Die gepulste elektrische Feldtechnologie (im Folgenden: PEF) wird seit 2010 erfolgreich bei der Herstellung von Kartoffelsnacks eingesetzt. Diese Technologie wird hauptsächlich bei der Herstellung von Pommes und Pommes verwendet. Die erfolgreiche Implementierung von PEF-Geräten zur kontinuierlichen Vorbehandlung von Kartoffeln in der Lebensmittelindustrie hat mehrere Vorteile hinsichtlich einer verbesserten Rohstoffnutzung, Prozesseffizienz und Produktqualität.
Insgesamt ersetzt die PEF-Technologie die herkömmliche thermische Erwärmung von Kartoffeln mit bis zu 90% weniger Wasser und Energie. Diese Technologie hilft, das Rohmaterial zu erweichen und ermöglicht ein verbessertes Schneiden und Verarbeiten der Kartoffeln. Ein glatterer Schnitt mit weniger Oberflächenschäden, Brüchen, kleinen Rückständen und Stärkeverlust führt zu höheren Ausbeuten an Endprodukten, geringerer Ölabsorption und längerer Lebensdauer der Messer. Die verbesserte Diffusion von Wasser aus dem PEF der behandelten Kartoffeln optimiert den Blanchier-, Trocknungs- und Bratprozess, was auch zur Reduzierung der Energie- und Betriebskosten beiträgt. Mit PEF verarbeitete Pommes Frites und Pommes Frites sind von höherer Qualität und gesünder, mit einem geringeren Anteil an absorbiertem Fett und einer gleichmäßigeren Farbe.
Das Prinzip der gepulsten elektrischen Feldverarbeitung PEF
Die ersten Studien mit PEF-Technologie von verschiedenen Forschungsgruppen wurden Anfang des 1900. Jahrhunderts durchgeführt. Bereits zu Beginn des neuen Jahrtausends wurde jedoch das erste industrielle PEF-System entwickelt und in einer Kartoffelverarbeitungsanlage installiert. Derzeit werden in der Lebensmittelindustrie mehr als 150 Elea PEF-Systeme eingesetzt, von denen die meisten für die Herstellung von Pommes Frites und Pommes Frites eingesetzt werden.
Die gepulste elektrische Feldtechnologie basiert auf dem Prinzip der Elektroporation (Abbildung 1). Basierend auf physikalischen Prinzipien werden während der PEF-Behandlung kurze elektrische Hochspannungsimpulse erzeugt, die die Bildung von Poren in der Zellmembran fördern, ohne andere wertvolle Substanzen wie Vitamine, Mineralien oder Pigmente zu beschädigen. Diese Technologie kann auf Gewebe tierischen oder pflanzlichen Ursprungs und sogar auf Mikroorganismen angewendet werden. Alle lebenden Zellen sind von einer semipermeablen Zellmembran umgeben, die hauptsächlich aus Phospholipiden mit dielektrischen Eigenschaften besteht. Das Anlegen eines externen elektrischen Feldes führt zur Akkumulation von Ladung auf der Zellmembran und bewirkt eine Erhöhung ihres natürlichen Potentials, des sogenannten Transmembranpotentials. Dies bewirkt eine elektrische Kontraktion der Zellmembran und führt infolgedessen zur Bildung von Poren.
Aufgrund der Bildung von Poren in den Zellen von Pflanzengeweben (z. B. Kartoffelzellen) verlieren sie während der PEF-Verarbeitung ihren intrazellulären Druck (Turgor), was zu einer Erweichung des Gewebes und einem einfacheren und besseren Schneiden von Pflanzenmaterialien führt. Darüber hinaus führt die Elektroporation der Zellstruktur zu einem verbesserten Stoffübergang, wodurch auch industrielle Prozesse wie Waschen, Blanchieren und Frittieren verbessert werden.
Traditionell hat die Kartoffelindustrie das thermische Vorheizen (Vorheizblanchieren) verwendet, um Qualitätsschnitte sicherzustellen, die die Kartoffeln 65 Minuten lang auf 45 ° C erhitzen. Dieser Prozess erfordert viel Wasser und Energie. Es ist zu beachten, dass die Entsorgung von stärkehaltigem mikrobiologisch besamtem Wasser häufig problematisch ist. Darüber hinaus dauert das Befüllen und Ablassen von Wasser aus dem Heizgerät normalerweise lange und erfordert eine anschließende Wartung. Dies ist besonders schwierig bei Produktwechseln und ungeplanten Produktionsstillständen, die häufig zur Entsorgung von Rohstoffen führen.
