Optimierung der Mikrowellengefriertrocknung mittels Frequenzverschiebungsstrategien: Transfer auf industrierelevante Produkte

Die mikrowellenunterstützte Vakuum-Gefriertrocknung ist ein innovatives Verfahren zur Trocknung von Lebensmitteln und Pharmazeutika, die sich durch den Erhalt von Struktur, Farbe und empfindlicher Inhaltsstoffe auszeichnet. Der Einsatz von Mikrowellen resultierte bisher jedoch in stark inhomogenen Trocknungsgütern. Mittels Solid-State Technologie ist es vergleichsweise einfach geworden Mikrowellen bestimmter Frequenzen gezielt für die Gefriertrocknung einzusetzen und diese beliebig im Prozess zu variieren. Es konnten bei verschieden Frequenzen unterschiedliche Energieeffizienzen und unterschiedliche Mikrowellenfelder beobachten werden, die wiederum in unterschiedlichen Erhitzungsmustern resultieren. Durch die Aufnahme des Feedbacks verschiedener Produkte, also der Betrachtung der tatsächlich vom Produkt absorbierten Energie, in der speziell angefertigten Versuchsanlage, konnte im oberen ISM-Band ein besonders effizienter Frequenzbereich von 2400 MHz bis 2450 MHz beobachtet werden. Bei der Untersuchung der Erhitzungsmuster im ISM-Band konnten je Frequenzeinstellung wiederholbare sich über den Trocknungsprozess hinweg nicht verändernde Erhitzungsmuster beobachtet werden, welche auch über den Produktwechsel hinweg bei gleicher Frequenzeinstellung wiederzuerkennen waren. Beim Vergleich verschiedener Frequenzeinstellungen ließ sich beobachten, dass die effizienteste Frequenz zu einer schnellen aber inhomogenen und die ineffizienteste Frequenz zu einer langsamen aber besonders homogenen Trocknung führte. Mittels nach Effizienz gewichteter Optimierungsstrategie, bei der äquidistante Frequenzen ihrer Effizienz nach geordnet eingesetzt wurden, konnte sowohl die Prozessdauer wie auch die Inhomogenität der Trocknung reduziert werden. Diese Ergebnisse ließen sich teilweise auf weitere Produkte übertragen, es konnten jedoch auch Abweichungen in der Homogenitätsverbesserung durch die Optimierungsstrategie und damit weiteres Verbesserungspotenzial an der Frequenzstrategie feststellt werden. Es konnte mittels Frequenzverschiebungsstrategie der Mikrowellengefriertrocknungsprozess in Hinsicht auf Prozesszeit und Homogenität optimiert werden. Dabei wurde die Feedback-Analyse genutzt, um die zur Auswahl stehenden Frequenzen ihrer Effizienz nach beurteilen zu können und daraus eine Frequenzverschiebungsstrategie abgeleitet, die vergleichsweise einfach implementiert und sowohl die Inhomogenität wie auch die Prozesszeit reduzieren konnte.