هر آن چه که لازم است در مورد فریز درایر بدانید

فریز درایینگ یا همان خشک کردن انجمادی که با نام لیوفیلیزاسیون نیز شناخته می‌شود، یک فرایند حذف رطوبت از مواد فاسدشدنی برای حفظ آن‌ها است. با این روش، عمر مفید آن‌ها افزایش می‌یابد و همچنین به علت سبک شدن برای حمل و نقل آماده می‌گردند.

فریز درایینگ به‌این صورت انجام می‌شود که در ابتدا ماده مورد نظر منجمد می‌گردد سپس با کاهش فشار و افزودن حرارت، آب منجمد موجود در ماده، تصعید می‌گردد (مستقیما به بخار تبدیل می‌شود). این روش رطوبت‌زدایی بر خلاف سایر روش‌ها است که از گرما برای تبخیر آب استفاده می‌کنند. فریز درایینگ یا خشک کردن سرمایشی به‌دلیل استفاده از دمای پایین در طول فرایند، موجب حفظ کیفیت و شکل محصولات می‌شود. عمده‌ترین کاربردهای فریز درایینگ در زیست شناسی، زیست پزشکی و صنایع‌غذایی است.

مزایای فریز درایینگ

فریز درایینگ به عنوان بهترین و موثرترین روش رطوبت زدایی شناخته می‌شود. دلیل این موضوع، حفظ کیفیت مواد غذایی است؛ به‌این معنی که بو، شکل و فرم مواد نسبت به سایر روش‌های خشک کردن، کیفیت بهتری را حفظ می‌کند. به‌طور کلی مزایای خشک کردن انجمادی بهصورت زیر قابل بیان است:

افزایش عمر نگهداری در انبار

به‌دلیل انجام فرایند فریز درایینگ در دمای پایین و زدایش سریع آب در اثر فرایند تصعید، عمر انباری مواد افزایش می‌یابد. در صورت انجام درست فرایند خشک کردن، بسته بندی مناسب و نگهداری در شریط ایده آل، عمر انباری تا 12 ماه قابل افزایش است.

اضافه کردن دوباره رطوبت برای مصرف

اگر ماده خشک شده برای مصرف نتواند به راحتی و به صورت کامل رطوبت جذب نماید، کیفیت پایینی خواهد داشت. به دلیل ایجاد ساختار متخلخل در مواد درای فریز شده، مواد غذایی می‌توانند به طور کامل رطوبت را باز جذب کنند. این موضوع کیفیت مواد را افزایش داده و آن‌ها را برای مصرف، ایده آل می‌سازند.

تاثیر مثبت بر مواد مغذی و کیفیت ظاهری

به‌دلیل انجام فرایند در دمای پایین، مواد مغذی و رنگ مواد حفظ می‌شود. میوه خشک شده انجمادی، شکل و خصوصیات نرمی و تردی را حفظ می‌کند.

معایب فریز درایینگ

روش فریز درایینگ دارای معایبی نیز می‌باشد که به این صورت هستند:

امکان رشد میکروبی

اگرچه رشد میکروبی در شرایط رطوبتی پایین مهار می‌شود اما میکروب‌ها می‌توانند در مواد غذایی باقی بمانند. نمونه این موضوع شیوع هپاتیت نوع A در ایالات متحده در سال 2016 می‌باشد که ناشی از توت فرنگی‌های منجمد بود. اگر محصولات به خوبی بسته بندی و ذخیره نشوند، می‌توانند رطوبت جذب کرده و بدین ترتیب شرایط را برای رشد سریع میکروب فراهم کنند.

هزینه بالا

هزینه خشک کردن انجمادی 5 برابر سایر روش‌های معمول خشک کردن می‌باشد. بنابراین، در صورت عدم وجود ارزش افزوده کافی بعد از خشک کردن محصول، این روش توجیه پذیر نمی‌باشد. البته، هزینه فریز درایینگ بسته به نوع محصول، مواد بسته بندی و ظرفیت فراوری، متغیر می‌باشد.

مراحل فریز درایینگ

فریز درایینگ از سه مرحله تشکیل می‌شود که اولین و مهمترین مرحله آن، انجماد است. اگر مراحل فرایند فریز درایینگ به خوبی انجام گیرد، تا 30 درصد در زمان خشک شدن صرفه‌جویی می‌شود.

مرحله اول: انجماد

روش‌های متنوعی برای انجماد محصول مورد نظر وجود دارد. انجماد می‌تواند داخل فریزر، حمام سرد یا در یک ردیف از فریز درایر اتفاق بیفتد. سرد کردن تا دمای پایین‌تر از نقطه سه‌گانه اطمینان می‌دهد که رطوبت منجمد، به جای ذوب شدن، مستقیما بخار می‌شود. در این صورت شکل فیزیکی ماده نیز حفظ می‌گردد.