Es sollte erwähnt werden, dass bei der Herstellung von Pommes Frites der Einsatz von PEF-Verarbeitungstechnologie vor dem Schneiden des Rohmaterials bereits zu einem Weltstandard geworden ist. Die PEF-Technologie ersetzt den klassischen thermischen Heizprozess und reduziert so den Wasser- und Energieverbrauch um bis zu 90%. Während der PEF-Verarbeitung werden Produkt und Prozesswasser praktisch nicht erhitzt, was bedeutet, dass sich weniger Mikroorganismen und Stärke in der Prozessumgebung befinden. Die eigentliche Verarbeitung dauert nur wenige Mikrosekunden und je nach Produktionskapazität der Linie befinden sich die Kartoffeln nur 5-8 Sekunden im PEF-System. Die Verwendung gepulster elektrischer Felder hat auch andere Vorteile. Da es sich bei dieser Methode um eine Massenverarbeitung handelt, werden alle Kartoffeln - ob groß oder klein - gleichmäßig verarbeitet. Es ist zu beachten, dass früher nach dem thermischen Erhitzen die kleinen Kartoffeln bereits vollständig gekocht waren, während die großen Kartoffeln im Inneren noch fest waren. Durch gleichmäßiges Erweichen wird ein gleichmäßiger Schnitt erreicht; Rohe Pommes Frites sind flexibler und brechen weniger leicht, was zu höheren Erträgen führt. Die verringerte Ölaufnahme (um etwa 10%) während des Frittierens verringert den Fettgehalt des Endprodukts. Darüber hinaus sorgen eine erhöhte Flexibilität und eine glattere Oberfläche für längere Pommes-Frites-Sticks und eine einheitliche Farbe mit einer gleichmäßigeren Bräunung am Ausgang.
Bei der Herstellung von Chips sind die Vorteile ähnlich wie bei der Herstellung von Pommes Frites, aber die Verbesserung der Qualität des Endprodukts ist noch deutlicher. Das Schneiden wird verbessert, was zu einer geringeren Verschwendung von Rohmaterial und Stärke während des Schneidens führt, was wiederum zu einer signifikanten Steigerung der Ausbeute führt. Die Verringerung des Stärkeverlusts ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass die erweichten Knollen leichter zu schneiden sind. Dies führt wiederum zu einer geringeren mechanischen Beschädigung der Messer und infolgedessen zu einem geringeren Auswaschen der Stärke von der Oberfläche. Außerdem haften beim Frittieren weniger Chips zusammen, sodass keine Produktabweisung erforderlich ist. Wenn frittiertes PEF-Rohmaterial für Chips verarbeitet wird, nimmt der Fettgehalt ab - bis zu 20% im Endprodukt. Es ist zu beachten, dass diese Abnahme auch vom Schneiden, der Qualität des Rohmaterials und dem Frittierprozess selbst abhängt. Letzteres spielt eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Produktqualität. Die offene Zellstruktur des Rohmaterials und die verbesserte Wasserdiffusion ermöglichen optimierte Bratparameter wie Öltemperatur und Bratzeit. Die erhöhte Effizienz des Frittierprozesses hat einen großen Einfluss auf die Lebensdauer des Öls und die Ölabsorption des Produkts sowie auf die Farbe und Knusprigkeit des Endprodukts. Die Reduzierung der Zeit und Temperatur des Bratens ermöglicht ein leichteres Produkt mit weniger thermochemischen Reaktionsprodukten. Dies ist ein großer Vorteil für Gemüsechips wie Süßkartoffeln, Karotten, Pastinaken oder rote Rüben.
Darüber hinaus eröffnet das gleichmäßige Erweichen des Rohprodukts neue Möglichkeiten zum Schneiden von Produkten. Derzeit können bei der Herstellung von Pommes Frites Formen wie Spirale, Waffel oder Welligkeit mit deutlich geringeren Rohstoffverlusten eingesetzt werden. In der Kartoffelchip-Industrie eröffnen sich noch größere Alternativen, da jetzt auch härteres Gemüse wie Süßkartoffeln, Pastinaken oder rote Rüben in Form gebracht werden kann. Somit erscheint dem Verbraucher eine größere Produktvielfalt, die Wettbewerbsfähigkeit steigt und die Herstellung ungewöhnlicher Formen und / oder Produkte wird effizienter.
