Lebensmittel- und Getränkekonzentration
Bei der Lebensmittelkonzentration wird ein Teil des Lösungsmittels aus flüssigen Lebensmitteln entfernt, um die Produktion, Konservierung und den Transport zu verbessern. Man kann es in Verdampfungs- und Gefrierkonzentration unterteilen.
Verdampfungskonzentration
Die Verdampfung basiert auf den Flüchtigkeitsunterschieden zwischen gelöstem Stoff und Lösungsmittel. Ist die Flüchtigkeit des gelösten Stoffes in der Lösung gering, das Lösungsmittel hingegen deutlich flüchtig, wird es durch Erhitzen verdampft, um die Lösung zu konzentrieren. Die zu konzentrierende Lebensmittellösung wird in einen Verdampfer gegeben und von einer externen Wärmequelle erhitzt. Mit steigender Temperatur verdampft das Lösungsmittel (Wasser) in der Lösung, da der Siedepunkt von Wasser relativ niedrig ist und es leicht verdampft.
Während des Verdampfungsprozesses entweicht der Lösungsmitteldampf kontinuierlich, während die gelösten Stoffe (wie Zucker, Protein, Mineralien, Vitamine, Pigmente und andere nichtflüchtige oder schwerflüchtige Bestandteile) aufgrund ihres höheren Siedepunkts und ihrer geringeren Flüchtigkeit in der verbleibenden Lösung verbleiben. Der verdampfte Lösungsmitteldampf wird anschließend gesammelt und durch einen Kondensator gekühlt, um ihn wieder in flüssige Form zu überführen. Dieser Prozess kann Energie zurückgewinnen und den Energieverbrauch senken. Das Kondenswasser kann recycelt oder abgeleitet werden.
Die ursprüngliche Lösung wird nach Verdampfung und Kondensation mit zunehmender Konzentration des gelösten Stoffes auf ein kleineres Volumen konzentriert. Die konzentrierte Lebensmittellösung kann für die Weiterverarbeitung verwendet werden, z. B. zum Trocknen, für Süßigkeiten, Marmelade, Säfte oder als Zwischenrohstoff für die Lebensmittelproduktion.
Mehrstufige oder mehrstufige Verdampfungs- und Konzentrationssysteme werden in der industriellen Produktion häufig eingesetzt. Je nach den Anforderungen spezifischer Produktionsprozesse muss die Lebensmittelkonzentration in Echtzeit präzise gemessen werden, um eine stabile Produktqualität zu gewährleisten und die Konzentrationseffizienz zu verbessern. KontaktLängenmeter, ein Online-Anbieter von Konzentrationsmessgeräten, für mehrOnline-KonzentrationsmessgerätLösungen.
Hauptmerkmale der Verdampfung und Konzentration
Heiztemperatur und -zeit sollten bei der Verdampfung von Lebensmitteln und Getränken sorgfältig berücksichtigt werden. „Niedrige Temperatur und kurze Zeit“ dient hauptsächlich dazu, die Lebensmittelqualität so weit wie möglich zu gewährleisten, während „hohe Temperatur und kurze Zeit“ hauptsächlich dazu dient, die Produktionseffizienz zu verbessern.
Übermäßiges Erhitzen führt zur Degeneration, Verkohlung und Verkrustung von Proteinen, Zuckern und Pektin. Das verarbeitete Material, das in engem Kontakt mit der Wärmeübertragungsfläche steht, neigt bei den höchsten Temperaturen im Vergleich zur Umgebungstemperatur des Materials zur Ablagerung. Sobald sich Ablagerungen bilden, beeinträchtigen diese die Wärmeübertragungseffizienz erheblich und können sogar Sicherheitsprobleme verursachen. Die beste Lösung für das Ablagerungsproblem ist die Erhöhung der Fließgeschwindigkeit. Erfahrungsgemäß kann eine Erhöhung der Fließgeschwindigkeit die Ablagerungsbildung deutlich reduzieren. Zusätzlich können elektromagnetische und chemische Anti-Ablagerungsmethoden eingesetzt werden, um einer möglichen Ablagerung vorzubeugen.
Viskosität
Viele Lebensmittel enthalten viel Eiweiß, Zucker, Pektin und andere Zutaten mit hoher Viskosität. Während des Verdampfungsprozesses steigt die Viskosität der Lösung mit abnehmender Konzentration, was die Wärmeleitung erheblich beeinträchtigt. Daher werden zur Verdampfung viskoser Produkte üblicherweise Umwälz- oder Rührmaßnahmen mit externer Kraft eingesetzt.
