Third party funded individual grant
Start date : 01.02.2016
End date : 31.07.2018
Extension date: 31.12.2018
Die thermische Trocknung in Luftkanälen gehört zu den wirtschaftlich wichtigsten Konservierungsverfahren, auch in der Lebensmittelindustrie. Der Trocknungsprozess senkt den Wassergehalt (i.d.R. zwischen 13 - 25 %) derart, dass die mangelnde Wasseraktivität das Wachstum verderbniserregender Mikroorganismen und Enzyme drastisch hemmt. Die Verringerung des Wassergehaltes bedingt jedoch strukturelle Schrumpfungserscheinungen und eine Veränderung des Stoff-, Impuls- und Energietransportes. Die Strukturmodifikation durch die Schrumpfung wirkt sich auf das Mundgefühl und folglich unmittelbar auf die Verbraucherakzeptanz der Produkte aus. Ein weiteres, für die Akzeptanz getrockneter Lebensmittel entscheidendes Merkmal ist deren Farbe. Um diese strukturellen und qualitativen Eigenschaften in gewünschter Form zu beeinflussen, existiert in der Praxis für jedes Produkt eine „optimale“ Luft-feuchte, -geschwindigkeit und -temperatur sowie Verweilzeit im Trocknungskanal. Die Trocknung erfolgt in der Regel in mehreren Trocknungsabschnitten mit unterschiedlichen Prozessparametern und -zeiten, welche bislang weitestgehend aber nur auf empirischen oder halbempirischen Kenntnissen beruhen.
Trotz umfangreicher Forschungsaktivitäten in diesem Bereich wurde der Einfluss von Produkt- und Prozessinhomogenitäten bisher weitgehend außer Acht gelassen. Demzufolge bleiben hohe energetische und wirtschaftliche Potentiale ungenutzt, die sich aus der gezielten lokalen Beseitigung von Inhomogenitäten ergeben könnten. Vor-untersuchungen der Forschungsstellen zeig-ten über die Bandbreite der Trocknungs-anlagen hinweg Unterschiede der Produktfeuchte von ca. 2 %. Eine typische Prozessinhomogenität stellt die thermische Strahlung in der Nähe der Kanalwandungen dar, welche in einer unverhältnismäßig schnellen Trocknung dieser Randzone im Vergleich zum Kernbereich des Trocknungskanals mündet. Ein Beispiel für stoffliche Inhomo-genitäten stellen lokale Wasseranhäufungen innerhalb von Produktschüttungen (Feuchte-nester) dar, die beispielsweise bei der Trocknung von Bandnudeln auftreten, wenn diese verstärkt aneinander haften. Eine zentrale Herausforderung liegt deshalb in der Praxis in der Einstellung eines geeigneten Trocknungsprogramms im Sinne der Auswahl von Temperatur-Luftfeuchte-Regimes (instationäre Prozessführung).
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, am Beispiel von Teigwaren eine Prozessführungsstrategie für eine automatisierte Herstellung zu realisieren, die Produktinhomogenitäten detektiert und reduziert oder beseitigt. Die Detektion der Inhomogenitäten soll durch Rasterung entlang der Trocknungskanalbreite mittels eines neuartigen, nicht-invasiven Multisensors erfolgen, der sowohl die Produktfeuchte mittels NIR-Messtechnik als auch die Oberflächentemperatur und die Farbe des Produkts optisch bestimmen kann. Die Optimierung des automatisierten Trocknungsprozesses von Rohpasta erfolgt dann durch Kompensation der Inhomogenitäten der Rohlinge mittels zusätzlicher Düsenströmung von Heißluft entlang der Trocknerbreite. Mit Hilfe von CFD-Simulationen sollen ferner Erkenntnisse über den Trocknungsprozess gewonnen werden, um darauf aufbauend einen neuartigen Trocknungskanal zu konstruieren.