Mikrowellen Gefriertrocknung von Gemüse und Früchten

Definition und rechtliche Rahmenbedingungen:

Bild 1. Mikrowellen innerhalb des elektromagnetischen Spektrums in Abhängigkeit der dielektrischen Verluste von Wasser bei 25°C

Mikrowellen sind elektromagnetische Wellen innerhalb eines Frequenzbandes von 300MHz bis 300GHz. Innerhalb des elektromagnetischen Spektrums (siehe Bild 1) liegen Mikrowellen zwischen den Radiofrequenzen im unteren Frequenzbereich und Infrarot sowie wahrnehmbarem Licht im oberen Frequenzbereich. Mikrowellen gehören zur nicht-ionisierenden Strahlung. Der Mikrowellen Frequenzbereich wird ebenfalls für die Telekommunikation verwendet, z. B. für Mobiltelefone und Radar. Um Interferenzen zu vermeiden, sind bestimmte Frequenzbänder für industrielle, wissenschaftliche oder medizinische Anwendungen (sogenannte ISM-Frequenzen) freigegeben. Aufgrund internationaler Bestimmungen werden für industrielle Mikrowellenanwendungen hauptsächlich die Frequenzen 2450MHz und 915MHz genutzt.

Neben den Bestimmungen für ISM Frequenzen, gibt es noch weitere Sicherheitsbestimmungen:

(A) Grenzwerte für die maximale Mikrowellenbelastung für den Menschen

(B) Grenzwerte für die maximale Emission von industriellen Mikrowellenanlagen

Nähere Informationen zu dem internationalen Sicherheitsstandard von industriellen Mikrowellen-Erwärmungseinrichtungen enthält z. B. die Norm EN60519-6.

Mikrowellen Gefriertrocknung

Wegen der begrenzten Wärmedurchdringung bei der konventionellen Gefriertrocknung wurden bereits in den 60er Jahren Versuche mithilfe von Mikrowellen durchgeführt (Burke and Decareau, 1964, Copson, 1962). Grundsätzlich ist durch die Mikrowellenerwärmung eine schnellere Trocknungszeit möglich, da die Wärme direkt im Produktvolumen erzeugt wird.

Prinzip

Ein Mikrowellen Gefriertrockner ist grundsätzlich ein konventioneller Gefriertrockner, in dessen Trocknungskammer Mikrowellen eingekoppelt werden (Duan et al, 2008). Der Trocknungsprozess findet im Vakuum bei 0,5 bis 2,0mbar durch Sublimation statt. Die Qualität, bezogen auf Textur, der mit Mikrowellen gefriergetrockneten Produkte ist vergleichbar mit konventionell gefriergetrockneten Produkten. Im Vergleich zur konventionellen Gefriertrocknung mit Schichttrocknung von außen, wird mit Mikrowellen die Wärme unmittelbar im Produktvolumen erzeugt, d.h. die Sublimation findet somit innerhalb des gesamten Produktvolumens statt.

Im Gegensatz zu dem Produkt selbst hat Wasser im gefrorenen Zustand unter -10°C nur sehr geringe dielektrische Verluste. Somit wird in Mikrowellen Gefriertrocknungssystemen die Energie hauptsächlich durch die organischen Moleküle im Produkt absorbiert. Die dielektrischen Verluste des Wassers sind in der Mikrowellen Gefriertrocknung in der ersten Trocknungsphase zu vernachlässigen. Daher ist die Eindringtiefe hoch und Energie kann aufgrund der dielektrischen Verluste der organischen Produkte eingebracht werden. Deshalb ist Mikrowellen Gefriertrocknung wesentlich effizienter und schneller als konventionelle Gefriertrocknung. Experimente und Analysen zeigen, dass durch Mikrowellengefriertrocknung die Trocknungskosten reduziert werden können (Wu et al, 2004, Duan et al, 2010).

