Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung

Projekte in den Förderprogrammen des BMEL, betreut durch den Projektträger BLE (PT BLE)

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Titel: Verbundprojekt: Energieeffiziente und produktschonende Erhitzungs- und Trocknungsverfahren für Lebensmittel durch Einsatz neuartiger Mikrowellentechnologie (NEWWAVE) - Teilprojekt 1
Titel (englisch): Collaborative project: Pasteurisation and drying of food material by novel microwave technology with high energy efficiency and minimal processing impact on valuable food components (NEWWAVE) - subproject 1
Beschreibung (dt.): Mikrowellen(MW)technologie zum Erwärmen von Lebensmitteln (LM) ist Standard in Haushalten, kaum dagegen in der industriellen LM-Erzeugung. Produktsicherheit und schonendes Erhitzen im Großmaßstab unterliegen noch erheblichen Unsicherheiten. Eine wesentliche Ursache ist, dass es bisher beim Erzeugen von MW über sog. Magnetrons nicht gelingt, ein gleichmäßiges Einkoppeln und Verteilen der Energie in den Behandlungsraum zu erreichen. NEWWAVE basiert auf einer innovativen Erzeugung von MW über Halbleitertechnologie und Dioden, die auf das LM fokussierte MW und eine gleichmäßige Feldverteilung erzielen. Damit ist eine Hauptursache für ein ungleichmäßiges Erhitzen eliminiert, und es können so die Vorteile der volumetrischen Energieeinbringung durch MW genutzt werden. Mit der Gestaltung des Produkts in Bezug auf Größe, geometrische Form und Zusammensetzung sowie Verpackung können mit dieser neuen MW-Technologie LM auf innovativem Wege schnell und damit effizient behandelt werden. Dioden nutzen sich nicht wie Magnetrons ab, was auch apparativ eine maßgebliche Schonung von Ressourcen bedingt. Die Fokussierbarkeit der MW auf Sektoren des LM erlaubt es, einzelne Komponenten z.B. von Fertiggerichten gemäß ihrer Form, Menge und Komposition gezielt zu erhitzen. Diese Vorteile gelten auch für Trocknungsverfahren für LM. Als produktschonend gelten bisher die Gefrier- oder die Vakuumtrocknung, die jedoch produktionstechnisch sehr ineffizient sind, da sie eine Trocknungsdauer von 48-72 h bedingen, was einen erheblichen Prozessstress für sensitive Stoffe im LM bedeutet und die Effizienz beeinträchtigt. Mit MW- können diese Verfahren signifikant schneller und schonend gestaltet werden. Aus diesem Grund soll das MW-Trocknen von LM zum besseren Qualitätserhalt in einer zweiten Projektsäule zur Ressourcenschonung optimiert werden. Gleichmäßigkeit und Effizienz sowohl bei Pasteurisations- und Trocknungsverfahren über die innovative MW-Technologie zu erreichen, ist Ziel des Vorhabens.
Beschreibung (engl.): The aim is to develop and to apply a novel microwave technology for the pasteurisation and drying of sensitive food material by preventing problems related hot and cold spots. These issues are based on unequal electromagnetic field distribution in the treatment chamber. which can be avoided by an alternative method for microwave generation using semi-conductor technology. NEWWAVE is structured in the following sections/work packages (WP): WP 1 Construction of a pilot plant unit considering the different challenges in pasteurisation and drying of food material and different physical backgrounds. WP 2 Etablishment of methods to assess temperature profiles in the test sample considering the structural changes during heating and drying, which require differenr sensor techniques. WP 3 Process development for MW-heating using solid food material and soft material. Sensor techniques establishes in WP 2 will be applied. WP 4 Process development for MW-vacuum- and MW-freesze drying. The aim is to achieve an equal distribution of water contents/dry matter across the test product. WP 5 Scale-Up, Key results from WP 1-4 will be applied in the final upgrade of the pilot plant to convert it in a unit with demonstrator properties using more complex food material. WP 6 Reporting, publishing.
Ergebnis (dt.): "Ziel des Forschungsprojekts war die Entwicklung eines energieeffizienten und produktschonenden Erhitzungs- und Trocknungsprozesses für Lebensmittel durch den Einsatz innovativer Mikrowellen (MW)-Generatoren auf Halbleiterbasis, auch als Solid State-Generatoren (SS) bezeichnet. Erhitzungs- und Trocknungsprozesse weisen einen sehr hohen Energie- und Zeitbedarf auf, der über den Einsatz von MW reduziert werden kann. Allerdings kommt es bei
vielen MW-Anwendungen zu einer inhomogenen Temperaturverteilung, die sich negativ auf
die Qualität, Sicherheit und Haltbarkeit des Lebensmittels auswirkt. Wie im Projekt gezeigt wurde, ermöglicht der Einsatz innovativer SS-Generatoren durch die gezielte Anpassung des externen MW-Felds die Vermeidung dieser Inhomogenitäten. Die Prozessierung im SS-System führte zu einem homogeneren und energieeffizienteren MW-Prozess im Vergleich zu einem konventionellen Magnetron-System. Neben der Konstruktion entsprechender Pilotanlagen war die Untersuchung des Einflusses verschiedener Prozess- und Produktparameter wesentlicher Bestandteil des Projekts."
Ergebnis (engl.): "The aim of the research project was to develop an energy-efficient and product-saving heating and drying process for food by using innovative microwave (MW) generators based on semiconductor-or solid-state-technology (SS). Heating and drying processes have high energy and time requirements, which can be reduced by the use of MWs. However, many MW applications result in an inhomogeneous temperature distribution, which negatively affects the quality, safety and storability of the final food product. As demonstrated in the project, the use of innovative SS-MW-Generators enables the avoidance of these inhomogeneities by selectively adjusting the external MW field. Processing in
the SS system resulted in a more homogeneous and energy-efficient MW process compared to the conventional magnetron system. In addition to the construction of the SS-MW pilot plants, the investigation of the influence of different process and product parameters was an essential part of the project."
Laufzeit: Beginn: 01.03.2018 / Ende: 31.07.2021
Ausf. Einrichtung: Technische Universität München - Wissenschaftszentrum Weihenstephan - Forschungsdepartment für Ingenieurwissenschaften - Lehrstuhl für Lebensmittelverfahrenstechnik und Molkereitechnologie, Freising
Themenfelder: Lebensmitteltechnologie, food technology, food engineering
Förderprogramme: Programm zur Innovationsförderung des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft
Schlagworte: Verarbeitung, processing, Lebensmittelqualität, food quality, Lebensmittelverarbeitung, food processing, Prozessqualität, process quality, Produktqualität, product quality, Produktsicherheit, product safety, Gemeinschaftsverpflegung, communal feeding, Inhaltsstoffe, ingredients, Nährstoffe, nutrients, Außer-Haus-Verpflegung, away-from-home catering
Förderkennzeichen: 281A105316
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