نیتروژن مایع یک منبع ارزشمند در بسیاری از صنایع است که راه‌حل‌های مؤثری برای خنک‌کردن، نگهداری و انجماد مواد غذایی است خواص برودتی آن حفظ کیفیت محصول را در عین بهینه‌سازی فرایندهای تولید ممکن می‌سازد. بااین‌وجود، استفاده از این ماده مستلزم اقدامات احتیاطی شدید ایمنی برای اطمینان در یک محیط کار ایمن و کارآمد است. در این محتوا تلاش کرده‌ایم تا به معرفی نیتروژن مایع، تفاوت بین نیتروژن مایع و نیتروژن گازی، خواص و فواید استثنایی و کاربردهای نیتروژن مایع در کرایوژنیک مواد غذایی بپردازیم.
در این مطلب موضوعات زیر را مطالعه خواهید کرد:
نیتروژن مایع
نیتروژن مایع (LN2) مایعی بی‌رنگ، بی بو و غیرسمی است. این مایع با خنک‌کردن نیتروژن گاز موجود در هوای محیط در دمای منفی ۱۹۶ درجه سانتیگراد تولید می‌شود. در این دمای بسیار پایین، نیتروژن به حالت مایع می‌شود و برای خنک‌کردن سریع مواد مختلف کاملاً مناسب است. نیتروژن مایع هنگامی تشکیل می‌شود که نیتروژن را در دمای بسیار پایین‌تر از صفر خنک کنیم. انبساط آن تا فشار اتمسفر، آن را به گاز ۱۹۶- درجه سانتیگراد تبدیل می‌کند چگالی این مایع بی‌رنگ ۸۰۶.۵۹ کیلوگرم در مترمربع در فشار اتمسفر و ظرفیت انرژی آن ۱۹۹.۳۲ کیلوگرم در کیلوگرم است. این ماده تحت شرایط مایع، بسیار شبیه به آب است؛ اما اختلاف دما قابل‌توجه باعث می‌شود گاز سفیدی را از تراکم بخار آب در هنگام قرارگیری در معرض هوای محیط ایجاد کند.
نیتروژن مایع در مخازن عایق خلأ، در دمای ۱۹۶- درجه سانتیگراد و ۱.۵ بار ذخیره می‌شود. خواص سرمای شدید آن در بخش‌های مختلف صنایع، به ابزاری ضروری برای بسیاری از کاربردهای صنعتی تبدیل شده است. از نیتروژن مایع برای طیف گسترده‌ای از برنامه‌ها کاربرد دارد. از جمله کاربردهای آن به‌عنوان خنک‌کننده مواد ارگانیک یا غذاها، اقدامات پزشکی، انقباض سرما برای قطعات خودرو و خنک‌کننده در طول آزمایش‌ها علمی است. در صنایع غذایی از نیتروژن مایع به‌عنوان منبع سرمای شدید، سریع و کارآمد برای انجماد مواد غذایی، حفظ کیفیت و تولید صنعتی استفاده می‌شود.
تفاوت بین نیتروژن مایع و نیتروژن گازی
نیتروژن مایع و نیتروژن گازی دو شکل مختلف از یک عنصر هستند که در کاربردهای مختلف مورداستفاده قرار می‌گیرند. همان‌طور که می‌دانیم نیتروژن یک عنصر شیمیایی ساده با نماد N است. نیتروژن مایع، گاز مایعی در دمای ۱۹۶- درجه سانتیگراد است و به دلیل خواص برودتی در صنایع غذایی استفاده می‌شود. این ماده زمانی که تبخیر می‌شود، مقدار زیادی گرما را جذب می‌کند، در نتیجه به خنک‌کننده سریع و کارآمد تبدیل می‌شود. گاز نیتروژن در دمای اتاق، به دلیل خواص بی‌اثری شیمیایی برای محافظت از محصولات یا تأسیسات در برابر اکسیژن، مانند نگهداری مواد غذایی در یک فضای محافظ استفاده می‌شود.
خواص استثنایی نیتروژن مایع
یک لیتر نیتروژن مایع دمایی از ۱۹۶- درجه سانتیگراد تا ۰ درجه سانتیگراد تقریباً ۸۰ فریگوری فراهم می‌کند. زمانی که نیتروژن از حالت مایع به حالت گازی تبدیل می‌شود، نیمی از برودت در دمای ۱۹۶- درجه سانتیگراد در دسترس است. نیمی دیگر از گرمای محسوس گازها حاصل می‌شود. در سطح عملی، ذخیره چند ده‌هزار لیتر نیتروژن مایع، این امکان را فراهم می‌کند که قدرت تبرید بی‌نهایتی در دسترس باشد. یک مخزن ساده از این ماده، چه دستی، چه برقی و چه بادی، به شما این امکان را می‌دهد تا به‌راحتی جریان تبرید را تنظیم کنید، دمای خاصی را بین منفی ۱۹۶ درجه سانتیگراد و یا حتی دمای دلخواه تنظیم کنید؛ بنابراین می‌توانید نوع تولید، مقادیر ساعتی پردازش یا سرعت کار را به‌دلخواه خودتان تغییر دهید.
نیتروژن مایع برای تمام فرایندهایی که نیاز به تکرارپذیری بسیار بالایی دارند، با تأمین انرژی تبرید تعیین شده در یک نقطه دقیق و با شدت کاملاً کنترل شده پاسخ می‌دهد. استفاده از LN2 به‌سادگی صورت می‌گیرد. تعمیر و نگهداری آنها عملاً صفر است و خطر خرابی بر خلاف روش‌های انجماد سنتی تقریباً وجود ندارد.
