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Lebensmitteltechnologie (Subject) / 2. Wasser, Trocknungsverfahren (Lesson)
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- Oberflächenflüssigkeit (Feuchtigkeitsbindung) bedeckt die äußere Gutsoberfläche als dünner Film. Dampfdruck entspricht dem Sättigungsdampfdruck der Flüssigkeit bei der entsprechenden Gutstemperatur.
- Zwickelflüssigkeit (Feuchtigkeitsbindung) Feuchte zwischen den Körnern einer Schüttung, die durch Adhäsionskräfte haften bleibt.
- Kapillarflüssigkeit (Feuchtigkeitsbindung) Feuchte in durchgängigen Poren oder geschlossenen Hohlräumen im Innern des Guts. Wegen der Oberflächenspannung der Flüssigkeit sinkt der Dampfdruck in kleinen Kapillaren; das Gut wird hygroskopisch.
- Quellflüssigkeit (Feuchtigkeitsbindung) Feuchte ist Bestandteil der festen Phase und durchdringt diese vollständig. Feststoff mit Quellflüssigkeit ist gelartig und hygroskopisch. Volumenschrumpfung bei Trocknung, Volumenzunahme bei Zugabe von Flüssigkeit.
- chemisch gebundene Flüssigkeit (Feuchtigkeitsbindung) Feuchte als Kristallwasser (CaCl2 · 2 H2O) oder in Form von Ionen, z.B. bei Ca(OH)2, im Feststoff enthalten.
- Wasseraktivität ausgewählter Lebensmittel Trockene Lebensmittel𝑎𝑤 = 0-0,6 Halbfeuchte Lebensmittel𝑎𝑤 = 0,6-0,85 Wasserreiche Lebensmittel𝑎𝑤 = 0,85-1
- Konvektion Nutzung von Dampf oder unterschiedlich heißer Gase zur Energie-überführung Aufnahme der Feuchte in Form von Dampf und Transport aus dem Prozess 1.Produkt wird vollkommen im Gasstrom dispergiert (Sprühtrocknung)2.Produkt wird durch Gasstrom fluidisiert bzw. teildispergiert (Wirbelschichttrocknung)3.Produkt ruht und wird vom Gas durchströmt (Schachttrocknung, Brandtrocknung)4.Produkt ruht und wird vom Trocknungsgas überströmt (Trocknung von Produktbahnen)
- Konduktion - Kontakttrocknen Zur Trocknung benötigte Energie wird durch den Wärmeübergang von einer beheizten Fläche an das feuchte Gut übertragen Gut steht im direkten Kontakt mit einer beheizten Oberfläche Häufig Einsatz von Vakuum zur Begünstigung der Verdampfung Eignung für wenig temperaturempfindliche Produkte
- Gefriertrocknung Einsatz v.a. bei wärmeempfindlichen, hochwertigen Gütern wie Pharmazeutika, Seren, Plasma und bestimmten Lebensmitteln Produkte mit hohem Fettgehalt ungeeignet Ursprünglich mit Wasser gefüllte Zwischenräume bleiben erhalten --> Produkte porös und oft hygroskopisch
- Haupttrocknung im Vakuum Temperaturführung derart, dass kein Antauen erfolgen kann Sublimation des im Lebensmittel enthaltenen Eises Absaugen des anfallenden Wassers zu einem tiefgekühlten Kondensator (-40 bis -60 °C) Restfeuchtegehalt nach Beendigung der Sublimationsperiode ca. 10% (gebundenes Wasser) --> Desorptionstrocknung
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- Nachtrocknung (Desorptionstrocknung) Erhöhung der Temperatur je nach Hitzeempfindlichkeit des Produkts auf +30 bis +60 °C Druck bleibt weiterhin reduziert Desorption der nicht gefrorenen, adsorbierten Flüssigkeit Vorgang, der die Aktivität des trocknenden Produkts der relativen Feuchte „angleicht“, die an der Produktoberfläche herrscht
- Sonnentrocknung und Solartrocknung Sonnentrocknung: Trocknung von Lebensmitteln durch direkte Sonnenbestrahlung; (open) sun drying Solartrocknung: Indirekte Trocknung mittels durch Sonnenenergie erhitzte Luft
- Vor- und Nachteile der Sonnentrocknung Einfacher, kostengünstiger Prozess Zeitintensives Verfahren Hoher Platzbedarf Schwierig zu kontrollierender Prozess (chemische und bio-chemische Reaktionen) mikrobielle Belastung Insektenbefall
- Kammertrockner (Hordentrockner) Konvektionstrockner Kammertrockner mit Luftumwälzung. Trocknungsbleche sind auf rollbarem Gestell übereinandergestapelt Gut liegt auf horizontal übereinander angeordneten Blechen oder Siebgeweben (Horden) Aufgeheizte Luft strömt über, ggf. auch durch die Horden Leitbleche sorgen für gleichmäßige Luftverteilung Eignung für stückige, körnige, pastöse oder flüssige Güter Nicht geeignet für zur Staubbildung neigende Produkte
- Tellertrockner Konvektionstrockner Tellertrockner mit sieben Tellern und rotierendem Krählwerk Zufuhr des Feuchtguts zum obersten Teller Transport durch Krählwerk nach innen Gut fällt durch zentrale Öffnung in den nächst tieferen Teller Transport durch Krählwerk nach außen usw. Geeignet für rieselfähige Güter, die keine Verkrustungen auf den beheizten Tellern verursachen Auch Vakuumbetrieb möglich Kaffee, Tee
