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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 11 / Ökologische Agrarwissenschaften  → Boden- und Pflanzenbauwissenschaften  → Fachgebiet Agrartechnik  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2011040637200

Titel: Quality oriented drying of Lemon Balm (Melissa officinalis L.)
Autor(en): Cuervo-Andrade, Sandra Patricia
Schlagworte (SWD): ZitronenmelisseTrocknung
Klassifikation (DDC): 630 - Landwirtschaft, Veterinärmedizin (Agriculture)
Issue Date: 6-Apr-2011
Serie/Report Nr.: Forschungsbericht Agrartechnik des Fachausschusses Forschung und Lehre der Max-Eyth-Gesellschaft Agrartechnik im VDI (VDI-MEG)498
Zusammenfassung: Heilkräuter sind während des Trocknungsprozesses zahlreichen Einflüssen ausgesetzt, welche die Qualität des Endproduktes entscheidend beeinflussen. Diese Forschungsarbeit beschäftigt sich mit der Trocknung von Zitronenmelisse (Melissa officinalis .L) zu einem qualitativ hochwertigen Endprodukt. Es werden Strategien zur Trocknung vorgeschlagen, die experimentelle und mathematische Aspekte mit einbeziehen, um bei einer adäquaten Produktivität die erforderlichen Qualitätsmerkmale im Hinblick auf Farbeänderung und Gehalt an ätherischen Ölen zu erzielen. Getrocknete Zitronenmelisse kann zurzeit, auf Grund verschiedener Probleme beim Trocknungsvorgang, den hohen Qualitätsanforderungen des Marktes nicht immer genügen. Es gibt keine standardisierten Informationen zu den einzelnen und komplexen Trocknungsparametern. In der Praxis beruht die Trocknung auf Erfahrungswerten, bzw. werden Vorgehensweisen bei der Trocknung anderer Pflanzen kopiert, und oftmals ist die Trocknung nicht reproduzierbar, oder beruht auf subjektiven Annäherungen. Als Folge dieser nicht angepassten Wahl der Trocknungsparameter entstehen oftmals Probleme wie eine Übertrocknung, was zu erhöhten Bruchverlusten der Blattmasse führt, oder eine zu geringe Trocknung, was wiederum einen zu hohen Endfeuchtegehalt im Produkt zur Folge hat. Dies wiederum mündet zwangsläufig in einer nicht vertretbaren Farbänderung und einen übermäßigen Verlust an ätherischen Ölen. Auf Grund der unterschiedlichen thermischen und mechanischen Eigenschaften von Blättern und Stängel, ist eine ungleichmäßige Trocknung die Regel. Es wird außerdem eine unnötig lange Trocknungsdauer beobachtet, die zu einem erhöhten Energieverbrauch führt. Das Trocknen in solaren Tunneln Trocknern bringt folgendes Problem mit sich: wegen des ungeregelten Strahlungseinfalles ist es schwierig die Trocknungstemperatur zu regulieren. Ebenso beeinflusst die Strahlung die Farbe des Produktes auf Grund von photochemischen Reaktionen. Zusätzlich erzeugen die hohen Schwankungen der Strahlung, der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit instabile Bedingungen für eine gleichmäßige und kontrollierbare Trocknung. In Anbetracht der erwähnten Probleme werden folgende Forschungsschwerpunkte in dieser Arbeit gesetzt: neue Strategien zur Verbesserung der Qualität werden entwickelt, mit dem Ziel die Trocknungszeit und den Energieverbrauch zu verringern. Um eine Methodik vorzuschlagen, die auf optimalen Trocknungsparameter beruht, wurden Temperatur und Luftfeuchtigkeit als Variable in Abhängigkeit der Trocknungszeit, des ätherischer Ölgehaltes, der Farbänderung und der erforderliche Energie betrachtet. Außerdem wurden die genannten Parametern und deren Auswirkungen auf die Qualitätsmerkmale in solaren Tunnel Trocknern analysiert. Um diese Ziele zu erreichen, wurden unterschiedliche Ansätze verfolgt. Die Sorption-Isothermen und die Trocknungskinetik von Zitronenmelisse und deren entsprechende Anpassung an verschiedene mathematische Modelle wurden erarbeitet. Ebenso wurde eine alternative gestaffelte Trocknung in gestufte Schritte vorgenommen, um die Qualität des Endproduktes zu erhöhen und gleichzeitig den Gesamtenergieverbrauch zu senken. Zusätzlich wurde ein statistischer Versuchsplan nach der CCD-Methode (Central Composite Design) und der RSM-Methode (Response Surface Methodology) vorgeschlagen, um die gewünschten Qualitätsmerkmalen und den notwendigen Energieeinsatz in Abhängigkeit von Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit zu erzielen. Anhand der gewonnenen Daten wurden Regressionsmodelle erzeugt, und das Verhalten des Trocknungsverfahrens wurde beschrieben. Schließlich wurde eine statistische