ما الذي يسبب اللزوجة في عملية التجفيف بالرش... وكيفية التحكم بها

ما الذي يسبب اللزوجة في عملية التجفيف بالرش... وكيفية التحكم بها

 ملخص:

ينقسم الطعام المجفف بالرش إلى فئتين: غير لاصق ولزج. تتميز المكونات غير اللاصقة بسهولة تجفيفها بالرش، وبساطة تصميم المجفف، وانسيابية انسياب المسحوق النهائي. ومن أمثلة المواد غير اللاصقة: مسحوق البيض، ومسحوق الحليب، والمحاليل، والمالتوديكسترين، والصمغ، والبروتين. أما في حالة الطعام اللزج، فتُعاني عملية التجفيف من مشاكل في ظل ظروف التجفيف بالرش العادية. عادةً ما يلتصق الطعام اللزج بجدران المجفف، أو يصبح غير صالح للاستخدام في غرف التجفيف وأنظمة النقل، مما يؤدي إلى مشاكل تشغيلية وانخفاض إنتاجية المنتج. وتُعد الأطعمة السكرية والحمضية أمثلة نموذجية على ذلك.

اللزوجة ظاهرة شائعة في عملية تجفيف المواد الغذائية الغنية بحمض الجليكوليك. تُعدّ لزوجة المسحوق نوعًا من خصائص التماسك والالتصاق، حيث تُفسّر لزوجة الجزيئات فيما بينها (التماسك) ولزوجة الجزيئات بجدار الوعاء (الالتصاق). يعتمد قياس قوة الترابط بين جزيئات المسحوق على خصائصها الداخلية المعروفة بالتماسك، والتي تُشكّل كتلًا في طبقة المسحوق. لذا، يجب أن تكون القوة اللازمة لكسر تكتلات المسحوق أكبر من قوة التماسك. أما الالتصاق فهو خاصية سطحية، حيث تلتصق جزيئات المسحوق بسطح معدات التجفيف بالرش. يُعدّ كل من التماسك والالتصاق من المعايير الأساسية لتصميم ظروف التجفيف. يُعزى تأثير اللزوجة بشكل رئيسي إلى التركيب السطحي لجزيئات المسحوق، حيث تختلف خصائص التماسك والالتصاق باختلاف مواد سطح جزيئات المسحوق. ولأن التجفيف يتطلب نقل كمية كبيرة من المذاب إلى سطح الجزيئات، فإنه يتم في الكتلة. يمكن أن تتعايش خاصيتان للزوجة (التماسك والالتصاق) في المواد الغذائية الغنية بالسكريات أثناء تجفيفها بالرش. تتمثل اللزوجة بين الجزيئات في تكوين جسور سائلة ثابتة، وجسور سائلة متحركة، وسلاسل ميكانيكية بين الجزيئات، بالإضافة إلى الروابط الكهروستاتيكية الناتجة عن الجاذبية والجسور الصلبة. والسبب الرئيسي لالتصاق جزيئات المسحوق بجدار حجرة التجفيف هو فقدان المواد أثناء تجفيف الأطعمة الغنية بالسكريات والأحماض بالرش. فعندما يبقى المسحوق لفترة أطول، يجف ويلتصق بالجدار.

يؤدي ذلك إلى لزوجة

Sتقنية التجفيف بالرش لإعادة تدوير مسحوق تجفيف الأغذية الغني بالرش. تُعدّ السكريات ذات الوزن الجزيئي المنخفض (الجلوكوز، الفركتوز) والأحماض العضوية (حمض الستريك، حمض الماليك، حمض الطرطريك) من المواد التي تُمثّل تحديًا كبيرًا. تُساهم المواد ذات الجزيئات الصغيرة، مثل امتصاص الماء العالي، واللدونة الحرارية، وانخفاض درجة حرارة التحول الزجاجي (Tg)، في مشاكل اللزوجة. درجة حرارة التجفيف بالرش أعلى من Tg20.°ج. تُشكّل معظم هذه المكونات جزيئات لينة على السطح اللزج، مما يُسبب لزوجة المسحوق، وفي النهاية تُشكّل بنية معجونية بدلاً من مسحوق. تُعزى الحركة الجزيئية العالية لهذا الجزيء إلى انخفاض درجة حرارة التحول الزجاجي (Tg)، مما يؤدي إلى مشاكل في اللزوجة في مجففات الرذاذ الشائعة الاستخدام عند درجات حرارة عالية. الخصائص الرئيسية لدرجة حرارة التحول الزجاجي ودرجة حرارة تحول الطور غير المتبلور. حدث التحول الزجاجي في مادة صلبة صلبة، وهي السكر غير المتبلور، الذي خضع لتحول إلى طور سائل مطاطي لين. طاقة السطح والزجاج الصلب منخفضة ولا يلتصقان بالأسطح الصلبة منخفضة الطاقة. بسبب حالة التحول من الزجاج إلى المطاط (أو السائل)، يمكن أن يرتفع سطح المادة، ويمكن أن يبدأ التفاعل بين الجزيء والسطح الصلب. في عمليات تجفيف الأغذية، يكون المنتج في حالة سائلة أو لاصقة، ويصبح الطعام السائل/اللاصق الذي يُزال منه عامل التغليف (الماء) زجاجًا. إذا لم تتغير المواد الخام الغذائية من درجة حرارة تجفيف عالية إلى درجة حرارة زجاجية، فسيحتفظ المنتج بلزوجة عالية الطاقة. إذا لامس هذا النوع من الطعام سطحًا صلبًا عالي الطاقة، فسوف يلتصق به.

التحكم في اللزوجة 

توجد العديد من الطرق القائمة على علم المواد والعمليات لتقليل اللزوجة. تشمل الطرق الأساسية في علم المواد استخدام مواد ذات وزن جزيئي عالٍ ومواد مضافة لتجفيف السوائل لزيادة درجة الحرارة خارج عملية التزجيج، بينما تشمل الطرق القائمة على العمليات معالجة جدران وقاع الحجرة الميكانيكية.