Сублимационная сушка продуктов питания. Как это работает и кому это нужно

Вы наверняка видели фруктовые чипсы, например, яблочные, которые хрустят и сохраняют вкус и аромат свежего яблока без типичного для сухофруктов варёного привкуса и резиновой текстуры. Сухие супы, которые достаточно залить водой — и через несколько минут перед вами снова полноценное блюдо. Сухой кофе, чай, порошковые концентраты соков и других жидких продуктов, которые после добавления воды превращаются обратно в напиток.

Но как высушить фрукты и ягоды, не превратив их в сморщенный тёмный сухофрукт с изменённым вкусом? Как выпарить воду из готового блюда и не испортить мясо, овощи и другие ингредиенты? И как превратить жидкий продукт в порошок, сохранив его вкус, аромат и ценные свойства?

Обычная сушка не подойдет. При нагревании вода испаряется, но одновременно продукт начинает менять структуру: усаживаться, темнеть, терять часть летучих ароматических веществ, размягчаться, вариться или карамелизоваться.

Здесь требуется сублимационная сушка, или лиофилизация.

Именно благодаря этому процессу можно получить лёгкий, пористый и сухой продукт, который сохраняет форму, цвет и значительную часть исходных вкусоароматических характеристик, а после добавления воды способен быстро восстанавливаться.

Разберёмся, как устроена технология, какие продукты лучше всего подходят для лиофилизации, когда она экономически оправдана и кому производство сублиматов может быть особенно интересно.

Почему обычная сушка меняет продукт

В традиционной конвективной сушке вода удаляется за счёт испарения. Продукт нагревается, влага переходит из жидкого состояния в пар и постепенно покидает сырьё.

Высокая температура запускает нежелательные изменения:

• сахара карамелизуются;
• белки денатурируют;
• летучие ароматические соединения теряются;
• меняется цвет;
• клеточная структура повреждается;
• продукт усаживается и становится плотнее.

Особенно заметно это на нежных ягодах, фруктах, зелени и готовых блюдах. После обычной сушки исходную форму, текстуру и аромат восстановить практически невозможно.

При лиофилизации задача принципиально иная: не просто удалить воду, а сделать это так, чтобы максимально сохранить исходную структуру продукта.

Как работает сублимационная сушка

При лиофилизации вода сначала превращается в лёд, а затем удаляется в условиях глубокого вакуума, минуя жидкую фазу.

Первый этап — шоковая заморозка

Продукт необходимо заморозить таким образом, чтобы вода превратилась в лёд и при этом минимально повредила клеточную структуру.

При медленном замораживании образуются крупные кристаллы льда, которые могут разрушать клеточные стенки. При быстром замораживании формируются более мелкие кристаллы, что позволяет лучше сохранить исходную структуру.

Температурный режим зависит от конкретного продукта и подбирается экспериментально. Для промышленной лиофилизации пищевого сырья часто рассматриваются температуры порядка −40…−30 °C.

Важно заморозить весь объём продукта. Если внутри сырья вода остаётся жидкой, дальнейшее снижение давления может привести к нежелательным изменениям структуры и нарушить нормальное течение процесса.

Второй этап — первичная сублимация

После полного замораживания начинается самая продолжительная часть цикла.

Вакуумная система снижает давление в камере, а продукт получает строго контролируемое количество тепла. Лёд начинает сублимировать — превращаться непосредственно в пар.

На этом этапе задача состоит не в том, чтобы максимально быстро нагреть продукт. Напротив, необходимо подвести ровно столько энергии, сколько требуется для поддержания процесса сублимации.

Если тепла недостаточно, процесс становится слишком медленным. Если тепла слишком много, лёд может начать плавиться, а продукт — усаживаться и терять структуру.

Поэтому контроль температуры продукта и теплоподвода — одни из ключевых факторов качества будущего сублимата.

На первичной стадии может удаляться основная масса воды — вплоть до 90% в зависимости от исходного сырья и режима. Продолжительность процесса может составлять от нескольких часов до нескольких суток. На неё влияют влажность сырья, толщина слоя, температура замораживания, теплопередача, глубина вакуума и требуемая остаточная влажность.