Vorteile

Die Mikrowellen Gefriertrocknung bietet folgende Vorteile:

  • Mikrowellen Volumenerhitzung im gesamten Produktvolumen bei hoher Eindringtiefe, da Wasser im gefrorenen Zustand für Mikrowellen nahezu transparent ist;
  • Schneller Energieeintrag innerhalb der Produktschüttung;
  • Automatische Anpassung der absorbierten Mikrowellenenergie durch die dielektrische Veränderung des Produktes während der Trocknung;
  • Effizienteres Trocknen in der Endtrocknung bei geringem Energieaufwand (Duan et al, 2010; Feng and Tang, 1998, Torringa et al, 2001).

In der konventionellen Gefriertrocknung verläuft das Wärmegefälle von außen nach innen. Die Beschränkung bei der Wärmedurchdringung bedingt die lange Trocknungszeit, insbesondere wenn Wasser innerhalb von Gemüse oder Früchten sublimiert, während die bereits getrocknete Außenschicht mehr und mehr isoliert und damit den Energieeintrag behindert. Der größte Vorteil bei der Anwendung von Mikrowellen ist die schnelle Energieeinbringung im gesamten Produktvolumen innerhalb der Eindringtiefe. Im gefrorenen Zustand von Wasser bei Temperaturen kleiner als -5°C erhöht sich die Eindringtiefe der Mikrowellen und diese können das gesamte Volumen des Gemüses und der Früchte, auch komplette Produktschüttungen bis ca. 20-40cm, durchdringen. Die Sublimation durchläuft das gesamte Volumen von Gemüse und Früchten. Dieser Vorteil hat enormen Einfluss auf die Erhöhung der Trocknungsgeschwindigkeit. Die meisten Mikrowellen Gefriertrocknungsprozesse dauern nur ca. 1-4 Stunden, um von 70-98% Anfangsfeuchte bis auf 5-10% Endfeuchte zu trocknen, im Vergleich zu den 20-60h bei der konventionellen Gefriertrocknung.

Bild 2. Durchbruchfeldstärke in Abhängigkeit vom Druck

Herausforderungen

Die Konstruktion und der Bau von Mikrowellen Gefriertrocknern ist anspruchsvoll, weil bei Designfehlern des Trockners später Plasma auftreten kann. Grundsätzlich tritt Plasma auf, wenn die elektrische Feldstärke in der Vakuumkammer die Durchbruchfeldstärke überschreitet. Ionisierung der in der Vakuumkammer entstehenden Gase führt zu Plasmabögen, welche Verbrennungen an der Produktoberfläche verursachen können. Das Auftreten dieses Phänomens bedeutet erhebliche Energieverluste und Überhitzung von trockenen Produktbereichen, wodurch das Endprodukt stark beschädigt wird (Arsem and Ma, 1985; Goudl and Kenyon, 1971). Der Grenzwert der Durchbruchfeldstärke ist abhängig vom Vakuum. Das Minimum liegt in dem Vakuumdruckbereich, der für Gefriertrocknungsprozesse verwendet wird (siehe Bild 2). Um das Auftreten der Plasmabögen zu verhindern ist es daher nötig, die Prozessparameter Kammerdruck und Mikrowellenleistung  zusammen mit einer guten Ankopplung des Mikrowellen Generators an die Vakuumkammer mit dem Produkt zu optimieren. Auch ist die konstruktive Ausführung der Vakuumkammer wichtig (Duan et al, 2010), um Plasmaentzündungen zu vermeiden.

Diese Herausforderungen konnten in Püschner Mikrowellen Gefriertrockner Designs gelöst werden.

Bild 3. Typischer Trocknungsverlauf in der konventionellen Gefriertrocknung (blaue Zeitachse) und in der Mikrowellen Gefriertrocknung (rote Zeitachse)

