ก้าวข้ามกระบวนการทำแห้งแบบเดิม ด้วยเทคโนโลยีฟรีซดรายแบบผสมผสาน Exceed the Conventional Dehydration with Hybrid Freeze-drying Technologies

Translated and Compiled By:   ณัฐชยา ดวงจรัส
Natchaya Duangjarus
Editorial Team
Food Focus Thailand Magazine
editor@foodfocusthailand.com

     เทคโนโลยีฟรีซดราย (กระบวนการทำแห้งแบบแช่เยือกแข็ง) นับว่าเป็นวิธีการถนอมอาหารที่ได้รับการยอมรับว่าช่วยรักษาคุณสมบัติทางด้านสัณฐานวิทยาและชีวเคมีของผลิตภัณฑ์ไว้ แต่กระบวนการฟรีซดรายก็ถือเป็นกระบวนการทำแห้งที่มีต้นทุนสูงที่สุด จึงได้มีการพัฒนากระบวนการฟรีซดรายแบบผสมผสานร่วมกับเทคนิคการทำแห้งด้วยวิธีอื่นๆ เพื่อเพิ่มอัตราการทำแห้ง และลดการใช้พลังงานลง ขณะที่ยังรักษาคุณภาพของผลิตภัณฑ์ไว้ได้ ซึ่งเทคนิคของกระบวนการฟรีซดรายแบบผสมผสานสามารถทำได้หลายรูปแบบ ทั้งการทำแห้งแบบต่อเนื่อง แบบพร้อมกัน หรือหลายขั้นตอน โดยเทคโนโลยีที่น่าสนใจที่นำมาใช้ในการผสมผสานกับกระบวนการฟรีซดราย มีดังนี้

1. Microwave-assisted Freeze-drying
     การใช้คลื่นไมโครเวฟร่วมกับกระบวนการฟรีซดราย จะช่วยเพิ่มอัตราการทำแห้งและลดการใช้พลังงานลงได้ ในขณะเดียวกันก็ยังสามารถรักษาคุณค่าทางโภชนาการและสีสันของผลิตภัณฑ์ไว้ได้อีกด้วย โดยกระบวนการทำแห้งแบบผสมผสานนี้สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 วิธี โดยวิธีแรกคือการทำแห้งโดยใช้วิธีฟรีซดรายพร้อมกับการใช้คลื่นไมโครเวฟ และวิธีที่สองคือการทำแห้งแบบ 2 ขั้นตอน โดยในวิธีแรกนั้น ขั้นตอนการทำแห้งทั้งหมดจะอยู่ภายใต้สภาวะสุญญากาศ และจะใช้คลื่นไมโครเวฟในการให้ความร้อนสำหรับการระเหิดในระหว่างกระบวนการทำแห้งแบบแช่เยือกแข็ง จากนั้นเมื่ออุณหภูมิโดยรวมเพิ่มสูงขึ้น โมเลกุลของน้ำแข็งที่ได้รับพลังงานเพียงพอจะเปลี่ยนสถานะจากของแข็งให้กลายเป็นแก๊ส โดยความชื้นจะถูกกำจัดออกจนกลายเป็นอาหารแห้งในที่สุด ส่วนการทำแห้งแบบแช่เยือกแข็งร่วมกับคลื่นไมโครเวฟแบบ 2 ขั้นตอนนั้น จะมีการทำแห้งแบบแช่เยือกแข็งในเบื้องต้น และจะทำแห้งอีกครั้งด้วยคลื่นไมโครเวฟหรืออาจจะมีการใช้ระบบสุญญากาศร่วมด้วย นอกจากนี้ยังมีการพัฒนากระบวนการฟรีซดรายแบบพัลส์ฟลูอิไดซ์เบด และพัลส์สเปาท์ร่วมกับคลื่นไมโครเวฟอีกด้วย เพื่อให้เกิดความสม่ำเสมอและความรวดเร็วในการกระจายความร้อนของคลื่นไมโครเวฟ ซึ่งจะช่วยคงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ไว้ได้ภายใต้ระยะเวลาการทำแห้งที่สั้นลง

2. Infrared-assisted Freeze-drying
     กระบวนการฟรีซดรายร่วมกับรังสีอินฟราเรดเป็นหนึ่งในวิธีการทำแห้งแบบผสมผสานที่ประสบความสำเร็จที่สุด เพราะนอกจากจะได้คุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ดีขึ้นแล้วยังช่วยประหยัดเวลาในการทำแห้งอีกด้วย จึงถือเป็นนวัตกรรมของกระบวนการทำแห้งที่ใช้รังสีอินฟราเรดทดแทนแผ่นให้ความร้อนแบบไฟฟ้าเพื่อก่อให้เกิดพลังงานที่ทำให้น้ำแข็งระเหิด จึงช่วยเพิ่มอัตราการถ่ายเทความร้อน ส่งผลให้เกิดการกระจายความร้อนที่สม่ำเสมอและเกิดการถ่ายโอนพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งถือเป็นข้อได้เปรียบของกระบวนการนี้ โดยรังสีอินฟราเรดจะผ่านเข้าสู่ผลิตภัณฑ์ในระดับความลึกที่กำหนด และส่งผลให้อุณหภูมิของผลิตภัณฑ์เพิ่มสูงขึ้นโดยที่ไม่ส่งผลกระทบต่ออากาศโดยรอบ รวมถึงไม่จำเป็นต้องใช้ตัวกลางในกระบวนการให้ความร้อนหากใช้รังสีอินฟราเรดอีกด้วย

     Freeze-drying is a well-accepted drying technology that preserves morphological and biochemical properties. However, freeze-drying has been considered the most expensive dehydration process. Therefore, freeze-drying improvements can significantly increase drying rates and reduce energy consumption without sacrificing product quality. Hybrid freeze-drying is a combined drying strategy that uses two or more drying techniques in continuous, simultaneous, and multi-stage modes to compensate for the weaknesses of a single drying technique. The interesting hybrid freeze-drying technologies are listed below.

1. Microwave-assisted Freeze-drying
     The hybridization of microwave and freeze-drying helps to enhance the drying rate and reduce energy usage while preserving nutritional substances and creating appealing colors. There are two strategies for microwave freeze-drying: simultaneous freeze-drying and microwave drying and two-stage drying. In the first method, the entire dehydration process is carried out in a vacuum, and microwaves are used to supply the heat required for sublimation during freeze-drying. As the bulk temperature increases, frozen molecules of water gain sufficient energy for a transition from the solid to the gas. The moisture is eliminated from the frozen region, and the food material is dried. In the second hybrid microwave freeze-drying method, drying is conducted in two stages: freeze pre-drying and microwave or microwave vacuum-drying. Furthermore, microwave pulse-fluidized bed freeze-drying and pulse-spouted microwave freeze-drying have been developed to ensure the uniformity and rapidity of microwave heating, producing qualified products within a diminished drying time.

2. Infrared-assisted Freeze-drying
     Infrared freeze-drying is one of the most promising drying methods among the combined freeze-drying-based approaches, which yields better product quality while providing a faster drying process. Infrared freeze-drying is an innovative drying process that uses infrared rather than electric heating plates to generate energy for ice sublimation, which increases heat transfer rates. Uniform heating and high energy transfer efficiency are two advantages of infrared heating, mainly because infrared radiation enters a product to a specific depth and raises its temperature without heating the air around it, as a medium is not necessary for the infrared-based heating process.