ייבוש בהקפאה הוא להסיר מים חופשיים וחלק מהמים הקשורים שנספגים במרווח של סריג מוצק בסביבת ואקום בטמפרטורה נמוכה. לכן, תהליך הייבוש בהקפאה מחולק בדרך כלל לחמישה שלבים, כלומר הקפאה מוקדמת, ייבוש סובלימציה (או ייבוש שלב ראשון), ייבוש אנליטי (או ייבוש שלב שני), שיקול דעת והסרת מוצר.
יצרן ציוד לייבוש בהקפאה של מזון: הקפאה מוקדמת של מוצרים
שלב זה ממלא בעיקר תפקיד קבוע על מנת לייבש את המוצר. זהו שלב קריטי ביותר, מכיוון שאם לא יטופל כראוי, הוא יגרום לבעיות רבות של יציקת מוצרים או בעיות איכות. לכן, יש צורך לשלוט בקפדנות על זמן ההקפאה, הטמפרטורה ודרגת הוואקום, אך בייצור בפועל, לעתים קרובות מתעלמים מהגורמים המשפיעים של דרגת הוואקום בתהליך ההקפאה. טמפרטורת ההקפאה לפני ההקפאה היא בדרך כלל בטווח של 5 מעלות מתחת לנקודת הקיפאון, המכונה גם טמפרטורת הנקודה האוטקטית, או 10 ~ 15 מעלות מתחת לטמפרטורת הנקודה האוטקטית. נקודת קפיצת הטמפרטורה בתהליך זה היא הטמפרטורה המתאימה לפני ההקפאה. כאשר הטמפרטורה מגיעה לטמפרטורת הייבוש בהקפאה, שמור אותה למשך פרק זמן. זמן ההקפאה המוקדמת אינו קבוע, וניתן להקפיא אותו לחלוטין תוך 2-3 שעות, אשר תלוי בעומס המוצר, שטח הצלחת ובמאפייני המדיום להעברת החום.
יצרני ציוד לייבוש בהקפאה מזון: ייבוש סובלימציה של מוצרים
זהו התהליך העיקרי של ייבוש בהקפאה, בעיקר להפיכת הקרח בחומר, אך כדי להבטיח שהקרח לא יתמוסס, לחץ האדים הרווי בנקודת הקיפאון של החומר גבוה מהקיטור שמסביב לקרח. לכן, יש צורך להסיר במהירות את אדי המים שנוצרים ולמלא ברציפות את החום הנדרש לסובלימציה. טמפרטורה ולחץ הופכים לגורמים המשפיעים העיקריים של תהליך זה. הראשון הוא הטמפרטורה במהלך ייבוש הסובלימציה, אותה יש להגדיר מתחת לנקודה האוטקטית. מהירות הסובלימציה היא המהירה ביותר ליד הנקודה האוטקטית. במהלך תהליך הסובלימציה, הממשק בין השכבה היבשה לשכבה הקפואה במוצר המוצק יקטן בהדרגה עם הזמן. כאשר הממשק בין השכבה היבשה לשכבה הקפואה נעלם (השכבה הקפואה נעלמת), עליית הטמפרטורה של המוצר בזמן זה מהירה משמעותית מאשר לפני היעלמות השכבה הקפואה. על פי תהליך הייצור של המוצר, יש להאריך אותו למספר שעות כדי להבטיח שכל השכבות הקפואות בתוך המוצר ייעלמו.
יצרני ציוד לייבוש בהקפאת מזון: ייבוש אנליטי של מוצרים
לאחר ייבוש הסובלימציה, כל גבישי הקרח בחומר ישאירו הרבה חורים, אך עדיין יישארו כ-10% מים לא קפואים. בייבוש אנליטי, אנו מתכוונים לצמצם את החלק הזה של המים ולשמור אותו על כ-2%, מה שעובד בחומרי ייבוש. הטמפרטורה הגבוהה יותר של שלב זה צריכה להיקבע בהתאם למאפייני המוצר ותכולת הלחות הנדרשת של המוצר המוגמר, אך ניתן להעלות את הטמפרטורה בצורה מתאימה כדי להפחית את תכולת הלחות. בשלב הייבוש מחדש, יש להגביר את לחץ האוורור כראוי כדי להוביל חום. על מנת להאיץ את מהירות הייבוש ולקצר את הזמן, ניתן להחזיר ואקום גבוה כאשר טמפרטורת המוצר מגיעה לחלוטין לטמפרטורה שנקבעה על ידי מדיום העברת החום.
יצרן ציוד לייבוש בהקפאה של מזון: שיפוט נקודת קצה ייבוש בהקפאה
בפעולה בפועל, ניתן לשפוט את זמן הסיום של הייבוש האנליטי על סמך התופעות הבאות:
(1) טמפרטורת המוצר תואמת בעיקרה את הטמפרטורה של מתלה החימום ונשמרת לפרק זמן.
(2) הלחץ בתנור הייבוש והלחץ במלכודת הקור נוטים להיות עקביים ונשמרים למשך תקופה.
(3) לחץ בתנור. טמפרטורת מלכודת הקור חוזרת בעצם לאינדקס כאשר הציוד פורק ונשמר לפרק זמן.
(4) כאשר השסתום בין תנור הייבוש למעבה סגור, דרגת הוואקום של תנור הייבוש עולה בפחות מ-5Pa (0.05 bar) תוך שתי דקות כדי לשפוט שהייבוש בהקפאה הסתיים .
יצרן ציוד לייבוש בהקפאה של מזון: פרמטרים של עיצוב עקומת ייבוש בהקפאה
ניתן לחלק את עקומת הייבוש בהקפאה למובן רחב וצר. עקומת הייבוש בהקפאה הצרה מתייחסת לעקומת היחס בין טמפרטורת הייבוש בהקפאה והזמן. במובן הרחב, עקומת הייבוש בהקפאה מתייחסת לעקומת הקשר בין טמפרטורת המוצר, טמפרטורת הצלחת (המדף), טמפרטורת המעבה (מלכודת הקור), דרגת הוואקום והזמן במהלך תהליך הייבוש בהקפאה, כפי שמוצג באיור למטה. בדרך כלל, הטמפרטורה והלחץ הם האורדינאטות, והזמן הוא האבססיס. רק על ידי שליטה מקיפה על הפרמטרים של כל שלב בתהליך הייבוש בהקפאה ניתן להשיג מוצרים באיכות גבוהה. עקומת הייבוש בהקפאה היא לא רק הבסיס לתפעול ידני של מייבש ההקפאה, אלא גם הבסיס לשליטה אוטומטית בפעולת מייבש ההקפאה.
