สาขาวิชาอาหารและเครื่องดื่ม
การเพิ่มความเข้มข้นของอาหาร หมายถึง การกำจัดตัวทำละลายบางส่วนออกจากอาหารเหลว เพื่อให้ได้ผลผลิต การเก็บรักษา และการขนส่งที่ดีขึ้น สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ การเพิ่มความเข้มข้นโดยการระเหย และการเพิ่มความเข้มข้นโดยการแช่แข็ง
ความเข้มข้นของการระเหย
การระเหยทำงานบนพื้นฐานของความแตกต่างของความระเหยระหว่างตัวถูกละลายและตัวทำละลาย เมื่อความระเหยของตัวถูกละลายในสารละลายมีน้อยและตัวทำละลายมีความระเหยสูง ตัวทำละลายจะระเหยกลายเป็นไอเมื่อได้รับความร้อนเพื่อเพิ่มความเข้มข้นของสารละลาย โดยนำสารละลายอาหารที่ต้องการทำให้เข้มข้นใส่ลงในเครื่องระเหยและให้ความร้อนจากแหล่งความร้อนภายนอก เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ตัวทำละลาย (น้ำ) ในสารละลายจะเปลี่ยนเป็นไอ เนื่องจากจุดเดือดของน้ำค่อนข้างต่ำและระเหยได้ง่าย
ในระหว่างกระบวนการระเหย ไอตัวทำละลายจะระเหยออกไปอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่สารละลาย (เช่น น้ำตาล โปรตีน แร่ธาตุ วิตามิน เม็ดสี และส่วนประกอบอื่นๆ ที่ไม่ระเหยหรือระเหยได้ยาก) จะยังคงอยู่ในสารละลายที่เหลืออยู่เนื่องจากมีจุดเดือดสูงกว่าและมีความระเหยต่ำกว่า ไอตัวทำละลายที่ระเหยไปจะถูกเก็บรวบรวมและทำให้เย็นลงผ่านเครื่องควบแน่นเพื่อเปลี่ยนกลับเป็นของเหลว กระบวนการนี้สามารถนำพลังงานกลับมาใช้ใหม่ได้บางส่วนและลดการใช้พลังงาน น้ำที่ควบแน่นสามารถนำกลับมาใช้ใหม่หรือปล่อยทิ้งได้
สารละลายเดิมจะมีความเข้มข้นมากขึ้นในปริมาตรที่เล็กลงหลังจากกระบวนการระเหยและการควบแน่น เนื่องจากความเข้มข้นของตัวถูกละลายเพิ่มขึ้น สารละลายอาหารที่เข้มข้นนี้สามารถนำไปใช้ในการแปรรูปขั้นต่อไป เช่น การอบแห้ง การทำลูกอม แยม น้ำผลไม้ หรือใช้เป็นวัตถุดิบขั้นกลางในการผลิตอาหารได้
ระบบการระเหยและการเพิ่มความเข้มข้นแบบหลายขั้นตอนหรือหลายผล มักใช้ในการผลิตทางอุตสาหกรรมในทางปฏิบัติ ตามความต้องการของกระบวนการผลิตเฉพาะ การเพิ่มความเข้มข้นของอาหารจำเป็นต้องได้รับการวัดอย่างแม่นยำแบบเรียลไทม์ เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่คงที่และเพิ่มประสิทธิภาพการเพิ่มความเข้มข้น ติดต่อเราลอนมิเตอร์ผู้จำหน่ายเครื่องวัดความเข้มข้นออนไลน์ สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเครื่องวัดความเข้มข้นออนไลน์วิธีแก้ปัญหา
ลักษณะสำคัญของการระเหยและการทำให้เข้มข้น
ควรพิจารณาอุณหภูมิและระยะเวลาในการให้ความร้อนอย่างจริงจังในการระเหยอาหารและเครื่องดื่ม "อุณหภูมิต่ำและเวลาสั้น" มีจุดประสงค์หลักเพื่อรักษาคุณภาพของอาหารให้มากที่สุด ในขณะที่ "อุณหภูมิสูงและเวลาสั้น" มีจุดประสงค์หลักเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต
