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Gefriertrocknung- Das machen wir fast 365 Tage im Jahr!

Unter Gefriertrocknung, auch Sublimationstrocknung genannt, versteht man das Trocknen eines Gutes im gefrorenem Zustand, bei der die Feuchte aus dem gefrorenem Produkt im Vakuum direkt aus dem festen in den dampfförmigen Zustand übergeht und somit dem Gut entzogen wird. Das Eis verdunstet bzw. verdampft unter Umgehung des flüssigen Aggregatzustandes, d.h. es sublimiert. Die Voraussetzungen für die Sublimation reinen Eises sind daher unterhalb des Tripelpunktes (T = 0,0098 °C und p = 610,8 Pa), in dem alle drei Aggregatzustände (fest, flüssig, gasförmig) nebeneinander möglich sind (Bild 1-Phasendiagramm Wasser), gegeben. Unter "normalen" Bedingungen d.h. 1013mbar  kocht Wasser bei 100°C. Die Gefriertrocknung findet als Verdampfungstrocknung immer im Vakuum statt, wobei die Sublimationstemperatur nach dem Dampfdruckverhalten von der Höhe des Vakuums bestimmt wird (Bild 2- Kesseldruckanzeige). Bei 6 mbar z.B. kocht bzw. sublimiert Wasser schon unter dem Gefrierpunkt.

Fast immer sind in einem zu trocknenden Gut Lösungen (Salze, Zucker, etc.) enthalten, die den Gefrierpunkt des reinen Lösungsmittels herabsetzen. Es ist dabei zu beachten , dass eine wirkliche Sublimation nur unterhalb der sog. Eutektischen Temperatur (maximale Gefrierpunktserniedrigung) möglich ist. D.h. das Produkt muss bevor und während es evakuiert und getrocknet wird mindestens unterhalb des Gefrierpunkts gehalten werden. Sonst nennt man das Vakuumtrocknung.

Die wesentlichen Vorteile der Gefriertrocknung sind in weittestgehenden Erhalt an Struktur, Farbe, Vitaminen, Aminosäuren, Geschmack und Aromen  der Trockenprodukte zu sehen. Bedingt durch die Eissublimation des gefrorenen Gutes. Das Eis stützt sozusagen die Trocknungszone des Produkts-.

Bevor ein Produkt getrocknet wird, muss es zunächst gefroren werden.  Die Ware wird durch Abkühlung auf –15 bis etwa –50°C eingefroren.  Die Einfriertemperatur hängt vom Feuchtgut und Art der Feuchte ab; häufig ist eine eutektische Temperatur zu unterschreiten.  Einzelheiten sind in der Ausarbeitung der Präsentation im Abschnitt 4 und 5 beschrieben.  Sehr tiefe Einfriertemperaturen führen oftmals zu einer feinkristallinen Eisphase, die für den Trocknungsablauf ungünstiger ist als eine grobkristalline. An dieser Stelle sei jedoch hingewiesen, dass die Einfriergeschwindigkeit die Produktqualität und auch die Trocknungsgeschwindigkeit beeinflusst. Schnelles Gefrieren führt zu kleineren Eiskristallen, die das Gefüge schonen, die aber beim Trocknen feinste Poren und Kapillaren mit vergrößertem Dampfströmungswiderstand entstehen lassen. Große Eiskristalle bilden sich beim langsamen Gefrieren, und sie ermöglichen eine erhöhte Trocknungsgeschwindigkeit, weil die Eiskristalle die Zellwand zerstören (Bild 3).

Von Nachteil ist jedoch, dass bei Obst die Fruchtzellen zerstört werden , bei Lösungen starke Entmischungen herbeigeführt werden und bei Proteinen Denaturierungserscheinungen verursacht werden.

Die optimale Gefriergeschwindigkeit ist meist experimentell in Abhängigkeit vom Feuchtgut, Trocknungsprozess und Betriebsbedingungen festzulegen. Beim Gefrieren wird dem Gut der größte Teil der Feuchte entzogen und in den Eiszustand überführt. Die zum Gefrieren erforderliche Zeit muss experimentell bestimmt werden; sie kann nur unter sehr vereinfachenden Annahmen vorausberechnet werden.

Das gefrorene Gut wird häufig vorgebrochen, granuliert, gesiebt und gelangt dann in den eigentlichen Trockner. Hier wird es unter Vakuum diskontinuierlich auf beheizten Platten aufliegend oder kontinuierlich durchmischt und über beheizte Unterlagen bewegt getrocknet. Der zur Feuchtsublimation einzustellende Druck von etwa 0,1 bis 2 mbar richtet sich im wesentlichen nach der Sublimationsdruckkurve der Feuchte; die Partialdruckkurve der nicht kondensierbaren inerten Gase sollte 0,01 mbar nicht überschreiten.

