور مستقیم به بخار بدون عبور از فاز مایع. این فرآیند دارای سه مرحله مجزا است: انجماد، خشک کردن اولیه (تععید) و خشک کردن ثانویه (واجذبی). مرحله انجماد باید به دمای محصول اصلی 30- تا 40- درجه سانتیگراد برسد تا از تبلور کامل آب آزاد اطمینان حاصل شود. . گوشت و بافت‌های اندام با سرعت‌های متفاوتی منجمد می‌شوند. تجهیزات باید دارای نرخ های رمپ پایین قابل برنامه ریزی 1-3 درجه سانتیگراد در دقیقه باشند تا از تشکیل کریستال یخ که به دیواره های سلولی آسیب می زند جلوگیری شود. خشک کردن اولیه 85 تا 90 درصد کل زمان چرخه را تشکیل می دهد، معمولاً 24 تا 48 ساعت برای قطعات گوشت ضخیم 1 اینچی. خشک کردن ثانویه آب محدود را برای رسیدن به رطوبت نهایی زیر 4 درصد حذف می کند که به 4-8 ساعت اضافی در دمای 50 تا 60 درجه سانتیگراد نیاز دارد.

سیستم خلاء حیاتی ترین جزء است. تجهیزات خشک کردن انجمادی مراقبت از حیوانات خانگی باید فشار محفظه ای کمتر از 100 mTorr (0.0133 کیلو پاسکال) در طول خشک کردن اولیه داشته باشند. . فشارهای بالاتر نقطه تصعید را افزایش می‌دهد و باعث می‌شود محصول منجمد به جای تعالی، ذوب و بجوشد و در نتیجه ساختار فرو ریخته و مواد مغذی از بین برود. ظرفیت پمپ خلاء باید به اندازه ای باشد که محفظه را از فشار اتمسفر به mTorr 500 در مدت 20 دقیقه تخلیه کند. تخلیه کندتر اجازه می دهد تا یخ سطح قبل از شروع تصعید ذوب شود.

پیکربندی قفسه و سیستم های انتقال حرارت

خشک کن های انجمادی غذای حیوانات خانگی از قفسه های گرم شده (صفحات) با محصول در سینی ها استفاده می کنند. یکنواختی دمای قفسه غیرقابل مذاکره است: تمام قفسه‌های محفظه باید دمای 2± درجه سانتیگراد را در کل سطح حفظ کنند. . تغییرات دمای بالای 3± درجه سانتیگراد باعث خشک شدن ناهموار می شود: محصول در نقاط داغ سوخته می شود (دمای سطح بیش از 65 درجه سانتیگراد پروتئین ها را تغییر می دهد)، در حالی که محصول در نقاط سرد مرطوب باقی می ماند و به زمان چرخه طولانی نیاز دارد که باعث کاهش 20-30 درصدی می شود. قبل از خرید، داده های نقشه برداری حرارتی را برای پیکربندی محفظه خاص درخواست کنید. تامین کنندگان باید نقشه های ترموکوپل 16 نقطه ای را در سه سطح قفسه ارائه دهند.

انتقال حرارت به محصول از طریق سه مکانیسم انجام می‌شود: رسانش از قفسه به سینی، تابش از قفسه‌های بالا، و همرفت از طریق گاز کم‌فشار. برای حداکثر سرعت تصعید، گرمایش قفسه باید توسط روغن سیلیکونی که در بین صفحات در گردش است، نه بخاری های مقاومت الکتریکی تامین شود. . قفسه هایی که با روغن گرم می شوند به سرعت رمپ 5 تا 8 درجه سانتی گراد در دقیقه می رسند و ثبات 1± درجه سانتی گراد را حفظ می کنند. قفسه های گرم شده الکتریکی معمولاً دارای تغییرات ± 5 درجه سانتیگراد و نرخ شیب دار آهسته تر هستند و 4-8 ساعت به هر چرخه اضافه می شود. برای تاسیساتی که 300 چرخه در سال اجرا می کند، این تفاوت سالانه 1200-2400 ساعت کار اضافی را نشان می دهد.

پارامترهای پردازش خاص محصول

مواد تشکیل دهنده مختلف غذای حیوانات خانگی به پارامترهای خشک کردن انجمادی متفاوتی نیاز دارند. گوشت چرخ کرده و ترکیبات اندام (30 تا 50 درصد چربی) منجمد و خشک می شود که متفاوت از قطعات ماهیچه ای کامل یا محصولات استخوانی است. . چربی آب محدودی ندارد و تعالی ندارد. محصولات پرچرب به خشک کردن ثانویه طولانی تری نیاز دارند تا از گیر افتادن رطوبت باقیمانده در زیر لایه های چربی جلوگیری شود. برای غذای خام حیوان خانگی حاوی 40 درصد چربی (مانند مخلوط اردک، بره)، خشک کردن ثانویه را 6 تا 8 ساعت تمدید کنید و دمای قفسه را در 55 درجه سانتیگراد حفظ کنید تا رطوبت مویرگی چربی آزاد شود. عدم انجام این کار، علیرغم دستیابی به رطوبت هدف 4 درصد، در عرض 3-4 ماه منجر به فساد می شود.

اقلام طعمه کامل (موش، جوجه، ماهی) چالش های منحصر به فردی را ارائه می دهند. حفره داخلی رطوبت را بیشتر از بافت خارجی حفظ می کند. خشک کردن انجماد طعمه کامل در مقایسه با محصول آسیاب شده با جرم معادل به 12 تا 24 ساعت خشک کردن اولیه اضافی نیاز دارد. . تجهیزات باید بارهای چند ارتفاعی را در خود جای دهند. قفسه هایی با فاصله قابل تنظیم (حداقل فاصله 50 میلی متری بالای محصول) برای طعمه کامل ضروری است. بدون پاکسازی کافی، بخار آب تصعید شده نمی تواند از سطح محصول خارج شود، و یک سد بخار موضعی ایجاد می کند که خشک شدن را 50-70٪ کند می کند و اجازه می دهد تا رشد باکتری ها در منطقه خطر دما (0-40 درجه سانتیگراد) در طول انتقال از انجماد به خشک شدن ایجاد شود.

انتخاب و نگهداری پمپ خلاء

تجهیزات خشک کردن انجمادی مراقبت از حیوانات خانگی به پمپ های خلاء پره ای دو مرحله ای با فشار نهایی زیر 10 mTorr (0.0013 کیلو پاسکال) نیاز دارند. جابجایی پمپ (CFM) باید برای تخلیه حجم محفظه به 500 mTorr در عرض 15 دقیقه برای اندازه های دسته ای زیر 100 کیلوگرم و 20 دقیقه برای دسته های بزرگتر کافی باشد. . پمپ‌های کم‌اندازه زمان تخلیه را افزایش می‌دهند و اجازه می‌دهند سطوح محصول یخ‌زده قبل از ایجاد خلاء، بالای 20 درجه سانتیگراد گرم شوند و باعث ذوب شدن یخ سطحی در محصول می‌شوند. این آب ذوب شده زمانی که خلاء به 4000 میلی‌تورر می‌رسد، می‌جوشد و حباب‌های بخار ایجاد می‌کند که دیواره‌های سلولی را پاره می‌کند و بافتی اسفنجی و غیرجذاب ایجاد می‌کند که صاحبان حیوانات آن را با کیفیت پایین می‌دانند.

