Das niederländisch-deutsche Unternehmen Pulsemaster ist einer der Pioniere im Bereich der gepulsten elektrischen Felder, kurz PEF (Pulsed Electric Fields). Es bietet Anlagen sowohl für die Lebensmittelindustrie als auch für die Wissenschaft an. In der Lebensmittelindustrie werden bislang mehr als 70 PEF-Systeme eingesetzt, zum Beispiel zur Herstellung von Pommes Frites, Chips oder frischen Säften.
„Die PEF-Technik ist schon seit rund 30 Jahren bekannt und wird seit etwa acht Jahren auch industriell eingesetzt“, erläutert Werner Kohorst, Technical Director bei Pulsemaster. „Das Versuchsstadium haben wir längst hinter uns gelassen – wir sprechen hier von einem innovativen, aber inzwischen durchaus etablierten Verfahren.“ Die Pulsgeneratoren arbeiten nach dem Prinzip eines Marx-Generators mit Halbleitern. Alle erfolgreich laufenden Anlagen in Deutschland, den USA, Kanada, den Niederlanden, Belgien, Frankreich, Österreich, Australien, Indien und China wurden von Pulsemasters hochqualifiziertem Engineering-Team in Deutschland entwickelt.
Lebensmittel einfacher verarbeiten
Derzeit entwickelt das Unternehmen eine neue Generation von PEF-Anlagen mit einer Leistung von 100 kW. Diese Systeme sind unter anderem für kartoffelverarbeitende Unternehmen interessant. Der Hintergrund: Wenn rohe, unbehandelte Kartoffeln geschält und geschnitten werden, tritt Stärke aus – ein Vorgang, den die Hersteller von Chips oder Pommes Frites möglichst vermeiden wollen. Werden die Kartoffeln hingegen vor der Verarbeitung mit Hochspannungsimpulsen behandelt, tritt dieser Effekt nicht auf. Aber das ist nicht der einzige Vorteil: Die PEF-behandelten Knollen haben eine gummiartige Konsistenz und lassen sich deshalb sehr einfach schneiden, wobei die Schnittkanten völlig glatt sind. „Die PEF-Technik gewährleistet nicht nur eine leichte Verarbeitung der Kartoffeln, sondern auch eine ansprechende Optik des Endproduktes – und die Vitamine und Nährstoffe bleiben auch erhalten“, fasst Werner Kohorst zusammen.
Reduzierte Keimzahlen
Zauberei? Mitnichten: Die PEF-Technik basiert auf der Tatsache, dass sich die physikalischen Eigenschaften von Lebensmitteln mit Hilfe von Hochspannungsimpulsen verändern lassen. Wenn Strom durch eine biologische Zelle fließt, wird diese geöffnet und das Zellinnere kann austreten. Dies hat bei den Kartoffeln eine veränderte Konsistenz zur Folge, kann aber zum Beispiel auch zu einem höheren Ertrag beim Pressen von Säften führen.
Werden Lebensmittel sehr stark mit PEF behandelt, ergibt sich noch ein weiterer Effekt: Bei bereits gepressten Frischsäften wie den beliebten Smoothies lassen sich mithilfe der Hochspannungsimpulse bis zu 99,999 Prozent aller Zellen zerstören. Gleichzeitig wird der Mechanismus, der den Stoffwechsel der Zelle steuert, außer Kraft gesetzt, was zu einer massiven Reduktion der Keimzahlen führt. Die Säfte sind somit deutlich länger haltbar, ohne dass sich der Geschmack ändert oder Vitamine verloren gehen. Das ist ein klarer Vorteil gegenüber traditionellen Konservierungsmethoden wie beispielsweise der Ultrahocherhitzung.
Impulsketten vom Kondensator
Die PEF-Anlagen von Pulsemaster behandeln die Lebensmittel mit einer Serie von Impulsen. Dabei wird die benötigte Energie aus Kondensatoren entnommen und in einer Behandlungskammer an die betreffenden Lebensmittel abgegeben. „Unsere Pulsgeneratoren liefern ungefähr 10 µs lang eine extrem hohe elektrische Spannung, anschließend erfolgt eine Pause von mehreren tausendstel Sekunden, und so weiter“, erklärt Werner Kohorst. Solche Impulsketten machen das Grundprinzip der Anlagen aus. Der Vorteil dieses speziellen Konzepts liegt in der schnellen Anstiegszeit der Spannung – eine grundlegende Voraussetzung für die PEF-Wirksamkeit.