مرحله دوم: خشک کردن اولیه

مرحله دوم در فریز درایینگ، خشک کردن اولیه یا همان تصعید است که طی آن فشار سامانه کاهش می‌یابد و به ماده حرارت افزوده می‌شود تا آب منجمد، تصعید شود (مستقیما به بخار تبدیل شود). ایجاد خلا، سرعت تصعید را بالا می‌برد. یک کندانسور برای تجمیع و جامد ساختن بخار آب تولیدی استفاده می‌شود. در این مرحله حدود 95 درصد از رطوبت و آب موجود در ماده از آن جدا می‌شود. خشک کردن اولیه ممکن است به کندی صورت گیرد. اگر حرارت داده شده به ماده زیاد باشد، ساختار ماده را تغییر می‌دهد.

مرحله سوم: خشک کردن ثانویه

آخرین مرحله فریز درایینگ، خشک کردن ثانویه است که در طی آن پیوندهای یونی محدود مولکول‌های آب گسسته می‌شوند. با افزایش درجه حرارت نسبت به مرحله خشک کردن اولیه، پیوندهای باقی‌مانده بین ماده و مولکول‌های آب از بین می‌رود. ماده‌ای که به روش فریز درایینگ خشک می‌شود، ساختار آن به صورت متخلخل نگه‌داری می‌شود. بعد از پایان فرایند فریز درایینگ و پیش از مهر و موم شدن ماده، خلا می‌تواند با یک گاز بی‌اثر از بین برود. بیشتر مواد می‌توانند تا جایی خشک شوند که 1تا5 درصد رطوبت باقی بماند. 

کاربرد فریز درایر در صنعت دارو و بیوتکنولوژی

شرکت‌های داروسازی اغلب از فریز درایینگ برای افزایش عمر مفید محصولات خود مانند واکسن‌های ویروسی زنده، بیولوژیک‌ها و دیگر مواد تزریقی استفاده می‌کنند. بوسیله خشک کردن مواد و رطوبت‌زدایی آن‌ها و سپس بسته‌بندی آن‌ها در محفظه‌های شیشه‌ای آمپول مانند، آن‌ها می‌توانند به راحتی ذخیره و حمل شوند و در نهایت برای تزریق به شکل اولیه خود بازگردند. مثال دیگری از استفاده فریز درایینگ در صنعت داروسازی، کاربرد آن در تولید قرص است و مزیت آن در این است که به افزودنی کمتری احتیاج است.

فریز درایر مواد غذایی

هدف اصلی فریز درایینگ مواد غذایی، افزایش عمر مفید آن‌ها در عین حفظ کیفیتشان است. در میان روش‌های خشک کردن مواد غذایی، فریز درایینگ به دلیل حفظ ساختار ماده و طعم آن، به نتیجه دلخواه نزدیک‌تر است. به دلیل گران بودن فریز درایینگ، از آن برای حفظ مواد با ارزش بالا مانند میوه‌های فصلی و سبزیجات-به دلیل محدودیت دسترسی به آن‌ها- قهوه و جیره نظامی استفاده می‌شود.

برای مثال توت‌فرنگی به دلیل ساختار ظریفش و رطوبت زیاد آن، اگر با روش‌های ساده رطوبت‌زدایی شود، کیفیت خود را از دست می‌دهد.

اجزای فریز درایر

اگرچه فریز درایرها انواع مختلفی دارند، تعدادی از اجزای آن‌ها  معمول و ضروری می‌باشد. این اجزای ضروری عبارتند از محفظه خلا، قفسه، کندانسور فرایند، سیستم قفسه-سیال، سیستم تبرید، سیستم خلا و سیستم کنترل.

محفظه

محفظه از درون کاملا صیقل داده شده و عایق کاری می‌شود. این محفظه دارای تعدادی قفسه برای محصولات بوده و از فولاد ضد زنگ ساخته می‌شود.

کندانسور

کندانسور دارای کویل و صفحات حاوی مبرد می‌باشد که می‌توانند در داخل یا خارج محفظه قرار گیرند. در طول فرایند، کندانسور آب را جمع آوری می‌کند. برای افزایش بازده، دمای کندانسور باید 20 درجه کمتر از دمای محصولات در حین خشک کردن اولیه باشد. مکانیزم دیفراست نیز برای اطمینان از اینکه ماکزیمم مقدار آب کندانس می‌گردد، مورد نیاز است.

سیال اطراف قفسه

میزان انرژی گرمایی مورد نیاز برای فرایند خشک کردن اولیه و ثانویه، به وسیله‌ی مبدل گرمایی خارجی تنظیم می‌شود. معمولا روغن سیلیکون به وسیله پمپ در اطراف سیستم گردش می‌کند.

سیستم تبرید

این سیستم برای سرد کردن قفسه‌ها و کندانسور با استفاده از کمپرسور یا نیتروژن مایع استفاده می‌شود. این سیستم انرژی لازم برای انجماد محصولات را فراهم می‌کند.

سیستم کنترل

سیستم کنترل برای دمای قفسه، فشار، و زمان که وابسته به فرایند و محصولات هستند، مقادیر کنترلی تعیین می‌کند. فریز درایر می‌تواند برای ساعت‌ها یا روزها کار کند.