Статьи на тему вакуума.

Что такое холодильная вакуумная ловушка.

В многообразном мире научных экспериментов и промышленных процессов использование ловушки для улавливания конденсата незаменимо, являясь важнейшим компонентом вакуумных систем и химических лабораторий. По сути, ловушка для конденсации водяных и др. паров — это устройство, предназначенное для конденсации всех паров, за исключением постоянных газов, в жидкое или твердое состояние в зависимости от температуры ловушки и давления пара конденсата. Этот процесс особенно полезен для защиты вакуумных насосов от загрязнений и влаги, продления срока службы вакуумного насоса и обеспечения чистоты вакуумной среды. Используя методы охлаждения, такие как жидкий азот, сухой лед или системы охлаждения с холодильными установками, вакуумные ловушки для конденсации паров эффективно повышают эффективность различных технологий, от лиофилизации и газовой хроматографии до масс-спектрометрии и криостатных операций.

Преимущества использования вакуумной ловушки с охлаждающей жидкостью многочисленны, включая предотвращение обратного потока паров растворителя, поддержание чистоты вакуумной системы и повышение общей эффективности экспериментов и процессов, требующих точных условий. Независимо от того, используется ли стеклянная посуда, предназначенная для работы с жидким азотом, или суспензия ацетона и сухого льда для более доступного варианта охлаждения, интеграция ловушки с охлаждающей жидкостью в лабораторные установки и промышленные системы свидетельствует о стремлении к совершенству в достижении надежных и точных результатов.

Принцип действия вакуумной ловушки.

Принцип работы вакуумной ловушки работающей на  холодных веществах основан на ее способности охлаждать испаренные вещества до точки, где они возвращаются в жидкое или твердое состояние, предотвращая тем самым загрязнение вакуумных систем или повреждение чувствительного оборудования. В основе конструкции таких вакуумных ловушек могут лежать как простые стеклянные конструкции, так и более сложные системы, оснащенные холодильными установками или резервуарами с жидким азотом.

Простые ловушки для паров часто состоят из стеклянного конденсатора, соединенного с вакуумным насосом, и служат первой линией защиты от проникновения паров.

Комбинированные холодильные ловушки включают в себя дополнительные механизмы, такие как адсорбция или криоконсервация, обеспечивая дополнительный уровень защиты и эффективности для более сложных технологий.

Механизмы улавливания паров в этих устройствах основаны главным образом на конденсации и адсорбции.

Конденсация происходит, когда испаренные вещества соприкасаются с холодной поверхностью ловушки, превращаясь обратно в жидкую или твердую форму. Этот метод особенно эффективен для регенерации растворителей в таких процессах, как лиофилизация, газовая хроматография, масс-спектрометрия и физическое осаждение из паровой фазы, где холодные ловушки также известны как мейсснеровские спирали.

С другой стороны, адсорбция включает захват паров на поверхности, например, активированном угле, внутри ловушки для холодных газов, что особенно полезно для улавливания неконденсируемых газов. Криоконсервация, хотя и реже ассоциируется с ловушками для холодных газов, может применяться в специализированных областях, таких как криостатные операции, где биологические образцы сохраняются при чрезвычайно низких температурах. Каждый из этих механизмов играет решающую роль в эффективной и действенной работе ловушек для холодных газов.

Охлаждение холодильных ловушек.

Охлаждение конденсатоотводчиков является ключевым аспектом их работы, обеспечивающим поддержание низких температур, необходимых для эффективной конденсации пара. Существует несколько типов методов охлаждения, каждый из которых подходит для различных применений и требований. Охлаждение конденсатоотводчиков может осуществляться с помощью азота, холодильных систем, подпадающих под действие регламента по фторсодержащим газам, который вскоре будет запрещен, или методов, таких как охлаждение воздухом, а также азотом или теплоносителем.

К традиционным охлаждающим агентам относятся жидкий азот и сухой лед, известные своей способностью достигать чрезвычайно низких температур, что делает их идеальными для ловушки с жидким азотом, используемой в лиофилизации, газовой хроматографии и масс-спектрометрии.