Третий этап — вторичная сушка

После удаления основной массы льда внутри продукта остаётся связанная влага. Она удаляется на стадии вторичной сушки, или десорбции.

Температуру постепенно повышают, сохраняя низкое давление. Это позволяет удалить остаточную влагу, которая уже не находится в форме свободного льда.

Именно эта стадия во многом определяет стабильность готового сублимата при хранении.

Слишком высокая остаточная влажность сокращает срок хранения и повышает риск порчи. Слишком интенсивная вторичная сушка, наоборот, может быть неоправданной с точки зрения энергозатрат и качества отдельных продуктов.

Поэтому конечная влажность не имеет одного универсального значения для всех продуктов. Требования необходимо устанавливать для конкретной рецептуры и условий хранения.

Что происходит со структурой продукта

При обычной сушке клетки продукта часто разрушаются, а структура становится плотной и усохшей. При лиофилизации лёд покидает продукт через образовавшиеся каналы, оставляя после себя пористую структуру.

Поэтому сублимированный продукт остаётся лёгким и хрупким, а после добавления воды способен впитывать её обратно.

Для разных продуктов это даёт разные преимущества:

• готовые блюда быстро восстанавливаются;
• кофе быстро растворяется;
• овощи можно вернуть в рабочее состояние непосредственно при приготовлении;
• мясные продукты можно использовать после восстановления или как ингредиент;
• ягоды сохраняют характерную форму и хрустящую текстуру;
• порошки могут быстро диспергироваться в жидкости.

Сублимация и вакуумное выпаривание — не одно и то же

Эти технологии часто ставят рядом, потому что обе используют вакуум. Но технологически это разные процессы.

• Вакуумное выпаривание работает с жидким продуктом. Давление снижается, температура кипения воды уменьшается, и вода удаляется в виде пара.
• Сублимационная сушка работает с предварительно замороженным продуктом. Основная масса воды удаляется изо льда непосредственно в газовую фазу.

Если необходимо получить концентрат сока, молочного продукта, экстракта или бульона, вакуумное выпаривание может быть более рациональным решением.

Если задача состоит в том, чтобы сохранить форму и структуру продукта и получить максимально сухой, лёгкий и быстро восстанавливаемый сублимат, стоит рассматривать лиофилизацию.

Когда выгодно объединить две технологии

На практике вакуумное выпаривание и сублимационная сушка могут работать как последовательные этапы одной технологической цепочки.

Сначала продукт концентрируют при щадящих температурах порядка 30–60 °C, а затем направляют на распылительную, сублимационную или другую сушку. Это позволяет перенести основную часть удаления воды на более энергоэффективную стадию концентрирования и уменьшить нагрузку на последующую сушилку.

Например, кофейный экстракт можно предварительно концентрировать вакуумным выпариванием, а затем высушивать распылительным или сублимационным способом. Для кофейного концентрата может рассматриваться достижение порядка 25–35% сухих веществ перед последующей сушкой.

Таким образом:

• вакуумное выпаривание эффективно удаляет большую часть воды;
• сублимация позволяет сохранить структуру и качество оставшегося продукта.

Какие продукты лучше всего подходят для лиофилизации

Фрукты и ягоды

Клубника, малина, черника, вишня, смородина и другие ягоды после сублимации становятся лёгкими и хрустящими, сохраняя характерные цвет и аромат.

Такие продукты используются самостоятельно, а также как ингредиенты для:

• шоколада;
• мороженого;
• кондитерских изделий;
• каш;
• гранолы;
• десертов;
• напитков.

Овощи и грибы

Сублимированные грибы, морковь, зелень, лук, овощные смеси и другие компоненты могут использоваться в супах, соусах, гарнирах и готовых блюдах.

Мясо и рыба

Сублимация позволяет получать лёгкие продукты длительного хранения. Особенно интересен такой формат для туристического питания, экспедиций и рационов, где критичны масса продукта и отсутствие необходимости в постоянном холодильном хранении.

