Лиофилизатор тағамды сақтау сапасын қалай жақсартады?

Лиофилизатордың негіздері: Тоңазытып кептірудің ғылыми негіздері

Вакуумда сублимация: Қалай мұз тікелей булыңқы күйге айналады

Лиофилизатордың жұмыс істеу принципі негізінен сублимацияға негізделген, яғни қатты мұз бірінші сұйық күйге айналмай-ақ бірден буланып кетеді. Бұл құбылыс әдетте судың үштік нүктесінің орналасқан жерінде — шамамен 0,01 °C температурада — 0,006 атмосфералық қысымнан төмен болатын, ұқыпты түрде бақыланатын вакуум ортасында жүзеге асады. Сұйық күйдің жоғалуы зиянды су қозғалысын тоқтатады және клеткалық құрылымдарды сақтайды, ақуыздарды қажетті пішіндерінде ұстайды, сонымен қатар сезімтал биологиялық материалдардың бұзылуын болдырмаған. Көптеген өнеркәсіптік тоңазытқыштар бұл процесті қуатты вакуум жүйелері мен су буын қайтадан мұзға айналдыратын суық конденсаторлар көмегімен жүзеге асырады. Бұл қондырғылар ылғалдың 95 пайызынан астамын алып тастай алады және бастапқы құрылымды тоңазытуға дейінгідей қалпында сақтай алады.

Үш сатылы процесс: Тоңазыту, Бірінші кептіру және Екінші кептіру

Тоңазытып кептіру үш ретті, термодинамикалық тұрғыдан ажыратылатын кезеңдер бойынша жүзеге асады:

1. Тоңазу —40°C — —50°C аралығындағы тез салқындату кристалдардың кішкентай, біркелкі түзілуіне әкеледі — бұл клетка морфологиясын сақтау үшін және кептірілген матрицада оптималды көпіршікті құрылымды қалыптастыру үшін маңызды.
2. Бірінші ретті құрғату вакуумды жағдайларда (<0,1 мбар) басқарылатын сөрелеу қыздыруы (–20°C — 0°C) сублимация процесін қозғайды. Су буы өнімнен конденсаторға қарай қозғалады, осылайша жалпы ылғалдың шамамен 93%-ын алып тастайды, ал бұл ериді-қайта қатаятын немесе құлаған құрылымды болдырмауға көмектеседі.
3. Екінші Кебу жоғары сөрелеу температурасында (20°C — 40°C) қалдық байланысқан су молекулалық диффузия арқылы десорбцияланады — соңғы ылғалды микробиологиялық тежеуге және ұзақ мерзімді химиялық тұрақтылыққа қажетті <2% деңгейіне дейін төмендетеді.

Қоректік заттарды сақтау: Неге лиофилизаторлар витаминдер мен биологиялық белсенді заттарды жылулық әдістерге қарағанда жақсы сақтайды

Жылуға сезімтал қосылыстардың қорғанысы (мысалы, витамин C, B тобы витаминдері, полифенолдар)

Қаттырау процесі құрғатудың бірінші кезеңінде жоғары температураны қолданбай, осы сезімтал қоректік заттарды сақтап қалады. Пеште құрғату, шашыратып құрғату немесе барабанда құрғату сияқты дәстүрлі әдістер әдетте 110–150 °C аралығында жұмыс істейді, бұл көптеген тұрақсыз құрамды бөліктердің ыдырауына әкеледі. Қаттырау басқаша жұмыс істейді: процесстің көпшілік бөлігінде температура төмен ұсталып, екінші құрғату кезеңінде ғана оңай ғана көтеріледі, бірақ ол да көптеген қосылыстар үшін зиянды болатын деңгейден әлдеқайда төмен қалады. Ғылыми журналдарда жарияланған зерттеулер қаттыратылған өнімдердің витамин С мөлшерінің 97 пайызынан астамын, сонымен қатар көптеген В тобы витаминдері мен полифенолдардың көпшілігін сақтайтынын көрсетеді. Бұны дәстүрлі құрғату әдістерімен салыстырыңыз — онда біз 40–60 пайызға дейін сақталуға ұмтыламыз. Мысалы, антоцианиндер мен катехиндер — бұл түрлі-түсті өсімдік қосылыстары, олар 70 °C-тан жоғары температурада тез ыдырайды. Алайда олар қаттырау кезінде өте жақсы сақталады, сондықтан тағам антиоксиданттық қасиетін және оған тән барлық денсаулыққа пайдалы әсерлерін сақтайды.

Ферменттік деградация мен тотығу процестерін төмен температурада басу

Минус 40 градустан төменгі температурада жылдам тоңазытқан кезде полифенолоксидаза және пероксидаза сияқты ферменттер белсенділігін жоғалтады, ол қараңғы дақтардың пайда болуын тоқтатады және кептіру процесі басталар алдында қоректік заттардың шығуын болдырмаған. Бір уақытта вакуум құрылуы айналадағы оттегінің 99 пайызынан астамын шығарады, нәтижесінде майлар мен өсімдіктердің әлсіз қосылыстарына зиян кемиді. «Food Chemistry» журналында жарияланған зерттеулерге сәйкес, лиофилизделген өнімдердің тотығу деңгейі дәстүрлі ауада кептірілген өнімдерге қарағанда шамамен 12 есе төмен. Бұл жасанды консерванттарды немесе тұрақты салқындатуды қолданбай-ақ маңызды денсаулыққа пайдалы қосылыстарды екі жылдан астам уақыт бойы тұрақты ұстап тұруға көмектеседі.

