Stufenplatten-Ultraschallgeräte für die ultraschallunterstützte Gefriertrocknung
Die Gefriertrocknung oder Lyophilisation ist ein Verfahren zur Dehydratisierung, mit dem wärmeempfindliche biologische Materialien und Lebensmittel konserviert werden. Die Gefriertrocknung wird in der Lebensmittel- und Pharmaherstellung häufig eingesetzt, da diese Methode die Strukturen der enthaltenen Verbindungen und die Nährwerte erhält. Herkömmliche Gefriertrocknungssysteme weisen jedoch oft lange Zykluszeiten, einen hohen Energiebedarf und eine eingeschränkte Skalierbarkeit auf. Die Behandlung mit luftgetragenem Ultraschall optimiert Gefriertrocknungsprozesse erheblich. Stufenplatten-Ultraschallgeräte von Hielscher bieten entscheidende Vorteile für eine effiziente Gefriertrocknung.
Prozessintensivierung durch ultraschallunterstützte Gefriertrocknung
Die ultraschallunterstützte Gefriertrocknung ist eine leistungsfähige Technik zur Prozessintensivierung, bei der hochfrequente akustische Energie in die herkömmliche Lyophilisation eingebracht wird, um den Stoff- und Wärmetransport zu beschleunigen. Durch die Anwendung von Ultraschall mit einem berührungslos arbeitenden Stufenplatten-Ultraschallgerät werden Mikrovibrationen und lokale Druckschwankungen innerhalb der gefrorenen Matrix erzeugt. Diese Effekte stören Grenzschichten, erhöhen die Sublimationsraten und erzeugen eine offenere poröse Struktur, wodurch die Trocknungszeiten verkürzt und der Energiebedarf verringert werden. Dadurch ermöglicht die Ultraschallunterstützung eine schnellere und effizientere Gefriertrocknung, während die strukturelle und biochemische Integrität empfindlicher Produkte erhalten bleibt.
- Kürzere Trocknungszeiten
- Geringerer Energieverbrauch
- Milde, schonende Behandlung
- Berührungsloser Prozess
Was sind Stufenplatten-Ultraschallgeräte?
Stufenplatten-Ultraschallgeräte von Hielscher sind speziell entwickelte Ultraschallgeräte, die über eine strukturierte Titanplatte Ultraschallwellen hoher Intensität aussenden. Diese Platte weist eine abgestufte Geometrie auf. Im Gegensatz zu Ultraschallgeräten mit Sonotrode, die in direktem Kontakt mit einer Flüssigkeit arbeiten, übertragen Stufenplatten-Ultraschallgeräte luftgetragenen Ultraschall durch Luft- oder Gasgrenzflächen und ermöglichen so eine berührungslose Beschallung.
Bei der ultraschallunterstützten Gefriertrocknung (UAFLD) werden diese Stufenplatten nahe der Oberfläche gefrorener Proben positioniert und übertragen starke akustische Wellen durch die Sublimationsgrenzfläche, ohne das Produkt zu berühren. Das Ergebnis sind ein verbesserter Stofftransport, eine beschleunigte Sublimation und die Erhaltung der Mikrostruktur, selbst bei empfindlichen oder hygroskopischen Materialien.
Anwendungen
- Gefriergetrocknetes Obst, Gemüse und Kräuter
- Hochwertige Nutrazeutika und bioaktive Substanzen
- Probiotische Kulturen und durch Fermentation gewonnene Produkte
- Fertiggerichte und Notrationen
- Pharmazeutische Hilfsstoffe (z. B. Mannitol, Trehalose)
Ultraschallunterstützte Gefriertrocknung mit dem Stufenplatten-Ultraschallgerät von Hielscher
Stufenplatten-Ultraschallgeräte für die industrielle Gefriertrocknung
Die ultraschallunterstützte Gefriertrocknung mit Stufenplatten-Ultraschallgeräten von Hielscher verbessert und erleichtert die Dehydratisierung bei niedrigen Temperaturen. Sie verbindet die bewährten Prinzipien der Gefriertrocknung mit der kinetischen Beschleunigung durch Ultraschallenergie – ohne die Produktqualität oder Sicherheit zu beeinträchtigen.
Angesichts der wachsenden Nachfrage nach energieeffizienten Konservierungsmethoden mit hohem Durchsatz, die den Clean-Label-Anforderungen entsprechen, bietet dieser berührungslose Ultraschallansatz einen überzeugenden Weg in die Zukunft.
