Sấy thăng hoa, còn được gọi là đông khô, là quá trình loại bỏ nước khỏi sản phẩm bằng cách đóng băng nó sau đó làm thăng hoa băng thành hơi. Thăng hoa là một hiện tượng vật lý trong đó băng rắn được chuyển trực tiếp thành hơi mà không chuyển qua trạng thái lỏng. Loại bỏ nước khỏi thực phẩm bằng cách thăng hoa sẽ bảo vệ vật liệu khỏi bị mất các thành phần quan trọng và chống lại các phản ứng hóa học liên quan đến việc rút hoặc làm bay hơi nước ở dạng lỏng.
Sấy đông khô xảy ra trong tự nhiên thông qua tác động kết hợp của sưởi ấm mặt trời, gió khô lạnh và bầu khí quyển hiếm của vùng núi. Những điều kiện tự nhiên này được sử dụng để sản xuất cá đông khô ở Na Uy và sản phẩm khoai tây khô có tên chuno ở Peru. Sấy thăng hoa cũng được sử dụng một cách đặc biệt bởi loài sóc đỏ Bắc Mỹ, loài được biết là rải các mảnh thức ăn trên các chạc cây vào đầu mùa đông, do đó làm đông khô nguồn cung cấp thực phẩm của chúng.
Thực phẩm khô mang lại sự thuận tiện cho việc bảo quản và vận chuyển do thời hạn sử dụng lâu và trọng lượng nhẹ. Thực phẩm sấy đông khô có những đặc tính này và thường có chất lượng cao hơn các sản phẩm được sấy khô bằng các quy trình khác. Do đó, thực phẩm đông khô có xu hướng được ưa chuộng trong nghệ thuật ẩm thực hơn các sản phẩm sấy khô khác.
Nội Dung Bài Viết
3 giai đoạn chính của sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa xảy ra theo ba giai đoạn, trong đó giai đoạn đầu tiên và quan trọng nhất là giai đoạn đóng băng. Sấy đúng cách có thể giảm 30% thời gian sấy.
Giai đoạn đóng băng
Có nhiều phương pháp khác nhau để đông lạnh sản phẩm. Việc đông lạnh có thể được thực hiện trong tủ đông, bồn tắm lạnh (tủ đông dạng vỏ) hoặc trên kệ trong máy sấy thăng ho. Làm mát vật liệu dưới điểm ba của nó đảm bảo rằng sự thăng hoa, thay vì tan chảy, sẽ xảy ra. Điều này bảo tồn hình dạng vật lý của nó.
Làm khô đông lạnh được thực hiện dễ dàng nhất bằng cách sử dụng các tinh thể đá lớn, có thể được tạo ra bằng cách đông lạnh chậm hoặc ủ. Tuy nhiên, với vật liệu sinh học, khi tinh thể quá lớn, chúng có thể phá vỡ thành tế bào và dẫn đến kết quả đông khô kém lý tưởng. Để ngăn chặn điều này, việc đóng băng được thực hiện nhanh chóng. Đối với những vật liệu có xu hướng kết tủa, có thể sử dụng phương pháp ủ. Quá trình này bao gồm việc đông lạnh nhanh, sau đó tăng nhiệt độ sản phẩm để các tinh thể phát triển.
Giai đoạn sấy sơ cấp (thăng hoa)
Giai đoạn thứ hai là sấy sơ cấp (thăng hoa), trong đó áp suất được giảm xuống và nhiệt được thêm vào vật liệu để nước thăng hoa. Tốc độ chân không thăng hoa. Thiết bị ngưng tụ lạnh cung cấp bề mặt cho hơi nước bám dính và đông đặc lại. Bình ngưng cũng bảo vệ bơm chân không khỏi hơi nước. Khoảng 95% nước trong vật liệu được loại bỏ trong giai đoạn này. Quá trình sấy sơ cấp có thể diễn ra chậm. Quá nhiều nhiệt có thể làm thay đổi cấu trúc của vật liệu.
Giai đoạn sấy thứ cấp (hấp phụ)
Giai đoạn cuối cùng của quá trình sấy thăng hoa là sấy thứ cấp (hấp phụ), trong đó các phân tử nước liên kết ion bị loại bỏ. Bằng cách tăng nhiệt độ cao hơn giai đoạn sấy sơ cấp, các liên kết giữa vật liệu và phân tử nước sẽ bị phá vỡ. Vật liệu đông khô giữ được cấu trúc xốp. Sau khi quá trình đông khô hoàn tất, chân không có thể bị phá vỡ bằng khí trơ trước khi vật liệu được niêm phong. Hầu hết các vật liệu có thể được sấy khô đến độ ẩm còn lại 1-5%.
Các câu hỏi thường gặp về sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa dùng để làm gì?
Sấy thăng hoa có nhiều ứng dụng bao gồm:
- Sản phẩm dược phẩm có thời hạn sử dụng lâu dài.