کاربردهای نیتروژن مایع در کرایوژنیک مواد غذایی
نیتروژن مایع همراه با دی‌اکسیدکربن، محبوب‌ترین سیال برودتی در صنعت است. این مواد در بخش‌های مختلف صنعت استفاده می‌شود، اما کاربرد اصلی آن در صنایع مواد غذایی است. در صنایع غذایی این ماده به دلیل سرعت بسیار زیاد انجماد آن، امکان کار مداوم، سریع و به طور خودکار در شرایط بهداشتی بهینه، تجهیزات ساده، کارآمد و اقتصادی به طور گسترده مصرف می‌شود. این فرایند به‌ویژه برای انجماد گوشت چرخ‌کرده یا خرد شده، غذاهای آماده، سبزی‌ها، میوه‌ها (توت‌فرنگی، تمشک و غیره)، فیله ماهی یا حتی شیرینی‌های پخته یا خام مناسب است. همچنین خنک‌کننده کنترل دما در میکسرها، خردکن‌ها و خمیر کن‌ها است.
فواید نیتروژن مایع
نیتروژن مایع، یک تبرید قدرتمند و انعطاف‌پذیر است که مزایای زیادی برای صنایع غذایی دارد. برخی از مزایای این ماده شامل:
کیفیت حفظ شده: با سرمای سریع و شدید، بافت و کیفیت مواد غذایی را حفظ می‌کند. در واقع، سرمای برودتی خیلی سریع آب موجود در غذا را منجمد می‌کند و باعث تشکیل کریستال‌های کوچک یخ می‌شود و آسیب به غشای سلولی را به حداقل می‌رساند. علاوه بر این نیتروژن مایع، بی‌اثر است و با بیشتر مواد یا محصولات دیگر واکنش نشان نمی‌دهد. این خاصیت برای فرایندهای که در آن واکنش‌های شیمیایی نامطلوب هستند، مانند ذخیره و دست‌زدن به نمونه‌های ارگانیک در صنایع پزشکی یا دارویی یا خنک‌کننده محصولات در صنایع غذایی و مواد اولیه غذایی مناسب است.
کارایی: کاهش قابل‌توجه زمان انجماد نسبت به روش‌های سنتی،
انعطاف‌پذیری: مناسب برای انواع محصولات (کامل، تکه‌ای، جامد، مایع، خمیری، نرم و غیره)،
کاهش سرمایه‌گذاری: تجهیزات برودتی مرتبط در مورداستفاده از نیتروژن مایع از نظر طراحی، فشرده و ساده هستند و نسبت به تبرید مکانیکی سرمایه‌گذاری کمتری دارند.
خطرات استفاده از نیتروژن مایع
مانند هر ماده بسیار سرد، LN2 نیز خطرات خاص خودش را دارد. نیتروژن مایع در حین تبخیر به‌شدت گسترش می‌یابد و منجر به تجمع فشار و خطر انفجار در فضاهای محصور می‌شود. نیتروژن گاز بی بو است و می‌تواند اکسیژن را جابه‌جا کند و خطر خفگی را در مناطق با تهویه ضعیف ایجاد کند. تماس مستقیم با آن می‌تواند باعث سوختگی جدی شود. با اقدامات امنیتی مناسب خطرات این ماده از بین می‌رود. اقدامات امنیتی مناسب شامل محافظت شخصی، تهویه کافی، بازرسی منظم ظروف ذخیره‌سازی و آموزش مناسب برای استفاده از مایع کرایوژنیک است.
سوالات متداول نیتروژن مایع چیست؟
۱- کاربرد نیتروژن مایع در پزشکی چیست؟
نیتروژن مایع کرایوژنیک برای درمان زگیل و ضایعات خاص پوست، همچنین برای حفظ بافت‌های انسانی (خون، مشتقات خون، مغز استخوان، اسپرم، تخمک، اندام پیوندی و غیره) استفاده می‌شود.
۲- آیا LN2 برای انسان بی‌خطر است؟
بر طبق سازمان مواد غذایی و دارو آمریکا LN2، غیرسمی است و برای بدن مضر نیست؛ اما در صورت بی‌احتیاطی در مصرف آن به دلیل دمای بسیار پایین، می‌تواند به پوست و اندامهای داخلی آسیب جدی وارد کند.
۳- تفاوت بین یخ خشک و نیتروژن مایع چیست؟
یخ خشک دی‌اکسیدکربن در حالت جامد است و استفاده از آن راحت‌تر است. یخ خشک ذوب نمی‌شود؛ بلکه تصعید می‌شود و مستقیماً از حالت جامد به حالت گازی می‌رود بدون اینکه از فاز مایع عبور کند.
۴- هنگام استفاده از LN2 چه اقدامات احتیاطی بایستی رعایت شود؟
از تماس LN2 با پوست و چشم خودداری کنید و از تجهیزات محافظ شخصی از جمله دستکش‌های عایق، چکمه، ماسک، کلاه ایمنی، لباس مناسب (پیش‌بند) و عینک محافظ استفاده نمایید.
۵- آیا LN2 قابل‌اشتعال است؟
نیتروژن مایع قابل‌اشتعال نیست و در شرایط عادی با اکثر مواد دیگر واکنش نشان نمی‌دهد. در واقع اگر شعله‌ای را در ابری از گاز نیتروژن نگه دارید، خاموش می‌شود؛ زیرا نیتروژن اکسیژن را جابه‌جا می‌کند.