Für Lebensmitteltechnologen, Verfahrenstechniker und Hersteller bieten Stufenplatten-Ultraschallgeräte von Hielscher eine effiziente, skalierbare und robuste Lösung für eine hochwertige Lebensmittelverarbeitung.
Entwicklung, Fertigung und Beratung – Qualität Made in Germany
Ultraschallgeräte von Hielscher sind für höchste Qualitäts- und Designstandards bekannt. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen die reibungslose Integration unserer Ultraschallgeräte in industrielle Anlagen. Ultraschallgeräte von Hielscher bewältigen raue Bedingungen und anspruchsvolle Umgebungen problemlos.
Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt besonderen Wert auf leistungsstarke Ultraschallgeräte mit modernster Technologie und hoher Benutzerfreundlichkeit. Selbstverständlich sind Ultraschallgeräte von Hielscher CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.
Stufenplatten-Ultraschallgerät von Hielscher
Häufig gestellte Fragen
Was ist Gefriertrocknung?
Die Gefriertrocknung ist ein Verfahren zur Dehydratisierung, bei dem ein Produkt zunächst eingefroren und anschließend unter vermindertem Druck getrocknet wird, sodass das Eis direkt zu Dampf sublimiert. Dadurch bleiben die Struktur, die Bioaktivität und empfindliche Verbindungen erhalten.
Was ist Lyophilisation?
Lyophilisation ist der Fachbegriff für Gefriertrocknung. Er bezeichnet denselben Prozess, der in der Pharma-, Lebensmittel- und Biotechnologieindustrie häufig eingesetzt wird.
Was ist der Unterschied zwischen Gefriertrocknung und Lyophilisation?
Es gibt keinen funktionellen Unterschied. Gefriertrocknung ist die gebräuchliche Bezeichnung; Lyophilisation ist der wissenschaftliche Begriff. Beide bezeichnen denselben Trocknungsprozess auf der Grundlage der Sublimation.
Welche Vorteile bietet die Gefriertrocknung?
Die Vorteile der Gefriertrocknung liegen vor allem darin, dass sie den Nährwert, die strukturelle Integrität und die bioaktiven Verbindungen eines Produkts erhält. Da der Prozess bei niedrigen Temperaturen stattfindet, werden selbst wärmeempfindliche Materialien nur minimal thermisch belastet. Dadurch behält das getrocknete Material eine hervorragende Qualität und kann über lange Zeiträume mit wenigen oder ganz ohne Zusatzstoffe gelagert werden. Bei der Rehydratisierung erhält das Produkt schnell seine ursprüngliche Textur und sein ursprüngliches Aussehen zurück und bietet damit eine Qualität, die herkömmliche Trocknungsmethoden nur selten erreichen.
Welche Nachteile hat die Gefriertrocknung?
Die herkömmliche Gefriertrocknung erfordert komplexe Anlagen und ist aufgrund ihrer Energiekosten teuer. Im Vergleich zur herkömmlichen Wärmetrocknung hat die Gefriertrocknung längere Verarbeitungszeiten und erfordert Systeme für kontrolliertes Einfrieren sowie Vakuumsysteme. In Standardkonfigurationen ist der Durchsatz begrenzt. Deshalb ist die ultraschallunterstützte Gefriertrocknung eine innovative Technik zur Prozessintensivierung, die höhere Durchsätze bei kürzeren Verarbeitungszeiten und geringeren Verarbeitungskosten ermöglicht.
Literatur / Quellen
- Katharina Schössler, Henry Jäger, Dietrich Knorr (2012): Novel contact ultrasound system for the accelerated freeze-drying of vegetables. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 16, 2012. 113-120.
- Gallego-Juárez, J. A., Riera, E., de la Fuente Blanco, S., Rodríguez-Corral, G., Acosta-Aparicio, V. M., Blanco, A. (2007): Application of High-Power Ultrasound for Dehydration of Vegetables: Processes and Devices. Drying Technology, 25(11), 2007. 1893–1901.
- Juan A. Gallego-Juarez (2007): High-power ultrasonic processing: Recent developments and prospective advances. Physics Procedia, Volume 3, Issue 1, 2007. 35-47.
Hielscher Ultrasonics stellt leistungsstarke Ultraschallhomogenisatoren vom Labormaßstab bis zum Industriemaßstab her.