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5. Lebensmitteltechnologie > Trocknungsverfahren > Flashcards

Trocknungsverfahren Flashcards

1
Q

Bedeutung des Luftzustandes für LMT (4)

A

● Zu hohe Luftfeuchtigkeit verlangsamt die Trocknungsgeschwindigkeit.
● Zu trockene Luft kann beim Kühllagern zu Austrocknung der Oberfläche der Lebensmittel führen.
● Feuchte Luft bei erhöhter Temperatur ist z.B. für Agglomerieren erwünscht
● Feuchte Luft bei niedriger Temperatur wird für die Käsereifung benötigt

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2
Q

Dampfdruck
-> was ist es
-> wann Energie höher

A

-> Gasdruck in einem mehrphasigen geschlossenen System
-> Energie ist bei höherer Temperatur höher

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3
Q

Was ist die relative Luftfeuchtigkeit

A

-> Masse an Wasserdampf in der Luft in Relation zur maximal möglichen Menge (Wassersattdampfdruck) bei einer bestimmten Temperatur

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4
Q

Was ist die absolute Luftfeuchte

A

Masse an Wasserdampf die in einem Kubikmeter Luftvolumen gelöst ist (Einheit: g/m^3)

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5
Q

Was ist die Enthalpie und woraus setzt sich die Enthalpie eines Luft/Dampf-Gemisches zusammen

A

Enthalpie: Maß für die Energie eines thermodynamischen System

Enthalpie Luft/Dampf-Gemisch (h)
h = h L + x*h0

h L: Enthalpie der Luft
h0: Enthalpie des Dampfes

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6
Q

Was herrscht im Gleichgewicht an Phasengrenze zwischen freiem Wasser und Dampf

A

im Gleichgewicht -> Sattdampfdruck (p’‘D)

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7
Q

Was führt zu einer Dampfdruckabsenkung (Wasserbindungsvorgänge)

A

Erhöhung der Feststoffkonzentration -> Dampfdruckabsenkung

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8
Q

Wofür ist die Wasseraktivität (a w) ein Maß

A

-> Maß für die Konzentration freier Wassermoleküle in der die Probe umgebenen Gasphase

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9
Q

Wovon ist die Wasseraktivität (a w) abhängig und was beeinflusst sie

A

-> abhängig von der Osmolalität
–> beeinflusst:
- chemische und biochemische Reaktivität
- Mikroorganismen Wachstum
- Textur eines Lebensmittels

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10
Q

Was ist die Hygroskopizität

A

Vermögen einer Substanz, auf den Feuchtigkeitsgehalt der Luft durch Wasserdampfaufnahme oder -abgabe zu reagieren

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11
Q

Was ist die Sorptiv gebundene Feuchte

A
  • einzelne Moleküle binden nicht-kovalent an den freien Oberflächen eines Produkts
  • Gleichgewicht zwischen umgebener Luftfeuchte und Produktfeuchte
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12
Q

Was ist das Sorptionsverhalten

A
  • Eigenschaft eines hygroskopischen Erzeugnisses aus der Luft Wasserdampf aufzunehmen/abzugeben bis ein Gleichgewicht hergestellt ist
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13
Q

Was stellen Sorptionsisotherme dar
=> was ist aus Verlauf zu interpretieren

A

-> graphische Darstellung des Sorptionsverhalten einer Substanz
-> Beziehung zwischen Wassergehalt der Substanz und der relativen Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft
0> Verlauf beschreibt die Hygroskopizität

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14
Q

Mechanische vs. Thermische Trocknung

A

mechanische Trocknung:
- Feuchtgut Flüssigkeit ohne Zustandsänderung abpressen
- Einwirkung mechanischer Energie
- begrenzt auf Entwässerung der Mikrokapillaren
-> begrenzt auf deformierbare Güter

thermische Trocknung:
- es tritt eine Phasenänderung mindestens einer Komponente des Feuchtgutes auf
=> Wasser wird zu Wasserdampf

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15
Q

Trocknungsvorgang: Desorption einer Kapillaren
-> wie viel Schritte

A

-> 3 Schritte des Trocknungsverfahren

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16
Q
  1. Schritt des Trocknungsverfahren
A
  • konstante Trocknungsgeschwindigkeit
  • Oberfläche des Gutes enthält freie Feuchte und Verdunstung findet von da aus statt
  • Flüssigkeitströpfchen schrumpfen, bis sich im Inneren Feststoffgerüst gebildet hat
  • aus Inneren wird Wasser durch kapillare Zugkräfte an die Oberfläche transportiert
  • Produktfeuchte an Oberfläche sinkt bis zur maximalen hygroskopischen Feuchte
17
Q
  1. Schritt des Trocknungsverfahren
A
  • Trocknungsgeschwindigkeit nimmt ab
  • freie Feuchte mit einem a w nahe 1 tritt in das Innere des Gutes zurück
  • Wärmeübergang = Wärmeübergang an Oberfläche + Wärmeleitung im Gut zusammen
  • Wärmeleitfähigkeit der trockenen Außenzonen ist klein
18
Q
  1. Schritt des Trocknungsverfahren
A
  • zu Beginn dieses Abschnitts hat das Gut die maximal hygroskopische Feuchte erreicht
  • Trocknung kommt fast zum Stillstand, da Restfeuchte so gering höheren Dampfdruck hat als die zu trocknende Luft
19
Q