روغن پمپ خلاء به دلیل جذب رطوبت از محفظه به سرعت تجزیه می شود. برای خشک کردن انجمادی غذای حیوانات خانگی، روغن پمپ را هر 100-150 ساعت کارکرد عوض کنید، در مقابل 500 ساعت برای فریز خشک کن های دارویی. . بارهای غذای حیوانات خانگی حاوی 70 تا 80 درصد آب از نظر جرم هستند و با وجود تله های کندانسور، مقداری رطوبت به پمپ خلاء می رسد. روغن پمپ آلوده قابلیت خلاء نهایی را از دست می دهد. پمپی که با روغن تازه به 50 میلی‌تورر رسیده باشد، تنها پس از 200 ساعت استفاده از غذای حیوانات خانگی می‌تواند به 500 میلی‌تورر برسد. برای افزایش فواصل سرویس پمپ به 250-300 ساعت، یک سیستم فیلتراسیون روغن (نام اسمی 1 میکرون) و حذف کننده غبار روغن نصب کنید. هزینه نگهداری سالانه پمپ خلاء برای خشک کن دسته ای 100 کیلوگرمی معمولاً 1500 تا 2500 دلار است.

ظرفیت کندانسور و مدیریت یخ

کندانسور (تله سرد) بخار آب تصعید شده از محصول را جذب می کند. ظرفیت کندانسور باید برای 150 درصد حداکثر بار آب در یک دسته اندازه شود . برای یک دسته 100 کیلوگرمی گوشت خام (75 کیلوگرم آب)، کندانسور باید حداقل 110 کیلوگرم یخ را بدون رسیدن به ظرفیت و از دست دادن خلاء جذب کند. کندانسورهای کم اندازه چرخه های یخ زدایی زودرس را مجبور می کنند، خشک شدن را قطع می کنند و یکپارچگی دسته را از بین می برند. یک کندانسور با دمای سطح زیر 50- درجه سانتیگراد در سراسر منطقه تجمع یخ مشخص کنید. کندانسورهای گرمتر به یخ اجازه می دهند یک لایه عایق تشکیل دهند که پس از 2 سانتی متر انباشتگی، راندمان جذب را تا 50 درصد کاهش می دهد.

یخ زدایی گاز داغ در مقابل یخ زدایی الکتریکی: یخ زدایی گاز داغ در 30-45 دقیقه در مقابل 2-3 ساعت برای یخ زدایی الکتریکی کامل می شود. . برای تاسیساتی که 2 تا 3 دسته در روز کار می کنند، یخ زدایی الکتریکی 8 تا 9 ساعت در روز مصرف می کند که به طور موثر 30 تا 40 درصد توان را کاهش می دهد. یخ‌زدایی گاز داغ از گاز تخلیه کمپرسور برای گرم کردن کویل کندانسور استفاده می‌کند که نیاز به شیر اضافی دارد اما از طریق افزایش ظرفیت تولید ظرف 6 تا 12 ماه هزینه خود را پرداخت می‌کند. با این حال، یخ زدایی گاز داغ نیاز به شارژ مبرد بیشتری دارد (30-50٪ بیشتر) و هزینه های نگهداری سالانه را 500-1000 دلار برای سرویس شیر افزایش می دهد.

اندازه دسته در مقابل بهینه سازی زمان چرخه

رابطه بین اندازه دسته و زمان چرخه غیر خطی است. دوبرابر کردن بار از 50 کیلوگرم به 100 کیلوگرم معمولاً زمان چرخه را 50-70٪ افزایش می دهد نه 100٪. بار بهینه برای اکثر تجهیزات خشک کردن انجمادی مراقبت از حیوانات خانگی 70 تا 80 درصد حداکثر ظرفیت قفسه است . در بار 100٪، گردش هوا بین سینی ها محدود می شود و زمان خشک شدن را 30-40٪ برای همان جرم محصول افزایش می دهد. برای قطعات گوشت ضخیم 1 اینچی در 20 متر مربع از سطح قفسه، حداکثر بار عملی 150-180 کیلوگرم است. بیش از این مقدار باعث می شود سینی های پایینی 8 تا 12 ساعت پس از سینی های بالایی تمام شوند و اپراتورها را مجبور می کند که محصول بالایی را بیش از حد خشک کنند یا محصول زیر خشک شده را بپذیرند.