Schäumbarkeit
Lebensmittel mit höherem Proteingehalt weisen eine höhere Oberflächenspannung auf. Beim Verdampfen und Kochen bilden sich zunehmend stabilere Schäume, die leicht dazu führen, dass Flüssigkeit mit dem Dampf in den Kondensator gelangt und Flüssigkeit verliert. Die Schaumbildung hängt mit der Grenzflächenspannung zusammen. Grenzflächenspannung entsteht zwischen Dampf, überhitzter Flüssigkeit und suspendierten Feststoffen, wobei Feststoffe eine zentrale Rolle bei der Schaumbildung spielen. Tenside können im Allgemeinen zur Kontrolle der Schaumbildung eingesetzt werden, und verschiedene mechanische Vorrichtungen können zur Schaumbeseitigung eingesetzt werden.
Korrosivität
Einige säurehaltige Lebensmittel, wie Gemüse- und Fruchtsäfte, neigen beim Verdampfen und Konzentrieren zur Korrosion des Verdampfers. Selbst leichte Korrosion führt bei Lebensmitteln oft zu Verunreinigungen, die das Produkt unbrauchbar machen. Daher muss der für säurehaltige Lebensmittel verwendete Verdampfer aus korrosionsbeständigen und wärmeleitenden Materialien bestehen und die Konstruktion leicht austauschbar sein. Beispielsweise können zum Konzentrieren von Zitronensäurelösung undurchlässige Graphitheizrohre oder säurebeständige Emaille-Sandwichverdampfer verwendet werden.
Flüchtige Bestandteile Viele flüssige Lebensmittel enthalten Aroma- und Geschmacksstoffe, die flüchtiger sind als Wasser. Beim Verdampfen der Flüssigkeit entweichen diese Bestandteile zusammen mit dem Dampf und beeinträchtigen die Qualität des konzentrierten Produkts. Obwohl die Konzentration bei niedrigen Temperaturen den Verlust von Geschmacksstoffen reduzieren kann, ist die Rückgewinnung und anschließende Zugabe der Bestandteile zum Produkt eine bessere Methode.
Gefrierkonzentration
Flüssige Lebensmittelrohstoffe (wie Säfte, Milchprodukte oder andere Lösungen mit hohem Wasseranteil) werden in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen gekühlt. Sinkt die Temperatur unter den Gefrierpunkt, bilden die Wassermoleküle in der Lösung Eiskristalle. Dies liegt daran, dass Wasser bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck ein Fest-Flüssig-Gleichgewicht erreicht. Unterhalb dieser Temperatur gefriert überschüssiges freies Wasser zuerst, während gelöste Stoffe (wie Zucker, organische Säuren, Pigmente, Aromen usw.) aufgrund unterschiedlicher Löslichkeit nicht leicht mit Wasser gefrieren, sondern im aufgetauten Konzentrat verbleiben.
Trennung von Eiskristallen
Die gebildeten Eiskristalle werden durch Zentrifugation, Filtration oder andere physikalische Methoden vom Konzentrat getrennt. Bei diesem Verfahren verdampfen keine gelösten Stoffe und verhindern so wirksam den Abbau hitzeempfindlicher Inhaltsstoffe und den Aromaverlust. Das Konzentrat nach der Abtrennung der Eiskristalle ist das gefrorene Konzentratprodukt, das eine deutlich höhere Konzentration an gelösten Stoffen als die ursprüngliche Lösung aufweist und gleichzeitig die ursprüngliche Farbe, den Geschmack, den Nährwert und das Aroma des Lebensmittels weitgehend bewahrt.
Kontrolle der Gefrierbedingungen
Während des Gefrierkonzentrationsprozesses müssen Faktoren wie Gefrierrate, Gefriertemperatur und -zeit genau kontrolliert werden, um Größe und Morphologie der Eiskristalle sowie ihre Trennung vom Konzentrat zu optimieren und so die Qualität des Endprodukts sicherzustellen. Die Gefrierkonzentrationstechnologie eignet sich besonders für hitzeempfindliche Lebensmittel und Getränke wie frische Frucht- und Gemüsesäfte, Bioprodukte, Pharmazeutika und hochwertige Gewürze. Sie maximiert die natürliche Qualität der Rohstoffe und zeichnet sich durch Energieersparnis und hohe Effizienz aus. Allerdings ist diese Methode auch mit gewissen Einschränkungen behaftet. Beispielsweise kann der Konzentrationsprozess nicht effektiv sterilisiert werden und erfordert unter Umständen eine zusätzliche Sterilisationsbehandlung. Zudem kann es bei einigen Lösungen mit hoher Viskosität oder speziellen Inhaltsstoffen schwieriger sein, die Eiskristalle vom Konzentrat zu trennen, was die Konzentrationseffizienz verringert und die Kosten erhöht.
Veröffentlichungszeit: 13. Februar 2025