3 thermische Verfahren zur Feststoffabtrennung

A

Eindampfen:
- Abtrennung des Lösungsmittels aus einer Lösung durch Wärmezufuhr und damit verbundener Verdampfung
-> Endprodukt: konzentrierte Lösung
Trocknen:
- Abtrennung der Flüssigkeit aus Feststoff-Flüssigkeits-System, dem Feuchtgut, durch Verdunsten oder Ausdampfen der Flüssigkeit
-> Endprodukt: Trockengut
Sublimieren:
- fester Stoff durch Wärmezufuhr unter Überspringen des flüssigen Zustands direkt in gasförmigen Zustand über
-> Endprodukt: getrocknetes Gut mit annähernd ursprünglicher Form

20
Q

Wozu dient das Eindampfen

A
  • z.B. Zuckergewinnung
    Aufkonzentration/Einengung von Extrakten:
  • Kondensmilchherstellung
  • Nektarherstellung
21
Q

Trocknen durch Konvektionstrocknung

A

Wärmeübertragung auf das Trockengut durch Konvektion:
● Überströmen dünner Trockengutlagen
● Durchströmen einer Trockengutschüttung
● Wirbelschicht

Aufgaben der Luft:
● Wärmezufuhr
● Aufnahme des entstehenden Dampfes

22
Q

Trocknen durch Kontakttrocknung

A
  • direkter Kontakt des Trockengutes mit beheizten Flächen
  • Wärmeübertragung durch Wärmeleitung
  • Optimierung:
    ● Umlagerung und Wenden des Trockengutes
    ● dünne Schichtung
    ● Herabsetzung der Verdampfungstemperatur durch Vakuum
  • Anwendung: kompakte Stoffe (bessere Wärmeleitung)
    ● pastenartige Massen
    ● Flüssigkeiten
23
Q

Trocknen durch Strahlungstrocknung

A
  • Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung (durch Infrarotstrahler)
    -> hohe Strahlungstemperatur
  • hohe Oberflächentemperaturen am Trocknungsgut:
    ● schnelles Trocknen
    ● ABER: örtliche Überhitzung möglich, daher regelmäßiges Wenden
  • Anwendung: Trocknung dünner Schichten
24
Q

Was ist Verdunstungstrocknen
Welche Art von Trocknung ist das
Was hat der Dampfteildruck damit zu tun

A

-> beim Verdunstungstrocknen wird kontinuierlich warme Luft an das zu trocknende Gut übertragen (-> Konvektion)

-> Adiabate Trocknung: keine Wärme involviert, sondern ein energetischer Prozess

-> Dampfteildruck des Trocknungsgutes ist größer als der Dampfteildruck der Umgebungsluft (= Feuchtigkeit des Trocknungsgutes > Feuchtigkeit der Luft)

==> je Wärmer und trockener die Luft, desto schneller das Trocknen

25
Q

Wieso kühlt die Luft um das Verdunstungstrocknungsgut ab

A

feuchte Oberfläche entzieht der Luft Verdunstungswärme (Verdunstungsenergie), sodass die Luft abkühlt

26
Q

Zielstellung für Trockner
+ Beispiele für Trockner

A
  • möglichst an der gesamten Gutsoberfläche hohe Verdunstungen zu erzielen
  • die Energie der eingesetzten Trocknungsluft weitgehend auszuschöpfen
  • hygienischen Anforderungen gerecht zu werden

Beispiele:
● Hordentrockner
● Bandtrockner
● Tellertrockner
● Wirbelschichttrockner
● Zerstäubungs- oder Sprühtrockner

27
Q

Was ist die Sprühtrocknung

A
  • Trocknung von Flüssigkeiten wie Milch, Fruchtsäfte, Glukosesirup
  • schonendes Trocknungsverfahren, bei dem das Gut auf 40 bis 50°C erwärmt wird
    -> durch Versprühen des Trocknungsgutes -> größere Oberfläche wird erreicht
28
Q

