كيف يعمل التجميد الجاف؟

يُعَدُّ التجميد بالتجفيف (الليوفيليزيشن) أحد أكثر طرق الحفظ تقدُّمًا، ويُشار إليه أيضًا باسم «التجفيف بالتجميد». ويختلف التجميد بالتجفيف عن طريقة التجفيف التقليدية التي تعتمد على استخدام الحرارة لإزالة الماء، إذ يبدأ أولًا بتجميد المنتج ثم يُحوِّل الجليد فيه إلى بخارٍ مباشرةً عبر عملية التسامي، أي تحويل الماء المتجمِّد إلى بخار دون المرور بالحالة السائلة. وهذه المعالجة اللطيفة تحافظ على البنية الأصلية للمنتج ولونه وقيمته الغذائية وطعمه دون الحاجة إلى التبريد، وذلك لسنوات عديدة. وقد طوَّرت شركة جيانغسو بولايك لتكنولوجيا التبريد والتنمية المحدودة معدات التجميد بالتجفيف منذ أكثر من 20 عامًا. وفيما يلي وصفٌ تدريجي لوظائف هذه العملية.

١. مرحلة التجميد: تحويل الرطوبة إلى جليد صلب

يُعَدُّ التجميد الخطوة الأولى في عملية التجميد بالتجفيف. وتقوم نظام التبريد بتبريد المنتج عن طريق خفض درجة حرارة غرفة الفراغ بسرعة إلى ما دون درجة الحرارة الإيوتكتيكية للمنتج، وعادةً ما تصل إلى درجة حرارة تبلغ -40 ^أو درجة حرارة تساوي أو أقل من الصفر المئوي. عند هذه الدرجة، يكون كل الرطوبة الموجودة في المنتج على هيئة بلورات جليدية صلبة. وسرعة التجميد واتّساقه أمران بالغَي الأهمية. فالتجميد البطيء يؤدي إلى تكوّن بلورات جليدية كبيرة قد تُدمّر جدران الخلايا، مما يترك قوامًا خشنًا إسفنجيًّا. أما التجميد السريع والموحَّد فيُشكّل بلورات جليدية صغيرة تحافظ على البنية الخلوية الأصلية للمنتجات. وتتميّز أجهزة التجميد بالتجميد الجاف (الليوفيليزر) في شركة جيانغسو بولايك بوجود أنظمة تبريد متطوّرة تضمن اتّساق التجميد على جميع الأرفف، ما يحقّق نتائج عالية الجودة في كل دفعة. وعادةً ما يستغرق هذه الخطوة ١ -٤ ساعات، وذلك حسب محتوى المنتج من الماء وحجم الدفعة.

٢. التجفيف الأولي (التصعيد): إزالة الجليد تحت ضغط فراغي

عندما يتجمد المنتج تمامًا، يتم تشغيل مضخة الفراغ، ويُخفض الضغط إلى ما يقرب من حالة الفراغ التام (أي ما يقارب ١٠٠ باسكال). ثم تُسخَّن الأرفف. وفي ظل هذه الظروف المنخفضة الضغط، يتحول الماء المتجمد (الجليد) مباشرةً إلى بخار ماء عبر عملية التسامي، أي دون أن يذوب. وتسحب منظومة الفراغ هذا البخار من الغرفة وتتكثِّفه على لفات المكثِّف الباردة (التي تكون أبرد من المنتج عادةً، ودرجة حرارتها تتراوح بين -٥٠ ^أو مئوية و-٨٥ ^أو مئوية). ويتم إزالة معظم الرطوبة، عادةً ما نسبته ٩٠–٩٥٪ من إجمالي محتوى الماء، في هذه المرحلة الأولى من التجفيف. ولا ينكمش المنتج ولا يصبح صلبًا ولا يفقد تركيبه لأن الماء فيه لا يكون على هيئة سائلة. وتتم مراقبة درجة الحرارة والضغط في أنظمة شركة جيانغسو بولايكي بدقة شديدة للحصول على أسرع معدل ممكن لعملية التسامي دون إذابة المنتج. وهذه المرحلة الأولى من التجفيف هي الأطول، وقد تستغرق ما يصل إلى ١٢ -24 ساعة

٣. ثانوي تجفيف (إزالـة الماء المرتبط)