В области инженерных решений для охлаждения холодильные установки, криочиллеры и криостатные системы обеспечивают точный контроль температуры и способны поддерживать непрерывное охлаждение, необходимое для длительных экспериментов или промышленных процессов. Эти системы работают за счет циркуляции хладагента через конденсатор, эффективно отводя тепло из системы и поддерживая желаемые низкие температуры внутри ловушки для хладагента.

Какие продукты можно использовать в системах охлаждения?

Современные конструкции, ориентированные на инновационные и экологичные решения в области холодильной техники, совершают революцию в проектировании и применении конденсатоотводчиков.

Технология воздушного охлаждения, известная своей эффективностью и экологичностью, органично интегрируется в системы холодных ловушек. Современная продукция, является идеальным решением для рынка, а установки замкнутого цикла обладают большой перспективой в системах рекуперации растворителей и лиофилизации. Эти установки могут обеспечить непревзойденный контроль и стабильность температуры, что крайне важно для точных научных экспериментов и промышленных процессов.

Например, передовые холодильные установки используются в вакуумных ловушках, обеспечивая экологичный и эффективный метод охлаждения, заменяя методы с использованием сухого льда или запрещенных хладагентов более ценной, экологичной и надежной системой охлаждения.

Такая интеграция не только повысит эффективность холодных ловушек в стандартных технологиях, таких как газовая хроматография, но и расширит возможности их применения в более чувствительных или сложных сценариях, например, при длительном сохранении биологических образцов или в высокореактивных химических процессах.

Кроме того, стремление современных производителей к устойчивому развитию соответствует растущему спросу на экологически ответственное лабораторное и промышленное оборудование. Использование технологии воздушного цикла позволит исключить необходимость применения опасных хладагентов, снизить энергопотребление и эксплуатационные расходы. Такой экологичный подход к охлаждению может заинтересовать широкий круг пользователей, от исследовательских учреждений до фармацевтических компаний, стремящихся минимизировать свое воздействие на окружающую среду, сохраняя при этом высокие стандарты точности и эффективности.

В заключение, потенциальное использование продукции современных производителей в вакуумных ловушках может означать значительный прорыв в технологии ловушек, предлагая более экологичные, эффективные и точные решения для охлаждения, отвечающие меняющимся потребностям научных исследований и промышленных процессов.

Примеры применения.

Холодильные ловушки играют важную роль в различных областях, защищая оборудование, обеспечивая безопасность и повышая эффективность процессов. Они защищают вакуумные насосы от повреждений парами и газами, что крайне важно для поддержания чистых и стабильных вакуумных условий, необходимых при работе со сложным оборудованием, таким как масс-спектрометрия. Холодильные ловушки также играют важную роль в улавливании токсичных и опасных веществ, предотвращая их воздействие и повышая безопасность на рабочем месте. В химических процессах они облегчают сбор конденсата, способствуя регенерации растворителей и снижая воздействие на окружающую среду. Кроме того, холодильные ловушки являются ключевым элементом в осушении газов, удаляя влагу для обеспечения точности аналитических методов, таких как газовая хроматография. Независимо от того, используются ли жидкий азот, сухой лед или методы охлаждения с помощью холодильных установок, холодильные ловушки оказываются незаменимыми как в научных исследованиях, так и в промышленных процессах, демонстрируя свою широкую применимость и эффективность.

Перспективы развития.

Перспективы использования холодных ловушек выглядят многообещающими благодаря достижениям в области холодильных технологий, материаловедения и экологически чистых решений для охлаждения. Инновации могут привести к созданию более эффективных, долговечных и точных холодных ловушек, расширяя их применение в лиофилизации, газовой хроматографии и масс-спектрометрии, регенерации органических растворителей и физическом осаждении из паровой фазы.

В числе разработок могут быть более совершенные ловушки для хладагентов с автоматическим контролем температуры и мониторингом в реальном времени, что повысит удобство использования и эффективность защиты вакуумных насосов. Кроме того, исследования природных и альтернативных хладагентов обещают экологически ответственные варианты с минимальным или нулевым воздействием на окружающую среду. Эти достижения не только улучшат функциональность ловушек для хладагентов в существующих областях применения, но и откроют новые возможности в научных и промышленных сферах, укрепив их важность в современных лабораторных и производственных условиях.