پیکربندی سینی بر یکنواختی خشک کردن تأثیر می گذارد. سینی های توری فولادی ضد زنگ (فاصله سیم 2 میلی متر) 15 تا 20 درصد سریعتر از سینی های جامد خشک می شوند زیرا بخار آب از هر دو سطح بالا و پایین خارج می شود. سینی های جامد نیاز به چرخش محصول در 50٪ زمان چرخه دارند، هزینه های کاری 15-25 دلار در هر دسته اضافه می شود و به طور بالقوه آلودگی ایجاد می کند. . برای کاربردهای غذای حیوانات خانگی، سینی های توری با وجود هزینه اولیه بالاتر (200-400 دلار در هر سینی در مقابل 50-100 دلار برای جامد) توصیه می شود. سینی های مش با تمیز کردن مناسب 5-10 سال دوام می آورند. سینی های جامد ظرف 2-3 سال تله های حفره ای و آلودگی ایجاد می کنند.

پروتکل های نظافت و بهداشت

تجهیزات خشک کردن انجمادی مراقبت از حیوانات خانگی به تمیز کردن بین دسته ها هنگام تعویض منابع پروتئینی یا حداقل هر 72 ساعت کار مداوم نیاز دارند. عدم تمیز کردن منجر به تشکیل بیوفیلم در شکاف های محفظه می شود، با مطالعات نشان می دهد 1000-10000 CFU/cm² باکتری هوازی پس از 7 روز پردازش غذای خام حیوانات خانگی. . پروتکل تمیز کردن باید برای طراحی محفظه خاص تأیید شود:

1. قبل از شستشو: زباله های قابل مشاهده را با آب گرم (40 درجه سانتیگراد) با فشار کم (زیر 5 بار) بردارید تا از ورود آلودگی به مهر و موم جلوگیری کنید.
2. کاربرد فوم: دی اکسید کلر یا پاک کننده مبتنی بر اسید پراستیک (pH 6-8) را در دمای 50 درجه سانتی گراد، زمان تماس 5-10 دقیقه استفاده کنید. از ترکیبات آمونیوم چهارتایی پرهیز کنید - این ترکیبات باقیمانده‌ای را که گازها را در محصول خارج می‌کنند، باقی می‌گذارند.
3. شستشو: آب تصفیه شده (اسمز معکوس یا دیونیزه) در دمای 60 درجه سانتیگراد تا زمانی که PH آب شستشو با آب تامین شود.
4. ضدعفونی کردن: 0.5% پراکسید هیدروژن یا 50 ppm دی اکسید کلر مه به مدت 30 دقیقه، سپس با خلاء خشک کنید.

تجهیزات طراحی شده برای تمیز کردن در محل (CIP) با توپ های اسپری روی تمام سطوح داخلی، زمان تمیز کردن را از 4-6 ساعت به 1-2 ساعت کاهش می دهد. CIP 15-25٪ به هزینه تجهیزات اضافه می کند، اما هزینه های نیروی کار را سالانه 15000-25000 دلار برای تاسیساتی که دارای 300 دسته در سال است کاهش می دهد. برای تمیز کردن دستی، اطمینان حاصل کنید که تمام سطوح داخلی محفظه در دسترس هستند. سیستم های قفسه بندی با تکیه گاه های ثابت که نقاط کور ایجاد می کنند برای استفاده از غذای حیوانات خانگی غیرقابل قبول هستند.