- Bandtrockner Konvektionstrockner Bandtrockner mit drei Rollbändern Feuchtes Gut wird als dünne Schicht auf ein langsam laufendes Band aufgetragen Heiße Luft wird über oder teilweise durch das Gut geführt Am Ende des Bands fällt Gut auf ein darunter laufendes Band > Umschichtung Hohe Durchsatzleistung Vakuumbetrieb auch möglich Eignung für stückige, teigige und körnige Güter
- Trommeltrockner Konvektionstrockner Trommeltrockner bestehend aus einem zur Horizontalen geneigten, rotierenden Rohr; Einbauten sind z.B. Hubschaufeln für grobkörnige Produkte (I) oder Kreuzprofile für feinkörnige Güter (II). Auch: „Drehrohrtrockner“ Einbringen des feuchten Guts am erhöhten Rohrende Gut rieselt im Kontakt mit heißer Luft durch Drehbewegung zum tieferen Ende Laufende Umschichtung durch Einbauten Eignung für rieselfähige Güter, die in großen Mengen anfallen >Trester aus Fruchtsaftherstellung
- Wirbelschichttrockner Konvektionstrockner Wirbelschichttrockner (Fließbetttrockner). Heiße Luft strömt von unten in das aufgewirbelte Trocknungsgut; feinstaubiger Produktabrieb wird in einem nachgeschalteten Zyklon ausgeschieden. Gefahr der Staubexplosion Feuchtes Gut auf perforierter und ggf. vibrierender Unterlage wird von unten durch heiße Luft aufgewirbelt Kontinuierlicher und diskontinuierlicher Betrieb Eignung für körnige, nicht klebende Güter Einsatz bei rieselfähigen Gütern mit geringerem Verweilzeitbedarf als auf Bandtrocknern möglich ist
- Sprühtrockner ("Zerstäubungstrockner") Konvektionstrockner Sprühtrockner mit Gleichstromführung von Luft und Gut; feinstaubige Produktanteile werden im Zyklon aus dem Luftstrom ausgeschieden. Eignung für schnell trocknende flüssige bis pastöse Güter und hitzeempfindliche Stoffe z.B. Milchpulver Versprühen des flüssigen Guts in einem zylindrischen Turm in feine Tröpfchen von 20-300 μm> Häufig Zentrifugalzerstäuber Gut fällt im Kontakt mit heißer Luft nach unten> Gleichstrom oder Gegenstrom Kurze Verweilzeit bei hoher Temperatur (Trocknung innerhalb von Sekunden) Eignung für schnell trocknende flüssige bis pastöse Güter und hitzeempfindliche Stoffe
- Walzentrockner Kontakttrockner Bestehen aus einer oder zwei von innen beheizten, langsam rotierenden Walzen Eignung für dickflüssige, hitzeunempfindliche Güter Proteine, Instantgetränke, Schokoladeprodukte, Kartoffelpüree, Pflanzenextrakte
- Schaufeltrockner Kontakttrockner Liegender zylindrischer Behälter mit horizontaler Rührwerkswelle Behälterwand und Welle beheizt Schaufeln laufen mit niedriger Drehzahl Absaugung der Brüden mit Vakuumpumpe über Staubfilter Einsatz für nahezu alle Produktkonsistenzen
- Doppelkonsustrockner Kontakttrockner Trocknungsbehälter aus zwei konischen Teilen, mit Heizmantel versehen Langsame Rotation um horizontale Achse Eignung besonders für Güter, die auch im Feuchtzustand noch gut fließ- bzw. rieselfähig sind Lässt sich emaillieren Keine Einwirkung von Rührorganen Feinchemikalien, Pharmazeutika, Lebensmittel
- Fallfilmverdampfer Wärmeaustauscher bzw. Heizflächen aus Rohrbündeln werden vom Produkt in Richtung Schwerkraft durchflossen Der Flüssigkeitsfilm wird zunehmend verdampft, wodurch die Schichtdicke abnimmt und der Brüdenanteil zunimmt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Brüdens steigt und beschleunigt dadurch das Abfließen der Flüssigkeit. Das Gemisch wird schließlich tangential in den Abscheider geleitet und in Brüden und Konzentrat getrennt.
- Einfluss der Wasseraktivität auf die Lagerstabilität von Lebensmitteln Wachstum von Mikroorganismen Enzymatische Reaktionen(v.a. Hydrolysen) Nichtenzymatische Bräunung
- Herstellung von Trockenmilchprodukten Milch TS: 12-13%, mehrstufige Fallfilmverdampfer 2. Konzentrat TS: 30-55%, Sprühtrockner 3. Milchpulver 4. fertiges Produkt Nachtrocknung zur Einstellung des Endwassergehalts (4-5%)
- Konvektionstrocker Gleich- & Gegenstromprinzip Gleichstrom: Feuchtes Frischgut trifft gleich zu Beginn auf das heiße, trockene Gas> Feuchte Oberfläche schützt Gut vor Überhitzung (Kühlgrenztemperatur)> Annäherung der Temperaturen von Gut und feuchtebeladenem Gas am Ende der Trocknung Anwendung > Wenn trockenes Gut gegen hohe Temperaturen empfindlich ist>Wenn angetrocknetes Gut keine hohe Trocknungsgeschwindigkeit erträgt> Wenn eine gleichmäßige Endfeuchte verbleiben soll Gegenstrom: Feuchtes Frischgut trifft auf das bereits abgekühlte und befeuchtete Abgas> Wärmeübertragung anfangs nur moderat, aber über den gesamten Trocknungsweg gleichmäßiger und effizienter> Gut erreicht am Ende eine hohe Temperatur, die im Bereich der der heißen Frischluft liegen kann Anwendung > Wenn getrocknetes Gut nur eine geringe Restfeuchte aufweisen darf> Wenn Gut hygroskopisch ist