Статьи на тему применения технологий на основе вакуумной техники:

• Метод транспортировки сыпучих продуктов вакуумом..
• Современный подход к лабороторным вакуумным системам..
• Вакуумные технологии в научных исследованиях..
• Как может помочь вакуум для стабилизации древесины?.
• Способ изготовления вакуумной камеры в домашних условиях..
• Методы удаления пузырьков при изготовлении изделий из эпоксидной смолы..
• Для чего нужна вакуумная смазка?.
• Можно ли заменить вакуумную смазку силиконовой смазкой?.
• Какие факторы влияют на срок службы вакуумного масла в масляном роторном насосе и каковы меры его продления?.
• Какое вакуумное масло лучше для паромасляного/диффузионного насоса?.
• Синтетическое масло специального назначения для вакуумных насосов: ВМ-5С..
• Что такое масло для вакуумного насоса?.
• Услуги по ремонту вакуумных насосов: Мирный, Нерюнгри, Алдан, Якутск, Ленск, Нюрба..
• Услуги по ремонту вакуумных насосов в Серпухове, Орехово-Зуево, Балашихе, Раменском, Ногинске..
• Технологии обезвоживания ягод в промышленности

2025. НПП "Вакуумная техника", ИП Шумиловский А.В. - капитальный ремонт вакуумных насосов.

При копировании текста статьи, ссылка на сайт https://mskvac.ru/ обязательна!

Роль новых технологий в обезвоживании ягод: качество, биологически активные соединения и срок хранения. И опять вакуум.

Основные моменты

• Ягоды содержат необходимые питательные вещества, которые важны для здорового образа жизни.

• Наиболее распространенными методами являются конвективная, вакуумная, микроволновая сушка и лиофилизация.

• Предварительная обработка улучшает проницаемость, ускоряет сушку и подавляет окисление.

• Для обеспечения высокого качества обезвоженных ягод рекомендуется использовать комбинированные методы.

Ягоды относятся к числу продуктов с наивысшей питательной и коммерческой ценностью. В данной статье рассматриваются традиционные и новые методы обезвоживания (сушки), наиболее часто используемые в качестве послеуборочной обработки, и обсуждается их эффективность в сохранении и/или улучшении питательных и функциональных качеств сушеных ягод. Обсуждаются характеристики традиционных методов (например , конвективная сушка, лиофилизация, распылительная сушка, осмотическая дегидратация), их предварительная обработка, их комбинация и прерывистая сушка, а также их потенциальные недостатки. Использование новых методов обезвоживания (например, сушка электромагнитным излучением, взрывная сушка, сушка с тепловым насосом, сушка перегретым паром низкого давления, микроволновая сушка) позволяет улучшить качество сушеных ягод по сравнению с традиционными методами, а также сократить время сушки, увеличить скорость сушки и энергоэффективность. Наконец, использование предварительной обработки и комбинация технологий могут повысить качество конечного продукта в результате повышения эффективности процесса обезвоживания.

Введение

Под «ягодой» обычно подразумевают небольшой плод, который можно есть целиком. С другой стороны, с ботанической точки зрения он определяется как «тип крупного плода, у которого завязь одного цветка развивается в съедобную мясистую часть (т. е . околоплодник)». В обоих случаях ягоды являются популярными продуктами, широко признанными как отличный источник питательных веществ и биологически активных соединений, таких как минералы, фенольные соединения (особенно антоцианы) и витамины. Антоцианы — это пигменты, принадлежащие к группе флавоноидов, которые отвечают за красный, фиолетовый и синий цвета, характерные для многих ягод. Кроме того, эти соединения связаны с полезными для здоровья свойствами.

Плоды, такие как ягоды, содержат необходимые питательные вещества для здорового образа жизни, однако они очень скоропортящиеся. Кроме того, их характеристики зависят от различных факторов, включая выращивание, географический регион, условия хранения, степень зрелости и климат, среди прочего. Действительно, эти факторы могут изменять качество ягод, их биоактивное содержание и антиоксидантную способность. Поэтому необходимы адекватные и передовые технологии послеуборочной обработки, чтобы минимизировать качественные и количественные потери после сбора урожая (свежесрезанные или переработанные продукты), что позволит избежать нежелательных изменений веса, цвета, текстуры и аромата.

