This module should give the user a deeper understanding of the drying process of fruits and highlights the influencing factors on high product quality and efficient processing

Sturm, Barbara

von Gersdorff, Gardis

Organic Eprints

Trocknung von FrüchtenDr. Sturm, Barbara, von Gersdorff, GardisUni Kassel, Ökologische AgrarwissenschaftenWitzenhausen (Germany)barbara.sturm@uni-kassel.deModul: Nachhaltige Verarbeitung ökologischer LebensmittelModul 4.3 Allgemeine Ziele und Herausforderungen der DehydrationWissenschaftliche Ansätze Fruchttrocknung im ObstgartenQualitätsparameter für getrocknete Früchte Ziele in der Fruchttrocknung Einflussfaktoren auf die Fruchtqualität Verbesserungen in der Fruchttrocknung PulverherstellungGliederungModul: Nachhaltige Verarbeitung von Bio-LebensmittelnDieses Modul soll dem Anwender ein tieferes Verständnis des Trocknungsprozesses von Früchten vermitteln und die Einflussfaktoren auf hohe Produktqualität und effiziente Verarbeitung aufzeigenLernerfolge• Reduzierung des Feuchtigkeitsgehaltes• Reduzierung der chemischen und biologischen Aktivität• Verlängerung der Haltbarkeit• Verhinderung von Trockenmasseverlusten• Einfache und kostengünstige Handhabung von Produkten• Erhalt der ernährungsphysiologischen, biologischen und technischen Eigenschaften des ProduktesDehydration von Lebensmitteln ist für 15-25% des industriellen Energieverbrauchs bei niedrigen Energieeffizienzwerten (35-45%) und oft unbefriedigender Produktqualität verantwortlichAllgemeine Ziele der DehydrierungDer Feuchtigkeitsgehalt der feuchten Basis (MCwb, auch als W bekannt) ist am häufigsten für Landwirte und Produzenten und wird wie folgt definiert:Kräuter und Gewürze sind stetig bei 10 % MCwbMCwb =WassermasseTrockenmasse +Wassermassex 100Exkursion FeuchtigkeitsgehaltorTrockener Basisfeuchtigkeitsgehalt (MCdb, auch bekannt als X) ist für Wissenschaftler am üblichsten und wird als definiertEr wird wie folgt umgewandelt:MCdb =WassermasseTrockenmasse• 100Exkursion Feuchtigkeitsgehalt Vitamin degradation• Most of the vitamins are not heat stable or are reduced by enzymatic oxidation Changes in structure, texture, colour, flavour, taste• Protein denaturation• Protein/Lipid oxidation• Non-encymatic reactions (e.g. browning) Often not fully reconstitutionable• Complete rehumidification is not possible; less water than being lost during drying can be absorbedChallenges during the drying processHerausforderungen in der industriellen TrocknungAusgangssituation (Mujumdar, 2007)Veraltete technische GeräteUnnötig lange TrocknungszeitenErhöhter EnergiebedarfAbhängigkeit von Öl- und GaspreisenNotwendigkeit der AnpassungDie Produkttemperatur ist normalerweise unbekanntErfolgeGezielte ProzesskontrolleTechnisch einfach umsetzbare Lösungen (Upgrade von Geräten)Erhöhte Kapazität oder kleinere Geräte Flexibilität in der ProduktionReduzierung von Energiekosten und -anforderungenProzessanalyse und -optimierungThermodynamikProduktqualitätOperation nach Einheit oder Teil des gesamten ProzessesProcesskontrolle (Lufttemperatur, -geschwindigkeit und rel. Luftfeuchtigkeit) Einstufig Mehrstufig, zeitgesteuert (Chua et al., 2000) Mehrstufig, basierend auf optischer Analyse (Martynenko, 2008)• Messwerte müssen verwendet werden, um dem System eine Rückmeldung zu geben, z. Anpassung der ProzessparameterZu jedem Zeitpunkt des Trocknungsprozesses sollte die Beziehung zwischen Lufttemperatur, -geschwindigkeit und relativer Luftfeuchtigkeit ausgeglichen seinWissenschaftliche Ansätze Obstgärten werden häufig mit einer hohen ökologischen Bedeutung verwendet• Erhaltung der Kulturlandschaft• Artenschutz• Anbau von regionalen FrüchtenNegativer Effekt: Im Vergleich zum intensiven Obstanbau geringere ErträgeWertschöpfung für Produkte ist notwendig, um den wirtschaftlichen Wert von Obstgärten zu erhöhenEffiziente Verarbeitung ist erforderlich!Fruchttrocknung im ObstgartenWas heißt das?