Die durchschnittliche Verweildauer in der konventionellen Gefriertrocknung liegt zwischen 20-60 Stunden, je nach Art und Menge der zu trocknenden Früchte oder Gemüsesorten. Dazu steigt in der Regel in der letzten Trocknungsphase die Produkttemperatur über 0°C, da durch die geringe Restfeuchte im Produkt die Verdampfungstemperatur ihren Einfluß auf die Produkttemperatur verliert. Temperaturen von 0°C bis 50°C können auftreten. Bei langer Verweildauer in der Endtrocknung im konventionellen Gefriertrocknungsverfahren, wird das Produkt stundenlang diesen erhöhten Temperaturen ausgesetzt. Dabei lässt die Wärmeleitfähigkeit des Produktes stark nach, so dass der Wärmeeintrag in das Produktvolumen entsprechend länger dauert. Dieses stellt insbesondere bei ganzen Früchten wie Erdbeeren, Himbeeren, Blaubeeren ein großes Problem dar. In einer langen Trocknungsphase mit zu hohen Temperaturen werden auch Inhaltsstoffe wie Aromen, Vitamine und Antioxidatien angegriffen und zerstört. Das Endprodukt mag noch sehr gute Texturen aufweisen und gut zu rehydrieren sein, hat jedoch einen Großteil seiner Vitamine, Antioxidantien und Aromen verloren. Dagegen ist das Produkt bei der Mikrowellen Gefriertrocknung mit einer Verweildauer von nur einigen Stunden weitaus kürzere Zeit Temperaturen von über 20°C ausgesetzt, so dass Vitamine, Antioxidantien und Aromen weitestgehend erhalten bleiben.

Bild 4. Eindringtiefe von freien 2450MHz und 915MHz Wellen in einen dielektrischen Körper (Metaxas und Meredith, 1988)

Die Mikrowellenfrequenz von 915MHz wird hauptsächlich für große industrielle Installationen verwendet, da wirtschaftliche Magnetrons von 30kW bis zu 100kW verfügbar sind. Auch haben 915MHz eine ungefähr 2.7x größere Eindringtiefe als 2450MHz (siehe Bild 4).

Bild 5. Vergleich zwischen Mikrowellen Vakuum Trocknung und Mikrowellen Gefriertrocknung

Vergleich zwischen Mikrowellen Vakuum Trocknung und Mikrowellen Gefriertrocknung

Mikrowellen Vakuum Trocknung und Mikrowellen Gefriertrocknung haben eine Gemeinsamkeit. In der finalen Trocknungsphase ist es schwer eine niedrige Temperatur zu halten, da die tatsächliche Temperatur durch die geringe Restfeuchte nicht mehr mit der Verdampfungstemperatur niedrig gehalten werden kann. Die einzige Möglichkeit hohe Temperaturen zu vermeiden ist es, die Mikrowellenleistung zu reduzieren. Die meisten Nahrungsmittel mit hohem Feuchteanteil weisen dielektrische Verluste im Bereich von Ɛ’’ = 1.0 bis 30 bei 25°C auf, welche im gefrorenen Zustand auf Ɛ’’ = 0.05 bis 1.0 absinken. Dadurch vergrößert sich die Eindringtiefe von 1cm auf über 10-20cm bei 2450MHz und auf 27-54cm bei 915MHz.

Fallstudien zur Mikrowellen Gefriertrocknung von Nahrungsmitteln

Parameter Werte
Startgeicht 346 g
Anfangsfeuchte 68 %
Endgewicht 110 g
Endfeuchte 3 ‐ 10 %
Trocknungszeit 2h
max. Temp 5 °C

Bild 6. Trocknungsparameter und Bild von Mikrowellen gefriertrocknetem Merrettich


Merrettich

Die Trocknung von Wurzeln ist sowohl für die medizinische Forschung pflanzlicher Wirkstoffe interessant als auch im Bereich Produktion, da sie einen hohen Anteil an Vitaminen, Antioxidantien und Aromen enthalten. Normalerweise sind Wurzeln mechanisch sehr stabil und können während der Trocknung bewegt und durchmischt werden. Das Beispiel einer Wurzel mit intensivem Aroma ist Merrettich. Das Experiment wurde durchgeführt, um die Qualität von getrocknetem Merrettich, d.h. Aussehen und Aroma, zu prüfen. Dazu wurde der Merrettich schonend mit Mikrowellen gefriertrocknet. Die Prozessparameter und das Aussehen des getrockneten Produktes werden auf Bild 6 und 7 gezeigt. Aus dem Ergebnis kann geschlossen werden, dass Mikrowellen Gefriertrocknung eine bessere Textur und auch eine höhere Qualität erzeugt, als die konventionelle Gefriertrocknung.