مصرف انرژی و تجزیه و تحلیل هزینه های عملیاتی

تجهیزات خشک کردن انجماد مراقبت از حیوانات خانگی انرژی بر هستند. یک خشک کن انجمادی 20 متر مربعی با مصرف 25-35 کیلو وات در حین کار نیاز دارد 0.8-1.2 کیلووات ساعت به ازای هر کیلوگرم محصول خام فرآوری شده . با 0.12 دلار در کیلووات ساعت، هزینه انرژی 0.10-0.14 دلار به ازای هر کیلوگرم ورودی خام است. از آنجایی که خشک کردن انجمادی 70 تا 80 درصد وزن را به عنوان آب حذف می کند، هزینه انرژی محصول نهایی 0.50-0.70 دلار به ازای هر کیلوگرم است - به طور قابل توجهی بالاتر از خشک کردن حرارتی (0.05-0.10 در هر کیلوگرم) اما با حفظ مواد مغذی توجیه می شود.

سیستم تبرید COP (ضریب عملکرد) به طور قابل توجهی بر هزینه عملیاتی تأثیر می گذارد. کمپرسورهای اسکرول برای حلقه تبرید به COP 2.5-3.0 می رسند. کمپرسورهای رفت و برگشتی به 1.8-2.2 می رسند . یک واحد کمپرسور اسکرول با مصرف 18 کیلووات برای تبرید در مقابل یک واحد رفت و برگشتی با مصرف 24 کیلووات، 0.72 دلار در هر ساعت کاری 0.12 دلار در کیلووات ساعت، یا 5000 تا 6000 دلار سالانه برای کارکرد 7000 ساعت در سال صرفه جویی می کند. حق بیمه کمپرسورهای اسکرول (3000 تا 5000 دلار) در کمتر از یک سال بازپرداخت می شود. برای تاسیسات در آب و هوای گرم (متوسط ​​سالانه محیط بیش از 25 درجه سانتیگراد)، کندانسورهای آب خنک را برای سیستم تبرید به جای هوا خنک مشخص کنید. خنک کننده آب COP را 15 تا 20 درصد بهبود می بخشد و هزینه های انرژی سالانه را بین 3000 تا 8000 دلار کاهش می دهد.

سیستم های کنترل و مستندات چرخه

تجهیزات مدرن خشک کردن انجماد مراقبت از حیوانات خانگی شامل کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی با ذخیره‌سازی دستور غذا و ثبت اطلاعات است. حداقل ویژگی های کنترل: مشخصات دمای قفسه (حداقل 10 بخش قابل برنامه ریزی)، نقطه تنظیم خلاء با کنترل خودکار، نظارت بر دمای کندانسور، و ورودی دمای محصول (حداقل 4 پروب ترموکوپل در هر دسته) . برای پردازش غذای حیوانات خانگی، سیستم باید گزارش چرخه کامل شامل ردیابی دما و فشار را در فواصل 5 دقیقه ای ایجاد کند. این گزارش ها برای ممیزی ایمنی مواد غذایی و قابلیت ردیابی دسته ای تحت FSMA و مقررات مشابه ضروری هستند.

نظارت از راه دور و هشدار هشدار به شدت توصیه می شود. هشدارهای خودکار برای خرابی پمپ خلاء (فشار محفظه بالاتر از 500 mTorr)، خرابی تبرید (دمای کندانسور بالاتر از -40 درجه سانتیگراد)، یا قطع برق از از دست دادن دسته جلوگیری می کند. . در صورت تشخیص قطعی برق در عرض 30 دقیقه، می‌توان یک دسته از مواد اولیه غذای خام حیوانات خانگی با قیمت 5000 تا 20000 دلار را نجات داد. بدون اطلاع رسانی، دسته ممکن است ذوب شده و قبل از بازگشت اپراتورها خراب شود. سیستم‌های مانیتورینگ سلولی یا مبتنی بر اترنت 500-1500 دلار اولیه به علاوه 200-400 دلار اشتراک سالانه هزینه دارند. یک از دست دادن دسته ای جلوگیری شده معمولاً 5-10 سال هزینه های نظارت را پوشش می دهد.

