PEF-Technologie
Prozessoptimierung und innovative Produktmöglichkeiten
Ziel vieler lebensmittelproduzierender Betriebe ist die Optimierung ihrer Prozesse und der damit oft einhergehenden Energieeinsparung unter Beibehaltung oder Steigerung der Produktqualität. Die innovative Technologie der gepulsten elektrischen Felder (PEF, pulsed electric fields) wird bereits vielfach in der Industrie genutzt und etabliert sich in mehreren Produktionszweigen der Lebensmittelindustrie, auch in gemüseverarbeitenden Prozessen.
Für die PEF-Behandlung wird das Produkt kurzen Hochspannungspulsen ausgesetzt. Das elektrische Feld bewirkt eine Veränderung der Zellmembran von tierischen und pflanzlichen Zellen. Die durch die Pulse hervorgerufene Potenzialänderung induziert eine Porenbildung in der Membran. Aufgrund der Porenbildung wird das Grundprinzip auch als Elektroporation bezeichnet. Durch die Veränderung der Membrandurchlässigkeit können weitere Prozessschritte, die einen Massentransportschritt als Grundlage beinhalten, optimiert werden.
Blanchieren
Die Gemüseverarbeitung beinhaltet viele unterschiedliche Prozessschritte, die den Gesamtprozess sehr komplex machen. Dazu kommt, dass es unterschiedliche Endprodukte gibt, angefangen von Dosenprodukten bis hin zu gefrorenen Produkten. Auf dem Weg zum finalen Produkt durchläuft das Gemüse diverse Prozessschritte, die zum Teil sehr energieaufwendig sind.
Je nach Art wird das Gemüse nach der Reinigung blanchiert, d. h. kurzzeitig heißem Wasser ausgesetzt. Das Blanchieren hat den Zweck, das Gemüse für die Verarbeitung weicher zu machen und somit den Bruchanteil zu reduzieren. Dieses ist insbesondere z.B. bei Bohnen wichtig, da diese ohne den Erhitzungsschritt schnell während der Produktion brechen. Aber auch die Enzymaktivität, zumeist Oxidasen, wird durch den Erhitzungsschritt gestoppt. Nachteil des Blanchierens ist der hohe Energieaufwand und zum Teil Kapazitätslimitierungen, die durch die Inkubationszeiten hervorgerufen werden. Die durch PEF hervorgerufene Strukturveränderung durch Porenbildung in der Membran bewirkt eine erhöhte Flexibilität des Produktes und es kommt zu weniger Bruch in der Produktionskette.
Elektroporation
Da das Grundprinzip von PEF, die Elektroporation, rein physikalisch ist, kommt es zu keinem Temperaturanstieg. Durch die von PEF induzierte offene Struktur der Rohware wird der Massentransport beschleunigt, sodass auch Wärmeleitprozesse beschleunigt werden. Bei dem Blanchierprozess wird die Wärme schneller in das Produkt geleitet. Folglich wird eine Inhibierung der Enzymaktivität schon bei kürzeren Inkubationszeiten erreicht. Zusammenfassend ermöglicht PEF eine Reduktion der Blanchierzeit um bis zu 50 % abhängig von der Art des Gemüses. Im Fall, dass der Blanchierschritt nur für die Strukturerweichung eingesetzt wird, wie z. B. bei Paprika oder Spargel, kann dieser komplett durch den PEF-Prozess ersetzt werden. In der Pommes-Produktion ist PEF bereits etabliert und hat die sogenannte Vorwärmung zur Strukturerweichung komplett ersetzt.
Neben der Energieeinsparung bewirkt die PEF-induzierte Strukturänderung auch, dass weniger Bruch anfällt, Schneidblätter länger genutzt werden können und sich die Möglichkeit für neue Schnitte und somit Produkte eröffnet.
Der verbesserte Massentransport hat auch einen deutlichen Einfluss auf die Prozesszeiten in der weiteren Produktionskette. Beim Frittieren von Produkten, wie beispielsweise Gemüsechips, kommt es durch die im Produkt enthaltenen reduzierenden Zucker und der Aminosäure Asparagin schnell zu einer Acrylamid-Bildung. Nach einer PEF Behandlung wird der Wärmetransport beschleunigt und Frittierzeit und -temperatur können verringert werden. Eine geringere thermische Belastung und die Möglichkeit zur Auswaschung von reduzierendem bzw. reduziertem Zucker ermöglicht die Reduktion des Acrylamid-Gehaltes, z. B. bei Roter Bete oder Süßkartoffelchips.
