กระบวนการไลโอฟิไลเซชันทำงานอย่างไร

หนึ่งในวิธีการเก็บรักษาที่ทันสมัยที่สุดคือการแช่แข็งแห้ง (lyophilization) ซึ่งยังเรียกกันอีกอย่างว่าการอบแห้งแบบเยือกแข็ง (freeze drying) ต่างจากวิธีการอบแห้งแบบดั้งเดิมที่ใช้ความร้อนเพื่อระเหยน้ำออก กระบวนการแช่แข็งแห้งจะเริ่มต้นด้วยการแช่แข็งผลิตภัณฑ์ก่อน จากนั้นจึงทำให้ผลึกน้ำแข็งระเหิดโดยตรงเป็นไอ (sublimation) กล่าวคือ เปลี่ยนน้ำแข็งให้กลายเป็นไอน้ำโดยไม่ผ่านสถานะของเหลว วิธีการที่อ่อนโยนนี้ช่วยรักษาโครงสร้างเดิม สี คุณค่าทางโภชนาการ และรสชาติของผลิตภัณฑ์ไว้ได้อย่างสมบูรณ์ โดยไม่จำเป็นต้องเก็บรักษาภายใต้อุณหภูมิเย็นจัดเป็นเวลานานหลายปี บริษัท Jiangsu Bolaike Refrigeration Science and Technology Development Co., Ltd. ได้พัฒนาอุปกรณ์สำหรับกระบวนการแช่แข็งแห้งมามากกว่า 20 ปี ต่อไปนี้คือคำอธิบายขั้นตอนการทำงานของกระบวนการแช่แข็งแห้งอย่างเป็นลำดับขั้น

1. ขั้นตอนการแช่แข็ง: การเปลี่ยนความชื้นให้กลายเป็นน้ำแข็งแข็งตัว

การแช่แข็งเป็นขั้นตอนแรกของกระบวนการไลโอฟิไลเซชัน ระบบทำความเย็นจะทำให้ผลิตภัณฑ์เย็นลงโดยลดอุณหภูมิภายในห้องสุญญากาศอย่างรวดเร็วให้ต่ำกว่าอุณหภูมิยูเทกติกของผลิตภัณฑ์ โดยทั่วไปจะลดลงถึงอุณหภูมิ -40 ^o °C หรือต่ำกว่านั้น ความชื้นทั้งหมดในผลิตภัณฑ์จะอยู่ในรูปของผลึกน้ำแข็งแข็งตัวที่อุณหภูมินี้ ความเร็วและสม่ำเสมอของการแช่แข็งมีความสำคัญอย่างยิ่ง การแช่แข็งแบบช้าจะก่อให้เกิดผลึกน้ำแข็งขนาดใหญ่ ซึ่งอาจทำลายผนังเซลล์ ส่งผลให้เนื้อสัมผัสของผลิตภัณฑ์หยาบและเป็นรูพรุน ในขณะที่การแช่แข็งอย่างรวดเร็วพร้อมความสม่ำเสมอจะก่อให้เกิดผลึกน้ำแข็งขนาดเล็ก ซึ่งช่วยรักษาโครงสร้างเซลล์ดั้งเดิมของผลิตภัณฑ์ไว้ได้ ไลโอฟิไลเซอร์ของบริษัทเจียงซู โบไลเค่มีข้อได้เปรียบจากระบบทำความเย็นระดับพรีเมียมที่สามารถควบคุมอุณหภูมิให้สม่ำเสมอทั่วทุกชั้นวาง จึงสามารถผลิตผลงานคุณภาพสูงได้ทุกครั้งที่ดำเนินการผลิต ระยะเวลาที่ใช้ในขั้นตอนนี้มักอยู่ที่ 1 -–4 ชั่วโมง ขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำในผลิตภัณฑ์และขนาดของแต่ละแบตช์

2. การอบแห้งขั้นต้น (การเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นไอ) การกำจัดน้ำแข็งภายใต้สภาวะสุญญากาศ

