Lebensmittel- und Getränkekonzentration
Lebensmittelkonzentration bedeutet die Entfernung eines Teils des Lösungsmittels aus flüssigen Lebensmitteln, um deren Herstellung, Konservierung und Transport zu verbessern. Man unterscheidet zwischen Verdampfungs- und Gefrierkonzentration.
Verdunstungskonzentration
Die Verdampfung beruht auf den Unterschieden in der Flüchtigkeit von gelöstem Stoff und Lösungsmittel. Ist die Flüchtigkeit des gelösten Stoffes gering und die des Lösungsmittels hoch, wird das Lösungsmittel durch Erhitzen verdampft, um die Lösung zu konzentrieren. Die zu konzentrierende Lebensmittellösung wird in einen Verdampfer gegeben und mit einer externen Wärmequelle erhitzt. Mit steigender Temperatur verdampft das Lösungsmittel (Wasser) in der Lösung, da Wasser einen relativ niedrigen Siedepunkt hat und leicht verdampft.
Beim Verdampfungsprozess entweicht kontinuierlich der Lösungsmitteldampf, während der gelöste Stoff (z. B. Zucker, Proteine, Mineralien, Vitamine, Pigmente und andere nichtflüchtige oder schwerflüchtige Bestandteile) aufgrund seines höheren Siedepunkts und seiner geringeren Flüchtigkeit in der verbleibenden Lösung verbleibt. Der verdampfte Lösungsmitteldampf wird anschließend aufgefangen und in einem Kondensator abgekühlt, um ihn wieder zu verflüssigen. Durch diesen Prozess kann Energie zurückgewonnen und der Energieverbrauch gesenkt werden. Das Kondenswasser kann wiederverwendet oder abgeleitet werden.
Die ursprüngliche Lösung wird durch Verdampfen und Kondensieren aufgrund der steigenden Konzentration des gelösten Stoffes auf ein kleineres Volumen konzentriert. Die konzentrierte Lebensmittellösung kann für die Weiterverarbeitung, beispielsweise zum Trocknen, zur Herstellung von Süßigkeiten, Marmeladen oder Säften, oder als Zwischenprodukt für die Lebensmittelproduktion verwendet werden.
Mehrstufige oder mehrstufige Verdampfungs- und Konzentrationssysteme finden häufig Anwendung in der industriellen Produktion. Um eine gleichbleibende Produktqualität zu gewährleisten und die Konzentrationseffizienz zu verbessern, muss die Lebensmittelkonzentration je nach Produktionsprozess präzise und in Echtzeit gemessen werden. Kontaktieren Sie uns.Lonnmeter, ein Online-Anbieter von Konzentrationsmessgeräten, für mehr InformationenOnline-KonzentrationsmessgerätLösungen.
Hauptmerkmale der Verdunstung und Konzentration
Bei der Verdampfung von Lebensmitteln und Getränken müssen Temperatur und Dauer des Erhitzens sorgfältig beachtet werden. „Niedrige Temperatur und kurze Zeit“ dienen vor allem dem Erhalt der Lebensmittelqualität, während „hohe Temperatur und kurze Zeit“ hauptsächlich die Produktionseffizienz steigern.
Übermäßige Erhitzung führt zur Zersetzung, Verkohlung und Verklumpung von Proteinen, Zuckern und Pektin. Das verarbeitete Material, das in engem Kontakt mit der Wärmeübertragungsfläche steht, neigt bei höheren Temperaturen im Vergleich zur Umgebungstemperatur am stärksten zur Kesselsteinbildung. Sobald sich Kesselstein gebildet hat, beeinträchtigt dies die Wärmeübertragungseffizienz erheblich und kann sogar Sicherheitsrisiken bergen. Eine wirksame Maßnahme zur Vermeidung von Kesselsteinbildung ist die Erhöhung der Flüssigkeitsgeschwindigkeit. Erfahrungsgemäß lässt sich die Kesselsteinbildung dadurch deutlich reduzieren. Zusätzlich können elektromagnetische und chemische Antiscaling-Verfahren eingesetzt werden, um potenzieller Kesselsteinbildung vorzubeugen.
Viskosität
Viele Lebensmittel enthalten viel Protein, Zucker, Pektin und andere Zutaten mit hoher Viskosität. Beim Verdampfen steigt die Viskosität der Lösung mit zunehmender Konzentration, während die Fließfähigkeit abnimmt, was die Wärmeleitung erheblich behindert. Daher werden für die Verdampfung viskoser Produkte üblicherweise Umwälz- oder Rührmaßnahmen durch äußere Krafteinwirkung eingesetzt.