Weitere Vorteile
Nicht nur Frittierprozesse können durch die PEF-Behandlung optimiert werden, auch Gefrier- und Trocknungsprozesse werden durch die geöffnete Porenstruktur positiv beeinflusst. In Bezug auf die Trocknung kann das Wasser leichter heraustreten, wodurch die Temperatur und auch die Trocknungszeit, unabhängig von der Trocknungsart, verringert werden können. Durch diese Optimierung kann nicht nur Energie eingespart werden, auch die Kapazität kann erhöht werden, ebenso ist eine Qualitätsverbesserung deutlich erkennbar. Ähnliche Vorteile zeigen sich auch beim Gefrieren. Die durch PEF induzierten Poren in der Membran ermöglichen ein schnelleres Gefrieren. Beispielsweise kann die Gefrierrate von Karotten um 35 % gesteigert werden. Das effizientere Gefrieren bewirkt, dass sich eine feinere Eiskristallstruktur in dem Produkt bildet, wodurch sich die Endproduktqualität deutlich verbessert. Die gefrorenen, aber auch die getrockneten Produkte sehen dem Rohmaterial sehr ähnlich und sind aufgrund der geringeren Prozesszeiten auch geschmacklich deutlich frischer.
Flüssige Lebensmittel
Ein sehr energieintensiver Prozessschritt, der mit teilweise massiven Qualitätsverlusten einhergeht, ist die Haltbarmachung von flüssigen Lebensmitteln. Traditionell wird eine thermische Behandlung, die Pasteurisation, für diesen mikrobiologisch sicherheitsrelevanten Schritt eingesetzt. Durch die hohe Temperatur werden verderbniserregende Mikroorganismen in dem Saft abgetötet, aber auch qualitätsbestimmende Parameter, die einen maßgeblichen Einfluss auf den Geschmack haben, werden zerstört. Die elektrischen Hochspannungspulse der PEF-Technologie haben nicht nur einen Einfluss auf pflanzliche und tierische Zellen, sondern auch auf Mikroorganismen. Bei hohen PEF-Intensitäten wird die schützende Membran der Mikroorganismen angegriffen und poriert, was zu einem sofortigen Zelltod führt. Da das Wirkprinzip der Technologie rein physikalisch ist, bleiben qualitätsbestimmende Komponenten, wie z. B. Vitamine, unberührt, wodurch der Saft seinen Frischecharakter behält.
Innovative Produkte
Die PEF-Technologie kann in vielen Bereichen der Lebensmittelproduktion zur Prozessoptimierung eingesetzt werden. Die Wirkung der Technologie auf das Rohmaterial ermöglicht es zudem neue innovative Produkte zu entwickeln, deren Produktionsprozess durch PEF energieschonender und somit nachhaltiger sind. Die PEF-Anlagen sind in unterschiedlichen Kapazitäten, angefangen vom Batchbetrieb als Testmöglichkeiten bis hin zu großen Produktionen mit bis zu 70 t/h für feste Produkte und bis zu 5.000 L/h für flüssige Produkte mit dem Ziel einer Haltbarkeitsverlängerung, erhältlich. Alle Anlagen sind unter weltweiten Sicherheitsstandards entwickelt und gefertigt, sodass eine leichte Integration in bestehende Linien erfolgen kann.
Es lohnt sich, die Technologie der Pulsierenden Elektrischen Felder näher kennenzulernen. Die Firma Elea Technology bietet die Möglichkeit, die Technologie mitzuerleben – sei es in einem hauseigenen Webinar, während der Elea PEF Advantage Days in Quakenbrück oder auch bei einem individuellen Besuch mit privater Produktdemonstration.
Kontakt: Claudia Siemer,
Stefan Töpfl
Elea Technology GmbH
c.siemer@elea-technology.com
www.elea-technology.com