Лиофилизация — это сложный процесс, в котором на первой стадии продукт замораживают, а на второй стадии из продукта удаляется влага при очень низком давлении (вакууме). Основой процесса является именно лиофилизация, то есть непосредственное испарение водяного льда, без перехода его в жидкую фазу. Благодаря такой технологии удается сохранить структуру, вкус, питательную ценность продуктов и витамины. В английском языке данный процесс известен как freeze drying.
Исторический контекст
Процесс лиофилизационной сушки в промышленном масштабе был разработан во время Второй мировой войны и первоначально использовался для сохранения плазмы крови и пенициллина. Со временем технология нашла применение в пищевой промышленности, медицине и косметологии.
Актуальность лиофилизированных продуктов питания
Многочисленные исследования показали бесспорные преимущества обезвоживания пищевых продуктов методом лиофилизации.
Технология лиофилизации позволяет наиболее полно сохранить биологически активные вещества и исходные свойства продуктов, увеличить сроки годности, расширить температурный диапазон хранения и облегчить транспортировку.
Процесс лиофилизации
Технологический процесс лиофилизации можно разделить на несколько ключевых стадий:
Глубокая заморозка продукта (до -30 -40о С)
Лиофилизация, которую можно разделить на следующие этапы:
2.1 На первом этапе продукт помещается в лиофилизатор. Включается вакуумный насос для снижения давления в камере. В этот момент подогрев полок не происходит. После вакуумирования лиофилизатора начинается процесс сублимации. На этом этапе продукт «самозамораживается»: его температура становится ниже, чем была в момент помещения его в камеру установки до момента включения нагрева полок.
Продолжительность этой фазы для разных продуктов различна, в зависимости от их физико-химических характеристик и структуры.
2.2 На втором этапе начинается постепенный нагрев полок до температуры около 20о С. Этот процесс происходит в течение 1 часа для предотвращения выброса большого количества водяных паров, которые могут спровоцировать недопустимое повышение давления в камере лиофилизатора. На этом этапе испаряется примерно 20% влаги.
2.3 На третьем этапе температуру полок лиофилизатора можно увеличить, чтобы ускорить процесс лиофилизации. Здесь важно учитывать, что не все продукты можно подвергать значительному нагреву, во избежание разрушения витаминов, коагуляции белков и других негативных процессов. Температура максимального нагрева каждого продукта индивидуальна и подбирается на основании сведений о физико-химическом составе продукта и экспериментальных данных. На этом этапе испаряется еще около 50% влаги.
2.4 На завершающем, самом длительном по времени этапе, происходит окончательное высушивание продукта до содержания влаги в нем не более 5%.
Что такое лиофилизаторы
Для осуществления этого процесса используются специальные установки – лиофилизаторы.
Процесс лиофилизации осуществим благодаря следующим основным составляющим лиофилизационной установки:
Корпус
Вакуумный насос
Система нагрева продукта
Десублиматор и холодильная машина
Датчик давления
Контроллер или компьютер управления, с программным обеспечением
Вспомогательные элементы
Преимущества лиофилизации
Процесс лиофилизации значительно уменьшает вес продукта за счет удаления влаги. Обычно после лиофилизации остаётся лишь от 10% до 20% от первоначального веса исходного продукта. Это происходит потому, что вода составляет большую часть массы свежих продуктов.
Например, при обработке фруктов или овощей, содержание влаги изначально может достигать 70-90%. В результате лиофилизации, когда лишняя влага удалена, оставшаяся часть представляет собой концентрат питательных веществ и вкуса, что делает лиофилизированные продукты удобными для транспортировки и хранения.
К другим преимуществам лиофильной сушки можно отнести:
Сохранение качества продукта: Лиофилизация позволяет сохранить оригинальный вкус, аромат и цвет продуктов, что делает их гораздо более привлекательными для потребителей по сравнению с другими методами сушки.
Продление срока хранения: За счет минимального содержания влаги лиофилизированные продукты имеют значительно более длительный срок хранения, что особенно важно в условиях ограниченного доступа к свежим продуктам.
Легкость транспортировки: Лиофилизированные продукты легче по весу и занимают меньше места, что упрощает их транспортировку и делает их более удобными для путешествий и кемпинга.
Сохранение питательных веществ: В процессе лиофилизации сохраняются витамины и минералы, которые могут теряться при традиционных методах обработки, таких как консервирование или варка.
Универсальность использования: Лиофилизированные продукты можно использовать в разнообразных блюдах — от закусок до основных блюд и напитков, что расширяет их применение в кулинарии.
Недостатки лиофилизации
Высокая стоимость: Процесс лиофилизации требует значительных капиталовложений в оборудование и технологии, что может отразиться на конечной цене продукта. Это делает лиофилизированные товары менее доступными для потребителей по сравнению с обычными сушеными продуктами.
Длительность процесса: Лиофилизация занимает больше времени, чем другие методы сушки, что может быть критично для предприятий, работающих с большими объемами.
Ограниченные возможности: Не все продукты подходят для лиофилизации, например, содержащие большое количество сахара (мед) или жира (растительное и сливочное масла).
Области применения лиофилизации
Лиофилизация находит широкое применение в различных отраслях, благодаря своим уникальным свойствам сохранения продуктов.
Пищевая промышленность: Лиофилизированные продукты, такие как фрукты, ягоды, овощи, мясо, первые и вторые блюда, становятся все более популярными среди потребителей, ищущих удобные, сытные и полезные варианты. Они используются как в домашних условиях, так и в ресторанах, а также в путешествиях.
Медицина: В фармацевтическом секторе лиофилизация применяется для сохранения медикаментов, вакцин и биологических препаратов. Этот метод помогает продлить срок хранения и сохранить эффективность биологически активных веществ, что критически важно для обеспечения здоровья и безопасности пациентов.
Косметология: Лиофилизация используется для создания косметических средств, которые содержат биологически активные компоненты, такие как экстракты растений и витамины. Этот процесс помогает сохранить их свойства и обеспечивает длительный срок хранения без необходимости добавления консервантов.
Научные исследования: В научной сфере лиофилизация также находит применение, особенно в области биохимии, молекулярной биологии, биотехнологии. Ученые используют процесс лиофилизации для хранения биологических материалов, таких как клетки, белки и ДНК, что упрощает их дальнейшее исследование и анализ.
Спортивное питание: Лиофилизированные продукты становятся все более популярными среди спортсменов и любителей активного образа жизни. Они представляют собой удобные, легкие, полезные и питательные варианты, которые не занимают много места и удобны в приготовлении.
Перспективы развития лиофилизации
Современные исследования в области лиофилизации направлены на снижение стоимости процесса и расширение области его применения. Процесс лиофилизации открывает перспективы для решения таких серьезных задач как:
обеспечение продовольствием полярных и дрейфующих станций, труднодоступных высокогорных районов;
снабжение населенных пунктов, пострадавших при стихийных бедствиях, природных и антропогенных катастрофах;
обеспечение полноценным питанием экипажей космических кораблей;
снабжение предприятий общественного питания;
создание продовольственных резервов.
Заключение
Лиофилизация — это эффективный и самый совершенный на сегодняшний день способ сохранения качества и полезных свойств продукта, позволяющий увеличить их срок годности и упростить транспортировку и хранение.