A basic study on the batch type freeze dryer has been carried out. The operating principles, merits and demerits of the freeze dryer were described. And the kinds of major components and their roles were also invesigated. As a fundamental study, using the Differential Scanning Calorimeter(DSC), the determination of unfrozen water in the specimens and invesigation of effects of cooling rate on the freeze drying were performed. To provide a guidline of basic design for a freeze dryer, a parametric study about the drying conditions was carried out.
Journal of information and communication convergence engineering
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제13권1호
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pp.21-26
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2015
A wireless sensor network (WSN) is designed and implemented for a freeze dryer. Freeze-drying technology is widely used in the fields of pharmacy and biotechnology as well as the food and agriculture industries. Taking into account the demand for high-resolution pressure and temperature measurements in a freeze dryer, the proposed WSN has a significant advantage of creating a monitoring environment in a freeze dryer. The proposed WSN uses a ZigBee/IEEE 802.15.4 network with an altimeter module that contains a high-resolution pressure and temperature sensor with a serial digital data interface. The ZigBee network is suitable for low-energy and low-data-rate applications in the field of wireless communication. The altimeter module is capable of sensing pressure in the range of 7.5-975 Torr (10-1300 mbar) and temperature in the range of $-40^{\circ}C$ to $125^{\circ}C$ with a DC power consumption of $3{\mu}W$. The implemented WSN is installed in a commercial laboratory freeze dryer in order to demonstrate its functionality and efficiency. A comparison with the temperature profile measured by a thermocouple installed in the freeze dryer reveals that the resolution of the temperature profile measured by WSN is superior to that measured by the thermocouple.
식품 산업에서 이용도가 높을 뿐 아니라 외국 의존도가 높은 진공동결건조기를 reverse enginerring 하여 국산화 개발한 후 그 성능을 시험하였다. 새로 개발한 진공동결건조기는 1 batch 당 8kg의 수증기를 응결시킬 수 있으며, 전도가열에 의해 열판 온도를 $80^{\circ}C$까지 올릴 수 있고 제상방법은 hot gas 방식을 취했다. 진공펌프의 배기시간은 $7{\sim}8$분, cold trap의 온도는 $-50^{\circ}C$까지 유지할 수 있었으며, 잔공동결건조기의 최적 건조능력은 과채류의 경우 batch 당 2kg 정도이며 최고 4kg 까지 건조시킬 수 있었다. 개발한 진공동결건 조기와 기존의 외국산 진공동결건조기를 이용$(^{5,6})$하여 당근을 동결건조시킨 경우 양 장치간에 별 차이는 없었으며, 각 식품의 진공동결건조 특성은 각 식품의 초기 수분 함량 및 초기성상에 영향을 받는 것으로 나타났다.
다양한 방법으로 건조한 보리 잎의 일반성분을 분석한 결과 수분함량은 분석 방법에 따라 매우 큰 차이를 나타냈으며, 열처리 후 건조(HD), 음건(SD)한 보리 잎에서 동결건조(FD), 전자레인지 건조(MW)와 비교해볼 때 클로로필 함량이 높게 나타났다. 갈변작용은 열의 작용을 가장 받지 않은 동결건조(FD)한 보리 잎에서 가장 적었다. 무기질 함량은 Ca, Mg, Na, P, K가 높게 함유되어 있었고, 특히 K는 다른 원소들에 비해 매우 높은 함량을 나타냈으며($2580.88{\sim}3616.20$ mg%) 음건(SD)한 보리 잎 시료에서 가장 높아 무기질 성분이 매우 우수한 알칼리성 식품이라 사료된다. 또한 보리 잎의 유기산은 oxalic acid, acetic acid, citric acid, fumaric acid가 검출되었으며, 건조방법에 따라 각각 달랐다. 비타민 C 함량은 생엽(RL) 142.56 mg%, 열처리 후 건조(HD) 629.23 mg%, 음건(SD) 598.48 mg%, 동결건조(FD) 657.62 mg%, 전자레인지 건조(MW) 724.34 mg%으로 나타났고, 보리 잎은 무기질 외에도 비타민 C의 좋은 급원 식품임을 알 수 있었다. 본 실험의 결과 건조방법별 보리 잎의 성분에는 변화가 있었으며, 외관상 품질은 동결건조(FD)를 하였을 때 가장 좋았으나, 음건(SD)으로 시료를 처리하였을 때 각 성분의 파괴가 가장 덜 할 것으로 사료된다.