مواد ساخت و ساز و تمیز کردن

تمام سطوحی که با غذای حیوانات خانگی تماس دارند باید فولاد ضد زنگ 316 لیتری باشند، نه ضد زنگ 304. 304 زنگ نزن وقتی در معرض محتوای کلرید گوشت خام و استخوان (1000 تا 2000 پی پی ام کلرید) قرار می گیرد خورده می شود و در خشک کن های فریز غذای حیوانات خانگی طی 6 تا 12 ماه گودال را نشان می دهد. . 316L ضد زنگ حاوی مولیبدن (2-3٪) است که در برابر حفره های ناشی از کلرید مقاومت می کند. تأیید گواهینامه های مواد؛ برخی از تولیدکنندگان از 304 برای سطوح بدون تماس با محصول استفاده می کنند اما 316L در سطوح تماس با محصول حداقل مشخصات قابل قبول است. سطوح قفسه باید دارای روکش سطح 0.8 میکرومتر Ra ≤ (الکتروپلی شده یا صیقل داده شده مکانیکی) باشد تا از چسبیدن باکتری ها جلوگیری کرده و تمیز کردن را تسهیل کند.

جوش های محفظه ای نیاز به نفوذ کامل و سنگ زنی صاف دارند. شکاف ها و بریدگی های جوش محل های اولیه تشکیل بیوفیلم در خشک کن های انجمادی هستند . قبل از پذیرش تحویل، جوش ها را با بورسکوپی بازرسی کنید. هر جوش با زیربرش قابل مشاهده، تخلخل یا عدم تطابق باید رد شود و دوباره کار شود. واشر و مهر و موم باید سیلیکون مطابق با FDA باشد (نه EPDM یا نیتریل که چربی را جذب کرده و چسبناک می شود). هر 12-18 ماه یکبار آب بندی درب را تعویض کنید. تخریب مهر و موم شایع ترین علت نشت خلاء در یخ خشک کن های قدیمی تر از 2 سال است.

الزامات نصب و برنامه ریزی تسهیلات

تجهیزات خشک کردن انجماد مراقبت از حیوانات خانگی به زیرساخت های قابل توجهی فراتر از امکانات اولیه نیاز دارد. سرویس برق سه فاز 400-600 آمپر 480 ولت اختصاصی برای خشک کن فریز 20-40 متر مربع به علاوه سرویس 100-200 آمپر مجزا برای پمپ های وکیوم و تبرید. هوای فشرده برای شیرهای پنوماتیک (7 بار، 100-200 لیتر در دقیقه، خشک شده تا نقطه شبنم 40- درجه سانتیگراد). آب خنک کننده برای سیستم های کندانسور آب خنک (20-40 لیتر در دقیقه در حداکثر دمای ورودی 25 درجه سانتی گراد، فشار 0.2-0.4 مگاپاسکال). بدون تصفیه آب مناسب، برج های خنک کننده بیوفیلمی تولید می کنند که صفحات کندانسور را در عرض 3 تا 6 ماه مسدود می کند.

بارگیری از کف بسیار مهم است: یک خشک کن انجمادی 40 متر مربعی با بار کامل محصول 15000 تا 25000 کیلوگرم وزن دارد که به ظرفیت بارگیری از کف 1500-2500 کیلوگرم بر متر مربع نیاز دارد. اکثر دال های بتنی صنعتی (3500-5000 psi) کافی هستند، اما نصب نیم طبقه به طور کلی امکان پذیر نیست. ارتفاع سقف باید محفظه به اضافه 1.5 متر فاصله بالای سر برای برداشتن و نگهداری قفسه را در خود جای دهد. حداقل 4.5 متر از کف تمام شده تا سقف سازه. تهویه برای دفع گرما: یک خشک کن انجمادی 30 کیلو وات، 40 تا 50 کیلووات گرما را به اتاق دفع می کند که به 5-8 تغییر هوا در ساعت نیاز دارد (حداقل 2000-3000 اگزوز CFM برای یک اتاق 50 متر مربعی)..