Сублимационная сушка (или лиофилизация) — это метод сушки, широко используемый в пищевой промышленности. Он заключается в замораживании продукта с последующей сублимацией льда при пониженном давлении. Среди процессов сушки лиофилизация считается наиболее щадящей, поскольку она наносит незначительный ущерб микроструктуре продукта, обеспечивая высокую скорость регидратации и высокую регидратационную способность, а также хорошее сохранение физико-химических свойств.
Несмотря на то, что лиофилизация является общепринятым методом, все еще продолжаются многочисленные исследования с целью оптимизации условий процесса в соответствии с конкретными применениями, улучшения характеристик продукта за счет применения предварительной обработки, а также снижения затрат на электроэнергию и времени обработки. Специальный выпуск наших статей «Технология сублимационной сушки в пищевых продуктах» посвящен применению сублимационной сушки в пищевой и нутрицевтической областях и объединяет несколько исследований и обзоров.
Исследования сосредоточились на оптимизации условий сублимационной сушки для лучшего сохранения физико-химических свойств апельсинового пюре. Авторы исследовали влияние скорости заморозки (обычной и шоковой заморозки), рабочего давления (5–100 Па) и температуры полки (30–50 C) на такие параметры качества, как цвет, пористость, механические свойства, содержание воды, витамин С. , общие фенолы, β-каротин и антиоксидантная активность. Анализ цвета показал, что цвет лучше сохраняется при использовании самого высокого рабочего давления, самой высокой температуры и условий быстрого замораживания.
Лиофилизированное пюре показало высокую степень пористости, однако пористость образцов, полученных в разных условиях, статистически не отличалась. Механический анализ показал, что более высокая механическая стойкость образца достигается при наименьшем давлении и наибольшей температуре. Кроме того, образцы с высокой механической стойкостью к разрушению показали наименьшее содержание влаги. Меньшая деградация питательных веществ наблюдалась затем при более высокой температуре из-за более быстрого завершения процесса сушки. Авторы пришли к выводу, что оптимальными условиями сублимационной сушки для максимизации качества лиофилизированного апельсинового пюре являются низкое давление и высокая температура.
Дополнительно изучался эффект применения микроперфораций CO2-лазера на кожуре черники перед сублимационной сушкой. Результаты показали, что время первичной сушки значительно сократилось с 17 часов для необработанных ягод до 13 часов при нанесении девяти микроперфораций на ягоду с минимальным влиянием на внешний вид плодов. В то же время качество плодов также значительно улучшилось, поскольку процент неразрушенной черники в конце процесса увеличился с 47% до 86%. Фактически, авторы показали, что микроотверстия работают как пути выхода пара из фронта сублимации через ослабленное сопротивление массообмену кожицы черники, уменьшая развитие давления под ней, в конечном итоге избегая разрушения плодов и улучшая качество получаемого продукта. продукт с сокращенным временем обработки.
Изучалось применение лиофилизации к геллановым гелям, наполненным витамином B2, и исследовалось влияние pH геля на кинетику высыхания и высвобождения. Было замечено, что гели подкисленной геллановой камеди при pH 2,5 демонстрируют самую быструю скорость высыхания, тогда как гели при pH 4 демонстрируют самую медленную скорость. Для образцов с естественным pH (5,2) модель обеспечила наиболее точное описание кинетики лиофилизации, тогда как модель Ванга и Сингха более точно предсказала кинетику при pH 4 и 2,5. Авторы также исследовали влияние рН геля на механизм высвобождения витаминов, используя модель Корсмейера-Пеппаса. Лиофилизированные гели при pH 4 завершают высвобождение витамина примерно за 9,5 часов; гели при естественном pH через 6 часов, а образцы при pH 2,5 через 3 часа. Эти различия были приписаны разной микроструктуре геля. Лиофилизированные гели геллановой камеди при pH 4 имели агрегированную и жесткую структуру, которая может препятствовать массопереносу внутри геля, увеличивая время, необходимое для полного высвобождения витамина из субстрата. Образцы с pH 2,5 имели низкую агрегированную и слабую структуру, что приводило к разрушению во время экспериментов по высвобождению, что ускоряло доставку витаминов. Гели с естественным pH показали промежуточное поведение из-за промежуточного уровня агрегации. Модель Корсмейера-Пеппаса использовалась для анализа экспериментальных кривых высвобождения, показавших, что образцы при pH 5,2 демонстрируют типичное поведение Фика, тогда как подкисленные образцы при pH 4 сочетают в себе как механизмы Фика, так и механизмы релаксации.
Исследовались эмульсионные свойства аквафабы (AQ), вязкого раствора побочного продукта, образующегося при варке нута или других бобовых в воде. Авторы провели скрининг различных сортов нута, выращенных в Канаде (CDC Leader, CDC Orion, CDC Luna, CDC Consul и Amit), и изучили влияние физико-химических свойств семян нута (распространение семенной оболочки, размеры семян, площадь поверхности на единицу массы). веса семян и семенной оболочки на площадь поверхности) и кинетики гидратации на свойства эмульсий на основе AQ. Авторы показали, что тип сорта оказывает существенное влияние на емкость и стабильность эмульсии, причем эти значения являются самыми высокими при использовании сорта CDC Leader. Напротив, корреляции между составом семян нута (углеводы, белки, жиры) и свойствами эмульсии не наблюдалось.
Был проведен обзор применения сублимационной сушки к продуктам растительного происхождения, в котором представлены самые последние исследовательские публикации по этому вопросу, а также оригинальные исследования авторов по этой теме. В этой работе вспоминается принцип сублимационной сушки и основные характеристики продуктов растительного происхождения, подчеркиваются их преимущества и проблемы при лиофилизации, а также предлагается подробный обзор применения сублимированных фруктов, овощей и специальных продуктов (кофе, чай, специи). Далее следует обсуждение наиболее распространенных изучаемых материалов и влияния условий процесса (температура полки, давление, время обработки, размер пробы/нарезки) на качество продукции (усадка, пористость, цвет, регидратация, удержание питательных веществ, содержание влаги, температурные условия). свойства, морфология, текстура, сыпучесть порошка).
Наконец, с целью выявления потенциальных улучшений качества продукции и оптимизации процессов производства продуктов питания растительного происхождения, авторы провели критический анализ наиболее распространенных предварительных обработок: (i) химической, т. е. погружения продукта в щелочную среду. или кислые растворы олеатных эфиров перед сушкой; (ii) механический, заключающийся в очистке, истирании поверхности, прокалывании кожицы или нарезании плодов различной формы; (iii) термический, включающий бланширование или пропаривание; (iv) предварительная обработка замораживанием, включая индивидуальное быстрое замораживание, замораживание-гранулирование, вспенивание и применение инфракрасной энергии, ультразвука и микроволн. Таким образом, в пяти статьях, опубликованных в этом специальном выпуске, освещены основные проблемы в текущих исследованиях сублимационной сушки и определены стратегии, позволяющие сделать этот метод более удобным и лучше сохранить качество продукции с целью удовлетворения потребностей отрасли и ожиданий потребителей.