تجفيف الرذاذ في المجفف الأصلي يؤدي إلى الالتصاق... كيفية التحكم

تجفيف الرذاذ في المجفف الأصلي يؤدي إلى الالتصاق... كيفية التحكم

تنقسم الأطعمة المجففة بالرش إلى فئتين: غير لزجة ولزجة. يسهل تجفيف المكونات غير اللزجة بالرش باستخدام مجففات بسيطة التصميم ومساحيق نهائية سهلة التدفق. تشمل أمثلة المواد غير اللزجة مسحوق البيض، ومسحوق الحليب، والمالتوديكسترين (مثل المحلول)، والصمغ، والبروتينات. أما بالنسبة للأطعمة اللزجة، فتواجه مشاكل في التجفيف حتى في ظروف التجفيف بالرش العادية. عادةً ما تلتصق الأطعمة اللزجة بجدران المجفف أو تصبح غير صالحة للاستخدام في غرف التجفيف وأنظمة النقل، مما يؤدي إلى مشاكل تشغيلية وانخفاض إنتاجية المنتج. وتُعد الأطعمة التي تحتوي على السكر والأحماض أمثلة نموذجية على ذلك.

اللزوجة ظاهرة شائعة أثناء تجفيف المواد الغذائية الغنية بالسكريات والأحماض التي تُرشّ بشكل متكرر. تُعرف لزوجة المسحوق بخاصية التماسك، ويمكن تفسيرها من خلال التماسك بين الجزيئات (التماسك) والالتصاق بين الجزيئات وجدران جهاز التجفيف بالرش. تعتمد قوة تماسك جزيئات المسحوق على خصائصها الداخلية، مما يؤدي إلى تكوين تكتلات في طبقة المسحوق. لذلك، يجب أن تكون القوة اللازمة لكسر هذه التكتلات أكبر من قوة التماسك. أما الالتصاق فهو خاصية سطحية، أي ميل جزيئات المسحوق للالتصاق بجدران جهاز التجفيف بالرش. يُعدّ كل من التماسك والالتصاق من المعايير الأساسية في تصميم ظروف التجفيف. يُعزى الالتصاق بشكل رئيسي إلى التركيب السطحي لجزيئات المسحوق، حيث تختلف ميول التماسك والالتصاق بين أسطح جزيئات المسحوق. ولأن التجفيف يتطلب نقل كمية كبيرة من المذاب إلى سطح الجزيئات، فإنه يُعتبر عملية شاملة. يمكن أن تتعايش خاصيتا اللزوجة (التماسك والالتصاق) في المواد الغذائية الغنية بالسكريات المجففة بالرش. التماسك هو تكوين جسور سائلة ثابتة، وجسور سائلة متحركة، وتشابك ميكانيكي بين الجزيئات، وجسور صلبة بفعل الجاذبية الكهربائية. تلتصق جزيئات المسحوق بجدران حجرة التجفيف بشكل رئيسي بسبب فقدان المادة أثناء تجفيف الأطعمة الغنية بالسكريات والأحماض بالرش. يزداد فقدان المواد المسحوقة عند بقائها لفترة أطول في جدار حجرة التجفيف.

أسباب الالتصاق:

استخلاص مسحوق تجفيف السكر والأطعمة الغنية بالأحماض باستخدام تقنية التجفيف بالرش: تُعدّ السكريات ذات الوزن الجزيئي المنخفض (الجلوكوز، الفركتوز) والأحماض العضوية (الستريك، الماليك، الطرطريك) من المواد التي يصعب تجفيفها. فارتفاع امتصاصها للماء، وخصائصها الحرارية، وانخفاض درجة حرارة تحولها الزجاجي (Tg)، كلها عوامل تُسهم في مشكلة الالتصاق. عند درجات حرارة تجفيف بالرش أعلى من 20 درجة مئوية (Tg)، تُشكّل هذه المكونات في الغالب جزيئات لينة على الأسطح اللزجة، مما يؤدي إلى التصاق المسحوق وتحوّله إلى بنية شبيهة بالعجينة بدلاً من مسحوق. ويعود ارتفاع الحركة الجزيئية لهذه الجزيئات إلى انخفاض درجة حرارة تحولها الزجاجي (Tg)، مما يُسبب مشاكل الالتصاق عند درجات الحرارة الشائعة في مجففات الرش. تُعدّ درجة حرارة التحول الزجاجي السمة الرئيسية لدرجة حرارة تحول الطور غير المتبلور. ويحدث التحول الزجاجي عندما يتحول السكر الصلب غير المتبلور إلى طور سائل مطاطي لين. أما بالنسبة للطاقة السطحية، فإن الزجاج الصلب يتميز بطاقة سطحية منخفضة، ولا يلتصق بالأسطح الصلبة ذات الطاقة المنخفضة. نتيجةً للانتقال من الحالة الزجاجية إلى الحالة المطاطية (أو السائلة)، يمكن أن يرتفع سطح المادة، وتبدأ التفاعلات بين الجزيئات والسطح الصلب. في عملية تجفيف الأغذية، يكون المنتج في حالة سائلة أو متماسكة، وبسبب إزالة الملدّن (الماء)، يتحول المنتج الغذائي السائل/المتماسك إلى حالة زجاجية. ستبقى المادة الغذائية لزجة ذات طاقة عالية إذا لم يخضع المنتج الغذائي لانتقال من درجة حرارة تجفيف عالية إلى درجة حرارة التزجيج. إذا لامس هذا المنتج الغذائي سطحًا صلبًا ذا طاقة عالية، فسوف يلتصق به.

التحكم في اللزوجة:

توجد عدة طرق لتقليل اللزوجة، منها ما يعتمد على علم المواد ومنها ما يعتمد على العمليات. تشمل الطرق القائمة على علم المواد استخدام مواد ذات وزن جزيئي عالٍ ومواد مضافة لتجفيف السوائل لرفع درجة الحرارة إلى ما بعد درجة التحول الزجاجي، بينما تشمل الطرق القائمة على العمليات استخدام جدران وقيعان وغيرها من المواد في الحجرات الميكانيكية.