Высушивание разных веществ с использованием метода сублимации — это современное технологическое решение, которое позволяет производить продукцию очень высокого качества и с длительным сроком хранения.
Технология сублимационной вакуумной сушки на сегодняшний день применяется в разных областях деятельности: в пищевой промышленности(сушка фруктов, вакуумная сушка продуктов и овощей), в фармацевтике (при изготовлении БАДов, витаминов, нутрицевтиков), в деревообрабатывающей отрасли(вакуумная сушка древесины).
Сублимационная сушка: что это такое?
Вакуумная сублимационная сушка представляет собой процедуру практически полного удаления влаги из разных веществ. Метод сублимации хорош тем, что он обеспечивает испарение воды из замороженных продуктов без его перехода в жидкость. Поэтому одним из этапов технологии является процесс заморозки с последующим быстрым испарением воды в безвоздушной среде (под воздействием вакуума).
Испарение воды в ходе сублимационной сушки из замороженного сырья происходит без оттаивания благодаря воздействию низкого давления. Таким образом воздействие вакуума позволяет удалить воду и прочие жидкости из обрабатываемого сырья не теряя его свойств и исходной структуры.
Если сравнивать классические способы консервации с технологией вакуумной сублимационной сушки, то можно выделить следующие:
- несущественное изменение состава и вкусовых качеств, а также возможность восстановления продуктов до исходного состояния;
- возможность хранения продуктов, полученных путем сублимации, при температуре выше 0, что избавляет от необходимости использования специального холодильного оборудования;
- существенное уменьшение веса продукции в процессе обработки, что позволяет в разы снизить затраты на их хранение, перевозку, погрузку-разгрузку;
- упрощение процедуры реализации товаров, что происходит за счет снижения требований к температурному режиму хранения и длительному сроку годности.
Вакуумная сушка с использования метода сублимации происходит в условиях очень низких температур и пониженного давления. Подобные параметры способны обеспечить сохранность как целостности структуры исходного сырья, так и всех его качественных характеристик.
Технология вакуумной сушки
Чтобы понять, на каких условиях базируется метод сублимационной сушки, следует поэтапно разобрать всю процедуру. Итак, сначала исходный продукт быстро замораживается. При этом количество влаги в замороженном продукте обычно содержится в пределах 70 процентов.
Далее при помощи специальных датчиков системы управления балансируется разница двух параметров: низкого атмосферного давления и давления водяного пара (парциального). Следующий этап — удаление влаги из замороженных продуктов в безвоздушной среде — вакууме. Подобные условия быстро превращают лед в пар без промежуточной стадии — перехода в жидкость. Пар при этом оседает в виде конденсата снаружи испарителя либо постепенно переходит в окружающую среду.
💡 На заметку! Кроме всего вышеперечисленного, выполнение процедуры сублимации предполагает беспрерывную подачу энергии в зону, где образуется пар. Это крайне необходимо для обеспечения тепловой компенсации при фазовых изменениях исходного сырья. Подобный дисбаланс может происходить из-за формирования подсохшего слоя продукта в ходе сушки, а также из-за того, что тепло в область парообразования по этой причине поступает хуже.
Технология вакуумной сублимационной сушки включает в себя несколько стадий: предварительная подготовка и обработка исходного сырья, высушивание, упаковка готовой продукции. В свою очередь сама сушка включает в себя следующие фазы:
- замораживание;
- первичная сушка;
- вторичная сушка.
Первая фаза представляет собой максимально быстрый процесс замораживания сырья, при котором влага, имеющаяся в продукте, превращается в лед. Для этого применяются камеры ускоренной заморозки. При этом очень важно как можно дольше сохранить отрицательную температуру сырья и избегать даже минимального его оттаивания перед началом сушки.
Вторая фаза представляет собой проведение первичной сушки путем испарения льда, что происходит за счет поддержания в рабочей камере специальных условий. Ледяные кристаллы, которые находятся в структуре замороженного продукта, молниеносно нагреваются, поступают на поверхность в виде пара и скапливаются на конденсаторе. По длительности эта фаза занимает примерно половину времени, необходимого для сублимации и позволяет избавиться от 30-50 процентов влаги.
Фаза вторичной сушки представляет собой выведение остатков жидкости из продуктов посредством десорбции. При этом в рабочей камере повышается температура, а давление так и остается пониженным. Для фазы вторичной сушки характерно короткое время пребывания сырья в условиях высокой температуры. Кроме того, для разных видов пищевых продуктов предусмотрена своя предельная температура и время пребывания в рабочей камере.
После проведения всех тех фаз процедуры сублимации продуктам необходимо прессование, а также герметичная упаковка для избежания воздействия воздуха, света, влаги, появления посторонних запахов. Наиболее подходящей в этом плане является упаковка из полимерных материалов. Она имеет эстетичный вид, обладает высокими защитными свойствами, позволяет снизить способность к адсорбции.
Камеры для вакуумной сушки: какую лучше выбрать?