ความร้อนสูงเกินไปจะทำให้โปรตีน น้ำตาล และเพคตินเสื่อมสภาพ ไหม้เกรียม และจับตัวเป็นก้อน วัสดุที่ผ่านกระบวนการซึ่งสัมผัสโดยตรงกับพื้นผิวถ่ายเทความร้อนมีแนวโน้มที่จะเกิดคราบตะกรันที่อุณหภูมิสูงสุด เมื่อเทียบกับอุณหภูมิโดยรอบของวัสดุ เมื่อเกิดคราบตะกรันแล้ว จะส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนและอาจก่อให้เกิดปัญหาด้านความปลอดภัยได้ มาตรการที่ได้ผลในการแก้ปัญหาการเกิดคราบตะกรันคือการเพิ่มความเร็วของของเหลว ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มความเร็วของของเหลวสามารถลดการเกิดคราบตะกรันได้อย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ ยังสามารถใช้มาตรการป้องกันการเกิดคราบตะกรันด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและสารเคมีเพื่อป้องกันการเกิดคราบตะกรันที่อาจเกิดขึ้นได้
ความหนืด
อาหารหลายชนิดมีโปรตีน น้ำตาล เพคติน และส่วนประกอบอื่นๆ ที่มีความหนืดสูง ในระหว่างกระบวนการระเหย ความหนืดของสารละลายจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นเนื่องจากความลื่นไหลลดลง ซึ่งขัดขวางการนำความร้อนอย่างมาก ดังนั้น สำหรับการระเหยของผลิตภัณฑ์ที่มีความหนืดสูง มักใช้วิธีการหมุนเวียนหรือการกวนโดยใช้แรงภายนอก
ความสามารถในการเกิดฟอง
วัตถุดิบอาหารที่มีโปรตีนสูงจะมีแรงตึงผิวมากขึ้น เมื่อระเหยและเดือด จะเกิดฟองที่เสถียรมากขึ้น ซึ่งทำให้ของเหลวเข้าไปในคอนเดนเซอร์พร้อมกับไอน้ำได้ง่าย ส่งผลให้ของเหลวสูญเสียไป การเกิดฟองเกี่ยวข้องกับแรงตึงผิวระหว่างเฟส แรงตึงผิวระหว่างเฟสเกิดขึ้นระหว่างไอน้ำ ของเหลวที่ร้อนจัด และของแข็งที่แขวนลอยอยู่ และของแข็งมีบทบาทสำคัญในการเกิดฟอง โดยทั่วไปแล้ว สารลดแรงตึงผิวสามารถใช้ควบคุมการเกิดฟองได้ และยังสามารถใช้อุปกรณ์เชิงกลต่างๆ เพื่อกำจัดฟองได้อีกด้วย
ความกัดกร่อน
อาหารที่มีความเป็นกรดสูง เช่น น้ำผักและผลไม้ มีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อนในเครื่องระเหยระหว่างกระบวนการระเหยและการทำให้เข้มข้น สำหรับอาหารแล้ว แม้แต่การกัดกร่อนเพียงเล็กน้อยก็มักจะทำให้เกิดการปนเปื้อนจนทำให้ผลิตภัณฑ์ไม่ได้มาตรฐาน ดังนั้น เครื่องระเหยที่ใช้สำหรับอาหารที่มีความเป็นกรดสูงจึงต้องทำจากวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนและนำความร้อนได้ดี และการออกแบบโครงสร้างควรทำให้สามารถเปลี่ยนชิ้นส่วนได้ง่าย ตัวอย่างเช่น การทำให้สารละลายกรดซิตริกเข้มข้นขึ้น สามารถใช้ท่อความร้อนกราไฟต์ที่ไม่ซึมผ่านได้ หรือเครื่องระเหยแบบแซนด์วิชเคลือบอีนาเมลที่ทนต่อกรดได้
ส่วนประกอบที่ระเหยง่าย อาหารเหลวหลายชนิดมีส่วนประกอบของกลิ่นและรสชาติ ซึ่งระเหยได้ง่ายกว่าน้ำ เมื่อของเหลวระเหย ส่วนประกอบเหล่านี้จะระเหยไปพร้อมกับไอน้ำ ส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์เข้มข้น แม้ว่าการทำให้เข้มข้นด้วยอุณหภูมิต่ำจะช่วยลดการสูญเสียส่วนประกอบของรสชาติได้ แต่วิธีที่ดีที่สุดคือการใช้มาตรการกู้คืนแล้วเติมส่วนประกอบเหล่านั้นลงในผลิตภัณฑ์หลังจากกู้คืนแล้ว