เมื่อผลิตภัณฑ์แข็งตัวอย่างสมบูรณ์แล้ว ปั๊มสุญญากาศจะถูกเปิดใช้งาน และความดันจะลดลงจนเกือบเป็นสุญญากาศ (ใกล้เคียงกับ 100 พาสคัล) จากนั้นแผ่นรองรับจะถูกให้ความร้อน น้ำที่แข็งตัว (น้ำแข็ง) จะระเหิดภายใต้สภาวะความดันต่ำนี้ กล่าวคือ เปลี่ยนสถานะโดยตรงจากของแข็งเป็นไอของน้ำ โดยไม่ผ่านสถานะของเหลว ระบบสุญญากาศจะดึงไอน้ำออกจากห้องแห้งและควบแน่นเป็นน้ำแข็งบนขดลวดคอนเดนเซอร์ที่มีอุณหภูมิต่ำมาก (เย็นกว่าผลิตภัณฑ์ ซึ่งมักอยู่ระหว่าง -50 ^o °C ถึง -85 ^o °C) ความชื้นส่วนใหญ่ ซึ่งมักคิดเป็น 90–95% ของปริมาณน้ำทั้งหมด จะถูกกำจัดออกไปในขั้นตอนการอบแห้งหลักนี้ ผลิตภัณฑ์จะไม่หดตัว แข็งกระด้าง หรือสูญเสียโครงสร้าง เนื่องจากไม่มีน้ำในสถานะของเหลว อุณหภูมิและความดันของระบบของบริษัท Jiangsu Bolaike ควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อให้ได้อัตราการระเหิดที่เร็วที่สุดโดยไม่ทำให้ผลิตภัณฑ์ละลาย ขั้นตอนการอบแห้งหลักเป็นขั้นตอนที่ใช้เวลานานที่สุด ซึ่งอาจใช้เวลาได้ถึง 12 -24 ชั่วโมง

3. ขั้นตอนที่สอง การแห้ง (การดูดซับออก): การกำจัดน้ำที่ผูกพัน

หลังจากการทำให้แห้งขั้นต้นเสร็จสิ้น ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายยังคงมีโมเลกุลของน้ำจำนวนหนึ่งที่ยังไม่เปลี่ยนสถานะเป็นน้ำแข็ง ซึ่งโมเลกุลเหล่านี้ยังคงยึดติดอยู่กับของแข็งในผลิตภัณฑ์ผ่านแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล การทำให้แห้งขั้นที่สองจะเพิ่มอุณหภูมิของชั้นเก็บรักษา (โดยทั่วไปอยู่ที่ +20 ^o °C ถึง +50 ^o °C) และรักษาสภาวะสุญญากาศไว้ พลังงานเพิ่มเติมนี้จะทำลายพันธะภายในโมเลกุล ทำให้น้ำที่เหลือสามารถระเหยออก (desorb) จากผลิตภัณฑ์ได้ กระบวนการทำให้แห้งขั้นที่สองจะลดความชื้นคงค้างโดยรวมให้เหลือเพียง 1–4% ขึ้นอยู่กับชนิดของผลิตภัณฑ์ ความชื้นที่ต่ำมากเป็นพิเศษนี้เองที่ทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ผ่านกระบวนการไลโอฟิไลเซชัน (lyophilized) มีอายุการเก็บรักษาที่น่าทึ่งถึง 20–30 ปี โดยไม่จำเป็นต้องใช้สารกันบูด ระยะเวลาปกติของการทำให้แห้งในขั้นตอนที่สองคือ 4 -–8 ชั่วโมง ระบบควบคุมลอจิกแบบเขียนโปรแกรม (PLCs) ของบริษัท Jiangsu Bolaike มีความสามารถในการสลับอัตโนมัติจากขั้นตอนการทำให้แห้งขั้นต้นไปเป็นขั้นตอนการทำให้แห้งขั้นที่สอง โดยอาศัยสัญญาณตัวบ่งชี้อุณหภูมิและแรงดันของผลิตภัณฑ์ เพื่อรักษาระดับผลผลิตให้คงที่โดยไม่ต้องมีการแทรกแซงจากผู้ปฏิบัติงาน