Сақтау мерзімінің ұзартылуы: Лиофилизаторлар қандай жолмен суытуды қажет етпейтін ұзақ мерзімді тұрақтылыққа жетеді

Критикалық ылғалдың шегі (<2%): Микробтық өсу мен химиялық нашарлауды басу

Лиофилизаторлар ылғалды 2% төмендеу арқылы коммерциялық жағдайда (қалыпты температурада) өнімнің сақталу мерзімін ұзартады, бұл су белсенділігін (Aw) 0,2-ден төмен деңгейге түсіреді. Су белсенділігі осындай төмен деңгейге дейін түскен кезде көптеген микробтар өсуін тоқтатады, ферменттердің белсенділігі әлдеқайда баяулайды, ал Маиллард реакциясы сияқты қажетсіз қараю процестері негізінен тоқтайды. Қыздырылған ауамен кептіру осындай нәтиже бермейді, себебі ол ылғалдың біркелкі емес таралуына әкеледі және сыртқы қабатты қатайтады. Лиофилизделген өнімде барлық материал бойынша тұрақты төмен су белсенділігін сақтайтын сүңгітәрізді құрылым пайда болады. Бұл физикалық және химиялық артықшылықтарға байланысты АҚШ Ұлттық Тамақ және Дәрі-дәрмек Істері Басқармасы (FDA) мен Еуропалық Фармакопея сақталуы үшін стерильді биологиялық өнімдердің ылғалдылығын 2% шегінде ұстауды міндетті талап ретінде белгілеген, сонымен қатар тамақ қоспаларының ұзақ мерзімді сапасын қамтамасыз етеді.

Шынайы әлемдегі тиімділік: Лиофилизделген азық-түліктер үшін қалыпты жағдайларда (орталық температурада) 24–36 айлық сақталу мерзімі

Лиофилизацияланған өнімдер бұрынғыдан кейінгі 2–3 жыл бойы қалыпты температурада сақталған кезде жақсы тұрақтылық көрсетті; бұл құбылыс тамақ өңдеу, дәрі-дәрмек өндірісі және диагностикалық жиынтықтар саласында әртүрлі жағдайларда расталды. Біз ICH нұсқаулықтарына сәйкес үдетілген жасыру сынақтарын Жер шарының IVb аймағындағы (шамамен 30 °C температура мен 75% ылғалдылық) жағдайларда өткізген кезде, олардың биологиялық белсенділігінде елеулі өзгеріс болмайтынын, түстері тұрақты қалатынын және текстурасы жаңадан дайындалған өнімдердің текстурасына ұқсас қалатынын байқаймыз. Бұл құбылыс тоңазыту арқылы кептірудің бірнеше кезеңінде жүзеге асады: алдымен өнім суытылып, қатты қатты қалпына келтіріледі, сосын мұз тікелей буға айналып кетеді (сублимация), ал соңында қалған байланысқан су молекулалары жойылады. Нәтижесінде аморфты шыны тәрізді күй пайда болады, ол молекулалардың еркін қозғалуын тежейді және химиялық ыдырау процестерін баяулатады. Қайта суландырудан кейін бұл өнімдердің алғашқы дәмі, иісі және қоректілік құндылығы 95%-дан асады. Шашыратып кептіру немесе барабанмен кептіру сияқты басқа әдістерге қарағанда, тоңазыту арқылы кептірілген өнімдердің сақталу мерзімі ұзағырақ, сонымен қатар функционалдық сапасы да жоғары болады.

Органолептикалық дәлдік: Лиофилизаторлардың дәмін, мәтінін, түсін және иісін сақтауы

Қуыс матрицаны сақтау тез қайта суландыруды және сезімдік аутентикалығын қамтамасыз етеді

Сублимация туралы сөз қозғалғанда, бұл процессте алғашқы жасуша құрылымы негізінен сақталады. Бұл дегеніміз — терпендер мен эстер сияқты иіс құрамын сақтай алатын, сонымен қатар антоцианиндер мен каротиноидтар сияқты түрлі-түсті заттарды, сонымен қатар өнімнің мәтінін (текстурасын) қамтамасыз ететін барлық ақуыздарды ұстай алатын, көптеген микроскопиялық тесіктері бар, өте поралы материалдар алуға болады. Себебі бұл процессте сұйық күйдің қатысуы жоқ, сондықтан сезімтал дәм компоненттері булықтыру арқылы жоғалмайды немесе шашыратып кептіру немесе барабанда кептіру сияқты әдістерде жиі кездесетіндей, жылу әсерінен карамельге айналып бұзылмайды. Нәтижесінде сезімтал молекулаларды «құтыға» жабыстырып, бірақ қайта суландырған кезде суды тез және біркелкі өткізуге мүмкіндік беретін, әрі шыны тәрізді құрылым пайда болады. Бұл өнімдерді клиникалық түрде сынаған мамандар freeze-dried (тоңазытып кептірілген) жемістер, дәрілік өсімдіктер және тіпті пробиотиктердің дәмі таза, жаңа өнімдердің дәміне өте ұқсас екендігін айтады. Олар иіс күші, ауыздағы сезімі және түсінің тұрақтылығы бойынша жоғары бағаланады. Барлық бұл сезімдік дәлдікті 2%-тен аспайтын қалған ылғалдың мөлшерімен ұштастырсақ, тоңазытып кептіру әдісінің медициналық ортада қолданылатын жоғары сапалы тамақ қоспалары мен арнайы тамақтану өнімдері үшін негізгі әдіс болып қалуы түсінікті.