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Entwicklung eines mikrowellenunterstützten Vakuumtrocknungsverfahrens zur schonenden und effizienten Herstellung von mikrobiellen Kulturen
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 17477 N
Laufzeit: 01.01.2012
- 31.12.2014
Fördersumme: 496.100 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Mikrobielle Kulturen kommen besonders häufig bei der Herstellung fermentierter Lebensmittel zum Einsatz, um eine gleich bleibende Produktqualität bei möglichst geringer Fehlproduktion zu garantieren. Zunehmend werden dazu einfach handhabbare Pulver in gefriergetrockneter Form eingesetzt. Die Gefriertrocknung als derzeitiges Standardverfahren in der industriellen Produktion stellt ein relativ schonendes Trocknungsverfahren für die Mikroorganismen dar. Aufgrund der langen Trocknungszeit und des Gefrierens ist sie aber nicht für alle Kulturen ein geeignetes Verfahren. Sie bedarf außerdem eines hohen Energieeinsatzes während der Produktion und hat hohe Investitionskosten. Dies stellt insbesondere für kleinere und mittlere Unternehmen eine wirtschaftlich häufig nicht zu leistende Herausforderung dar.
Alternativ bietet sich eine Konservierung der Kulturen mittels Niedertemperatur-Vakuumtrocknung an, die ebenfalls eine schonende Trocknungsmethode darstellt und deren Potential bereits im Rahmen des IGF-Projekts AiF 15616 N aufgezeigt wurde. Probleme bereiten bei dieser Methode die langen Trocknungszei-ten, die einem effizienten Einsatz entgegenwirken. Gründe dafür finden sich in den während der Vakuumtrocknung limitierten Wärme- und Stofftransportvorgängen. Bekannt ist, dass offenporige, schaumartige Produktstrukturen zu einer Reduktion von Stoffübergangswiderständen führen. Strukturen werden beim sogenann-ten 'Foam-mat drying' hergestellt, bei dem das Konzentrat vor dem Trocknen aufgeschäumt wird. Die bei der Kontakttrocknung charakteris-tischen Wärmetransportlimitierungen lassen sich durch den direkten volumetrischen Energieeintrag mittels Mikrowellen umgehen. Zudem ist im Mikrowellenvakuumtrocknungsprozess auch die gezielte Bildung schaumartiger Strukturen möglich und als sogenanntes 'Mikrowellenpuffing' beschrieben. Bei empfindlichen Lebensmitteln zeigen solche Prozesse einen guten Erhalt der Produktqualität sowie deutlich verbesserte Rehydrierungseigenschaften.
Zusätzlich zeigt die Produktstruktur einen Einfluss auf die Produkteigenschaften (Lagerfähigkeit, biologische Funktionalität der Zellen, Rehydratisierbarkeit) und könnte somit einen Schlüsselfaktor bei der Optimierung von Trocknungsprozessen von Kulturen darstellen. Über diese Zusammenhänge liegen derzeit noch keine Arbeiten vor. Aufgrund der genannten Vorteile bietet es sich an, zur Trocknung von sensitiven mikrobiellen Kulturen die Niedertemperatur- Vakuumtrocknung mit der Mikrowellentrocknung zu kombinieren, um bei niedrigen Temperaturen eine schnelle und insgesamt schonende Trocknung zu ermöglichen. Dadurch werden auch die Prozesskosten gesenkt.
Voruntersuchungen der beiden Forschungsstellen zur Mikrowellen-Vakuumtrocknung haben gezeigt, dass durch die Einbringung von Mikrowellenenergie die Trocknungsgeschwindigkeit erhöht werden kann, diese aber auch von den sich ausbildenden Produktstrukturen abhängt. Allerdings sind die genauen Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und Produktstrukturen und den daraus resultierenden Trocknungsgeschwindigkeiten, insbesondere für Kulturenkonzentrate, noch nicht bekannt.
Ziel des Forschungsvorhabens ist deshalb, den Zusammenhang von Prozessparametern und Produktqualität in der Mikrowellen-Vakuumtrocknung von mikrobiellen Kulturen zu erforschen. Hierzu sollen die Zusammenhänge zwischen Trocknungskinetik, trockener Produktstrukturen und resultierender Produktqualität ermittelt werden, die sich bei mikrobiellen Kulturen aus biologischer Aktivität, Rehydratisierbarkeit und Lagerstabilität zusammensetzt.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Lebensmittelmikrobiologie