4. เครื่องปรับความหนา และระบบสุญญากาศ: รองรับการระเหิด

การไลโอฟิไลเซชันสามารถทำได้ด้วยความช่วยเหลือของระบบสนับสนุนสองระบบ คอนเดนเซอร์ ซึ่งเป็นชุดขดลวดเย็นภายในห้องย่อยที่สอง ก็ถูกควบคุมโดยระบบทำความเย็นเช่นกัน อุณหภูมิภายในคอนเดนเซอร์จะถูกควบคุมให้ต่ำลงถึง -40 ^o °C ถึง -85 ^o C ต่ำกว่าตัวผลิตภัณฑ์ ซึ่งเมื่อไอน้ำออกจากห้องผลิตภัณฑ์ จะกลายเป็นน้ำแข็งทันทีบนขดลวดควบแน่น คอนเดนเซอร์จะไม่อนุญาตให้ไอน้ำผ่านไปยังปั๊มสุญญากาศและทำลายปั๊มดังกล่าว ระบบสุญญากาศ (ปั๊มเบื้องต้นและ/หรือปั๊มสุญญากาศระดับสูง) ใช้เพื่อขจัดก๊าซที่ไม่สามารถควบแน่นได้ (อากาศ ไนโตรเจน) ภายในห้อง เพื่อรักษาความดันต่ำที่จำเป็นสำหรับกระบวนการการระเหิดแบบตรง (sublimation) เมื่อรอบการทำงานเสร็จสิ้น น้ำแข็งจะถูกละลาย และคอนเดนเซอร์จะถูกทำให้อุ่นขึ้นเพื่อระบายน้ำแข็งออก บริษัท Jiangsu Bolaike พัฒนาระบบสุญญากาศและระบบควบแน่นที่มีประสิทธิภาพด้านพลังงาน ซึ่งช่วยลดระยะเวลาของแต่ละรอบการทำงานและปริมาณการใช้ไฟฟ้า นอกจากนี้ยังนำเทคโนโลยีการละลายน้ำแข็งด้วยก๊าซร้อน (Hot gas defrost) มาใช้ในไลโอฟิไลเซอร์เชิงอุตสาหกรรมของเรา เพื่อเร่งกระบวนการฟื้นฟูสมรรถนะของคอนเดนเซอร์ระหว่างการผลิตแต่ละล็อต

บทสรุป

การแช่แข็งแห้ง (Lyophilization) เกิดขึ้นในสามขั้นตอน ได้แก่ การแช่แข็ง (เปลี่ยนความชื้นให้กลายเป็นน้ำแข็ง) การอบแห้งขั้นต้น (การระเหยของน้ำแข็งภายใต้สุญญากาศ) และการอบแห้งขั้นที่สอง (การกำจัดน้ำที่ผูกพันอยู่) ไอน้ำจะถูกดักจับโดยคอนเดนเซอร์ ในขณะที่ระบบสุญญากาศรักษาระดับความดันต่ำไว้ กระบวนการธรรมชาติที่ไม่รุกรานนี้สามารถคงสี คุณค่าทางโภชนาการ และรสชาติไว้ได้นานหลายทศวรรษโดยไม่จำเป็นต้องใช้ตู้เย็น บริษัท Jiangsu Bolaike มีประสบการณ์มากกว่า 20 ปี ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO9001 และ CE มีสิทธิบัตรระดับชาติมากกว่า 56 ฉบับ และผลิตเครื่องแช่แข็งแห้งสำหรับใช้งานในครัวเรือน ห้องปฏิบัติการ อุตสาหกรรมยา และอุตสาหกรรมอาหาร ติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลเพิ่มเติม หรือเข้าร่วมทัวร์โรงงานที่เมืองฉางโจว ประเทศจีน