Отдельное направление — переработка побочных продуктов мясного производства с получением сухих субпродуктов для кормов животных.

Готовые блюда

Суп, рагу, паста, каша или другое готовое блюдо можно приготовить, а затем высушить методом сублимации. Сохраняется композиция блюда: форма ингредиентов, вкусовой профиль и способность восстанавливаться после добавления воды.

Кофе и чай

Для напитков сублимация особенно ценна благодаря возможности работать с ароматическим профилем продукта.

Предварительное вакуумное концентрирование кофейного и чайного экстракта позволяет работать при щадящих температурах, после чего концентрат может быть направлен на распылительную или сублимационную сушку.

Экстракты и биологически чувствительное сырьё

Лиофилизация может использоваться для продуктов, чувствительных к температуре и окислению, когда важно минимизировать тепловую нагрузку. Конкретный режим в таких случаях определяется составом сырья и целевыми характеристиками готового продукта.

Практические преимущества лиофильной сушки:

• продукт становится значительно легче;
• снижаются требования к хранению после правильной упаковки;
• увеличивается потенциальный срок хранения;
• появляется возможность перерабатывать сезонное сырьё в течение всего года;
• продукт можно перевозить на большие расстояния с меньшими затратами на логистику;
• из привычного сырья можно создать продукт с высокой добавленной стоимостью.

Экономическая эффективность сублимации

1. Рост добавленной стоимости

Одна из главных возможностей — превратить обычное сырьё в готовый ингредиент или конечный продукт премиального сегмента.

Например, свежая ягода — скоропортящийся сезонный продукт. После сублимации она становится ингредиентом длительного хранения, который можно использовать в течение всего года.

То же относится к фруктам, овощам, грибам, готовым блюдам и некоторым напиткам.

2. Снижение массы и логистической нагрузки

Из продукта удаляется почти вся вода. В результате существенно уменьшается масса готового товара.

Для продукции, которую необходимо перевозить на большие расстояния, это может иметь большое значение: меньше масса — меньше нагрузка на транспортировку и складирование.

Особенно заметно преимущество в туристическом питании, экспедиционных рационах и других форматах, где каждый грамм продукта имеет значение.

3. Переработка сезонного сырья

Для производителей ягод, фруктов и овощей сублимация позволяет частично решить проблему сезонности. Вместо продажи всего урожая в короткий период можно переработать часть сырья и реализовывать готовый продукт в течение последующих месяцев.

Это особенно интересно предприятиям, которые имеют собственное сельскохозяйственное производство или стабильный доступ к локальному сырью.

4. Расширение продуктовой линейки

Одна установка может использоваться для разных продуктов — при условии, что технологические режимы и санитарные требования позволяют проводить такую смену производства.

Предприятие может выпускать несколько товарных категорий:

• ягоды и фрукты;
• овощи;
• грибы;
• ингредиенты;
• готовые блюда;
• мясные продукты;
• специализированные рационы.

Это позволяет не привязывать экономику проекта к одному продукту.

5. Переработка побочного сырья

Для некоторых производств интерес представляет не только основная продукция, но и сырьё, которое раньше имело низкую стоимость или требовало затрат на утилизацию. Его можно рассматривать для дальнейшей переработки, например в сухие ингредиенты или компоненты кормов.

Кому может быть интересно производство сублиматов

Фермерским хозяйствам и производителям ягод

Если предприятие выращивает клубнику, малину, смородину, чернику, вишню или другие ягоды, сублимация позволяет превратить часть сезонного урожая в продукт с более длительным сроком реализации.

Переработчикам фруктов и овощей

Для предприятий, которые уже работают с плодовоовощным сырьём, лиофилизация может стать способом расширить ассортимент.

Производителям готовой еды

Сублимированные супы, каши, паста, рагу и другие блюда позволяют создавать продукты, которым достаточно добавить воду для восстановления.

Это подойдет производителям туристического питания, сухих рационов и специализированных наборов еды.