Сушка — один из старейших методов удаления воды для консервации продуктов питания, поскольку именно при ней достигается наименьший водный потенциал (активность воды), необходимый для стабильности продуктов во время хранения. Она связана с естественным процессом, обычно происходящим на открытом воздухе. Поэтому сегодня её заменили другие методы, осуществляющие сушку при контролируемой температуре и влажности с использованием сложного оборудования. В этом смысле обезвоживание обычно используется для снижения активности воды в фруктах, что позволяет предотвратить их последующее порчу.

Вода является основным компонентом фруктов и овощей, и её удаление предотвращает вредные микробные и физико-химические реакции, что приводит к увеличению срока хранения. Поэтому технология обезвоживания позволяет сохранять фрукты и их соки, увеличивая срок их хранения при одновременном уменьшении объёма и веса, тем самым снижая затраты на упаковку, хранение и транспортировку. В результате изменяются вкусовые и текстурные свойства, получаются новые продукты, в которых сохраняется или даже улучшается их конечное качество. Однако температуры, используемые при обезвоживании, могут разрушать биологически активные соединения (например, пищевые полифенолы), присутствующие в ягодах, снижая их качество. Влияние на свойства ягод будет зависеть от метода обезвоживания и вида фруктов. Это делает необходимым изучение биоактивных соединений в сушеных ягодах, чтобы понять преимущества, связанные с их употреблением. Учитывая это, появление новых методов обезвоживания обеспечит такие преимущества, как сокращение времени сушки, повышение энергоэффективности, улучшение качества продукции, снижение затрат и уменьшение воздействия на окружающую среду.

Эти факты подтверждают необходимость изучения методов обезвоживания с целью определения оптимальных условий для сохранения свойств сухофруктов по сравнению со свежими. Кроме того, влияние обезвоживания на полифенолы и антиоксидантные свойства не было последовательно оценено. Поэтому выбор оптимальных условий обезвоживания для улучшения качества ягод имеет решающее значение для производства сухофруктов, которые могут быть использованы пищевой промышленностью для удовлетворения потребительского спроса.

В данном обзоре рассматриваются основные методы обезвоживания ягод, представлены наиболее распространенные и новые методы, а также их комбинации. Кроме того, обсуждаются методы с точки зрения их влияния на общее качество, биоактивные соединения и срок хранения конечного сухого продукта. Поиск научных исследований, соответствующих тематике данного обзора, проводился в последнее время несколькими группами исследователей. В качестве основных ключевых слов использовались «ягоды» и «обезвоживание», отбирались публикации, вышедшие в период с 2017 по 2021 год. Такой подход дал 106 результатов, из которых было отобрано 31. Кроме того, был проведен еще один библиографический поиск по ссылкам, связанным с «сушеными ягодами в пищевых продуктах», который подтвердил, что это новая тема, поскольку с 2017 года было опубликовано лишь несколько статей.

Методы обезвоживания

Для обозначения потери воды взаимозаменяемо используются различные термины: сушка, обезвоживание и увядание. Однако между ними есть особенности, которые необходимо отметить. Как уже обсуждалось, сушка — это процесс интенсивной потери воды из ягод после сбора урожая, который обычно проводится на открытом воздухе; обезвоживание — это процесс потери воды в контролируемых условиях; и, наконец, увядание — это результат длительного процесса обезвоживания, в ходе которого происходит потеря воды и эффект, связанный со старением ягод. В данном обзоре будут рассмотрены только процессы, протекающие в контролируемых условиях.

За последние два десятилетия наблюдается научное и промышленное развитие методов обезвоживания ягод (от традиционных к новым технологиям и их комбинациям). Поэтому в этом разделе будут рассмотрены механизмы, преимущества, недостатки, экономическая эффективность и практическое применение наиболее важных традиционных (конвективная сушка, лиофилизация, прерывистая сушка, осмотическая дегидратация и распылительная сушка) и новых технологий сушки (электромагнитное излучение, взрывное распыление, тепловой насос, перегретый пар низкого давления), изученных в последние годы (таблица 1), а также их комбинаций.

Таблица 1.