• Sie definiert den Grad der Konvergenz zwischen der Erwartung an/den Bedarf eines Produkts und seinen tatsächlichen Eigenschaften- Produktqualität- Prozessqualität- Verbraucher (Händler) orientierte QualitätQualitätsparameters für getrocknete Früchte Farbe (Aussehen) Menge der ätherischen Öle / Aroma (Geruch, Geschmack, Nährwert) Nährwert (Vitamine etc.) Sekundäre Pflanzenbestandteile (Nährwert) Struktur (Aussehen) Es ist nicht vermeidbar, die Parameter während des Dehydratisierungsvorgangs durch Oxidation und Verdampfung negativ zu beeinflussen, Veränderungen können jedoch auf ein Minimum reduziert werden⇨ Trocknen kann die Qualität des Rohmaterials nicht verbessern! Mikrobieller Befall (Schimmelpilze, Hefen, bakterielle Krankheitserreger)⇨ kann nicht durch Trocknen verringert werden, aber das Wachstum kann gehemmt werdenQualitätsparameters für getrocknete FrüchtePhasen der Fruchttrocknung Phase I (nur für regennasses Rohmaterial)• Verdunstung auf der Oberfläche• Konstante Trocknungsrate Phase II• Eindampfen aus dem Inneren von Produkten und Diffusion durch bereits getrocknete Schichten• Temperaturanstieg im Produkt• Sinkende Trocknungsrate  Phase III• Weitere Verdampfung von physikalisch-chemischem gebundenem Wasser bis Feuchtigkeitsgleichgewicht erreicht istZiele der FruchttrocknungDer Entwässerungsprozess für Kräuter sollte so kurz wie möglich sein• Lange Trocknungszeiten verringern die Produktqualität aufgrund chemischer und physikalischer Veränderungen• Erreichbar durch produktorientierte Trocknungsprozesse und Kontrolleder Trocknungsparameter Vermeidung von Übertrocknung• und daher Verlust von wertvollen Verbindungen, Farbe usw.• Der Trocknungsvorgang sollte gestoppt werden, wenn der endgültige Feuchtigkeitsgehalt erreicht ist, nicht nach einer bestimmten Zeit!Vermeidung von ÜbertrocknungHohes Energieeinsparpotenzial ⇨ Reduzierung der BearbeitungskostenDer Trocknungsprozess ziel darauf ab das Produkt so schnell wie möglich zu trocknen, um zu vermeiden, dass:• Mikrobielles Wachstum (welches feucht und Temperatur +/-37 ° C benötigt) stattfindet• Abbauprozesse von Farbe und wertvollen Komponentendurch Oxidation stattfindenDie Luftgeschwindigkeit muss ausreichend sein (mind. 0,12 m / s), um einen ausreichenden relativen Luftmassenstrom zu erreichen• Zu hoch -> ungesättigte Luft, ineffizient• Zu wenig -> gesättigte Luft, Feuchtigkeit bleibt auf der Produktoberfläche, ineffizient, längere Trocknungszeiten• Gefahr der Feuchtigkeitsansammlung durch ungleiche TrocknungBesonders bei niedrigen Temperaturen ist die Luftgeschwindigkeit der wichtigste Trocknungsparameter!Ziele der Fruchttrocknung Gezielte kurze Trockenzeiten setzen die Anwendung zu hoher Trocknungstemperaturen voraus• Poröse Oberflächen und Zellschäden des Endproduktes• Abbau von wertvollen Verbindungen Zu niedrige Temperaturen können zu unnötigen langen Trocknungszeiten führen• Qualitätsverluste durch lange Reaktionszeiten für Abbauprozesse• Hohe Energieverbräuche Die "Goldene Mitte" wird benötigt, um minimale Qualitätsverluste und einen angemessenen Energieverbrauch zu erreichenZiele der FruchttrocknungFaktoren, die Einfluss auf die Qualität nehmen Vor der Trocknung:Anfangsfeuchtigkeitsgehalt• Bedingungen während der ErnteZeit zwischen Ernte und Verarbeitung• Abbau während der Lagerung durch Selbsterhitzung, Enzyme usw.Mikrobieller Befall Während der Trocknung:Lufttemperatur• Erhebliche Auswirkungen auf die Produkttemperatur• Verluste an wertvollen KomponentenRelative Feuchtigkeit innerhalb des TrocknersLuftfluss (Risiko der Rezirkulation ⇨ Ansammlung von Pathogenen)Dicke des Rohmaterials Qualitätsverluste während eines beliebigen Bearbeitungsschrittes können in weiteren Bearbeitungsschritten nicht kompensiert werden!