Производителям функционального и специализированного питания

Технология может применяться там, где особенно важны удобство хранения, масса продукта и сохранение характеристик исходного сырья. Например, детское питание или ЗОЖ-категория.

Производителям кофе, чая и экстрактов

Для напитков и других жидких продуктов может быть интересна комбинированная схема с предварительным вакуумным концентрированием и последующей сушкой.

Кондитерским и производителям ингредиентов

Сублимированные ягоды, фрукты и другие продукты могут использоваться как ингредиенты для шоколада, мороженого, десертов, гранолы и других продуктов.

Производителям кормов для животных

Сублимация может использоваться для отдельных мясных продуктов и субпродуктов.

Малому и среднему бизнесу

Для нового проекта сублимация может быть интересна как способ создать узкую продуктовую нишу с высокой добавленной стоимостью, не конкурируя напрямую с производителями массовых сухих продуктов.

Почему сублимация подходит не всем продуктам

Продукты с большим количеством жира требуют особого внимания из-за риска окисления. Очень сахаристое сырьё также может вести себя сложнее, поскольку его свойства при замораживании и сушке отличаются от поведения обычного водного продукта.

Кроме того, сублимационная сушка требует значительных затрат времени, энергии и оборудования.

Поэтому технологический процесс разумно начинать не с покупки большой промышленной установки, а с тестовой сушки на малой или пилотной системе.

На небольших партиях можно определить:

• оптимальную скорость замораживания;
• толщину слоя;
• температуру и давление;
• продолжительность первичной и вторичной сушки;
• конечную влажность;
• скорость восстановления;
• изменение вкуса и аромата;
• механическую прочность;
• требования к упаковке.

Только после этого имеет смысл масштабировать процесс.

Упаковка — продолжение технологии

После окончания цикла сублимированный продукт становится чрезвычайно гигроскопичным. Его пористая структура легко поглощает влагу из воздуха.

Если оставить сублимированную ягоду на открытом воздухе, она постепенно потеряет хрусткость и станет мягкой.

Поэтому упаковку необходимо проводить максимально быстро после сушки.

Для сублиматов используются герметичные барьерные материалы, в том числе фольгированные пакеты, герметичные контейнеры и другие решения. В зависимости от продукта и технологии может применяться вакуумирование или защитная газовая среда.

Особенно чувствительны к механическим повреждениям ягоды и другие пористые продукты. После сублимации они становятся лёгкими и хрупкими, поэтому упаковка должна защищать не только от влаги, но и от механических воздействий.

Оборудование для сублимационной сушки от Фабрики Доктор Губер

Фабрика Доктор Губер предлагает оборудование для вакуумной и сублимационной сушки под разные задачи и масштабы производства. У нас представлены решения от пилотных и малых лиофильных сушилок до профессиональных и промышленных установок.

Для разработки технологии и тестирования продукта

На этапе запуска проекта можно использовать:

• пилотную лабораторную лиофильную сушилку;
• малую лиофильную сушилку для продуктов питания;
• профессиональную высокоточную лиофильную сушилку.

Такой подход позволяет сначала отработать технологию на небольших партиях, а уже затем переходить к промышленному масштабу.

Для промышленного производства

Для масштабирования производства Фабрика Доктор Губер предлагает промышленные контактные лиофильные сушилки.

Конкретная конфигурация подбирается исходя из продукта, производительности, режима работы и требований к технологическому процессу.

Если продукт жидкий или пастообразный

Сублимационная сушка нужна далеко не во всех случаях. Если задача состоит в непрерывной сушке жидких или пастообразных продуктов, в линейке представлены:

• вакуумные ленточные сушилки;
• непрерывные вакуумные сушильные установки для жидких продуктов;
• вакуумные спиральные сушилки непрерывного действия.

Не только оборудование

В зависимости от задачи Фабрика Доктор Губер также предоставляет услуги:

• консультации;
• проектирования;
• сборки и запуска;
• обучения;
• монтажа и доставки оборудования.

Поэтому правильный путь — сначала описать продукт и производственную задачу, затем определить технологическую схему и только после этого выбирать конкретную установку.