Bild 7. Prozessverlauf während der Mikrowellen Gefriertrocknung von Merrettich

Bild 8. Aussehen von Rettich nach verschiedenen Trocknungsprozessen: (a) Produkt nach einer Kombination aus Mikrowellen Gefriertrocknung und Mikrowellen Vakuumtrocknung, (b) nach Mikrowellengefriertrocknung, (c) nach konventioneller Gefriertrocknung

Gewöhnlicher Rettich

Rettich ist in der Nahrungmittelindustrie eine beliebte Zutat für Suppen. Textur, Rehydrierung und Aroma sind für die Nahrungsmittelindustrie die wichtigsten Eigenschaften. Die hellweiße Farbe und die feine Struktur des Rettich erfordern eine schonende Trocknung. Zur Zeit wird die konventionelle Gefriertrocknung verwendet, um ein getrocknetes Produkt mit guter Textur zu erhalten und um hohe Verluste während der Produktion zu vermeiden. Die Trocknungszeit für einen solchen Prozess liegt zwischen 20 und 50 Stunden. Aufgrund dieser extrem langen Trocknungszeit leiden die Aromen sehr. Dieser Nachteil kann durch Mikrowellen Gefriertrocknung vermieden werden, wo sich die Trocknungszeiten extrem verkürzten – auf 2 bis 4 Stunden – so dass die Aromen besser erhalten bleiben. Jedoch führt die kurze Trocknungszeit zu Kompromissen in Bezug auf Volumenerhalt und Rehydrierung (siehe Bild 8 und Tabelle 1)

Tabelle 1. Vergleich der Trocknungsparameter der verschiedenen Trocknungsprozesse für Rettich

Kombination von

MW-Gefriertrocknung

und MW-Vakuumtrocknung

Mikrowellen

Gefriertrocknung

Gefriertrocknung
Trocknungszeit 2h 4h 40h
Max Temp 40°C 10°C 40°C
Startgewicht 0.58g 0.59g 0.52g
Dehyd
Ratio ¹
2.2 4.4 10.0-14.0
Aroma gut sehr gut schlecht

¹ Das Rehydrierungs-Verhältnis wird gemessen durch die Gewichtszunahme in 80°C heißem Wasser bei einer Verweildauer von 1min bezogen auf das Initialgewicht.

Bild 9. 3 kg ganzer gefrorener Erdbeeren in einer offenen Trommel (links) und nach Mikrowellen Gefriertrocknung (rechts)

Erdbeeren

In der Beerenindustrie gibt es eine große Nachfrage nach qualitativ hochwertigen getrockneten ganzen Früchten. In der konventionellen Gefriertrocknung werden Erdbeeren normalerweise in Scheiben getrocknet, um einen ausreichenden Wärmeeintrag von den Heizplatten in das Produkt zu gewährleisten. Ganze Erdbeeren sind in der konventionellen Gefriertrocknung sehr schwer zu trocknen, weil Trocknungszeit und Energieverbrauch für einen solchen Prozess im industriellen Maßstab extrem hoch sind. Mikrowellen Gefriertrocknung von Erdbeeren kann dagegen exzellente Texturen bei einer guten Energie- und Wärmetransportrate erzielen. Tabelle 2 zeigt die Trocknungsparameter. Auf Bild 10 ist die Textur der Erdbeeren nach einem 3-stündigen Mikrowellen Gefriertrocknungsprozess zu sehen. 3 kg Produkt wurden in einer offenen Trommel getrocknet.

Tabelle 2. Trocknungsparameter für Erdbeeren

Parameter Werte
Startgewicht 3kg
Endgeicht 0.51kg
Trocknungszeit 3,0h
Max Temperatur 42°C
Mickroellenenergie 2,81kWh

Bild 10. Texturen von gefrorenen Erdbeeren (links), Mikrowellen gefriergetrockneten (mitte) und teilweise gefriergetrockneten Erdbeeren (rechts)

Auch das Einfrieren hat großen Einfluss auf die Qualität des zu trocknenden Produktes. Die Einfriergeschwindigkeit beeinflusst wiederum die Größe der Eiskristalle. Je schneller eingefroren wird, desto kleiner wird die Kristallstruktur, und feine Strukturen des Produktes bleiben besser erhalten. Bild 10 und 11 zeigen zum Vergleich die Textur von gefrorenen und Mikrowellen gefriergetrockneten Erdbeeren.