Для осуществления процедуры сублимации необходимо специальное оборудование. Для этого обычно используются автоклавы или камеры с вакуумной сушкой. Подобные устройства, их еще называют рабочими камерами, позволяют выполнить сушку разнообразных продуктов и материалов одновременно воздействуя на них низким давлением и безвоздушной средой.
Вакуумные камеры состоят из нескольких основных элементов: морозильной установки, вакуумного циркуляционного насоса и других деталей. Они могут различаться между собой из-за вида продуктов, их количества, способа удаления влаги, но принцип их работы остаётся неизменным — они избавляют материалы от влаги.
При этом различают два типа конструкций:
Камера для вакуумной сушки жидких и вязких продуктов:
- рабочая камера для сушки;
- вакуумный циркуляционный насос;
- испаритель;
- ТЭН нагрева;
- заслонка.
Камера для вакуумной сушки древесины:
- рабочая камера для сушки;
- вакуумный насос;
- водный насос;
- ТЭНы для нагрева;
- электрокалорифер;
- термоизоляция;
- вспомогательные элементы (рама, мембрана, трубки, резиновый уплотнитель).
Конечно, даже согласно спискам, между собой устройства значительно отличаются и неспроста. Ведь для сушки разных видов продуктов и материалов требуются совершенно разные условия, а также устройства для их обеспечения.
Вакуумная сушка древесины
Кроме сушильных камер для продуктов (фрукты, ягоды, овощи и пр.) существуют еще и вакуумные сушки для древесины, которые были изобретены в 1964 году, а массово начали применяться спустя десятилетие - в 1974 году. В то время произошла настоящая революция в деревообрабатывающей отрасли. Ведь благодаря таким сушкам существенно снизились энергозатраты, и так же существенно повысилось качество готовой продукции.
В отличие от продуктовых сушильных камер, вакуумная сушка для древесины должна быть удароустойчивой и абсолютно герметичной. Поэтому для ее изготовления используется только высокопрочная сталь. Древесину для сушки в камере выкладывают слоями между алюминиевыми нагревательными пластинами. Кроме наличия нагревательных пластин в камере должны присутствовать два насоса: водяной, качающий жидкость внутри нагревательных пластин и вакуумный, который полностью выкачивает воздух из камеры.
Эффективность работы вакуумной камеры и необходимая степень высушивания древесины обеспечивается посредством использования резиновой мембраны, которая плотно сжимает древесину (доски) под воздействием низкого давления и вакуума. Это позволяет достаточно быстро избавить древесину от излишней влаги не деформируя ее при этом. Более того, уже искривленные доски в камере для сушки становятся ровнее.
*видео про этапы вакуумной сушки древесины и какое оборудование для этого требуется.
Стоимость вакуумных камер для сушки древесины и пиломатериалов может быть очень разной. Это зависит от нескольких факторов: от популярности производителя, от ее мощности и габаритов. По этой причине, прежде чем приобретать подобное оборудование, важно обстоятельно просчитать объем выполняемых работ, а также ознакомиться с дополнительной информацией и отзывами.
Какое оборудование потребуется для сублимационной сушки
Как уже говорилось выше, процесс вакуумной сублимационной сушки может осуществляться только при помощи специального, нередко крупногабаритного оборудования. Такое оборудование называют специализированными вакуумными установками, имеющими разные объемы рабочей камеры и разные характеристики производительности.
Вакуумное оборудование для сушки, используемое в лабораториях, обычно оснащается камерами с вместимостью 1-5 кг исходного сырья. Камеры, используемые в микробиологической и фармацевтической отраслях могут вмещать в себя 20-75 кг исходного сырья. Сублимационные сушки, применяемые на крупных пищевых комбинатах, предусматривают одновременную переработку 300-1000 кг сырья.
Самым главным элементом сублимационного агрегата любой мощности и вместимости, обеспечивающего его функциональность, является рабочая камера. Ее всегда изготовляют из высококачественной нержавеющей стали.
Для оценки работы в камере обязательно наличие смотрового окна. Не менее важным элементом является конденсатор. Также в любой камере должны присутствовать полки для размещения сырья. Обычно они имеют пустотелую структуру (с целью максимального обеспечения движения охлаждающей жидкости). Выполняются полки из материалов, имеющих высокую прочность, стойких к множественным циклам охлаждения и нагрева. Также в камере необходима вакуумная система, состоящая из одного или нескольких вакуумных насосов, и система охлаждения, включающая в себя 2 компрессора (основной и резервный).
📣 Важно! Последний и не менее важный элемент сушки — система управления. Она обычно предусматривает два режима работы (автоматический и ручной), что позволяет поддерживать все необходимые параметры в зависимости от вида сырья, а также беспрерывно мониторить процесс сублимации от начала и до конца.
Множество компаний предлагают достаточно широкий перечень вакуумных сублиматоров. Это могут быть как бытовые камеры с нагрузкой до 3 кг продуктов, так и крупные промышленные сублиматоры с нагрузкой до 1000 кг. Кроме того, производители предлагают широкий перечень разных насосов: вакуумных, водяных, циркуляционных, пластинчато-роторных, а также комбинированных систем откачки.
