Mehr Effizienz bei der Gefriertrocknung von Lebensmitteln und biogenen Wirkstoffen: Kosten senken und Qualität steigern durch Mikrowellen-Solid-State-Technologie

Um hochwertige Lebensmittel länger haltbar zu machen und dabei Nährstoffe, Geschmack sowie Struktur und Farbe weitgehend zu erhalten, ist die Gefriertrocknung das Verfahren der Wahl. Ebenso werden empfindliche Biomoleküle und Mikroorganismen, die bei der Lebensmittelproduktion sowie der Herstellung von pharmazeutischen Produkten eingesetzt werden, gefriergetrocknet. Dabei wird das Produkt zunächst eingefroren und das Eis anschließend direkt in den gasförmigen Zustand überführt. Die konventionelle Gefriertrocknung schont das Produkt, benötigt jedoch viel Zeit und Energie, was den Prozess teuer und langwierig macht.

Ein innovativer Ansatz zur Beschleunigung der Gefriertrocknung ist der Einsatz von Mikrowellen (MW): Dadurch wird die benötigte Energie, um das Eis direkt von der festen Phase in die gasförmige Phase zu überführen, schneller und effizienter eingebracht. Studien zeigen, dass die Trocknungszeit dadurch um 36 - 96 % reduziert werden kann, wodurch die Produktionskapazität erhöht und Kosten erheblich gesenkt werden könnten. Allerdings sind die Vorteile des MW-Einsatzes in diesen Prozessen noch nicht vollständig ausgeschöpft. Eine ungleichmäßige Verteilung des Mikrowellenfeldes und produktspezifische Eigenschaften können zu über- oder unterprozessierten Bereichen führen. Dies erschwert einen breiten industriellen Einsatz, da es die Produktsicherheit, Reproduzierbarkeit und Qualitätssicherung in industriellen Produktionsketten beeinträchtigt.

MW-Solid-State-Generatoren bieten eine vielversprechende Alternative zur bisher eingesetzten Mikrowellenerzeugung. Diese Technologie ermöglicht eine gleichmäßigere Feldverteilung und präzisere Steuerung von Frequenz und Leistung, was die Prozesssicherheit und -effizienz erhöht. Bisher sind diese Generatoren jedoch wenig in der Lebensmittel- oder Pharma-Industrie etabliert, da sie erst durch jüngste Entwicklungen kosteneffizienter geworden sind.

Hier ist Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) gefragt! Zwei Forschungsteams des Karlsruher Instituts für Technologie sowie der Technischen Universität München untersuchen und bewerten im Rahmen eines IGF-Projekts des FEI derzeit die MW-Solid-State-Technologie im Einsatz bei Lebensmitteln und biogenen Wirkstoffen. Ziel ist es, eine homogenere Temperaturverteilung und einen gleichmäßigen Phasenübergang bei niedriger Temperaturbelastung und hoher Energieeffizienz zu erreichen. Ein Modell zur Vorhersage der Feldhomogenität und Energieeffizienz des Prozesses soll entwickelt werden, um optimale Steuerungskonzepte für unterschiedliche Produkte zu finden.

Beim Einsatz des innovativen Verfahrens können Produktionsengpässe und hohe Prozesskosten verringert werden. Insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen bietet dies eine Möglichkeit, ihre Prozesse gezielter und effizienter zu gestalten, während die Produktqualität erhalten bleibt. Die Nachfrage nach getrockneten Lebensmitteln wächst weltweit stetig – Auch die exportorientierte deutsche Lebensmittelindustrie kann von diesem Wachstum profitieren. Für die pharmazeutische Industrie ist die sichere, energie- und zeitsparende Verarbeitung empfindlicher Biomoleküle durch MW-unterstützte Gefriertrocknung ebenfalls von großer Bedeutung. Eine effizientere Gefriertrocknung könnte hier Engpässe reduzieren und die Produktionskapazität erheblich steigern.


Informationen zum IGF-Projekt 01IF22205N "Schnelle und produktschonende Erwärmung und Gefriertrocknung von Lebensmitteln und biogenen Wirkstoffen mittels Solid-State-Mikrowellengeneratoren"


... ein Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)