Wie funktioniert die Gefriertrocknung von Lebensmitteln?

Gefriertrocknung, auch als Vakuumgefriertrocknung oder Trocknen durch Einfrieren bekannt, wird auf Englisch als "lyophilization" oder "freeze-drying" bezeichnet.

Das ist die einfache Definition einer Methode, die viele Menschen kaum aussprechen können. Im Grunde geht es einfach darum, etwas zu trocknen – also Wasser zu entziehen. Konventionelles Trocknen mit heißer Luft kennt jeder, ebenso wie das natürliche Trocknen (z.B. Wäsche auf der Leine).

Wenn es jedoch um Lebensmittel geht, funktioniert die natürliche Trocknung meist nicht. Lebensmittel verderben in der Regel, bevor sie vollständig getrocknet sind. Zu den wenigen Ausnahmen gehören beispielsweise das Trocknen von Pilzen auf dem Dachboden oder "Jerky" (getrocknetes Fleisch), das mit Hilfe von Salz im Wind getrocknet wird. Aber auch hier geht es immer nur um die Verdunstung von Wasser – und das ist bei der Gefriertrocknung nicht anders.

Der entscheidende Unterschied liegt in den Bedingungen, unter denen das Wasser verdampft. Die schnellste Art, Wasser zu verdampfen, ist das Kochen bei 100°C. Diese Temperatur ist jedoch für Lebensmittel nicht besonders schonend – das weiß jeder, der schon einmal einen Topf zu lange auf dem Herd vergessen hat. Deshalb ist es notwendig, die Temperatur zu senken.

Wenn wir die Temperatur jedoch beispielsweise auf 20°C (Raumtemperatur) senken, erreichen wir keinen Siedepunkt und die Verdunstung dauert wieder viel zu lange. Dieses Problem lässt sich jedoch lösen, wenn wir zusätzlich zum Temperaturabfall auch den Druck verändern. In großen Höhen kann Wasser bereits bei 80°C sieden. Wenn wir den Druck noch weiter senken, bis auf etwa 6 mbar, kann Wasser sogar bei 0°C kochen. Das ist der sogenannte Tripelpunkt, an dem Wasser gleichzeitig sieden, gefrieren und flüssig sein kann. Unser Ziel ist es jedoch, Wasser direkt von der festen Phase (Eis) in die gasförmige Phase (Dampf) übergehen zu lassen, ohne die flüssige Phase zu durchlaufen.

Sind die Lebensmittel auf etwa -20°C gefroren und der Unterdruck ausreichend niedrig, beginnt der gewünschte Prozess der Sublimation – das direkte Verdampfen von Eis zu Wasserdampf. Um diesen Prozess zu beschleunigen, kann das Produkt leicht erhitzt werden, um sich dem Siedepunkt anzunähern (ohne ihn jedoch zu erreichen). Das Wasser beginnt dann, die Lebensmittel schnell zu verlassen.

Das verdampfte Wasser muss jedoch irgendwo aufgefangen werden. Dafür sorgt der Kondensator, der eine deutlich niedrigere Temperatur hat als die zu trocknenden Lebensmittel. Das Prinzip ist dasselbe wie bei einem kalten Glas Wasser an einem heißen Sommertag – es beschlägt sofort, weil es die Feuchtigkeit aus der Umgebung anzieht.

Sobald die Lebensmittel lange genug getrocknet wurden, ist ihr Wassergehalt auf wenige Prozent reduziert. Dann beginnt die zweite Phase – die Sekundärtrocknung. Dabei werden die letzten verbleibenden Wassermoleküle in der Trocknungskammer entfernt. Da das Wasser nun nicht mehr in den Lebensmitteln selbst, sondern in der Kammer ist, kann die Produkttemperatur in dieser Phase problemlos auf +30 bis +40°C erhöht werden.

Zum Abschluss muss nur noch der Druck wieder auf Normalniveau gebracht und die getrockneten Lebensmittel aus der Kammer entnommen werden. Gefriergetrocknete Produkte sind extrem trocken, und damit das auch so bleibt, müssen sie luftdicht verpackt und vor Feuchtigkeit geschützt gelagert werden.