كيف يمكن تجنب وجود الكائنات الدقيقة في الهواء المضغوط؟

تحاول التطبيقات الصحية الحساسة كالمستخدمة في شركات الأغذية والمشروبات تقليل خطر نمو الكائنات الدقيقة في المنتج النهائي، ومن ثمّ التخلص كذلك من مصادر التلوث المحتملة بفعل الأدوات مثل الهواء المضغوط. تُعد شركات الأغذية في الوقت الحالي معنية بسلامة الأغذية بشكل قانوني.لإيقاف نمو الكائنات الدقيقة، يلزم التخلص من الظروف التي تسمح بتكاثر الكائنات الحية. وتتطلب كل الكائنات الدقيقة العوامل الخمسة الآتية لتظل على قيد الحياة والتكاثر.• مواد مغذية• درجة حموضة مناسبة• غازات• درجة حرارة مناسبة• رطوبةلا تتأثر المواد المغذية ودرجة الحموضة المناسبة والغازات بالهواء في عملية الضغط، بشرط استخدام ضاغط خالٍ من الزيت مع مبرد لاحق. بينما يمكن أن يرتبط آخر عاملين، درجة الحرارة المناسبة والرطوبة، بضغط الهواء الجوي أو يتأثرا به بشكلٍ مباشر.

تقتل الحرارة الكائنات الدقيقة، ولكن لكل نوع تحمل حراري خاص به. تفضل البكتيريا والفطريات أليفة الحرارة المعتدلة درجات الحرارة المعتدلة، تتراوح بين 25 و40 درجة مئوية. بينما تنمو الكائنات الدقيقة الأليفة للحرارة المرتفعة (المحبة للحرارة) في درجة حرارة تتراوح بين 45 و90 درجة مئوية. وأثناء عملية إتلاف حرارية، مثل البسترة، تكون قيمة معدل الإتلاف أسية، كما هو الحال في معدل نموها. ويعني هذا أنه يتم قتل البكتيريا المعرضة للحرارة عند معدل يتناسب مع عدد الكائنات الحية الموجودة. وتعتمد عملية الإتلاف على درجة الحرارة والوقت المطلوب. وتُعد درجة الحرارة المرتفعة في عناصر الضغط الخالية من الزيت (>180 درجة مئوية) مرتفعة بما يكفي لتقليل الكائنات الدقيقة الموجودة إلى حدٍّ كبير. ومع ذلك تعد مدة بقاء درجة الحرارة هذه ليست طويلة بما يكفي لتعد عملية تعقيم.

تعتمد على كمية الماء (البخار) التي يحتاج إليها النوع المحدد من الفطريات أو البكتيريا للتكاثر أو النمو. ومع ذلك، تحتاج جميعها إلى بعض أشكال الماء للتكاثر. وبشكلٍ عام، تحتاج إلى رطوبة نسبية (RH) تبلغ ‎75% أو أكثر. كما يمكن لبعضها البقاء على قيد الحياة والتكاثر في رطوبة نسبية تتراوح بين ‎50% و‎75%. ولا يوجد عادةً تكاثر ميكروبي عند رطوبة نسبية تبلغ ‎50%. وبعبارة أخرى، يعمل انخفاض درجات الحرارة والرطوبة (الرطوبة النسبية) على تقليل احتمالية توفير مناخ يتيح بقاء الكائنات الدقيقة على قيد الحياة.

نقطة التكاثف هي درجة الحرارة التي يجب تبريد الهواء إليها للوصول إلى التشبع. وهذا يعني أن تركيزًا معينًا لبخار الماء في الهواء سيكون ندى. ومن ثم تُعد ببساطة مقياسًا للرطوبة الموجودة في الهواء. ويتم التعبير عن نقطة التكاثف على أنها درجة حرارة على المقياس بدرجة مئوية أو درجة فهرنهايت. ويمكن أن تُعد أيضًا أقصى محتوى مائي، بالجرام أو الأوقية، لحجم الهواء القياسي عند درجة الحرارة المعينة تلك. عند التحدث عن الهواء المضغوط، يتم تحديد هذا المصطلح كنقطة تكاثف الضغط. ويُعد هذا الأمر مهمًّا لأن تغيّر ضغط الغاز يؤدي كذلك إلى تغيّر نقطة التكاثف الخاصة به. كما تُعد نقطة تكاثف الضغط (PDP) أقصى محتوى مائي في الهواء المضغوط تحت الظروف مكيفة الضغط. وإذا كان الهواء يتصل بالمنتج بعد التمدد، وهو الوضع القائم في معظم الحالات، فستنخفض نقطة التكاثف أو المحتوى المائي بدرجة كبيرة. وفي هذه الحالة تكون نقطة تكاثف الهواء الجوي مناسبة أكثر. بالنسبة إلى متطلبات نقطة التكاثف المنخفضة، يمكن استخدام تقنيات مختلفة مثل المجففات غير الحرارية ذات الأبراج المزدوجة التي تعمل بمادة مجففة والمجففات من نوع النوافخ ذات الحرارة المعاد توليدها والبرج المزدوج الذي يعمل بحرارة الضغط والأسطوانة الدوارة التي تعمل بحرارة الضغط والمجففات المبردة وغير ذلك.قد تستهلك بعض تقنيات التجفيف، المصممة للوصول إلى نقطة تكاثف ثابتة ومنخفضة للغاية، من 10 إلى ‎20% من طاقة الضاغط المتصل بها.ويمكن أن تمثل تكلفة الطاقة السنوية المطلوبة لتقنيات التجفيف هذه ما يصل إلى 13000 يورو لكل 100 كيلو واط من قدرة الضاغط المُركّب.تُعد الرطوبة النسبية التي تبلغ من 10 إلى ‎20% كحد أقصى في معظم الحالات منخفضة بما يكفي لتجنب نمو الكائنات الحية. ويمكن أن يسهم استخدام الرطوبة النسبية في مواصفات الهواء المضغوط بدلاً من نقطة تكاثف الضغط على مقياس درجة الحرارة في توفير تركيب آمن صحيًا وموفر للطاقة.

تحتاج الكائنات الدقيقة إلى بيئة رطبة للنمو. يُعد التحكم في الرطوبة الموجودة في الأغذية من أقدم إستراتيجيات الحفظ المستخدمة. بوجه عام، يصف علماء الأحياء الدقيقة للأغذية متطلبات المياه للكائنات الحية الدقيقة بالإشارة إلى النشاط المائي للغذاء أو البيئة.من الضروري التمييز بين البكتيريا والعفن. بالنسبة إلى البكتيريا يكون الحد الأدنى للنشاط المائي البالغ 0.75 (رطوبة نسبية ‎75%) مقبولاً بوجه عام. وبالنسبة إلى العفن يُعد الحد الأدنى للنشاط المائي البالغ 0.6 (رطوبة نسبية ‎60%) حدًّا آمنًا.ومن ثمّ، يمكن عدّ مواصفات نقطة تكاثف الضغط ذات الرطوبة النسبية البالغة أقل من ‎10% أو حتى أقل من ‎20% آمنة على الأغذية والصحة. ويمكن تحقيق مستويات كبيرة في توفير الطاقة عند تحديد نقطة التكاثف الصحيحة ضمن تقنيات التجفيف المتوافرة، وذلك دون المساس بسلامة الأغذية أو التسبب في حالة صحية خطيرة.وأخيرًا، استنادًا إلى الرسم البياني أدناه، يمكن حساب نقطة تكاثف الضغط المحددة لتحقيق رطوبة نسبية (نشاط مائي) محددة في الهواء المضغوط عند درجة حرارة محيطة معينة.