Если вы рассматриваете запуск производства сублиматов, Фабрика Доктор Губер может подобрать решение под задачу — от пилотной лиофильной сушилки до промышленного оборудования, а также помочь с проектированием, сборкой и запуском.

Сублимационная сушка: вопросы и ответы

Что такое сублимационная сушка?

Сублимационная сушка, или лиофилизация, — это способ удаления воды из предварительно замороженного продукта в условиях глубокого вакуума. Лёд переходит непосредственно в пар, минуя жидкую фазу.

Чем сублимационная сушка отличается от обычной?

При обычной сушке вода испаряется при нагревании продукта. При сублимации продукт сначала замораживают, а затем удаляют лёд в вакууме. Благодаря этому можно лучше сохранить форму, структуру, цвет и вкусоароматические характеристики сырья.

Какие продукты можно сублимировать?

Чаще всего сублимируют ягоды, фрукты, овощи, грибы, готовые блюда, мясо, рыбу, кофе, чай и некоторые экстракты. Конкретная технология зависит от состава продукта.

Какие ягоды лучше подходят для сублимации?

Для лиофилизации хорошо подходят клубника, малина, черника, вишня, смородина и другие ягоды. Режим необходимо подбирать для каждого вида сырья отдельно.

Зачем сублимировать готовые блюда?

Сублимация позволяет получить лёгкое готовое блюдо, которое после добавления воды быстро восстанавливает структуру и становится пригодным к употреблению. Такой формат особенно интересен для туристического питания, рационов и экспедиций.

Сколько хранится сублимированный продукт?

Срок хранения зависит не только от остаточной влажности, но и от активности воды, состава продукта, упаковки, содержания кислорода и условий хранения. Поэтому универсальный срок для всех сублиматов назвать нельзя.

Нужно ли хранить сублимированные продукты в холодильнике?

После правильной сушки и герметичной упаковки сублимированный продукт может храниться без постоянного холодильного хранения при подходящих условиях. Конкретные требования определяются продуктом и упаковкой.

Почему сублимированные продукты стоят дороже обычных сушёных?

Сублимационная сушка требует более сложного оборудования, вакуума, замораживания и продолжительного технологического цикла. Более высокая себестоимость может компенсироваться качеством, сроком хранения, низкой массой и более высокой рыночной стоимостью готового продукта.

Выгодно ли производство сублиматов?

Это зависит от продукта, стоимости сырья, выхода готовой продукции, загрузки оборудования, энергозатрат, упаковки и цены реализации. Особенно интересной экономика может быть для продукции с высокой добавленной стоимостью и сезонного сырья.

Кому выгодно заниматься производством сублиматов?

Производителям ягод и фруктов, переработчикам овощей, изготовителям готовых блюд, производителям туристического и специализированного питания, компаниям из сегментов кофе, чая, ингредиентов, кормов для животных и другим предприятиям, которым важны длительное хранение, низкая масса и высокая добавленная стоимость продукта.

Какое оборудование нужно для производства сублиматов?

Для лиофилизации нужна сублимационная сушильная установка с системой замораживания, вакуумом, контролируемым теплоподводом и конденсацией водяного пара. «Фабрика Доктор Губер» предлагает пилотные, малые, профессиональные и промышленные лиофильные сушилки, а также другие виды вакуумного сушильного оборудования.

Нужно ли сразу покупать промышленную сублимационную установку?

Не обязательно. Для нового продукта разумно сначала провести тестовую сушку на пилотном или малом оборудовании, определить режим и фактические характеристики продукта и только затем рассчитывать промышленную производительность.

Может ли «Фабрика Доктор Губер» помочь с запуском производства?

Да. Помимо оборудования для вакуумной и сублимационной сушки, компания предоставляет консультации, проектирование, сборку и запуск, обучение, монтаж и доставку оборудования.

Где подобрать оборудование для сублимационной сушки?

Актуальный ассортимент лиофильных и других вакуумных сушильных установок представлен на сайте «Фабрики Доктор Губер».