Будущее замораживания сушки

Замораживание сушки (лиофилизация) используется промышленно в течение десятилетий для сохранения пищевых продуктов и биологических материалов, но традиционные лоток типа заморозить сушилки являются медленными и трудоемкими. Новый процесс «Активной сушки замораживания» обещает устранить эти недостатки.

История замораживания сушки восходит к древним инков, которые сохранили картофель и другие овощи, просто подвергая их воздуху. Низкие зимние температуры превратили воду в пищу в лед, который затем испарился в очень сухом горном воздухе. В 1930-х годах промышленная заморозка сушки была разработана как способ сохранить излишки кофе в таких странах, как Бразилия. В это время были основаны нескафе и другие известные бренды, и растворимый кофе в настоящее время является самым известным лиофилизированным продуктом. Во время Второй мировой войны, замораживание сушки также используется для военных медицинских принадлежностей, таких как пенициллин и плазмы крови. В последующие десятилетия использование замораживания сушки расширилась до точки, где сегодня технология используется в производстве около 400 различных продуктов питания и многих фармацевтических препаратов.

Проблемы с традиционным методом

Начиная с 1930-х годов, промышленная заморозка сушки зависит от одного типа оборудования: лоток типа заморозить сушилку. В сушилке для замораживания лотка материал, который нужно высушить, помещается на открытые лотки и поддерживается на полках, оборудованных системами охлаждения и отопления. Лотки расположены в камере, которая соединена с вакуумным насосом.

Во-первых, материал замораживается при атмосферном давлении за счет снижения температуры полок. Затем сушильной камеры эвакуируют под давление, как правило, в диапазоне 0,01-1 мбар. Нежное тепло, применяемое к полкам, приводит к испарению льда в продукте без прохождения через жидкую фазу (сублимат). Глубокий вакуум позволяет это происходить при температуре -20C или даже ниже. При необходимости, например, при использовании органических растворителей растворитель восстанавливается из выхлопных газов вакуумного насоса с помощью низкотемперампового конденсатера.

Несмотря на успешную работу на протяжении многих десятилетий, сушилки для замораживания лотка имеют три существенных недостатка. Во-первых, погрузка и разгрузка являются трудоемкими, тем более что крупные агрегаты могут содержать несколько сотен лотков. Во-вторых, лиофилизированный торт, снятый с подносов, часто требует измельчения, чтобы преобразовать его в свободно перетекаемый гранулированный продукт. В-третьих, образование «кожи» сушеного продукта на поверхности лотка препятствует прохождению пара, что делает этот метод замораживания сушки очень медленным.

Подготовь продукт

Hosokawa Micron B.V. разработала более быстрый и менее трудоемкий процесс замораживания сушки, который может производить свободно вытекающие порошки из одного процесса судна. Известный как технология Active Freeze Drying, новый процесс использует непрерывное движение для улучшения передачи массы и, следовательно, сократить время обработки, а также устраняет необходимость переноса продукта в и из сушильных лотков и вниз по течению устройства уменьшения размера.

С помощью Active Freeze Drying продукт сначала замораживается в специально разработанном сушильном сосуде, оснащенном агитатором. Независимо от того, будет ли высушенный материал жидким, гранулированным твердым или пастой, принудительное движение внутри сушистого сосуда гарантирует, что он замерзнет в виде свободнотекущих твердых гранул. Размер и форма этих гранул можно регулировать, изменяя геометрию сушильной камеры и скорость агитатора.

Как только продукт полностью заморожен, применяется вакуум и начинается сублимация. Тепло, наносяемое на сосуд куртку, эффективно распределяется через продукт благодаря движению агитатора. Первоначально грубые гранулы постепенно сокращаются по мере того, как ледяная структура, соединяющая замороженный материал, отключается, что дает свободный порошок, состоящий из сухих частиц.

Как растворитель исчезает продукт температура начинает расти, пока, наконец, она равна температуре куртки. Это знаменует собой окончание процесса сушки, после чего весь материал был преобразован в тонкий, свободно вытекающий порошок. После того, как вакуум был освобожден, камера открыта и порошкообразный продукт может быть разряжен с помощью агитатора.

Широкое применение

Основными приложениями Active Freeze Drying являются фармацевтические препараты, такие как антибиотики и электролиты. Другие продукты, как правило, производится путем замораживания сушки включают белки, гормоны, вирусы, вакцины, бактерии, дрожжи, сыворотка крови, липосомы и трансплантации материалов, таких как коллаген губка. Для всех этих материалов, замораживание сушки пользуется популярностью, поскольку она сохраняет структуру продукта, требует только низких температур, и дает конечный продукт, который прост в обращении.

Другой быстрорастущий рынок для активной сушки замораживания в более широком масштабе в материалах, в частности для наноматериалов. Динамическая заморозка сушки наноматериалов, производимых с помощью влажных процессов, помогает подвешенным частицам оставаться отдельными во время замораживания, а также сушки. По мере продвижения сублимации частицы отделяются друг от друга, но непрерывное движение материала вызывает образование слабых агломератов. Продукт состоит из слабо связанных одиночных частиц, образующих тонкий сплоченный порошок.

Объемы партии Active Freeze Dryer могут варьироваться от нескольких литров для лабораторных работ и мелкомасштабного производства до массовых сухих приложений, включающих сотни литров. Какими бы ни были размеры, преимущества этого нового процесса очевидны: быстрая сушка, простая обработка продукции и уникальное качество продукции. За последние пару лет Hosokawa Micron провел большое количество тестов для костюмеров в различных областях применения. Проверенные материалы варьируются от обычных фармацевтических препаратов до насекомых, наноматериалов, бактерий, высококачественных трав и других сложных пищевых ингредиентов. В будущем может даже увидеть непрерывную версию процесса, создавая еще более высокие мощности для данного объема оборудования.