Quá trình sấy thăng hoa là gì? phương pháp bảo quản thực phẩm tiên tiến nhất
Sấy thăng hoa (đông khô) là một kỹ thuật khử nước trong đó sản phẩm được sấy khô trong chân không ở nhiệt độ thấp.Do đó, nước chứa trong mẫu sẽ đông cứng thành chất rắn (nước đá) và sau đó được loại bỏ bằng cách biến đá thành hơi. Tiến hành quá trình này trong chân không cho phép nước bay hơi mà không cần phải đi qua pha lỏng.
Ưu điểm chính của sấy thăng hoa là các thành phần không bền với nhiệt, như protein, hương vị hoặc màu sắc, được bảo quản và kích thước cũng như hình dạng ban đầu của mẫu được duy trì. Điều này chỉ có thể thực hiện được bằng cách giữ vật liệu ở trạng thái đông khô ở nhiệt độ thấp trong toàn bộ quá trình sấy khô.
Việc thiếu nước trong sản phẩm sấy khô cuối cùng giúp giảm thiểu tác động của quá trình oxy hóa và các quá trình phân hủy khác, do đó cho phép bảo quản sản phẩm trong thời gian dài mà không có nguy cơ bị nhiễm vi sinh vật hoặc thay đổi thành phần (về mặt di truyền hoặc enzyme). Do đó, sấy thăng hoa đã trở thành một phương pháp được sử dụng rộng rãi trong ngành dược phẩm và thực phẩm để xử lý các vật liệu nhạy cảm với nhiệt cần bảo quản lâu dài ở nhiệt độ trên mức đóng băng.
Quá trình sấy thăng hoa là gì?
Quá trình sấy thăng hoa: Có ba giai đoạn hoàn chỉnh:
- Đóng băng
- Sấy sơ cấp
- Sấy thứ cấp
Đóng băng: Quá trình đóng băng bao gồm đóng băng vật liệu. Trong phòng thí nghiệm, điều này thường được thực hiện bằng cách đặt vật liệu vào bình đông khô và xoay bình trong bồn tắm, gọi là tủ đông vỏ, được làm lạnh bằng điện lạnh cơ học, đá khô và metanol hoặc nitơ lỏng. Ở quy mô lớn hơn, việc đông lạnh thường được thực hiện bằng máy đông khô. Trong bước này, điều quan trọng là làm mát vật liệu xuống dưới điểm eutectic của nó, nhiệt độ thấp nhất mà tại đó pha rắn và lỏng của vật liệu có thể cùng tồn tại. Điều này đảm bảo rằng sự thăng hoa thay vì tan chảy sẽ xảy ra trong các bước sau.
Tinh thể lớn hơn dễ đông khô hơn. Để tạo ra các tinh thể lớn hơn, sản phẩm phải được đông lạnh từ từ hoặc có thể tăng giảm nhiệt độ theo chu kỳ. Quá trình đạp xe này được gọi là ủ. Tuy nhiên, trong trường hợp thức ăn, hoặc những đồ vật có tế bào sống trước đây, những tinh thể băng lớn sẽ phá vỡ thành tế bào (được phát hiện bởi Clarence Birdseye). Thông thường, nhiệt độ đóng băng nằm trong khoảng từ −50°C đến −80°C. Giai đoạn cấp đông là giai đoạn quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình đông khô, vì sản phẩm có thể bị hỏng nếu thực hiện không tốt. Vật liệu vô định hình (thủy tinh) không có điểm eutectic nhưng có điểm tới hạn, dưới điểm này sản phẩm phải được duy trì để tránh tan chảy hoặc xẹp xuống trong quá trình sấy sơ cấp và sấy thứ cấp. Các vật thể lớn phải mất vài tháng để đông khô.
Sấy sơ cấp: Trong giai đoạn sấy sơ cấp, áp suất được hạ xuống (xuống khoảng vài milibar) và đủ nhiệt được cung cấp cho vật liệu để nước thăng hoa. Lượng nhiệt cần thiết có thể được tính toán bằng cách sử dụng nhiệt thăng hoa tiềm ẩn của các phân tử thăng hoa. Trong giai đoạn sấy ban đầu này, khoảng 95% nước trong vật liệu được thăng hoa. Giai đoạn này có thể diễn ra chậm (có thể mất vài ngày trong ngành), vì nếu thêm quá nhiều nhiệt, cấu trúc của vật liệu có thể bị thay đổi. Trong giai đoạn này, áp suất được kiểm soát thông qua việc áp dụng chân không một phần.
Chân không tăng tốc độ thăng hoa, khiến nó trở nên hữu ích như một quá trình sấy khô có chủ ý. Hơn nữa, buồng ngưng tụ lạnh và/hoặc tấm ngưng tụ cung cấp (các) bề mặt để hơi nước đông đặc lại. Bình ngưng này không có vai trò giữ nguyên liệu; đúng hơn, nó ngăn hơi nước tiếp cận máy bơm chân không, điều này có thể làm giảm hiệu suất của máy bơm. Nhiệt độ bình ngưng thường dưới −50°C (−60°F). Điều quan trọng cần lưu ý là, trong phạm vi áp suất này, nhiệt được tạo ra chủ yếu bằng sự dẫn nhiệt hoặc bức xạ; hiệu ứng đối lưu có thể được coi là không đáng kể.
Sấy thứ cấp: Giai đoạn sấy thứ cấp nhằm mục đích loại bỏ các phân tử nước chưa đóng băng, do băng đã được loại bỏ trong giai đoạn sấy sơ cấp. Phần này của quá trình đông khô bị chi phối bởi các đường đẳng nhiệt hấp phụ của vật liệu. Trong giai đoạn này, nhiệt độ được tăng cao hơn so với giai đoạn sấy sơ cấp và thậm chí có thể trên 0°C để phá vỡ mọi tương tác hóa lý đã hình thành giữa các phân tử nước và vật liệu.
Thông thường, áp suất cũng được hạ xuống trong giai đoạn này để khuyến khích quá trình giải hấp (thường ở phạm vi microbar hoặc một phần của pascal). Tuy nhiên, có những sản phẩm cũng được hưởng lợi từ áp lực gia tăng. Sau khi quá trình đông khô hoàn tất, chân không thường được phá vỡ bằng khí trơ, chẳng hạn như nitơ, trước khi vật liệu được hàn kín. Khi kết thúc quá trình vận hành, hàm lượng nước dư cuối cùng trong sản phẩm là khoảng 1% đến 4%, cực kỳ thấp.
Lợi ích của sản phẩm sấy thăng hoa là gì?
Vì quy trình sấy thăng hoa hoạt động bằng cách loại bỏ nước khỏi sản phẩm và làm cho kệ sản phẩm thực phẩm ổn định nên những mặt hàng này có thể được giữ an toàn không bị hư hỏng trong nhiều năm. Ngoài việc kéo dài thời gian, sản phẩm đông khô còn có rất nhiều lợi ích khác như:
- Chất dinh dưỡng nguyên vẹn: Thực phẩm đông khô giữ lại gần 100% lợi ích sức khỏe của sản phẩm thực phẩm nguyên gốc. Các enzyme hoạt động, chất dinh dưỡng, chất chống oxy hóa, axit amin,… vẫn được “khóa chặt”. Khi được đông khô, các phân tử quan trọng vẫn được giữ nguyên và do đó tính toàn vẹn tổng thể của chế phẩm dinh dưỡng vẫn còn nguyên vẹn. Thực phẩm đông khô vẫn được coi là “thực phẩm thô” vẫn sống động ở trạng thái không hoạt động chỉ chờ độ ẩm hoạt động trở lại.
- Hương vị & hình thức: Các sản phẩm sấy thăng hoa vẫn giữ được màu sắc, hình dạng, kích thước, hình thức, mùi vị, kết cấu và cấu trúc ban đầu. Khi cho vào nước, chúng có thể phục hồi lại trạng thái ban đầu một cách nhanh chóng.
- Thời hạn sử dụng dài: Không cần bảo quản lạnh đối với các sản phẩm đông khô. Chúng có thể được bảo quản ở nhiệt độ phòng trong nhiều năm mà không bị hư hỏng. Điều quan trọng là phải giữ chúng ở nơi khô ráo để tránh hấp thụ độ ẩm môi trường.
- Trọng lượng nhẹ: Các sản phẩm thực phẩm sấy thăng hoa có trọng lượng nhẹ hơn thực phẩm tươi vì hơn 98% lượng nước được loại bỏ. Điều này làm cho việc xử lý chúng dễ dàng hơn và ít tốn kém hơn khi vận chuyển.
Phân loại máy sấy thăng hoa:
Máy sấy thăng hoa được chia thành phòng thí nghiệm, máy sấy thăng hoa nhỏ cho gia đình, máy sấy thăng hoa trong phòng thí nghiệm quy mô thí điểm, máy sấy thăng hoa sản xuất và máy sấy chân không. Thiết bị đông khô, chủ yếu được sử dụng cho nghiên cứu khoa học, trường cao đẳng, dược phẩm sinh học và máy đông khô đa chức năng tích hợp trong gia đình, chế phẩm sinh học đông khô, vật liệu polymer, peptide, graphene, tế bào gốc, trái cây và rau quả, hải sản, động vật và thực vật. Đối với các sản phẩm bạn muốn sấy khô, đối với các chất nhạy cảm với nhiệt như kháng sinh, vắc xin, sản phẩm máu, hormone enzyme và các sản phẩm sinh học khác, công nghệ đông khô có thể thể hiện tính ưu việt của nó.
Các mặt hàng đông khô dễ bảo quản trong thời gian dài và có thể khôi phục lại trạng thái trước khi thăng hoa sau khi thêm nước và duy trì các đặc tính sinh hóa ban đầu. Dòng sản phẩm này có chức năng làm nóng kệ và lập trình, đồng thời có thể xem đường cong đông khô, thuận tiện cho người dùng quan sát quá trình sấy thăng hoa của vật liệu.
