Microgolftechnologie als versneller van de energietransitie in de Vlaamse voedingsindustrie

Energietransitie in de Vlaamse voedingsindustrie: Rethink Energy 4 Food (RE4F)

Het project Rethink Energy 4 Food is gericht op het versnellen van de energietransitie binnen de Vlaamse voedingsindustrie. De recente energiecrisis heeft aangetoond dat de rendabiliteit van de sector sterk afhankelijk is van de energiekosten voor diverse productieprocessen. Hoewel er verschillende hernieuwbare energiebronnen beschikbaar zijn, zoals hoge temperatuur warmtepompen en Mechanical Vapour Recompression (MVR), evenals energie-efficiëntere technieken zoals microgolftechnologie en vacuümkoelen, is de integratie van deze innovatieve technologieën in de voedingsindustrie tot nu toe beperkt gebleven. Het project Rethink Energy 4 Food beoogt verandering te brengen door de sector te ondersteunen in de energietransitie, met als doel het flexibel en optimaal inzetten van elektrische en thermische energiebronnen.

 Werkingsprincipe van microgolven

Microgolven zijn hoogfrequente elektromagnetische golven die bestaan uit een wisselend elektrisch veld, loodrecht op een wisselend magnetisch veld. Deze golven variëren zodanig in de tijd dat energie getransporteerd wordt. In industriële toepassingen hebben microgolven een frequentie van 2450 MHz of 915 MHz, waarbij de keuze afhankelijk is van het type voedingsproduct en de toepassing. Wanneer een voedingsmiddel zich in dit wisselende veld bevindt, zullen dipoolmoleculen (moleculen waarbij de zwaartepunten van de positieve en de negatieve lading niet samenvallen), zoals water en zout, de bewegingen van het veld volgen, wat interne wrijving en dus warmteontwikkeling veroorzaakt. Hierdoor wordt de warmte in het product zelf opgewekt in plaats van aan het oppervlak overgedragen, zoals bij hete lucht (convectie) en warmtecontact (conductie). Dit resulteert in een veel snellere opwarming. Ook vetmoleculen in voedingsmiddelen dragen effectief bij aan het omzetten van deze stralingsenergie in warmte.

Voordelen en uitdagingen van microgolftechnologie

Het grote voordeel van microgolftechnologie is de aanzienlijk snellere opwarming in vergelijking met traditionele technieken, zoals convectie en conductie. Omdat de warmteontwikkeling binnen in het product optreedt, kan de opwarmtijd worden verkort, wat resulteert in een hogere productiecapaciteit en een verminderd energieverbruik. Bovendien draagt een snellere opwarming bij aan een beter behoud van de nutritionele en organoleptische eigenschappen van het product, zoals smaak, geur, kleur en textuur.

Maar microgolven kennen ook enkele uitdagingen, zoals een mogelijk ongelijkmatige opwarming, wat kan leiden tot hot spots en cold spots. Voor een gelijkmatige opwarming worden vaak golfroerders gebruikt of wordt het product in beweging gebracht, bijvoorbeeld door een draaiplateau of een bewegende band. Bovendien hebben microgolven een beperkte indringdiepte van meestal 1 à 2 cm. Door gebruik te maken van stralingsbronnen aan beide zijden van het product kan de indringdiepte verdubbeld worden, wat belangrijk is voor dikkere voedingsmiddelen. Verder werken microgolfprocessen doorgaans bij een lagere temperatuur, wat gunstig is voor de kwaliteit van het product, maar het verhindert doorgaans het optreden van de Maillard-reactie voor bruinkleuring.

Opportuniteiten voor industriële toepassingen

Hoewel microgolfovens algemeen gekend zijn voor het opwarmen, ontdooien en koken van voedingsmiddelen in huishoudens, is het gebruik ervan in de voedingsindustrie nog beperkt. Dit komt voornamelijk door opschalingsproblemen die de kosten voor veel bedrijven te hoog maakten. De technologie voor opschaalbare microgolfsystemen is echter verbeterd, waardoor industriële toepassingen nu haalbaarder en aantrekkelijker zijn.

Die snellere opwarming, inherent aan microgolftechnologie, biedt tal van voordelen voor industriële processen in de voedingsindustrie, zoals:

• Het regenereren (opwarmen) van maaltijden of maaltijdcomponenten
• Het tempereren van voedingsmiddelen tot net onder het vriespunt om bewerkingen te vergemakkelijken
• Ontdooien tot koelceltemperatuur
• Pasteuriseren, steriliseren en blancheren van voedingsmiddelen.
• Drogen van voedingsproducten en halffabricaten voor langere houdbaarheid

Microgolftechnologie wordt momenteel al industrieel ingezet voor het drogen van producten, het snel tempereren of ontdooien van voedingsmiddelen (waarbij de typische druppelverliezen en gewichtsverliezen zoals bij de traditionele systemen worden vermeden) en voor het voorgaren of regenereren van voedingsmiddelen.  Inspelend op de groeiende vraag van de consument naar veilige en lang houdbare voedingsproducten zonder conserveringsmiddelen, worden microgolven op industriële schaal ook al gebruikt om verpakte voedingsmiddelen in een zeer beperkte tijd van enkele minuten te pasteuriseren of te steriliseren, zoals bijvoorbeeld verpakte kant-en-klaar maaltijden.  

Microgolven bieden dus een hele waaier aan interessante toepassingsmogelijkheden en is hierdoor een veelbelovende technologie, ook in de voedingsindustrie.

MicroWavePilot bij VIVES

Hogeschool VIVES beschikt op haar campus in Roeselare over een semi-industriële batch microgolfoven van 3 kW voor onderzoeksdoeleinden. Deze oven biedt de mogelijkheid om trapsgewijs het vermogen in te stellen, vocht af te zuigen en een regelbaar vacuüm aan te leggen. Gewichtsverlies, oppervlaktetemperatuur, geabsorbeerde en gereflecteerde energie kunnen continu worden opgevolgd.

Recent werd dit batchsysteem aangevuld met een inline microgolf, waardoor ook op pilootschaal testen kunnen worden uitgevoerd. Beide installaties bieden bedrijven de mogelijkheid om onder begeleiding en op pilootschaal te verkennen welke voordelen microgolftechnologie kan bieden voor hun producten en processen.

Microgolftechnologie in RE4F

In het project Rethink Energy 4 Food (RE4F) wordt onderzocht hoeveel energie bespaard kan worden door conventionele (voor)bakprocessen te vervangen door microgolftechnologie in de voedingsindustrie. Het gebruik van microgolven voor bakken en voorbakken is een nieuwe, veelbelovende toepassing van deze technologie. Omdat de Maillard-reactie essentieel is voor de gewenste bruinkleuring bij bakprocessen, wordt in RE4F onderzocht of het combineren van microgolftechnologie met infraroodstraling kan leiden tot producten met de gewenste eigenschappen. Daarnaast zal ook het combineren van microgolven en convectie worden uitgetest.  Concreet zullen microgolf (voor)bakprocessen getest worden voor het bakken van koekjes en cakes en voor het voorbakken van bladerdeegpasteitjes om te kijken of ze voldoen aan de kwaliteitsnormen en of de energiebesparing opweegt tegen de investeringskosten.

Microgolftechnologie biedt veel mogelijkheden voor de voedingsindustrie en kan een belangrijke rol spelen in de energietransitie, vooral wanneer er synergiën ontstaan met andere verwarmingsmethoden om zowel de energie-efficiëntie als de productkwaliteit te verbeteren.