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Gefriertrocknung

Gefriertrocknung. Auch bekannt als Lyophilisierung. Eine Technik zum sanften Trocknen von Produkten. Basierend auf dem physikalischen Verfahren der Sublimation.

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Wie funktioniert die Gefriertrocknung?

Die Gefriertrocknung unter Vakuum wird eingesetzt, um empfindliche Produkte zu trocken, ohne diese zu beschädigen. Dabei macht man sich das Phänomen der Sublimation zunutze. Bedeutet, dass Wasser unter Vakuum direkt vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht.

Der Gefriertrocknungsprozess beginnt mit dem Einfrieren des Produkts, das unter Atmosphärendruck getrocknet werden soll. In der Regel geschieht dies mit Hilfe von kryogenen Flüssiggasen. Danach wird es unter Vakuum gesetzt. Die gefrorene Feuchtigkeit im Produkt sublimiert und kann in Form von Dampf leicht abgesaugt werden.

So kann Wasser teilweise oder vollständig entfernt werden. Zum Beispiel bei Lebensmitteln oder empfindlichen pharmazeutischen Substanzen. Ohne Erhitzen der Produkte. Wichtige Inhaltsstoffe und Aromen bleiben somit erhalten, und die Produkteigenschaften verändern sich nicht. Gefriergetrocknete Substanzen können daher später leicht rehydriert werden.

Was auch immer Sie trocknen möchten. Wir helfen Ihnen bei der Wahl der perfekten Vakuumlösung für Ihre Anforderungen.

Busch Vakuumtechnologie für die Gefriertrocknung

Was auch immer Sie trocknen möchten. Wir helfen Ihnen bei der Wahl der perfekten Vakuumlösung für Ihre Anforderungen.

Erfahren Sie mehr über Gefriertrocknung

Was ist Gefriertrocknung/Lyophilisation?

Die Gefriertrocknung, auch Lyophilisation genannt, ist ein dreistufiger Prozess: Das Produkt wird gefroren, die Temperatur gesenkt und schließlich das Eis durch Sublimation entfernt. Aufgrund der niedrigen Prozesstemperatur ist die Qualität des rehydrierten Produkts hervorragend. Und die ursprüngliche Form des Produkts bleibt erhalten.

Wie funktionieren industrielle Gefriertrocknungsanlagen?

Gefriertrockner bestehen aus drei Hauptelementen:

  • Eine Kammer, in der sich das Produkt befindet. Der Gefrierprozess des Produkts findet entweder vor oder im Inneren dieser Kammer statt. ·
  • Eine Kühlfalle (Kondensator), welche dazu dient, den Großteil der extrahierten Flüssigkeit aufzufangen. Sie ist von entscheidender Bedeutung, da ihre Effizienz die erforderliche Vakuumleistung und die Kosten des Systems stark beeinflusst. ·
  • Eine Vakuumeinheit
Ein tiefgefrorenes Produkt wird in eine luftdichte Trockenkammer gelegt. Eine Vakuumpumpe verringert den Luftdruck in der Kammer bis ein Druck von 1 bis 0,5 mbar erreicht wird. Unter Vakuum beginnt der Verdampfungsprozess des gefrorenen Wassers bereits bei -50 bis -40 Grad Celsius. Der Wasserdampf wird dann von der Vakuumpumpe aus der Trockenkammer abgesaugt und in einen nachgeschalteten Kondensator geleitet. In dieser sogenannten Eisfalle, die auf mindestens -70 Grad Celsius gekühlt ist, lagert sich der Wasserdampf in Form von Eis auf einer Kühlschlange ab. In diesem Prozessschritt wird dem Produkt ein Großteil der Feuchtigkeit entzogen.

Bei vielen Nahrungsmitteln folgt auf die Primärtrocknung die Sekundärtrocknung. Durch diesen Prozess wird dem Produkt Restfeuchte entzogen, indem das Vakuumniveau auf 0,01 mbar oder weniger gesenkt und gleichzeitig die Temperatur über den Gefrierpunkt erhöht wird. Anschließend wird die Trockenkammer auf Atmosphärendruck belüftet. Zur Belüftung wird trockene Luft oder ein Schutzgas verwendet, damit das getrocknete Produkt keine Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft aufnehmen kann. Schließlich wird das getrocknete Produkt mit einem Wassergehalt von ein bis vier Prozent zur Weiterverarbeitung entnommen.

Wie wird Vakuum bei der Gefriertrocknung eingesetzt?

Die Gefriertrocknung ist ohne Vakuum nicht möglich, da sie nicht bei Umgebungsdruck durchgeführt werden kann. Üblicherweise ist ein Druck unter 1 mbar erforderlich. Vakuum wird während der Sublimation in der Primärtrocknung verwendet und spielt auch bei der Desorption in der Sekundärtrocknung eine Rolle. Bei Durchlaufgefriertrocknern werden Vakuumpumpen darüber hinaus für die Luft-Schleusen eingesetzt. Zu den wichtigsten Anwendungsbereichen der Gefriertrocknung gehören biologische (z. B. Bakterien und Hefepilze) und biomedizinische Verfahren (z. B. chirurgische Transplantate), sowie die Lebensmittelverarbeitung (z. B. Kaffee) und -konservierung.

Welche Vorteile bietet die Vakuumgefriertrocknung gegenüber anderen Technologien?