Wie auf Bild 10 zu erkennen, haben Stellen mit punktuellen Eisstücken oder mit einem höheren Feuchtegehalt innerhalb des Volumens der Erdbeere einen Einfluss auf den Mikrowellen Gefriertrocknungsprozess und die Produktqualität. Aufgrund der ungleichmäßigen Verteilung des elektromagnetischen Feldes und wegen Unterschieden der Produktbeschaffenheit, können Teile der Erdbeere höhere Energiedichten absorbieren als andere und entsprechend höhere Temperaturen annehmen. Wenn die Produkttemperatur den Siedepunkt von -5°C überschreitet, erhöhen sich die dielektrischen Verluste des gefrorenen Wassers erheblich. Dadurch steigt die Temperatur stark an und das Wasser im Produkt geht in die Flüssigkeitsphase über. Dadurch wird punktuell extrem viel Mikrowellen Energie absorbiert. Das Wasser verdampft direkt im Produktvolumen und verursacht Blasen, welche die ursprüngliche Textur des Produktes zerstören.

Bild 11. Ganze Mikrowellen gefriergetrocknete Erdbeeren (links), nach dem Trocknen durchgeschnitten um die innere Textur und Struktur zu zeigen (rechts).

Am Beispiel der Erdbeeren ist dieser Effekt auf Bild 10 gut zu sehen. Daraus ergibt sich die Forderung, dass Produkteigenschaften wie Größe, Form und gefrorener Zustand einheitlich sein müssen, und dass die Mikrowellenenergie möglichst gleichmäßig in das Produkt einkoppelt. Deshalb muß das Produkt während der Trocknung bewegt werden, so dass eine gleichmäßige Energieaufnahme der einzelnen Produkte garantiert ist. Auch die Tiefe des Vakuums spielt eine wichtige Rolle. Je niedriger das Vakuum, desto sicherer kann der Prozess, aufgrund des Sicherheitsabstandes zur kritischen Temperatur von -5°C, verlaufen. Natürlich ist ein tiefes Vakuum grundsätzlich mit hohen Kosten verbunden. Hier gilt es einen sinnvollen Kompromiss zu finden. Während die oben genannten Temperaturen für normales Leitungswasser gelten, sollte außerdem beachtet werden, dass auch der Zuckeranteil großen Einfluss hat und die Siedetemperatur erhöht. Um Produkte mit hohen BRIX Werten zu beherrschen, sollte das Vakuum (unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit) so tief wie möglich sein (Mageean et al, 1991). Kritisch ist auch die Außenhaut als Membran mit beschränkter Durchlässigkeit. Der Stoffübergang durch diese Membran ist begrenzt, und sie beschränkt damit den Austritt von Feuchte und den Stofftransport. Um dieses zu vermeiden, können die Erdbeeren an der Außenhaut perforiert werden, um einen besseren Stofftransport mit höherer Trockenrate zu erreichen. Bild 11 zeigt die Textur der inneren Teile nach der Mikrowellen Gefriertrocknung. Die Beispiele auf Bild 10 wurden unter 1mbar Vakuumdruck in 2 Stunden getrocknet, die Beispiele auf Bild 11 in 5 Stunden mit 0,5bar.

Bild 12. 3kg ganze gefrorene Früchte (oben) und Mikrowellen gefriergetrocknete Himbeeren (unten) in einer offenen Trommel

Himbeeren

Himbeeren sind eine kommerziell wichtige Frucht, die in allen Klimazonen der Welt angebaut wird. Die Himbeeren wurden in einer offenen Trommel mit Mikrowellen gefriergetrocknet.