• Die gesamte Prozesskette muss ausgezeichnet sein! Der Trocknungsprozess (Dauer, Prozessparameter) hängt vom Rohmaterial ab• Jeder Trocknungsprozess ist individuell und sollte abhängig von der Materialqualität und der Ladekapazität des Rohmaterials überwacht werdenRoh-materialWaschenSchälenSchnittThermale Vorbehand-lungChemischeVorbehand-lungTrocknungVerpackungLagerungNach-behandlungVerarbeitungsschritteVorbehandlungen von Früchten zielen darauf ab, bioaktive Prozesse wie die nicht-enzymatische Bräunung zu reduzierenChemisch:• Ascorbinsäure / Zitronensäure Thermisch:• Blanchieren (Verlust von löslichen Verbindungen!!)Alle chemischen und mikrobiellen Abbauprozesse benötigen jedoch WasserMindesthaltbarkeit zwischen Vorbehandlung und Trocknung zur Erhaltung der Qualität, kurze TrocknungszeitenVorbehandlungenLuftverteilung• Ungleiche Luftverteilung führt zu ungleicher Trocknung der Masse• Kann durch kleine Änderungen der Trocknerkonstruktion verbessert werden• Kann durch entsprechende Lüfter verbessert werdenRohmaterial• geschält / ungeschält• anfänglicher Feuchtigkeitsgehalt• DickeWeite Faktoren mit Einfluss auf die QualitätVerbesserungen bei der Fruchttrocknung Produktspezifische Trocknung• Ganze Pflanze / Teile• Wissen über wertvolle Komponenten• Angepasste Massengewichte Kontrolle der Luftgeschwindigkeit• Entfeuchtung ⇨ rel. Luftfeuchtigkeit ≤ 70% über dem Volumen• Gleiche Luftverteilung, genügend Luft verfügbar Produkttemperaturgesteuerte TrocknungPhasentrocknung: höhere Temperaturen zu Beginn, bis die Oberfläche trocken ist, weitere Trocknung bei qualitätssparenden Temperaturen• Qualitätsparameter müssen definiert werden• Kritische Temperatur muss bekannt seinVerringerte Trocknungszeiten, Hohe ProduktqualitätGroße Nachfrage nach Fruchtpulvern weltweitNatürliche FarbstoffeNahrungsergänzungsmittelPharmaceuticaMöglichkeit,> 80 € / kg Fruchtpulver (qualitätsabhängig) zu gewinnenAnforderungen:<5% FeuchtigkeitsgehaltSchonendes Fräsen,Vermeidung von Hitzestress ⇨Qualitätsverluste!Produktspezifische Verpackung und Lagerung zur Vermeidung von RückbefeuchtungPulver-ProduktionProdukttemperaturLufttemperaturFeuchtigkeitsgehalt X, gW/gDBTemperatur ∇, oC80604020Temperaturen als Funktionen des FeuchtigkeitsgehaltsSource: Krischer & Kast, 1978Vergleich von Lufttemperatur- (TA) und Produkttemperatur-kontrolliertem (TP) TrocknenLufttemperatur ProdukttemperaturKostengünstige Geräte zur Messung der Oberflächentemperatur von Produkten Pyrometer Infrarot-Kamera (IR)• Daten können in das System zurückgeführt werdenProdukt-Temperaturgesteuerte TrocknungDes Weiteren Trocknungsstrategien basierend auf Farbe• CCD-Sensor-Anwendungen (RGB-Kameras etc.) Trocknungsstrategien basierend auf spektrale Information• Photospektrometer, Hyperspektralbildgebung usw.Die Fruchttrocknung zielt auf hohe Produkt-qualitäten und niedrigen Energieverbrauch abthereforeDie Trocknungszeit von Früchten sollte so kurz wie möglich seinVerarbeitungsparameter beziehen sich auf jedes einzelne ProduktDie Trocknungsparameter sind nicht festgelegt und ihre Kontrolle hängt mit den Veränderungen des Produkts während des Trocknens zusammenFazitChua, K. J.; S. K. Chou; J. C. Ho; A. S. Mujumdar & M. N. Hawlad. 2000. Cyclic Air Temperature during drying of guave pieces: Effects on moisture and ascorbic acid contents. Food and Bioproducts Processing 78 (2): 28-72. Krischer, O. & W. Kast. 1978. Die wissenschaftlichen Grundlagen der Trocknungstechnik, Bd. 1. 3. Auflage, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg. Martynenko, A. 2008. Computer Vision System for Ginseng Drying: Remote Sensing, Control and Optimization of Quality in Food Thermal Processing. VDM Verlag, SaarbrückenMujumdar, A. S. 2007. Handbook of Industrial Drying. CRC Press, Boca Raton, New York, OxonSturm, B. 2018. Automatic control of apple drying with respect to product temperature and air velocity in References1.Wie hoch ist die Mindestluftgeschwindigkeit für die Trocknung von Früchten?2.Was verursacht Qualitätsverluste in getrockneten Kräutern• Vor der Trocknen?• während des Trocknens?3.Nennen Sie ein Risiko, das beim Blanchieren auftreten kann (Vorbehandlung)4.Wie hoch ist der endgültige Feuchtigkeitsgehalt für die Herstellung von Fruchtpulvern?Selbstauswertung

Modul(e) 4.3 Fruit drying/Obsttrocknung/Essiccamento (frutta)

http://orgprints.org/35091/1/e-learning_4.3_Fr%C3%BCchtetrocknung.pdf

Modul(e) 4.3 Fruit drying/Obsttrocknung/Essiccamento (frutta)

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