Die Gefriertrocknung ermöglicht die schonende Entfernung von Wasser aus Produkten wie Lebensmitteln oder empfindlichen pharmazeutischen Substanzen. Ohne, dass die Produkte dazu erhitzt werden müssen. Das hat mehrere Vorteile: Wichtige Inhaltsstoffe und Aromen bleiben erhalten und die Eigenschaften des Produkts bleiben unverändert. Gefriergetrocknete Substanzen können daher später problemlos rehydriert werden. Im Idealfall sollten Sie den Unterschied zwischen rehydrierten gefriergetrockneten Lebensmitteln und frischen Lebensmitteln gar nicht erkennen können.

Welche Vakuumpumpen sind am besten geeignet für die Gefriertrocknung?

Die Gefriertrocknung erfordert in der Regel einen Druck unter 1 mbar. Für industrielle Anwendungen sind ölgeschmierte Drehschieber-Vakuumpumpen in Kombination mit Vakuum-Boostern eine kostengünstige Lösung, wenn korrosionsfreie Lösemittel gefördert werden. Für die pharmazeutische Gefriertrocknung sind trockene Schrauben-Vakuumpumpen die Lösung der Wahl. Sie vereinen ein trockenes Funktionsprinzip mit der Möglichkeit des Clean-in-Place (CIP). Zweistufige ölgeschmierte Drehschieber-Vakuumpumpen haben sich in der Gefriertrocknung in Laboren bewährt. Scroll-Vakuumpumpen bieten eine hervorragende trockene Alternative.

Welche Vakuumpumpen von Busch eignen sich am besten für die Gefriertrocknung?

R5 Vakuumpumpen in Kombination mit einem Vakuum-Booster eignen sich hervorragend für industrielle Anwendungen mit nicht-korrosiven Lösemitteln. In der Lebensmittelindustrie beispielsweise ist diese Kombination eine bevorzugte Lösung. Bei der pharmazeutischen Gefriertrocknung sind COBRA Vakuumpumpen aufgrund des trockenen Funktionsprinzips und der Möglichkeit des Clean-in-Place (CIP) die Vakuumerzeuger der Wahl. COBRA kann je nach Bedarf mit oder ohne Vakuum-Booster eingesetzt werden. Im Labor kommt bevorzugt die ölgeschmierte ZEBRA zum Einsatz. Wird eine trockene Lösung benötigt, ist FOSSA eine hervorragende Alternative.

Wie wird Vakuumtechnologie von Busch in der Gefriertrocknung in der Praxis eingesetzt?

Busch Vakuumpumpen werden weltweit zur Gefriertrocknung von Lebensmitteln wie Obst, Suppen und Nudeln eingesetzt. Unsere COBRA, R5und Vakuum-Booster werden für die Gefriertrocknung von Instantkaffee eingesetzt, eine anspruchsvolle Anwendung, da die Gefahr besteht, dass Kaffee in die Vakuum-Pumpen gelangt. Sie werden auch zur Gefriertrocknung von empfindlichen biologisch-aktiven Substanzen in der Pharma- und Biopharmaindustrie eingesetzt. Eine exotischere Anwendung ist das Trocknen von wassergeschädigten antiken Büchern und Spiralen. Busch Vakuumpumpen wurden sogar eingesetzt, um ein Schiff zu trocknen. Letzteres wurde vom Grund eines Sees an die Oberfläche gebracht, wo es jahrhundertelang begraben lag.

Was sind die wichtigsten Aspekte, die beim Kauf eines Vakuumsystems für die Gefriertrocknung zu beachten sind?

Auf der folgenden Seite haben wir alle Punkte zusammengefasst, die beim Kauf eines Vakuumsystemszu beachten sind.

Anwendungen, bei denen die Gefriertrocknung zum Einsatz kommt

Gefriertrocknung in der Lebensmittelindustrie

Die Gefriertrocknung ermöglicht es zum Beispiel, Lebensmitteln Wasser zu entziehen. Ohne Erhitzen oder langwierige Trocknungsprozesse, bei denen Nährstoffe, Aroma und Vitamine verloren gehen.

Durch die Gefriertrocknung unter Vakuum bleiben diese essenziellen Inhaltsstoffe weitestgehend erhalten. Der Wasserentzug verändert dabei die innere Struktur der Lebensmittel nur geringfügig. Im Idealfall lassen sich rehydrierte Lebensmittel nicht von frischen unterscheiden.

Typische Beispiele für gefriergetrocknete Lebensmittel sind Kaffeegranulat und andere Instantgetränke, aber auch Gewürze und Früchte für Müslimischungen. Gelegentlich schaffen es gefriergetrocknete Produkte sogar in den Weltraum. Als wesentliche Bestandteile der Astronautennahrung.

Unsere Lösungen

Gefriertrocknung in der pharmazeutischen Industrie

Die Gefriertrocknung ist ein besonders schonendes Verfahren zur Entfernung von Wasser aus empfindlichen Produkten. Sie eignet sich daher hervorragend zum Trocknen von pharmazeutischen Substanzen wie Antibiotika, Impfstoffen oder Bakterien. Nach der Trocknung können diese einfacher transportiert werden und sind gleichzeitig stabiler.

Das zu entziehende Wasser geht direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über. So kann es entfernt werden, ohne die Substanzen erhitzen und beschädigen zu müssen. Die Produkteigenschaften bleiben dabei unverändert.

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