Die in den PEF-Anlagen eingesetzten Kondensatoren sind schon allein deshalb essentiell, weil man die benötigte Ausgangsleistung von 90 MW nicht einfach aus der Steckdose bekommt. „Für diese Leistung bräuchte man schon ein eigenes kleines Kraftwerk“, so Werner Kohorst. Die Alternative zum Kraftwerk sind Hochspannungskondensatoren, die in diesem Anwendungsfall quasi als Batterien dienen. Die Kondensatoren werden kontinuierlich nachgeladen, sodass sie über kurze Zeiträume einen extrem hohen Strom für die Impulserzeugung abgeben können. Für diesen Zweck hat Pulsemaster eine eigene Technologie entwickelt, die dem Anwender eine größtmögliche Zuverlässigkeit der Anlagen garantiert.
Hohe Pulsstromfestigkeit
Bei der neuesten Generation von PEF-Anlagen vertraut Pulsemaster erstmals auf Kondensatoren des deutschen Herstellers FTCAP. „Für die neuen Systeme benötigen wir Kondensatoren mit einer extrem hohen Pulsstromfestigkeit“, beschreibt Werner Kohorst die Ausgangslage. „Bei FTCAP wurden wir fündig. Wir entschieden uns für die Hochspannungskondensatoren der CX-Serie mit einer Spannungsfestigkeit von 1100 V.“ Bei der Baureihe Coax Cap CX handelt es sich um sehr niederinduktive Filmkondensatoren (< 10,5 nH), bei denen ein selbstheilendes Polypropylen-Dielektrikum zum Einsatz kommt. Durch den internen Kupferanteil und einen plangefrästen Kondensatorboden lässt sich eine besonders gute Kühlung erreichen. Zwei massive Messingterminals mit einem Durchmesser von jeweils 16 mm sorgen für eine hohe Stromtragfähigkeit.
Der aufwändig gestaltete Innenaufbau der CX-Kondensatoren weist eine technische Besonderheit auf: In der sogenannten koaxialen Bauart wird eine besonders niederohmige Rückleitung von der unteren Wickelseite zum obenliegenden Anschlussterminal hergestellt. „Die dadurch entstehende Abschirmung bewirkt gleichzeitig eine außergewöhnlich niedrige Eigeninduktivität“, erklärt Dr. Thomas Ebel, Geschäftsführer von FTCAP. „Das macht diese Kondensatoren auch bei hohen Rippelfrequenzen oder eben Impulsentladungen wie bei den Pulsemaster-Anlagen zu einer guten Wahl.“
Bereit für den Dauereinsatz
Pulsemaster ist mit den FTCAP-Kondensatoren rundum zufrieden und überzeugt davon, dass sie sich auch im Betrieb beim Endkunden bewähren werden. „Die CX-Kondensatoren verfügen über die benötigte Pulsstromfestigkeit; zudem sind sie extrem robust, zuverlässig und langlebig“, fasst Werner Kohorst zusammen. „Das ist wichtig, weil unsere Anlagen normalerweise im Dauereinsatz betrieben werden.“
Sehr positiv empfindet Werner Kohorst auch die persönliche Zusammenarbeit während der Entwicklungsphase: „Da FTCAP in Deutschland entwickelt und fertigt, können wir direkt vor Ort anrufen und uns somit ohne die sonst auftretende Sprachbarriere beraten lassen. Das ist für uns ein großer Vorteil.“ Mehrere der neuen Pulsemaster-Systeme sind bereits verkauft, unter anderem an einen sehr großen europäischen Pommes-Frites-Hersteller. In der Anlage können bis zu 60 t Kartoffeln pro Stunde PEF-behandelt werden und die Hochspannungskondensatoren von FTCAP sind immer mit dabei.
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