Противень для сублимационной сушки биологических материалов

ПРОТИВЕНЬ ДЛЯ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ БИОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, преимущественно коллагеновых губок, состоящий из емкости, образованной металлическим днищем и плоскими теплоизолированными стенками, отличающийся тем, что, с целью повышения качества и эффективности сушки, днище с внутренней стороны емкости выполнено с рисками, имеющими в поперечном сечении клинообразную форму и высоту, не превышающую 1% от толщины днища, при этом отношение высоты к шагу между ними составляет 0,89 10.

Изобретение относится к области сушки и может быть использовано в пищевой, биологической, медицинской, химической и других отраслях промышленности.
Цель изобретения повышение качества и эффективности сушки.
На фиг.1 представлен общий вид противня; на фиг.2 узел I на фиг.1.
Противень для сублимационной сушки содержит металлическое днище 1 с параллельно нанесенными клиновидными рисками 2, боковые стенки 3, выполненные из теплоизоляционного материала. На фиг.2 - половина угла при вершине треугольника, образованного поперечным сечением одной риски 2.
Работает противень следующим образом.
Продукт заливают в противень, состоящий из металлического днища 1 с рисками 2 и теплоизолированных стенок 3 и помещают в морозильный аппарат для замораживания (на фигурах не показан). После замораживания противень выгружают из морозильного аппарата и помещают на охлажденные плиты сублимационной установки (на фигурах не показана), а затем подвергают сублимационной сушке. При этом риски на днище противня приводят к увеличению поверхности смачивания, которая определяется из следующего соотношения:
S S (1) где S_o первоначальная поверхность днища противня;
S полная поверхность смачивания.
Принимая начальную поверхность днища противня условно равной единице, получаем, используя формулы (1), увеличение полной поверхности в зависимости от изменения угла: 5^o почти в двенадцать раз, = 10^o почти в шесть раз, 15^o почти в четыре раза, 30^o почти в два раза.
Уменьшение угла меньше 5^o сопряжено с техническими трудностями при нанесении рисок, а с другой стороны, по причине действия сил поверхностного натяжения уменьшается смачиваемость днища противня материалом.
Увеличение угла нецелесообразно, так как заметна тенденция к снижению эффективности предлагаемого изобретения, при 90^o поверхность смачивания практически не изменяется (sin 90^o 1).
Одновременно нанесение рисок 2 на днище 1 противня приводит к уменьшению угла смачивания. На практике это приводит к преимущественному зарождению центров кристаллизации на активных местах поверхности, т.е. на вершинах рисок 2, а с приближением к полному смачиванию кристаллизации начинается при исчезающе малом переохлаждении, так как резко сокращается работа, необходимая для образования зародыша кристалла льда.
После высушивания выгрузка производится без затруднений и механических повреждений при сушке коллагеновых губок, а при сушке соков и пюре сохранение структуры необязательно, так как они реализуются в виде порошков.
Использование рисок 2 на днище 1 противня в качестве активных центров кристаллизации приводит к направленному по нормали к днищу 1 противня росту кристаллов льда, причем отдельные кристаллы расположены вдоль направления рисок 2. Применение раздельного замораживания (а именно отсутствие верхних плит) исключает рост кристаллов льда с поверхности материала.
Шаг и глубина нанесения рисок выбраны из геометрического построения сечения одной риски и толщины противня, в то же время они должны быть соизмеримы с расчетными значениями критического радиуса зародыша кристалла льда и заданного диаметра пор (при производстве коллагеновых гемостатических губок). Как показали испытания, целесообразно использовать губки с минимальным диаметром пор 15-20 мкм и максимальным не более 80-100 мкм.
Противни современных сублимационных сушилок имеют толщину днища 2-2,5 мм. Учитывая вышеизложенное, отношение глубины рисок Н к шагу h между ними рекомендуется следующим:
для 5^o H:h 2:0,2;
для 10^o H:h 2:0,75
для 15^o H:h 2:1
для 30^o H:h 2:2,55
При пересчете H: h составляет 0,89-10. В целях обеспечения сохранности жесткости противня глубина рисок Н не должна превышать для днища толщиной 2 мм 1% его толщины, а для днища толщиной 2,5 мм 0,8% его толщины, что составляет 0,02 мм или 20 мкм.
Для сравнения были проведены сушки одного и того же материала на предлагаемом устройстве и прототипе.
П р и м е р 1. Замораживанию и сублимационной сушке подвергали раствор коллагена концентрацией 0,9% используемый при производстве гемостатических коллагеновых губок в промышленных условиях. В предлагаемом устройстве длительность цикла замораживания составила 1 ч. 30 мин при температуре замораживания минус 30^oC. Длительность сублимационной сушки составила 8 ч.
П р и м е р 2. Замораживанию и сублимационной сушке подвергали тот же раствор в обычных противнях традиционным способом. Длительность циклов замораживания и сублимационной сушки соответственно составила 3 и 24 ч.
Оценочные показатели обоих способов сведены в таблицу.
Качественные показатели фруктовых соков и пюре остаются неизменно высокими, соответствующими сублимационному обезвоживанию. Качественные показатели коллагеновых губок соответствуют нормативным показателям.
Таким образом, изобретение на примере коллагеновых губок позволяет получить материал со строго ориентированной в пространстве структурой пор, что значительно улучшает дренажные свойства коллагеновых губок, способствует улучшению поглощения жидкого отделяемого ран и созданию благоприятных условий для репаративных процессов.
Формирование направленной кристаллической структуры льда может быть использовано при создании продуктов питания, структурированных методом холодового воздействия в предлагаемом устройстве (искусственные заменители мясопродуктов), так как после размораживания образуется структура продукта, максимально приближенная к волокнистой структуре мяса. Направленная структура приводит к сокращению времени всего цикла холодильного воздействия (замораживание и сублимационная сушка) и сокращению удельных затрат электроэнергии.
Изобретение относится к области сушки жидких, пастообразных и гельобразных биологических материалов и может быть использовано в пищевой, биологической, медицинской, химической и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение качества и эффективности сушки. Противень представляет собой емкость, образованную металлическим днищем 1 и плоскими теплоизолированными стенками 3. Днище 1 с внутренней стороны выполнено с рисками, имеющими клиновидную форму в поперечном сечении, при этом отношение глубины рисок к шагу между ними составляет 0,89 - 10, а высота рисок не превышает 1% толщины днища 1. 2 ил., 1 табл.