Vakuumtrocknung

Beim Trocknen unter Vakuum wird das im Produkt enthaltene flüssige Wasser durch Sieden verdampft. Unter normalen Druckbedingungen siedet Wasser bekanntlich bei 100 °C. Legt man über einem Produkt durch Absaugen der Atmosphäre einen bestimmten Vakuumdruck an, so siedet das Wasser bereits bei niedrigeren Temperaturen. Um wie viel Grad der Siedepunkt sich nach unten verlagert, darüber entscheidet die genaue Größe des Vakuumdrucks in der Trocknungskammer. Wie bei allen Trocknungsverfahren, so muss auch bei der Vakuumtrocknung zum Entfernen des Wassers dem Trocknungsgut Energie in Form von Wärme zugeführt werden.

Der Prozess des Vakuumtrocknens besteht aus zwei Verfahrensschritten: 

Haupttrocknung

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Im ersten Trocknungsabschnitt wird freies flüssiges Wasser entfernt. Freies Wasser ist Wasser, dessen Moleküle nicht an die Inhaltsstoffe des Trocknungsgutes gebunden sind. Will man nun – zur thermischen Schonung des Trocknungsgutes – Temperaturen oberhalb eines bestimmten (kritischen) Wertes vermeiden, so wählt man zunächst den zum Temperaturgrenzwert gehörenden Vakuumdruck aus. Die zweite Maßnahme besteht darin, dem Produkt nur so viel Wärme pro Zeiteinheit zuzuführen, wie für das Verdampfen von freiem Wasser an diesem gewählten Siedepunkt laufend verbraucht wird. Würde man mehr Wärme zuführen, so würde sich das Trocknungsgut über den gewählten Siedepunkt hinaus erwärmen. Würde man weniger Wärme zuführen, so würde sich das Gut auf Temperaturen unterhalb des Siedepunktes abkühlen, mit der Folge, dass Wasser nicht mehr durch Sieden, sondern nur noch durch den langsameren Vorgang des Verdunstens aus dem Gut entfernt würde. 

Nachtrocknung

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Zum Herstellen eines haltbaren, lagerfähigen Trockenprodukts muss man das gesamte freie Wasser und zusätzlich einen bestimmten Anteil des gebundenen Wassers entfernen. Letzteres geschieht in der Nachtrocknungsphase. Gebundenes Wasser kann man nur entfernen, wenn man pro Gramm Wasser mehr Wärmeenergie zuführt, als zum Verdampfen von einem Gramm freien Wassers erforderlich ist. Dieses Mehr an Wärmeübertragung ist technisch meist nur dadurch möglich, dass man eine gewisse Temperaturerhöhung über den gewählten Siedepunkt hinaus im Trocknungsgut zulässt. Beim Vakuumtrocknen ergeben sich mindestens zwei Möglichkeiten: Man reduziert in der Nachtrocknungsphase den Vakuumdruck oder man lässt in der Nachtrocknung einen Temperaturgrenzwert zu, der über dem für die Haupttrocknung gewählten Grenzwert liegt. Letzteres ist oft vertretbar, weil nach dem Entfernen des freien Wassers die thermische Empfindlichkeit vieler Produkte deutlich geringer ist.

Die Vorteile der Vakuumtrocknung

Vakuumtrocknen findet unter Temperaturbedingungen statt, die ein thermisches Schonen des Trocknungsgutes gewährleisten. Durch eine dementsprechende Wahl der technischen Trocknungsparameter kann insbesondere gewährleistet werden, dass der Rohstoff während des Trocknens auf einem Temperaturniveau unterhalb vorgebbarer, kritischer Temperaturgrenzen verbleibt. Die technisch einhaltbaren Temperaturgrenzen liegen minimal bei ca. 20 bis 30 °C. Für viele thermisch empfindliche Produkte reicht es jedoch aus, Temperaturen unter 40 bis 60 °C sicherzustellen.

Grundsätzlich kann beim Vakuumtrocknen neben kritischen Gutstemperaturen auch die vertretbare Trocknungszeit als Randbedingung vorgegeben werden.

Trocknungszeiten und maximale Gutstemperaturen können allerdings nicht völlig unabhängig voneinander vorgegeben werden.

Eine besondere Stärke der Vakuumtrocknung ist das Nachtrocknen von stückigen Gütern oder Granulaten, die zuvor durch ein anderes Verfahren (z.B. Konvektionstrocknen mit warmer Luft, Kontaktwärmetrocknen) vorgetrocknet wurden. Bei solchen Nachtrocknungen wird unter Vakuum insbesondere gebundenes Wasser bei niedrigem Temperaturniveau entfernt, bei einem Temperaturniveau also, welches im Haupttrocknungsverfahren nicht hätte eingehalten werden können.

Welche Produkte eignen sich für die Vakuumtrocknung?

Für das Vakuumtrocknen kommen sowohl flüssige bis pastöse Produkte, also wässrige Lösungen oder Dispersionen, wie insbesondere stückige Produkte in Frage. Bei wässrigen Lösungen oder Dispersionen steht oft der Gesichtspunkt im Vordergrund, dass sich diese aufgrund ihrer viskosen Eigenschaften, ihrer Klebrigkeit oder ihres Gehalts an Feststoffpartikeln einem Verdüsen entziehen und deshalb als zusammenhängende Phase getrocknet werden müssen.

Der Gesichtspunkt der thermischen Schonung des Trocknungsgutes kann sich dabei auf das Vermeiden von Inhaltsstoff-Abbaureaktionen, auf Strukturveränderungen von Inhaltsstoffen oder ganzen Geweben (z.B. "Verhornen"), wie auch auf den Verlust von Inhaltsstoffen beziehen, die bei höheren Temperaturen verdampfen. Im Mittelpunkt steht also das Vermeiden von Qualitätsminderungen, wie Verluste von Geschmack und Geruch, Konsistenz, Farbe, von Wert gebenden (ernährungsphysiologisch relevanten) Inhaltsstoffen, Wirkstoffen, biochemischen Aktivitäten usw.

Produkte, die üblicherweise unter Vakuum getrocknet oder nachgetrocknet werden, sind z.B.

  • Trockenfrüchte, als Granulate oder als große stückige Produkte,
  • Gemüsestücke und Granulate für trockene Verarbeitungsprodukte,
  • Pflanzenteile wie Kräuter, Gewürze, Tee,
  • Heilpflanzen, z.B. als Vorbereitung zur Herstellung von Extrakten,
  • stark zuckerhaltige Extrakte aus Pflanzen, Honig,
  • Trockennahrung und Snacks,
  • pharmazeutische Wirkstoffe auf Trägern.