Brix 8-13%
Startgewicht 3kg
Endgewicht 0.45kg
Trocknungszeit 3,5h
Max Temperatur 35°C
Mikrowellenenrgie 2,94kWh

Bild 13. Mikrowellen gefriergetrocknete Himbeeren

Bild 14. Prozessverlauf bei der Mikrowellen Gefriertrocknung von Himbeeren

Bild 15. Gefrorene Bananenscheiben in der Trommel

Bananen

Für Bananen gibt es eine  große Nachfrage, hauptsächlich als Zusätze für Müsli und auch für Snacks. Das Materialhandling für Bananenscheiben ist schwierig, da sie mechanisch extrem instabil sind und schnell oxidieren. Im gefrorenen Zustand jedoch lassen sie sich gut handhaben und sind auch mechanisch ausreichend stabil für eine Mikrowellen Gefriertrocknung in der Trommel (siehe Bild 15). Es läßt sich auch eine Kombinationstrocknung aus Mikrowellen-Gefriertrocknung in der Hauptrocknung bei 1mbar und eine Mikrowellen Vakuum Endtrocknung  bei 20mbar realisieren. In der Vakuumtrockung bei 20mbar läßt sich durch hohen Mikrowellenenergieeintrag ein Puffing erzielen, in dem sich das Produktvolumen um den Faktor 2-5 vergrößern läßt (siehe Bild 16)

Tabelle 4

Brix 18%
Startgewicht 1,83kg
Endgewicht 0.35kg
Trocknungszeit 2,0h
Max Temperatur 30°C
Mikrowellenenrgie 1,40kWh

Bild 16. Gepuffte Bananenscheiben nach der Trocknung

Bild 17. Prozessverlauf bei der Mikrowellen Gefriertrocknung von Bananenscheiben

Kommerzielles Potential / Realisierbarkeit von Mikrowellen Gefriertrocknung für Nahrungsmittelanwendungen

Die Nachfrage nach qualitativ hochwertigen Nahrungsmitteln wird in den nächsten Jahren weiter ansteigen. Die Qualität von Mikrowellen Vakuum getrockneten Produkten ist vergleichbar mit gefriergetrockneten Produkten, insbesondere wenn eine qualitativ hochwertige Textur und eine schnelle Rehydration gefordert sind. Bei der Qualität und dem Erhalt von wertvollen Inhaltsstoffen sind Mikrowellen Gefriertrockner den konventionellen Systemen überlegen. In Industrie- und Entwicklungsländern werden die Nahrungsmittelproduzenten ihre Position gegen die globalen Unternehmen der Nahrungsmittelindustrie ausbauen können, wenn sie selber in der Lage sind, ihre Produkte nach der Ernte haltbar zu machen und zu veredeln. Dadurch werden die Produzenten unabhängiger von saisonalen Preisen und können durch die Nutzung von Mikrowellentechnologie am Markt qualitativ hochwertige getrocknete Produkte anbieten, da Platzbedarf und Kosten für Mikrowellen Gefriertrockner geringer sind als für konventionelle Gefriertrockner. Um die Investitionskosten zu tragen, können sich die Produzenten in Genossenschaften zusammenschliessen und die Produktions- und Trocknungseinrichtungen gemeinsam nutzen.

Auf der Konsumentenseite haben die Menschen ein neues Bewußtsein für gesunde Nahrungsmittel entwickelt und sind bereit für höhere Qualität auch höhere Preise zu zahlen. Heutzutage finden Konsumenten im globalen Markt bei Nischenanbietern im Internet eine große Auswahl dieser hauptsächlich noch konventionell gefriergetrockneten Produkte, wie abgepackte Früchte und Gemüsesnacks. Es kann ebenso beobachtet werden, dass auch normale Supermärkte immer öfter gefriergetrocknete Snacks als Sonderartikel anbieten. Die Nachfrage für diese Produkte nimmt zu. Dabei wird die konventionelle Gefriertrocknungstechnologie aufgrund steigender Energiekosten und steigender Stahlpreise zunehmend unter Druck geraten und in Folge teilweise von der schnelleren, kleineren und effizienteren Mikrowellen Gefriertrocknungstechnologie ersetzt werden.