This paper shows the study on the design of the spray-freeze dryer for the production of the pulmonary inhalation powders. Powder production and handling has been an integral part of pharmaceutical processing because of the wide use of oral dosage forms. There are a few commonly used powder preparation methods including mechanical milling, precipitaion, spray drying, freeze drying, and so on. In general, methods available for preparing inhalation powders are limited due to certain inhalation powder's sensitive nature to the processing environments. This is particularly true for preparing dry powder aerosols where the aerodynamic particle size$(<5{\mu}m)$ and the size distribution are pivotal. Supercritical fluid antisolvent and spray freeze drying have recently emerged as promising techniques for producing powders for use in microcapsulation. However, the aerosol applications of these powders are yet to be explored. The purpose of this study is to test the feasibility of using spray freeze-dried pulmonary inhalation powders for aerosolization.
This paper shows the study on the design and another applications of the spray-freeze dryer for the production of valuable material powders. Powder production and handling has been an integral part of material extracting processing and pharmaceutical processing because of the wide use of oral dosage forms. There are a few commonly used powder preparation methods including mechanical milling, precipitaion, spray drying, freeze drying, and so on. In general, methods available for preparing inhalation powders are limited due to certain inhalation powder's sensitive nature to the processing environments. This is particularly true for preparing dry powder aerosols where the aerodynamic particle size($<5{\mu}m$) and the size distribution are pivotal. Supercritical fluid antisolvent and spray freeze drying have recently emerged as promising techniques for producing powders for use in microcapsulation. However, the aerosol applications of these powders are yet to be explored. The purpose of this study is to test the feasibility of using spray freeze-dried valuable material powders for aerosolization.
Seaweeds are a potential source of minerals, essential amino acids, fatty acids, proteins, and various bioactive compounds such as antioxidants. The higher water content of seaweeds reduces the shelf life and this requires the appropriate drying method. The drying conditions play a major role in the conservation of nutrient composition in dried seaweeds. In recent years, the seaweed industry has used many different drying methods with advantages and limitations. Hybrid hot-water Goodle dryer (HHGD) which is a special dryer mixed with hot-water and a Korean traditional heating system (Goodlejang) might be a solution to avoid these limitations. The present study evaluated the effect of drying conditions in HHGD on nutrient composition and bioactivities of brown seaweeds. Moreover, freeze-dryer (FD) and HHGD were employed in this study to compare the dried outputs obtained from four brown seaweed species. The present study aims to evaluate the effect of the hybrid hot-water Goodle drying method (HHGDM) on the nutritional composition and antioxidant activity of dried seaweeds. AOAC standard methods were used to analyze the proximate composition of dried samples and their 70% ethanol extract. The intracellular and extracellular antioxidant activities were evaluated using Vero cells and electron spin resonance (ESR) spectrometer respectively. High performance liquid chromatography, apoptotic body formation, and in-vivo experiments were used for further confirmation of the quality of dried output. The proximate composition results obtained from drying in HHGD and FD did not exhibit any significant difference. Moreover, the seaweed extracts from the dried seaweeds by HHGD and FD dryings were also not different and both significantly down-regulated in-vivo and in-vitro oxidative stress. Furthermore, the high performance liquid chromatography results revealed that the two dryers did not make the major peaks different in the chromatograms. Freeze-drying method (FDM) provides elevated quality for dried output, but there are limitations such as high cost and low capacity. The results from a novel HHGD did not provide any significant difference with the results in FD and expressed a potential to avoid the limitations in FD. Overall, these findings solidified the applicability of HHGD over FD.
