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TU Berlin

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Verbesserung von Trocknungsprozessen pflanzlicher Rohstoffe durch prozessinduzierte Verringerung von Stofftransportwiderständen
Förderer
Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V.
Kennzeichen
17161 N
Laufzeit
1.11.2011 bis 30.06.2014
Kurzfassung
Der Wasserentzug ist einer der wichtigsten Stofftransportprozesse in der Lebensmittelindustrie. Hierfür werden verschiedene Verfahren eingesetzt, wobei insbesondere die konventionell weit verbreiteten Trocknungsprozesse mit einem Phasenübergang des Wassers unter Zufuhr thermischer Energie sehr kosten- und zeitintensiv sind. Bei der Trocknung von pflanzlichen Rohstoffen wird der Wasserabtransport durch vorhandene Zell- und Gewebestrukturen erschwert, die eine Stoffübergangs-/Diffusions- aber auch Wärmedurchgangsbarriere darstellen. Da es sich bei der Trocknung um einen gekoppelten Prozess handelt, wird die Trocknungskinetik vom jeweils langsameren Prozess bestimmt. Ob hierbei die Stoffübergangswiderstände gegenüber den Wärmeübergangswiderständen dominieren, hängt vom Trocknungsverfahren und von der Produktstruktur ab. 
Ein Aufschluss der Zellmembranen sowie eine Verbesserung der Diffusionsvorgänge innerhalb des Gewebes ermöglicht eine leichtere und/oder vollständigere Wasserentfernung. Allerdings war es bislang nicht möglich, die dafür verantwortlichen Mechanismen aufzuklären, da eine entsprechende zerstörungsfreie lokale Online-Messtechnik fehlte. So konnten die im erfahrungsbasierten Trial-and-Error-Verfahren für Einzelfälle gefundenen Prozess- oder Produktverbesserungen nicht zur Ausarbeitung neuer Verfahrenskonzepte oder gezielten Optimierung genutzt werden. 
Grundlage der Permeabilisierung mit Hochspannungsimpulsen (HSI) ist die irreversible Bildung von Poren in biologischen Membranen durch die Anwendung elektrischer Felder. Dadurch wird die limitierende Wirkung der Zellmembran bei Stofftransportprozessen aufgehoben.  
Der Einfluss von Ultraschall auf Stofftransportprozesse basiert auf der Minimierung interner und externer Widerstände für den Wärme- und Stofftransport (Diffusionsbarrieren bzw. Grenzschichtbildung). Vor allem die als Kavitation bezeichnete und durch den zyklischen Wechseldruck verursachte Implosion von Gasblasen sowie daraus resultierende Mikroströmungen können auch Grenzflächen beeinflussen und so externe Widerstände gegen den Stofftransport im Produkt sowie den Stoffübergang an der Produktoberfläche verringern. 
Die örtlich aufgelöste Online-Messung der entscheidenden Einflussparameter Wassergehalt, lokale Struktur und Temperatur ist dabei die Grundlage einer Verfahrensoptimierung. Mit der im Bereich der Verfahrenstechnik neuen, in der Medizintechnik aber sehr verbreiteten Methode der Magnetresonanztomographie (MRT) können Prozess und Produkt aufgrund des besseren Verständnisses der ablaufenden Vorgänge zielgerichtet charakterisiert und optimiert werden und eine lokale Messung ist nicht-destruktiv und nicht invasiv möglich. 
Mitwirkende Institutionen
  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik, Bereich I: Lebensmittelverfahrenstechnik
Ansprechpartner

Link
Seite des FEI
Kurzbericht

 

 

 

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