Umweltverträglichkeitsprüfung PEF bei der Verarbeitung von Kartoffeln
Mit der Umweltverträglichkeitsprüfung (im Folgenden: UVP) können Sie die Auswirkungen der Produktion auf die Umwelt vom Rohstoff bis zum Endprodukt charakterisieren. Eine UVP-Studie zur Verwendung von PEF in der Kartoffelverarbeitung wurde im industriellen Maßstab unter Verwendung von Vergleichsdaten von Elea-Kunden auf der ganzen Welt durchgeführt. Die Studie ergab, dass der Ersatz herkömmlicher thermischer Heizgeräte durch PEF-Geräte den Energieverbrauch um 85% und den Wasserverbrauch um 90% senken kann. Dies entspricht einer Einsparung von 60 - 70 Litern Wasser und 000 GJ Wärmeenergie pro Jahr für eine typische Pommes-Frites-Produktionslinie von 000 kg / h. Darüber hinaus sinken die Fettaufnahme, die Produktqualität und die Produktausbeute um 20-50 ,fünf%. Neben den direkten Vorteilen von PEF in Bezug auf die Verbesserung der Produktqualität oder die Verbesserung einzelner Produktionsschritte wird der gesamte Produktionsprozess effizienter und nachhaltiger. Die Verwendung von PEF in einer kontinuierlichen Produktionslinie für Chips in Standardgröße erhöht die Endproduktausbeute um 000 Tonnen und reduziert den Ölverbrauch um 1 Tonnen. Dies reduziert auch den Ressourcen- und Wasserverbrauch, der für die Produktion erforderlich ist, und senkt die Verarbeitungskosten weiter, wobei die gleichen oder sogar die gleichen Kosten erzielt werden höhere industrielle Kapazität. Mit den heute weltweit in der Kartoffelindustrie installierten Elea PEF-Systemen werden ungefähr jede Sekunde 1,5 kWh Energie und 67 kg CO-Äquivalent eingespart2 und 138 Liter Wasser.
Системы PEF für die Kartoffelindustrie
Elea bietet eine Reihe von PEF-Fördersystemen in verschiedenen Größen mit unterschiedlichen Kapazitäten für Pommes Frites und Pommes Frites an. Darüber hinaus kann jedes von Elea hergestellte PEF-System gemäß allen spezifischen Anforderungen entworfen und gebaut werden.
Alle Systeme können rund um die Uhr betrieben werden und sind für den Betrieb unter extremen Bedingungen ausgelegt. Dank ihrer kurzen Verarbeitungszeiten von weniger als 24 Sekunden und ihrer kompakten Größe lassen sich Elea PEF-Systeme leicht in bestehende Produktionslinien integrieren. PEF-Systeme sind vollautomatisch und können direkt von der Produktionslinie oder von einem zentralen Kontrollraum aus ferngesteuert werden. Alle relevanten Prozessparameter können überwacht und aufgezeichnet werden. Da PEF der Standard in der Pommes-Frites-Produktion ist, wird die installierte Systembasis ständig erweitert, sodass Standardkomponenten und Ersatzteile auf Lager verwendet werden können. Mit weltweiten Partnern und Remote-Service-Funktionen sorgen dedizierte technische Support-Services für Verfügbarkeit, 7-Stunden-Support und Sicherheit.
Elea-Systeme für die PEF-Verarbeitung bestehen üblicherweise aus einem Impulsgenerator und einer Verarbeitungseinheit. Für die Verarbeitung fester Produkte wie Kartoffeln ist die Verarbeitungseinheit ein spezielles Förderband. Die typische Produktivität von PEF-Systemen bei der Herstellung von Chips liegt zwischen 1 und 6 t / h, und bei der Verarbeitung von Pommes Frites ist die Linienkapazität mit 10 bis 60 t / h erheblich höher.
Der Elea PEF Advantage Belt ist in vier Modellen erhältlich: PEF Advantage B 1, 10, 100 und 1000, die von 1 t / h bis 60 t / h verarbeitet werden können.
Speziell für kleine Produktionslinien von Chips haben wir die PEF Elea PEF Advantage B 1 und B1 Mini-Systeme entwickelt, die bis zu 6 t / h Rohstoffe verarbeiten können (Abb. 6).
Der durchschnittliche Energieverbrauch des Elea PEF-Systems ist recht niedrig (1 kWh pro Tonne Ausgangsmaterial), was niedrigere Betriebskosten ermöglicht. Die PEF-Implementierung ist natürlich mit Investitions- und Betriebskosten verbunden. Die Installation von mehr als 30 PEF-Systemen bei der Herstellung von Chips hat sich jedoch in kurzer Zeit von durchschnittlich ein bis zwei Jahren amortisiert. Dies ist auf Einsparungen bei den Kosten der Prozesseffizienz oder auf produktbezogene Vorteile wie höhere Erträge, weniger Ausschuss und weniger zurückzuführen Fettgehalt.
Im Allgemeinen umfasst die PEF-Technologie die Verbesserung der Rohstoffqualität und die Optimierung der Prozesse in der gesamten Produktionskette, was dem Hersteller, dem Verbraucher und der Umwelt zugute kommt.
Video: https://www.youtube.com/watch?v=NBLI0TxNpcw
Weitere Informationen finden Sie auf unserer Website: www.elea-technology.com
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