건조방법을 달리하여 양파분말을 제조하고 건조방법에 따른 양파분말의 물리적 특성을 비교하였다. 건조 양파의 수분함량은 열풍건조한 양파가 13.29%, 동결건조 양파는 12.99%, 진공건조 양파는 10.78%로 나타났고, 조회분 조지방 조단백의 함량은 건조방법에 따라 유의적 차이를 보이지 않았다. 총당 함량은 열풍건조>진공건조>동결건조 순으로 나타났다. 양파분말의 색도는 갈변현상의 영향을 받아 밝기와 황색도에 큰 변화가 있었다. 높은 온도에서 건조한 진공건조 분말과 열풍건조 분말의 Hunter-L값은 낮은 온도에서 동결건조시킨 분말에 비해 매우 낮게 나타났다. 갈변도는 고온처리과정이 없는 동결건조 분말의 경우 가장 낮았으며, 같은 고온에서 건조시킨 진공건조 분말과 열풍건조 분말 간에는 유의적인 차이가 없었다. 주사전자현미경 촬영 결과 양파분말의 입자크기가 열풍건조>진공건조>동결건조 순으로 나타났고, 급속 동결한 후 낮은 온도에서 수분을 승화시켜 건조하는 동결건조 양파분말의 공극률이 가장 크게 나타났다. 양파분말의 복원력은 입자크기가 제일 큰 열풍건조 분말이 가장 높았고, 다음으로는 진공건조, 동결건조 분말의 순으로 나타났다. 용해도는 동결건조 분말이 다른 두 방법에 비해 높았으며, 팽윤력은 열풍건조 분말이 가장 높았다. 비타민 C의 함량은 온도의 영향을 적게 받은 동결건조 분말이 가장 높았으며, 총 폴리페놀 함량은 진공건조>열풍건조>동결건조 순으로 나타났다.
본 연구에서는 동결건조 방법과 저온 진공 건조기를 도입하여 양파를 건조한 후 유기 용매로 추출하여 인체 결장암 및 섬유육종세포에 대한 증식 억제 효과와 세포 내 활성산소종 억제 효과에 대해 비교 검토하였다. 저온 진공 건조방법으로 건조된 양파 분말의 A+M 추출물은 가장 낮은 농도인 0.5 mg/ml에서부터 농도 의존적으로 인체 섬유육종 및 결장암세포의 성장을 억제시켜 동결 건조된 양파 A+M 추출물보다 높은 증식 억제효과를 보였고(p<0.05), A+M 추출물과 비교했을 때 낮은 증식 억제효과를 나타내었으나 두 가지 건조방법에 따른 각각의 양파 MeOH 추출물도 암세포 증식 억제효과를 보였다(p<0.05). 동결건조 및 저온 진공 건조방법에 따른 양파 분획물들도 높은 암세포 증식 억제효과를 나타내었으며 그 중에서 동결 건조된 양파의 water 분획물과 hexane 분획물은 저온 진공 건조된 양파의 경우 보다 다소 높은 저해효과를 나타내었다(p<0.05). 따라서 A+M 추출물과 MeOH 추출물의 경우에는 저온 진공건조에 의해 건조된 양파 추출물에 의한 암세포 증식 억제 효과가 컸으며 분획물들의 경우에는 동결 건조된 양파 추출물의 억제 효과가 다소 높았다. 지질과산화물 생성 억제효과 실험에서는 두 가지 건조 방법에 의해 건조된 양파 분말의 A+M 및 MeOH 추출물들과 그 분획물들은 첨가농도 2.5 mg/ml에서 blank군과 control군과 비교하였을 때 측정 시간 120분 동안 계속적으로 높은 세포 내 지질 과산화물 생성 억제 능력을 나타내었다(p<0.05). 세포내 활성산소종 억제효과는 동결건조에 의해 건조된 양파보다 저온 진공 건조방법에 의해 건조된 양파 분말의 추출물과 분획물들에 의한 저해효과가 더 높았다.
A mathematical model of freeze drying by sublimation was suggested and used to estimate the drying time. Under the various conditions, the drying time of pure water and carrot was numerically calculated for the suggested model. Optimal policies of freeze drying were investigated experimentally in a laboratory freeze dryer. It was found that the shortest drying times could be obtained when the chamber pressure and condenser temperature were kept at their lowest values and the best method of heat transfer for sublimation was the conduction involving radiation. The sublimation drying period was finished when the bottom temperature of material could be reached at near $0^{\circ}C$ from frozen temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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