Labormaßstab μWaveVac0250fd und Up-Scale

Der Labor Mikrowellen Vakuumtrockner verfügt über eine Gefriertrocknungsoption. Das minimale Vakuum liegt bei 0,5mbar. Ein 2kW/2450MHz Vakuumtrockner erzeugt Mikrowellenenergie im Bereich von 200 bis 2000W. Die Infrarotkamera kann einen Temperaturbereich von -50 bis 200°C messen. Desweiteren ist ein faseroptischer Sensor erhältlich, um Temperaturen im Produktvolumen zu ermitteln. Der Mikrowellen Vakuumtrockner kann mit verschiedenen Konfigurationen betrieben werden – unter Verwendung eines Drehtellers sowie einer offenen oder geschlossenen Trommel. Die Drehtelleroption kann insbesondere dazu genutzt werden, um mit der Wägezelle den Gewichtsverlust online zu messen. Ein Kühler sorgt für eine Kühlleistung von ca. 1,5kW bei

Bild 18. 2kW/2450MHz Mikrowellen Gefriertrockner

-­50°C, um den Wasserdampf innerhalb des Kondensators wieder zu rekondensieren. Das Dampfvolumen ist beträchtlich, und die Kondensator-Dimensionierung muss dafür angelegt sein, die eingekoppelte Mikrowellenenergie auszugleichen. Grundsätzlich benötigen 2kW Mikrowellenenergie ungefähr auch 2kW Kühlleistung am Kondensator. Der erste von vier Versuchen, der unten gezeigt wird, wurde in einem Labor Mikrowellen Gefriertrockner, mit einer Konfiguration wie in Bild 18 gezeigt, durchgeführt.

Bild 19. 24kW Produktions Mikrowellen Gefriertrockner

Für die Fallbeispiele mit Erdbeeren und Himbeeren wurde eine 6kW/2450MHz Pilotanlage verwendet. Der größte Mikrowellen Gefriertrockner im Produktionsmaßstab wird unten in Bild 19 gezeigt.

Die Nutzung der Mikrowellen Gefriertrocknung hat bereits in der Wabenkeramik, der pharmazeutischen und der chemischen Industrie begonnen. Bald wird Mikrowellen Gefriertrocknung auch in der Nahrungmittelindustrie Einzug halten, wo die Trocknungskapazitäten und Durchsätze von hochwertigen Produkten, wie medizinischen Kräutern und Wurzeln (z. B. Ginseng), Früchten und speziellen Suppenzutaten, in einem Bereich von 5 bis 100kg/h liegen.

Fazit

Das Konzept der Mikrowellen Gefriertrocknung basiert auf geringem Platzbedarf, höherer Energieeffizienz und besserer Qualität in Bezug auf Erhalt der Inhaltsstoffe, verglichen mit der konventionellen Gefriertrocknung mit ihren langen Vakuumbehältern, aufwendigen Produktbeladungen und langen Trocknungszeiten. Die Anwendung von Mikrowellen Gefriertrocknung in industriellen Trocknungssystemen ist von zunehmendem Interesse, insbesondere wegen der hohen Energieeffizienz und dem operativem Leistungspotential.

Im 21.Jahrhundert haben Konsumenten ein neues Bewußtsein für gesunde Inhaltsstoffe und Aussehen der verarbeiteten Nahrungsmittel entwickelt und sind bereit für höhere Qualität auch höhere Preise zu zahlen. Mit dem Wissen über die medizinische Bedeutung von wertvollen Inhaltsstoffen wie Aromen, Antioxidatien und Vitaminen können mit Mikrowellen gefriergetrocknete Produkte hier eine Spitzenposition einnehmen, da sie wesentlich mehr Aromen und Nährstoffe erhalten als konventionell gefriergetrocknete Produkte.

Desweiteren wird die konventielle Gefriertrocknungstechnologie aufgrund steigender Energie- und Produktionskosten sowie steigender Stahlpreise zunehmend unter Druck geraten und zukünftig teilweise durch schnellere, kleinere und effizientere Mikrowellen Gefriertrockner ersetzt werden.

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