Die aus den Produkten sublimierten Dämpfe "kondensieren" in einem tiefgekühlten Kondensator zu Eis. (Verfestigen) (Bild 4). Die Dämpfe verfestigen sich nur dort wo die Rohrbündel oder Platten des "Eiskondensators" noch kälter als das Produkt selbst ist bzw. an der kältesten Stelle.. 

Da beim gefrorenen Gut eine kapillare Feuchtleitung zur Gutoberfläche nicht möglich ist, gibt es im Trocknungsverlauf keinen herkömmlichen ersten Trocknungsabschnitt. Im zweiten Trocknungsabschnitt, hier also in der ersten Trocknungsphase, sublimiert die Eisphase. Die  Eis- oder Sublimationsfront, wie der Trocknungsspiegel auch genannt wird, wandert dabei stetig ins Gutinnere (Bild 5). 

Die zur Sublimation erforderliche Wärme wird durch Leitung oder Strahlung oder auch kombiniert durch Leitung und Strahlung an das Gut übertragen. Die Feuchtdampfwanderung im ausgetrockneten Gutbereich folgt den Gesetzen der Knudsenschen Molekularströmung. Im dritten Trocknungsabschnitt desorbiert nicht gefrorene Restfeuchte aus ihrer Bindung an die äußere und innere Gutoberfläche. Da die Desorbtion erst nach Absublimieren des letzten Eises einsetzt, muss die Wärmezufuhr entsprechend gedrosselt werden, um eine Guterwärmung über zulässige Grenzen hinaus zu vermeiden.

Die Gefriertrocknung ist sowohl von den Anlage- als auch von den Betriebskosten her ein Prozess, welcher gegenüber den anderen Trocknungsverfahren teurer ist. Man muss das Produkt nicht nur sublimieren sondern muss den entstehenden Dampf im geschlossenen Vakuum wieder Verfestigen. Sie wird vor allem angewandt, wenn aus temperatur- oder strukturempfindlichen Produkten meist biologischen Ursprungs, das Wasser oder gelegentlich auch andere Lösungsmittel ohne wesentliche Beeinträchtigung des Endproduktes entfernt werden sollen. Nach Entfernung des Wassers oder Lösungsmittels ist das Endprodukt leicht zu lagern und kann sich durch Zugabe von Wasser in einen verwendungsfähigen Zustand bringen lassen "Inständeigenschaft". Es werden daher in erster Linie nur hochwertige Produkte, wie z.B. Lebens- und Genussmittel (Bild 6): 

Kaffee, Tee, Milchprodukte, Obst, Fruchtsäfte, bestimmte Gemüsesorten,Gewürze, zum Teil auch Fleisch und Fisch; aber auch medizinische und biologische Substanzen: Blutplasma, Seren und Impfstoffe sowie pharmazeutische und einige chemische Produkte gefriergetrocknet. 

 

 

Fleisch wurde bereits vor 1000 Jahren in der Mongolei durch natürliche Gefriertrocknung haltbar gemacht.  Kühe wurden geschlachtet und das Wasser im Fleisch bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt in Zelten durch Sonneneinstrahlung langsam sublimiert. Das Fleisch  wurde nach der natürlichen Gefriertrocknung  zerstampft und in Blasen am Sattel transportiert. Im mongolischen Feuertopf wurde dann eine sehr nahrhafte Fleischbrühe zubereitet. Auf diese Weise wurde es möglich viele Reiter Soldaten aus der Mongolei weit nach Europa zu schicken.

1000 Jahre später hat sich eine Firma im Emsland etabliert, die Naturprodukte in Edelstahlkesseln unter Weltraumbedingungen ohne Chemie physikalisch vom Wasser befreit.

Durch das Trocknen "im Eis" werden also die Moleküle nicht thermisch belastet, sondern behalten Form, Struktur und Farbe; die Eiskristalle stützen und kühlen die Trocknungszone.

Naturprodukte werden so ohne Konservierungsstoffe haltbar und Allergiker müssen keine Sorge um Konservierungsallergene haben.

Gefriertrocknung wurde vor etwa 60 Jahren in Deutschland entdeckt und wurde durch großtechnische Produktion von Penicillin weltweit  verbreitet.

Wir haben uns auf Kräuter- und Blumentrocknung spezialisiert und die Maschinenmodule selbst entwickelt und gebaut: ein langer, aber erfolgreicher Weg.

Unsere Maschinen trocknen mit "Körpertemperatur" im Eis. Kältemittel im Eiskondensator ist CO² und kein umweltschädliches Frigen oder Ammoniak.

Einmalig in der Gefriertrocknungsindustrie und von Chinesen nicht "kopierbar"

Qualität ist geil ! Ihr Produktionsleiter Dipl. Ing. Sven Bösing

Folgende Produkte sind im Programm: