Лиофилизация — как это работает?

Производство сублиматов происходит в специализированных машинах и может быть разделен на три этапа:
1. Замораживание.
2. Предварительная сушка/сублимация.
3. Вторичная сушка/десорбция.

Заморозка

Сырье, которое мы хотим подвергнуть процессу лиофилизации, необходимо сначала заморозить до соответствующей температуры — обычно с помощью шоковой заморозки, что вместе с конечной температурой может повлиять на процесс сублимационной сушки. При быстром охлаждении в сырье образуются мелкие кристаллы льда, что сохраняет структуру материала.

Когда продукт замерзает медленнее, кристаллы льда крупнее. Температура замерзания в процессе лиофилизации очень низкая и колеблется от -50 до -80 градусов Цельсия. Само по себе появление кристалликов льда не означает, что продукт полностью заморожен. Как известно, вода после отделения от растворителей принимает форму льда, но о полном замораживании продукта можно говорить лишь при так называемом замораживании этого процесса.

Сублимация (предварительная сушка)

После завершения стадии заморозки давление в лиофилизаторе снижается, и когда оно падает ниже давления паров льда, в продукте происходит собственно процесс сублимации, т.е. переход из твердого состояния в газовое без жидкой фазы.

Собственно процесс сублимации может происходить в продукте, когда давление в камере падает ниже давления паров льда, который затем удаляется из верхнего намерзшего слоя и сразу же превращается в пар, оседает на тарелках конденсатора, характеризующийся более низкой температурой, где вода может вновь появиться. Конденсатор обычно находится ниже -50 градусов по Цельсию, и именно температура продукта вместе с низким давлением паров льда, создаваемого на этом этапе, увеличивает время предварительной сушки.

На практике повышение температуры продукта на 1°C сокращает общее время предварительной сушки до 13%, и это имеет очень большой потенциал для экономии времени процесса и производственных затрат. Эта фаза позволяет сублимировать до 95% воды, но занимает до нескольких суток.

Десорбция (вторичная сушка)

Сублимация превратила водяной пар в лед, оставив в продукте только связанную влагу, которая все еще может составлять от 7 до 8% в продукте. Чтобы уменьшить эту влажность, необходимо продолжать сушку при более высокой температуре.

Именно для этого используется явление десорбции, которое происходит при температуре выше температуры предварительной сушки и может достигать 0°С. Процесс десорбции происходит при снижении давления в камере до минимально возможного уровня, поскольку оставшаяся в продукте вода является более связанной, поэтому для ее избавления требуется больше энергии. Создаваемый в камере вакуум разбивается инертным газом, например азотом. Процесс лиофилизации завершается с содержанием воды в продукте на очень низком уровне от 1 до 4%.

Получение максимального количества воды из пищевых продуктов позволяет остановить многие процессы, ведь без воды такие микроорганизмы, как бактерии, не могут выделять химические вещества, приводящие к порче продуктов.

Поэтому производство сублиматов — это технология, которая уже позволяет производить продукты питания будущего, которые вскоре станут стандартом.