Schaumbarkeit
Lebensmittel mit höherem Proteingehalt weisen eine höhere Oberflächenspannung auf. Beim Verdampfen und Sieden bilden sich vermehrt stabile Schäume, die dazu führen, dass Flüssigkeit mit dem Dampf in den Kondensator gelangt und dadurch verloren geht. Die Schaumbildung hängt mit der Grenzflächenspannung zusammen. Diese entsteht zwischen Dampf, überhitzter Flüssigkeit und suspendierten Feststoffen, wobei die Feststoffe eine zentrale Rolle bei der Schaumbildung spielen. Im Allgemeinen lassen sich Tenside zur Kontrolle der Schaumbildung einsetzen, und verschiedene mechanische Vorrichtungen können zur Schaumbeseitigung verwendet werden.
Korrosivität
Säurehaltige Lebensmittel wie Gemüse- und Fruchtsäfte neigen während der Verdampfung und Konzentration zur Korrosion des Verdampfers. Selbst geringfügige Korrosion kann bei Lebensmitteln zu Verunreinigungen führen und das Produkt unbrauchbar machen. Daher muss der für säurehaltige Lebensmittel verwendete Verdampfer aus korrosionsbeständigen und wärmeleitenden Materialien bestehen und eine einfache Austauschbarkeit der Komponenten ermöglichen. Beispielsweise können für die Konzentration von Zitronensäurelösungen undurchlässige Graphitheizrohre oder säurebeständige Emaille-Sandwichverdampfer verwendet werden.
Flüchtige Bestandteile Viele flüssige Lebensmittel enthalten Aroma- und Geschmacksstoffe, die flüchtiger als Wasser sind. Beim Verdampfen der Flüssigkeit entweichen diese Bestandteile mit dem Dampf und beeinträchtigen die Qualität des Konzentrats. Zwar kann die Konzentration bei niedrigen Temperaturen den Verlust von Aromastoffen reduzieren, jedoch ist es optimaler, die Aromastoffe aufzufangen und sie anschließend dem Produkt wieder zuzusetzen.
Gefrierkonzentration
Flüssige Lebensmittelrohstoffe (wie Säfte, Milchprodukte oder andere wasserreiche Lösungen) werden in einer Umgebung mit niedriger Temperatur gekühlt. Sinkt die Temperatur unter den Gefrierpunkt, gefrieren die Wassermoleküle in der Lösung zu Eiskristallen. Dies liegt daran, dass Wasser bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck ein Fest-Flüssig-Gleichgewicht erreicht. Unterhalb dieser Temperatur gefriert zunächst das überschüssige freie Wasser, während gelöste Stoffe (wie Zucker, organische Säuren, Farbstoffe, Aromastoffe usw.) aufgrund ihrer unterschiedlichen Löslichkeit nicht so leicht mit Wasser gefrieren, sondern im nicht gefrorenen Konzentrat verbleiben.
Trennung von Eiskristallen
Die gebildeten Eiskristalle werden durch Zentrifugation, Filtration oder andere physikalische Verfahren vom Konzentrat abgetrennt. Da bei diesem Prozess keine gelösten Stoffe verdampfen, werden hitzeempfindliche Zutaten und Aromenverluste wirksam verhindert. Das nach der Abtrennung der Eiskristalle erhaltene Konzentrat ist ein gefrorenes Produkt mit einer deutlich höheren Konzentration an gelösten Stoffen als die ursprüngliche Lösung. Dabei bleiben Farbe, Geschmack, Nährwert und Aroma des Lebensmittels weitestgehend erhalten.
Kontrolle der Gefrierbedingungen
Beim Gefrierkonzentrationsverfahren müssen Faktoren wie Gefriergeschwindigkeit, Gefriertemperatur und -zeit präzise gesteuert werden, um die Eiskristallgröße, -morphologie und -abtrennung vom Konzentrat zu optimieren und so die Qualität des Endprodukts zu gewährleisten. Die Gefrierkonzentrationstechnologie eignet sich besonders für wärmeempfindliche Lebensmittel und Getränke wie frische Obst- und Gemüsesäfte, Bioprodukte, Pharmazeutika und hochwertige Würzmittel. Sie maximiert die natürliche Qualität der Rohstoffe und zeichnet sich durch Energieeinsparung und hohe Effizienz aus. Allerdings weist auch dieses Verfahren gewisse Einschränkungen auf. Beispielsweise lässt sich der Konzentrationsprozess nicht effektiv sterilisieren und erfordert gegebenenfalls eine zusätzliche Sterilisationsbehandlung. Darüber hinaus kann sich bei Lösungen mit hoher Viskosität oder speziellen Inhaltsstoffen die Abtrennung der Eiskristalle vom Konzentrat erschweren, was die Konzentrationseffizienz verringert und die Kosten erhöht.
Veröffentlichungsdatum: 13. Februar 2025