Сравнение традиционных и новых методов обезвоживания: механизмы, преимущества, недостатки, экономическая эффективность и практическое применение.

Традиционные методы

Что касается традиционных механизмов обезвоживания, то основными используемыми технологиями являются конвективная (с использованием горячего воздуха) и вакуумная сушка. Обезвоживание ягод основано на обмене теплом и массой между средой и плодом, где движущей силой диффузии влаги является создаваемый градиент температуры и влажности. 

Конвективная сушка

Конвективная сушка — это простой и недорогой метод сушки горячим воздухом, используемый для обезвоживания фруктов. Обычно его классифицируют на три различных метода: сушка горячим воздухом (ягоды непосредственно подвергаются воздействию горячего воздуха), конвективная многократная сушка (теплопередача усиливается за счет большой разницы температур ягод и горячего воздуха) и сушка в псевдоожиженном слое (горячий воздух подается на сушильную ленту с контролируемой скоростью). Ягоды непосредственно подвергаются воздействию горячего воздуха для передачи тепла от поверхности к внутренней части плода, способствуя обмену влаги между продуктом и горячим воздухом, протекающим через сушильную камеру. Относительная влажность (ОВ) горячего воздуха является ключевым фактором в процессе сушки, поскольку она влияет как на тепло-, так и на массоперенос, и, следовательно, на качество фруктов. В этом отношении низкая относительная влажность связана с более низким давлением пара воздуха и более высокой скоростью массопереноса, что ускоряет сушку, но при этом на поверхности материала может образовываться корка. Напротив, высокая относительная влажность снижает способность поглощать влагу из окружающей среды, что приводит к улучшению пористой структуры материалов, но увеличивает время сушки.

В свежих фруктах сходятся связанная и несвязанная влага. В первом случае жидкий раствор удерживается в структуре твердой матрицы, тогда как во втором представлен свободной водой. Многие традиционные методы используют горячий воздух (конвекционная сушка) для усиления теплопередачи между воздухом с низкой относительной влажностью и фруктами, что приводит к сосуществованию сложных процессов во время термической сушки. Хотя в процессе происходит испарение на поверхности, необходимо также испарять связанную воду, поскольку только после периода снижения скорости процесс позволяет получить безопасный высушенный продукт. Безопасность гарантируется характеристиками высушенных фруктов, которые обычно включают низкую активность воды (<0,600), высокое содержание сахара (38–66%), низкий pH (<4,5) и антимикробные фенольные соединения. С другой стороны, у некоторых мягких ягод из-за высокого содержания влаги и высокого давления пара, образующегося внутри плода, может произойти деформация и растрескивание (снижение качества сушки). Более того, если испарение с поверхности ягоды происходит слишком медленно, может случиться так, что влага внутри материала практически не будет выходить наружу. Это приведет к снижению скорости сушки, а также к замедлению созревания и появлению плесени.

Конвективная сушка широко используется для переработки твердых фруктов и жмыха (производство функциональных ингредиентов). К преимуществам конвективной дегидратации относятся простота эксплуатации, низкая стоимость и простая конструкция, а также увеличение срока хранения обезвоженного продукта. Однако этот метод также имеет некоторые недостатки, связанные с характеристиками входящего газа (высокая температура, относительная влажность) и длительным временем сушки, что приводит к образованию корки на поверхности продукта, деградации термочувствительных соединений, ферментативным и неферментативным реакциям потемнения, появлению постороннего привкуса, видимой усадке (из-за механического напряжения) и, следовательно, низкой способности к регидратации и снижению питательной ценности. В исследовании (2018 г.) было отмечено, что применение длительного времени сушки (50 °C в течение 48 ч) или высоких температур сушки (130 °C в течение 2 ч) приводило к большему ухудшению качества малины, ежевики, красной и черной смородины. Напротив, промежуточные условия сушки (65 °C в течение 20 ч) позволяли сохранить цвет, содержание полифенолов и антиоксидантную активность ягод. Некоторые исследования утверждают, что эффект времени выдержки будет более заметным, чем эффект температуры. Это может быть связано с уменьшением объема и увеличением пористости, происходящими во время сушки, что приводит к деградации антиоксидантов. Это наблюдалось при применении конвективной сушки к клубнике, показав потерю антиоксидантной активности на 74,7 % при 50 °C/360 мин по сравнению с 66,2 % при использовании 60 °C/300 мин. Аналогичный эффект наблюдался и в отношении цвета: более высокие значения изменения цвета (ΔE) были отмечены в образцах, подвергнутых длительному воздействию температуры (9,3 против 5,3 при 50 °C/360 мин и 60 °C/300 мин соответственно). Аналогичным образом, обнаружили, что сочетание высоких температур и низкого времени (50 °C в течение 5 дней против 40 °C в течение 12 дней и 30 °C в течение 30 дней) способствовало накоплению глюкозы, фруктозы и общего количества растворимых сахаров, а также содержанию лимонной, молочной, яблочной, винной и галловой кислот и их производных в ягодах винограда.