Wie läuft die Sprühtrocknung ab

A

-> Prozess läuft in einem Turm ab
- gefilterte Frischluft wird im Wärmeaustauscher erhitzt und in Sprühturm eingeleitet
- Tropfen werden in Strom der Trocknungsluft gesprüht und mit diesem eingeführt (-> Gleichstromtrocknung)
- Tropfen müssen solange schweben, bis sie nicht mehr klebrig sind
- Oberfläche sollte nicht zu schnell austrocknen, da immer Wasser aus Kern in Tropfen nachdiffundieren muss
- Teil des Sprühgut sinkt, wird ausgetragen und gekühlt
- Feingut (ca. 40%) wird in nachgeschalteten Zyklon abgeschieden und zurückgeführt
- leichter Unterdruck durch Abluftventilator, der die Trocknungsluft durch gesamte Anlage absaugt

29
Q

Warum geringe Trocknungszeiten bei Sprühtrocknung
-> wie lange

A

-> Trocknungszeit 10 - 40 s
-> durch hohe Partialdruckdifferenzen möglich, dadurch geringer thermischer Wirkungsgrad

30
Q

Wie funktioniert die Verdampfungstrocknung

A
  • wasserhaltiges Gut wird durch Kontakt mit einer Heizfläche aufgeheizt
  • Sattdampfdruck (p’‘D.O) an Produktoberfläche = Umgebungsdruck
31
Q

Prinzip der Walzentrocknung

A

-> nur für Flüssigkeiten
- Metallwalzen werden von innen mit kondensierendem Dampf beheizt
- Energie wird frei und auf Walze übertragen
- Produkt trocknet als dünner Film an Oberfläche

32
Q

Wie kann Verdampfung bei geringerer Temperatur stattfinden
Wie funktioniert bei ähnlichen Bedingungen die Gefriertrocknung

A

-> Umgebungsdruck senken
= Vakuumverdampfungstrocknung

  • bei Gefriertrocknung bewirkt Wärmezufuhr ein Sublimieren des Eises direkt zum Dampf
33
Q

Was muss beim Sublimieren beachtet werden

A

Sublimationstemperatur muss unterhalb des eutektischen Punktes liegen, an dem sowohl freies Wasser – als auch das Lösungsmittel eine kristalline Struktur ausbilden

34
Q

Was ist Eutektikum bzw. eutektischer Punkt

A

das ist der niedrigste Schmelzpunkt aller Mischungen aus denselben Bestandteilen
=> Sublimieren unter diesem Punkt

35
Q

Warum muss beim Sublimieren dem Gut ständig Wärme zugeführt werden

A

Wegen Enthalpiedifferenz zwischen Wasserdampf und Eis muss zur Aufrechterhaltung des Massestroms (Wasserdampf) dauernd Kontaktwärme und Wärmestrahlung zugeführt werden

36
Q

Vorteile der Gefriertrocknung

A
  • tiefe Trocknungstemperaturen => schädigende Reaktionen werden stark gehemmt
  • Erhaltung der Struktur -> gute Rehydrierbarkeit
  • weitgehender Erhalt von Farbe, Vitaminen, Aminosäuren, Geschmack und Aroma
37
Q

Lagerungseigenschaften von gefriergetrockneten Produkten

A
  • poröse Struktur -> hohe spezifische Oberfläche für Kontakt mit Luftsauerstoff => Lagerung in gasdichten Verpackungen unter Vakuum oder Inertgas
  • niedrige Kosten durch Lagerung bei Raumtemperatur
    => Kompensation der hohen Trocknungskosten
38
Q

Gefriergeschwindigkeit und Eiskristallgröße + Auswirkungen

A

Gefriergeschwindigkeit bestimmt Eiskristallgröße -> je schneller, desto kleiner die Eiskristalle
- große Eiskristalle verursachen Zellschädigungen
- kleine Eiskristalle behindern Dampffluss
-> gibt Vor- und Nachteile

39
Q

3 Schritte der Gefriertrocknung

A
  1. Produkte werden i.d.R. vorher getrennt und in der Gefrierkammer auf -6 bis -30°C gefroren
    -> dünne Schichtdecke für bessere Trocknung beachten
  2. Haupttrocknung: Eisspiegel tritt nach und nach in Produktinnere zurück, bis alle Eiskristalle absublimiert sind -> Anstieg der Produkttemperatur erfolgt
    Atmosphäre über Trocknungsgut fast nur Wasserdampf -> wird durch Kondensator in Kühlfalle kondensiert. Vakuumpumpen halten Vakuum in Anlage aufrecht
  3. Nachtrocknung: gebundenes Wasser wird entfernt. Je höher die Temperatur, desto schneller diffundiert das Wasser an Oberfläche. Kammerdruckabsenkung beschleunigt dies zusätzlich.

5. Lebensmitteltechnologie (13 decks)

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