การทำให้เข้มข้นด้วยการแช่แข็ง
ของเหลวที่เป็นวัตถุดิบอาหาร (เช่น น้ำผลไม้ ผลิตภัณฑ์นม หรือสารละลายอื่นๆ ที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบจำนวนมาก) จะถูกทำให้เย็นลงในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ เมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง โมเลกุลของน้ำในสารละลายจะตกตะกอนในรูปของผลึกน้ำแข็ง เนื่องจากน้ำจะเข้าสู่สมดุลของของแข็งและของเหลวที่อุณหภูมิและความดันเฉพาะค่าหนึ่ง ต่ำกว่าอุณหภูมินี้ น้ำอิสระส่วนเกินจะแข็งตัวก่อน ในขณะที่สารละลายอื่นๆ (เช่น น้ำตาล กรดอินทรีย์ เม็ดสี กลิ่นรส ฯลฯ) จะไม่แข็งตัวพร้อมกับน้ำได้ง่ายเนื่องจากความสามารถในการละลายที่แตกต่างกัน แต่จะยังคงอยู่ในสารเข้มข้นที่ไม่แข็งตัว
การแยกผลึกน้ำแข็ง
ผลึกน้ำแข็งที่เกิดขึ้นจะถูกแยกออกจากสารเข้มข้นโดยการเห centrifuging การกรอง หรือวิธีการทางกายภาพอื่นๆ กระบวนการนี้ไม่เกี่ยวข้องกับการระเหยของสารละลาย ดังนั้นจึงสามารถป้องกันการเสื่อมสภาพของส่วนผสมที่ไวต่อความร้อนและการสูญเสียกลิ่นได้อย่างมีประสิทธิภาพ สารเข้มข้นหลังจากแยกผลึกน้ำแข็งแล้วคือผลิตภัณฑ์เข้มข้นแช่แข็ง ซึ่งมีความเข้มข้นของสารละลายสูงกว่าสารละลายเดิมอย่างมาก ในขณะที่ยังคงรักษาสี รสชาติ คุณค่าทางโภชนาการ และกลิ่นรสของอาหารดั้งเดิมไว้ให้มากที่สุด
การควบคุมสภาวะการแช่แข็ง
ในกระบวนการทำให้เข้มข้นด้วยการแช่แข็ง ปัจจัยต่างๆ เช่น อัตราการแช่แข็ง อุณหภูมิการแช่แข็ง และระยะเวลา จำเป็นต้องได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพขนาด รูปร่าง และการแยกตัวของผลึกน้ำแข็งออกจากสารเข้มข้น เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย เทคโนโลยีการทำให้เข้มข้นด้วยการแช่แข็งนั้นเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับอาหารและเครื่องดื่มที่ไวต่อความร้อน เช่น น้ำผลไม้และน้ำผักสด ผลิตภัณฑ์ชีวภาพ ยา และเครื่องปรุงรสคุณภาพสูง สามารถคงคุณภาพตามธรรมชาติของวัตถุดิบได้สูงสุด และมีคุณสมบัติในการประหยัดพลังงานและมีประสิทธิภาพสูง อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ก็มีข้อจำกัดบางประการ เช่น กระบวนการทำให้เข้มข้นไม่สามารถฆ่าเชื้อได้อย่างมีประสิทธิภาพ และอาจต้องมีการฆ่าเชื้อเพิ่มเติม นอกจากนี้ สำหรับสารละลายบางชนิดที่มีความหนืดสูงหรือมีส่วนผสมพิเศษ ความยากในการแยกผลึกน้ำแข็งออกจากสารเข้มข้นอาจเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำให้เข้มข้นลดลงและต้นทุนเพิ่มขึ้น
วันที่เผยแพร่: 13 กุมภาพันธ์ 2568