Поэтому на протяжении многих лет исследования были сосредоточены на улучшении конвективной сушки, ее сочетании с другими процессами или замене другими методами.

Вакуумная сушка

Вакуумная сушка — подходящий метод сушки для фруктов, чувствительных к теплу и быстро портящихся из-за высоких температур и окисления. Отсутствие кислорода в процессе обезвоживания, применение пониженного атмосферного давления и низких температур сушки приводят к получению продукта с низким содержанием влаги и высоким качеством. Выбор соответствующих параметров обезвоживания (например , температуры, остаточного давления и скорости теплового потока) определяет эффективность этого метода сушки. Оценка вакуумной сушки дикорастущих ягод (ежевики, малины, красной смородины и клубники) в различных условиях показала, что повышение температуры сокращает время сушки, но ухудшает качественные характеристики высушенных ягод. Напротив, повышение остаточного давления увеличивает продолжительность вакуумной сушки.

По сравнению с конвекционной сушкой, вакуумная сушка имеет преимущества, включая более высокую скорость сушки, возможность использования более низкой температуры сушки и среды с низким содержанием кислорода. Кроме того, фенольные и летучие соединения, а также витамины лучше сохраняются в свежих ягодах. В некоторых исследованиях оценивалось влияние условий вакуумной сушки на качество высушенного продукта. Изучали влияние температуры вакуумной сушки на фенольные и антиоксидантные соединения ягод маки. Образцы сушили в вакуумной сушильной печи при температуре 40–80 °C под давлением 150 мбар. Как и ожидалось, повышение температуры снизило содержание w в плодах (0,482–0,387 при температурах 40 и 80 °C соответственно), что обеспечило микробиологическую стабильность продукта (<0,600). Что касается полифенолов, использование 80 °C позволило сохранить содержание общего количества фенольных соединений (TPC) (36,49 против 23,16 мг GAE/г сухого вещества при температурах 80 и 40 °C соответственно), общего количества флавоноидов (TFC) (21,09 против 16,82 мг QE/г сухого вещества при 80 и 40 °C соответственно) и общего количества антоцианов (TAC) (11,57 против 10,20 эквивалента дельфинидин-3-глюкозида/г сухого вещества при 80 и 40 °C соответственно). Эта тенденция также наблюдалась в антиоксидантной активности, измеренной методом DPPH (220,26 против 195,60 мкмоль TE/г дм при 80 и 40 °C соответственно). В случае ORAC наибольшая активность наблюдалась в образцах, высушенных при 60 °C (454,02 мкмоль TE/г дм). В профиле фенольных соединений были идентифицированы эллаговая кислота, феруловая кислота, галловая кислота, мирицетин, протокатеховая кислота и кверцетин. В целом, применение температур выше 60 °C способствовало разложению этих соединений.

Аналогичные результаты были получены на ягодах мурты, подвергнутых вакуумной сушке при различных температурах. Применение вакуумной сушки также позволило получить безопасный продукт (a w  < 0,500). Наблюдалось различное поведение между свободными и связанными TPC и TFC. В целом, вакуумная сушка снизила содержание свежих TPC и TFC по сравнению с содержанием, наблюдаемым в свежих ягодах мурты. Наибольшее содержание свободных флавоноидов в высушенных ягодах было обнаружено при 90 °C (2373,21 мг GAE/г дм и 854,3 мг QE/г дм для TPC и TFC соответственно). Напротив, в �