بعد التجفيف الأولي، لا يزال المنتج النهائي يحتوي على عدد من جزيئات الماء المرتبطة التي لم تتحول بعد إلى جليد. وتبقى هذه الجزيئات ملتصقةً بمواد المنتج الصلبة نتيجة قوى الجذب بينها وبين الجزيئات. ويؤدي التجفيف الثانوي إلى رفع درجة حرارة الرف (عادةً إلى +20 ^أو درجة مئوية إلى +50 ^أو مئوية) والحفاظ على حالة الفراغ. وهذه الطاقة الإضافية تُفكك الروابط الموجودة في الجزيئات، مما يسمح بتبخر باقي الماء (أي إزالة الامتزاز) من سطح المنتج. ويسهم عملية التجفيف الثانوي في تقليل نسبة الرطوبة المتبقية الكلية إلى ما بين ١٪ و٤٪ حسب نوع المنتج. ويعود السبب في امتلاك المنتجات المجففة بالتجميد عمرًا افتراضيًّا مذهلًا يتراوح بين ٢٠ و٣٠ عامًا دون الحاجة إلى مواد حافظة إلى هذا المحتوى المنخفض جدًّا من الرطوبة. أما المدة الاعتيادية لعملية التجفيف في المرحلة الثانوية فهي تتراوح بين ٤ -و٨ ساعات. وتتميز وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) الخاصة بشركة جيانغسو بولايك بقدرة تلقائية على التبديل من مرحلة التجفيف الأولي إلى المرحلة الثانوية استنادًا إلى مؤشرات درجة الحرارة والضغط الخاصة بالمنتج، وذلك للحفاظ على نفس معدل الإنتاج دون الحاجة إلى تدخل المشغل.

4. مكثف وأنظمة التفريغ: دعم عملية التسامي

يمكن إجراء التجميد الجاف بمساعدة نظامين داعمين. المكثف، وهو عبارة عن سلسلة من الملفات الباردة الموجودة داخل غرفة ثانوية، يُدار أيضًا بواسطة نظام التبريد. ويُحافظ على درجة الحرارة داخل المكثف عند -40 درجة مئوية ^أو مئوية و-٨٥ ^أو درجة حرارة أقل من درجة حرارة المنتج. وعندما يخرج بخار الماء من غرفة المنتج، يتحول فورًا إلى جليد على لفائف المكثف. ولا يسمح المكثف لبخار الماء بالوصول إلى مضخة التفريغ وتدميرها. وتُستخدم نظام التفريغ (مضخة التفريغ الأولي و/أو مضخة التفريغ العالي) لإزالة الغازات غير القابلة للتكثيف (مثل الهواء والنيتروجين) الموجودة داخل الغرفة للحفاظ على الضغط المنخفض اللازم لعملية التسامي. وعند اكتمال دورة التجميد الجاف، يُذاب الجليد ويُسخَّن المكثف لتصريف المياه الناتجة عن إذابة الجليد. وطورت شركة جيانغسو بولايك أنظمة تفريغ ومكثفات موفرة للطاقة تقلل من زمن الدورة واستهلاك الكهرباء. كما تم إدخال تقنية إزالة الجليد بالغاز الساخن في مجمداتنا الصناعية بالتجميد الجاف لتسريع استعادة المكثف بين الدفعات.

الخاتمة

تتم عملية التجميد الجاف على ثلاث مراحل: التبريد (تحويل الرطوبة إلى جليد)، والتجفيف الأولي (تبخر الجليد في فراغ)، والتجفيف الثانوي (إزالة الماء المرتبط). ويتم احتجاز بخار الماء بواسطة المكثف، ويُحقَّق الضغط المنخفض عبر نظام الفراغ. وهذه الطريقة الطبيعية غير الجراحية تحافظ على اللون والعناصر الغذائية والنكهة لعقودٍ عديدة دون الحاجة إلى التبريد. وتتمتع شركة جيانغسو بولايكه بأكثر من ٢٠ عاماً من الخبرة، وهي حاصلة على شهادات الأيزو ٩٠٠١ والسي إي، ولها أكثر من ٥٦ براءة اختراع وطنية، وتُنتج أجهزة التجميد الجاف للاستخدامات المنزلية والمختبرية والصيدلانية والغذائية. اتصلوا بنا لمعرفة المزيد أو لإجراء جولة في مصنعنا في تشانغتشو بالصين.