Gefriertrocknung
Das Gefriertrocknen - auch als Lyophilisieren oder Sublimationstrocknen bezeichnet - ist ein Verfahren zur thermisch und mechanisch schonenden Trocknung hochwertiger Produkte. Das Besondere ist der Wasserentzug bei sehr geringen Drücken und sehr niedrigen Temperaturen. Eis wird unter den Bedingungen der Gefriertrocknung direkt in Wasserdampf umgewandelt (Sublimation). Dadurch kommt es weder zu (bio-)chemischen Veränderungen noch zu einer Beeinträchtigung der Produktstruktur.
Der Prozess des Gefriertrocknens besteht aus drei Verfahrensschritten:
Einfrieren
In der ersten Stufe wird das zu trocknende Gut eingefroren, damit das darin enthaltene Wasser als Eiskristalle vorliegt. Wir haben drei Kühlräume unterschiedlicher Größe, deren Temperatur bei -25 °C liegt. Durch die niedrige Temperatur und die dünne Produktschicht auf den Trocknungsblechen ist ein schnelles Einfrieren des Produkts gewährleistet.
Haupttrocknung
Bei der Haupttrocknung geht das gefrorene Wasser unter extremen Vakuumbedingungen vom festen direkt in den gasförmigen Zustand über. Dies nennt man Sublimation. Um diesen Sublimationsprozess zu betreiben, muss dem Produkt vorsichtig und gut dosiert Energie in Form von Wärme zugeführt werden. Diese Wärmezufuhr darf nichts daran ändern, dass das Produkt bei tiefkalten Temperaturen verharrt.
Nachtrocknung
Neben dem freien, gefrorenen Wasser, das sich durch Sublimation entfernen lässt, enthält das Produkt auch noch Wasseranteile, die mehr oder weniger fest an dessen Inhaltsstoffe molekular gebunden sind. Man nennt das "adsorbiertes Wasser". Der Anteil des adsorbierten Wassers hängt stark von der Produktzusammensetzung ab. Dieser Wasseranteil muss ebenfalls weitgehend aus dem Produkt entfernt werden, damit Qualität und Haltbarkeit nicht beeinträchtigt werden. Dies geschieht in der Nachtrocknungsphase durch eine weitere, vorsichtige Temperaturerhöhung bei gleichzeitigem Absenken des Vakuums auf den niedrigsten erreichbaren Wert.
Auch während des Nachtrocknens werden beim Gefriertrocknen im Produkt lediglich Temperaturen erreicht, die nicht weit von der Raumtemperatur entfernt sind.
Die Vorteile der Gefriertrocknung
Erhalten der biologischen Aktivität
Biomoleküle zeigen ernährungsphysiologische und anderweitige Wirkungen, die auf ihrer natürlichen molekularen Struktur beruhen. Die Wirkung verschwindet, wenn sich die Struktur verändert. Wird ein Biomolekül erwärmt, so ändert es beim Erreichen bestimmter, molekülspezifischer Temperaturen seine Struktur. Bei Proteinen, als Beispiel, nennt man dies "Denaturieren".
Das Gefriertrocknen findet bei Temperaturen statt, welche keine Strukturveränderungen an Biomolekülen verursachen. Aus diesem Grund wird der ernährungsphysiologische Wert eines Produktes durch diese Trocknungsform überhaupt nicht verändert. Immunstoffe, Hormone, Wachstumsfaktoren, Enzyme und andere Wert gebende Inhaltsstoffe bleiben wirksam und auch ihre Bioverfügbarkeit wird vollständig erhalten.
Inhaltsstoff-Reaktionen unterdrücken
Viele Inhaltsstoffe zeigen in flüssig-wässriger Umgebung (bio-)chemische Reaktionen mit sich selbst oder mit anderen Inhaltsstoffen. Dies gilt für Inhaltsstoffe natürlicher Herkunft ebenso wie für synthetische Stoffe, etwa Wirkstoffe in pharmazeutischen oder kosmetischen Präparationen. Mit steigender Temperatur beschleunigt sich dieses Reaktionsgeschehen. Die damit verbundenen Stoffumwandlungen sind in aller Regel für den Nährwert (Lebensmittel) oder die Wirksamkeit (andere Präparate) negativ.
Wird ein Produkt eingefroren, so reduzieren sich diese ungewollten Stoffumwandlungen beträchtlich, je niedriger die Temperatur, desto stärker die Reaktionshemmung. Das Gefriertrocknen setzt das Einfrieren der betreffenden Produkte voraus. Hierdurch werden alle Arten ungewollter Inhaltsstoff-Reaktionen unterdrückt. Beim Trocknen selbst wird die Temperatur so lange auf niedrigstem Niveau gehalten, bis das für diese Reaktionen unabdingbare freie (flüssige) Wasser durch Sublimation verschwunden ist.
Welche Produkte eignen sich für die Gefriertrocknung?
Das Gefriertrocknen ist aus verfahrenstechnischer und energetischer Sicht sehr aufwändig und zählt damit zu den teuren Trocknungsverfahren. Aus diesem Grund eignet sich das Gefriertrocknen in erster Linie für
- Lebensmittel, bei denen es auf den Erhalt wertvoller sensorischer oder ernährungsphysiologischer Eigenschaften ankommt,
- Prozesshilfsstoffe wie Mikroorganismen oder Enzyme, die aktivitätsverlustfrei haltbar gemacht werden sollen,
- diätetische, kosmetische oder pharmazeutische Präparationen, die durch das Trocknen keinen (thermisch bedingten) Wirkstoffverlust erfahren,
- analytische Präparationen oder Standards, deren Inhaltsstoffe sich durch das Trocknen nicht verändern dürfen.
Beispiele:
Trockenprodukte mit besonderen ernährungsphysiologischen Eigenschaften
Erhalt von Immunstoffen, Hormonen, Wachstumsfaktoren, Vitaminen, bioaktiven Proteinen sowie der Bioverfügbarkeit der Inhaltsstoffe
Früchte wie Aprikosen, Erdbeeren, Himbeeren, Pfirsiche
Herstellen eines Aromakonzentrats der frischen Frucht (Fruchtpulver, Granulat, Fruchtstücke) als Zutat für hochwertige Konditorwaren, Süßwaren, Backwaren, Schokoladen, Pralinen, Riegel
Pilze, Gewürze und Kräuter
Herstellen eines Trockenprodukts, welches nach dem Wiederbefeuchten dem frisch geernteten Produkt in Farbe, Geschmack und Konsistenz ebenbürtig ist
Milchsäurekulturen
Herstellen einer Trockenkultur, welche nach dem Wiederbefeuchten die Stoffwechselaktivität der frisch fermentierten Kultur zeigt
Collagen
Herstellen eines Trockenpräparats bei vollem Erhalt der nativen Proteinstruktur
Heilpflanzen
Herstellen eines Trockenpräparats bei vollem Erhalt der Wirkstoffe