Die Gefriertrocknung oder Lyophilisation oder Sublimationstrocknung ist die Trocknung von Objekten in gefrorenem Zustand, beispielsweise von Obst oder auch Bakterien. Das so getrocknete Material ist das Lyophilisat.

Die Gefriertrocknung wird auch Kälte- oder Vakuumtrocknung genannt. Wasserhaltige Objekte, wie z. B. feuchtes Papier, Bio- und sonstige poröse Materialien werden tiefgefroren und kommen anschließend in eine Vakuumkammer. Dort werden sie einem Unterdruck von weniger als 6 mbar ausgesetzt. Unter dem Einfluss dieses Unterdrucks nimmt das eingefrorene Wasser während des gesamten Trocknungsvorganges nicht mehr den Aggregatzustand Flüssig ein, sondern geht direkt von Eis in Dampf über.

Verfahren

Unter Gefriertrocknung versteht man ein technisches Verfahren zum Entzug von Wasser. Dazu wird die wässrige Lösung unter den eutektischen Punkt abgekühlt, bis sie vollständig zu Eis gefriert. Je nach Einfriergeschwindigkeit und Hilfsstoff kann die Lösung auch als amorphes Glas erstarren. Nun wird der Luftdruck über dem Eis vermindert (Vakuum), wodurch das Wasser (Eis) sublimiert und somit der gefrorenen Lösung das Wasser entzogen wird. Dabei muss die Produkttemperatur unterhalb des eutektischen Punktes / Glasübergangspunktes liegen. Übrig bleibt der gelöste Stoff als poröser Kuchen mit großer Oberfläche, der später wieder leicht in Wasser gelöst werden kann.

Anlage

Industrielle Gefriertrockner bestehen aus zwei Kammern. Die eine Kammer enthält beheizbare Stellflächen auf der das Produkt liegt oder die wässrige Lösung abgefüllt in sogenannten Vials (Glasfläschchen) steht. In der zweiten Kammer befindet sich ein Kondensator, der die aus dem Produkt diffundierende Feuchtigkeit aufnimmt. Der Kondensator hat üblicherweise Temperaturen von -60 - -80°C. Beide Kammern können voneinander durch eine Klappe getrennt werden. Während der Trocknung sind sie jedoch miteinander verbunden.

Anwendungen

Anwendung findet die Gefriertrocknung in der Archäologie (z.B. feuchtes Holz oder Leder), für gefriergetrocknete Blumen, bei Tier-Präparatoren, in Bibliotheken, bei Restauratoren (wassergeschädigte Dokumente). Die Pharmaindustrie verwendet diese Verfahren, um Arzneistoffe, die in Wasser nicht lange haltbar wären, jedoch später in wässriger Lösung eingenommen werden sollen, haltbar zu machen. (z.B. Antibiotika und neuere biotechnologisch hergestellte Arzneistoffe).

Die Gefriertrocknung findet auch Einsatz in der Lebenmittelanalytik. So wird z.B. Obst oder ähnlichen Lebensmitteln die einen hohen Wassergehalt haben (Melonen), vor der Analyse das Wasser entzogen.

Einsatzmöglichkeiten

Das Verfahren der Gefriertrocknung lässt sich bei allen sortenreinen Papieren anwenden. Dies funktioniert auch dann, wenn das Papier zu Büchern gebunden ist oder in Form eines Dokumentes vorliegt. Des weiteren wird es bei Kräutern und Gewürzen angewandt um sie länger haltbar zu machen. Auch Instantkaffee und Getränke können gefriergetrocknet werden.

Bedingte Einsatzmöglichkeiten Bestimmte Papiersorten, die sich bereits im nassen Zustand problematisch verhalten: Hierzu zählen z.B. Hochglanzpapiere und Kunstdrucke; diese neigen bei starker Durchnässung zum Verkleben

Vor- und Nachteile

Vorteile

• keine Gefahr bezüglich „Schimmelbildung“
• keine Ausblutung von Druckfarben
• sehr empfindliche Papiere können mit diesem Verfahren getrocknet werden
• Aromastoffe bleiben besser erhalten als bei herkömmlichen Trocknungsverfahren
• Bessere Qualität vor allem bei Lebensmitteln
• Proteine (Pharmaindustrie) bleiben wesentlich länger stabil (haltbar) als in Lösung
• schonendere Trocknung durch geringere Trocknungstemperaturen

Nachteile

• an den einzelnen Papierfasern können ungleichmäßige Spannungen auftreten; dies kann ein Wellen bzw. Verziehen der Bücher zur Folge haben
• bei starken Bucheinbänden oder dicken Kartonagen ist dieser Effekt besonders ausgeprägt
• bei diesem Verfahren ist ein sehr hoher Energieeintrag nötig

Siehe auch

• Vitrifizierung

Weblinks

Die Herstellung von löslichem Kaffee wird beim Deutschen Kaffeeverband e.V. gut erklärt: Unterpunkt 7.3.4.3. auf http://www.kaffeeverband.de/570.htm

Eine Anschauliche Erklärung über die Trocknung von Kräutern findet man unter: http://www.goutess.de/club/doc/gefriertrocknung/index.html

Chemisch-technisches Verfahren

Frysetørring | Freeze drying | Liofilización | Liofilizzazione | フリーズドライ | 동결 건조 | Vriesdrogen (conservering) | Liofilizacja | Frystorkning