- Tạo bột khử nước cho viên nén hoặc viên nang.
- Sản xuất nguyên liệu thô số lượng lớn ổn định về mặt hóa học.
- Bột probiotic, bột protein, bột thực phẩm bổ sung khác.
- Kéo dài thời hạn sử dụng, khẩu phần thực phẩm có trọng lượng thấp như khẩu phần quân sự, khẩu phần dành cho người leo núi và bữa ăn của phi hành gia
- Cà phê
- Hoa quả
- Tinh chế và cô đặc các vật liệu nhạy cảm với nhiệt hoặc hóa chất có trọng lượng phân tử thấp
- Bột gốm cao cấp
- Phục hồi tài liệu, sổ sách bị hư hỏng do nước
- Phục hồi và bảo tồn khảo cổ học
- …
Sấy thăng hoa có ưu điểm gì so với các quy trình sấy khác?
- Nhiệt độ xử lý thấp đảm bảo chất dinh dưỡng và màu sắc không bị mất và protein không bị biến tính.
- Hình dạng ban đầu của sản phẩm được giữ nguyên sau quá trình mà không bị co ngót hay bị cứng.
- Sản phẩm dễ dàng được bù nước nhờ các vi lỗ được tạo ra do sự thăng hoa của đá từ sản phẩm.
Làm thế nào tôi có thể biết khi nào giai đoạn sấy sơ cấp đã hoàn tất?
1) Giám sát nhiệt độ sản phẩm – theo dõi nhiệt độ sản phẩm bằng cặp nhiệt điện – khi quá trình sấy sơ bộ hoàn tất, nhiệt độ sản phẩm sẽ tăng lên và đạt đến nhiệt độ kệ/buồng do mất khả năng làm mát thăng hoa. Khi nhiệt độ sản phẩm và kệ gần bằng nhau (chênh lệch nhiệt độ, ΔT trong khoảng 3-5°C), giai đoạn sấy sơ cấp có thể được coi là đã hoàn tất. Người sử dụng nên lưu ý rằng do dẫn nhiệt qua cặp nhiệt điện, khu vực xung quanh cặp nhiệt điện sẽ khô nhanh hơn phần lớn sản phẩm và cần đưa vào giới hạn an toàn cho quá trình sấy sơ bộ bổ sung. Cặp nhiệt điện cũng nên được đặt ở dưới cùng của sản phẩm vì sản phẩm sẽ khô từ trên xuống.
2) Kiểm tra độ tăng áp suất – Nếu máy sấy thăng hoa có thiết bị ngưng tụ bên ngoài, có thể sử dụng thử nghiệm độ tăng áp suất. Van cách ly giữa buồng ngưng tụ và buồng sản phẩm được đóng lại và đo độ tăng áp suất trong buồng sản phẩm. Nếu mức tăng áp suất gần bằng 0 thì có rất ít hoặc không có hơi được tạo ra bởi quá trình thăng hoa và pha sơ cấp có thể được coi là hoàn thành.
3) Áp kế điện dung và kiểm tra độ hội tụ của thước đo Pirani. Điều này đòi hỏi phải lắp cả áp kế điện dung và thước đo pirani, vì thước đo pirani cho thấy số đọc cao sai khi có hơi, sự khác biệt về số đọc giữa hai loại có thể được sử dụng để xác định điểm cuối làm khô pirmary. Khi hai số đọc đã hội tụ (và không có sự thay đổi nào nữa trong các số đọc được ghi nhận) thì giai đoạn sấy sơ cấp đã hoàn tất.
Tôi cần máy sấy thăng hoa của mình lạnh đến mức nào?
Bình ngưng cực lạnh chỉ được yêu cầu nếu sử dụng dung môi có điểm đóng băng đặc biệt thấp. Sơ đồ pha cho dung môi của bạn có thể được sử dụng để xác định nhiệt độ bình ngưng thích hợp. Hãy nhớ rằng một số dung môi hữu cơ có thể gây ra vấn đề nghiêm trọng với vật liệu bịt kín tiêu chuẩn và cần được đề cập trong danh sách yêu cầu. Bình ngưng quá lạnh sẽ làm tăng giá thành của máy cũng như độ phức tạp của nó!
Tôi có thể cất máy sấy thăng hoa ở đâu?
Máy sấy thăng hoa có bình ngưng làm mát bằng không khí phải luôn được đặt trong phòng mát và thông gió tốt. Nhiệt độ môi trường xung quanh cao sẽ làm giảm hiệu suất và hiệu quả và có thể dẫn đến hỏng thiết bị!
Máy sấy thăng hoa sử dụng nước lạnh để làm mát có thể được đặt ở bất cứ đâu trong nhà với không gian rộng rãi, tuy nhiên vẫn nên tránh nhiệt độ xung quanh quá cao. Máy làm lạnh phải được đặt theo hướng dẫn của nhà sản xuất – thường ở khu vực ngoài trời mát mẻ, có nhiều thông gió.