DOE-Versuchsplanung (design of experiments) angewandt, um den Einfluss der Parameter auf die zu erzielende Produktqualität in einem solaren Tunnel Trockner zu bewerten. Die Wirkungen der Beschattung, der Lage im Tunnel, des Befüllungsgrades und der Luftgeschwindigkeit auf Trocknungszeit, Farbänderung und dem Gehalt an ätherischem Öl, wurde analysiert. Ebenso wurden entsprechende Regressionsmodelle bei der Anwendung in solaren Tunneltrocknern erarbeitet. Die wesentlichen Ergebnisse werden in Bezug auf optimale Trocknungsparameter in Bezug auf Qualität und Energieverbrauch analysiert.During drying of medicinal plants, many changes occur simultaneously resulting in a modified overall quality. This research work is related to the quality oriented drying of Lemon Balm (Melissa officinalis L.). As main result, different strategies that consider experimental and mathematical aspects have been suggested to obtain the best conditions to reach high adequate productivity and the required quality characteristics in terms of color change and essential oil content. At present, for drying of Lemon Balm, there are various problems that do not allow the achievement of the quality requirements for the market. There is not enough information of drying parameters and in order to select the initial set of conditions for processing. Due to this data from similar plants are considered and trial and error are applied to adjust the process and obtain the quality requirements. As consequence, an inadequate selection of drying parameters can be obtained and as a result different problems are generated, among others; over-drying that causes damage to the structure. Deficient drying which means that the moisture obtained is above the minimum required. Likewise unacceptable change in color and excessive loss of essential oil are produced. Furthermore non-uniformity in the drying of leaves and stems due to differences in structure and thermal and mechanical properties. Equally excessive drying times and inefficient use of energy is observed. Additionally for drying in solar tunnels the following problems are considered: difficulty to control the drying temperature due to randomness in the radiation. Likewise the radiation affects the color of the product by photo-decomposition. Additionally, the high variation of radiation, temperature and humidity generates unstable drying conditions causing high variability in quality characteristics. Considering the presented problems, the following research objectives were considered: To propose new strategies of drying as an alternative to improve the obtained results for conventional drying in terms of quality, drying time and energy consumption. To find the optimal parameters for drying time, essential oil content, color difference and required energy, considering as variables the temperature and relative humidity. For solar tunnel; to analyze the effect of drying parameters on the quality characteristics and drying time. To achieve the objectives different research activities were carried out. The sorption isotherms and drying kinetics of Lemon Balm and the corresponding fittings to mathematical models were obtained. Likewise stepwise drying strategies were applied and analyzed as alternative to obtain better results in terms of quality and energy consumption. Additionally a central composite design (CCD), response surface methodology (RSM) and desirability functions were used for multi objective optimization of quality characteristics and required energy considering temperature and relative humidity as variables. With the obtained experimental data, regression models were generated and the behavior of the drying process was described. Finally, methods of design of experiments (DOE) were applied to observe the influence of drying parameters on product quality by using a solar tunnel. The effects of type of covering, position in the tunnel, drying load and air velocity on drying time, color difference and essential oil content were analyzed. Equally, for solar tunnel, regression models for the different responses were developed. As principal results, the optimal parameters and drying conditions to obtain the required quality and energy consumption were determined.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2011040637200
ISSN: 0931-6264
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