PILOTS PROJECT part II: Drogen als sleuteltechnologie voor alternatieve eiwitten en vezels

Waar het eerste PILOTS-artikel focuste op het isoleren en concentreren van plantaardige eiwitten uit gele erwten en linzen, richt dit vervolgartikel zich op een volgende, minstens even cruciale processtap: drogen. Deze stap is essentieel om natte eiwitextracten en vezelrijke fracties om te zetten in stabiele, houdbare en functionele ingrediënten die geschikt zijn voor verdere verwerking in voedingsproducten.

Drogen verlengt niet enkel de houdbaarheid, maar beïnvloedt ook in sterke mate de functionele eigenschappen van het eindproduct, zoals oplosbaarheid, waterbinding, emulgerend vermogen, kleur, smaak, textuur en verwerkbaarheid. Door het lagere watergehalte en de daarmee gepaard gaande gewichts- en volumereductie kan drogen bovendien de opslag, verpakking en het transport efficiënter maken en zo de logistieke kosten en milieu-impact verlagen. Tegelijk speelt de droogstap zelf een belangrijke rol in het energieverbruik en de CO₂-voetafdruk van het productieproces.

Voor producenten van alternatieve eiwitten en voedingsvezels wordt de keuze van een droogtechnologie daardoor steeds meer een strategische beslissing.

Waarom zijn alternatieve eiwitten en vezels zo uitdagend om te drogen?
Veel plantaardige eiwitten en vezels zijn gevoelig voor warmte. Een te intensief droogproces kan leiden tot eiwit denaturatie, verlies van oplosbaarheid of een verminderde functionaliteit in toepassingen zoals emulsies en schuimen. Ook kleurveranderingen, ongewenste aroma's en textuurverliezen kunnen optreden. Tegelijk moet voldoende water worden verwijderd om microbiologische stabiliteit en een lange houdbaarheid te garanderen.

Binnen het PILOTS-project werd de impact van verschillende droog- en verwerkingsmethoden onderzocht, voor zowel plantaardige eiwitconcentraten uit gele erwten en linzen, als vezelrijke ingrediënten afkomstig van bierdraf en suikerbietvezels. De resultaten tonen aan dat de keuze van de droogtechnologie een cruciale rol speelt in de balans tussen nutritionele kwaliteit, technologische functionaliteit en duurzaamheid van het proces. 

De juiste droogtechniek

Er bestaan bijzonder véél verschillende droogtechnieken, elk met hun voor- en nadelen.  
In dit artikel beperken we ons tot de technieken die gebruikt werden in het PILOTS project of waarvan een grote expertise en pilootapparatuur aanwezig is in het Flanders Food PILOTS Netwerk, meer bepaald in de FOOD PILOT of de FR&D Hall.  Iedereen kan hier terecht om samen te zoeken naar de meest optimale droogtechniek voor je product

Convectief drogen met warme lucht: de robuuste klassieker

Convectief drogen, beter bekend als warmelucht drogen, is wereldwijd nog steeds de meest toegepaste droogmethode. Hierbij stroomt warme lucht over of door het product, waardoor water verdampt en wordt afgevoerd. Technologieën zoals tunnel-, band- en kastdrogers behoren tot deze categorie, alsook het wijdverspreide sproeidrogen en ’fluidized bed drogen’ (wervelbed drogen).

De populariteit van warme lucht drogen is eenvoudig te verklaren. De techniek is relatief eenvoudig, robuust en goed schaalbaar. Ze wordt veel gebruikt voor vezelrijke stromen, groenten, kruiden en andere grondstoffen die minder gevoelig zijn voor langdurige blootstelling aan warmte.

Toch heeft deze techniek ook beperkingen. Omdat de droogtijd vaak relatief lang is, kan kwaliteitsverlies optreden. Kleur, aroma's en bepaalde nutriënten kunnen deels verloren gaan. Vanuit duurzaamheidsperspectief is ook het energieverbruik een aandachtspunt.

Voor vezelfracties uit groenten of nevenstromen blijft warm lucht drogen echter vaak een economisch aantrekkelijke keuze.

In het PILOTS project werd door de onderzoekers van de Food Pilot het proces van warme lucht drogen uitgevoerd met een KASTDROGER (tray dryer): Multifunctionele bak-, droog- en rookkast van Gernal https://www.foodpilot.be/nl/producten/multifunctionele-kast-luchtdrogen-garen-stomen-roken (Afb. 1)

Hiernaast bestaan er nog andere types van luchtdrogers, zoals een tunneldroger of een trommeldroger. 

Bij semi-industriële testen proberen de technologen van ILVO de droogresultaten bekomen met dit toestel zo goed mogelijk te vertalen naar andere types van apparatuur, wat zeker niet evident is.

Sproeidrogen: dé standaard voor eiwitpoeders – maar hoog energieverbruik

Wanneer plantaardige eiwitten uit vloeibare extracten worden gewonnen, komt vaak sproeidrogen in beeld. Bij deze technologie wordt een vloeistof of slurry verneveld tot microscopisch kleine druppels die in contact komen met hete lucht. Het water verdampt vrijwel onmiddellijk, terwijl fijne poederdeeltjes achterblijven.

Voor producenten van eiwitingrediënten biedt sproeidrogen belangrijke voordelen. Het proces is continu, laat een goede controle van de deeltjesgrootte toe en produceert poeders met een uitstekende oplosbaarheid. Daardoor is het vandaag de standaardtechnologie voor tal van functionele eiwitpoeders. 

De keerzijde is het hoge energieverbruik. Grote hoeveelheden lucht moeten worden verwarmd om het vocht snel te verwijderen. Daardoor behoort sproeidrogen tot de meer energie-intensieve droogprocessen. Ondanks hun potentieel worden sommige innovatieve ingrediënten onvoldoende opgeschaald omdat de hoge energiebehoefte en bijhorende kosten van sproeidrogen de economische haalbaarheid beperken. 

Toch blijft sproeidrogen voor veel eiwittoepassingen de referentietechnologie dankzij de combinatie van productkwaliteit, capaciteit en industriële schaalbaarheid.

In de Food Pilot is er een Labo Sproeidroger MiniSprayDryer S-300, Buchi, (Afb. 3) ter beschikking waarbij zowel klassiek- als encapsulatie sproeidrogen kan uitgetest worden op zeer kleine volumes (1l/u). 

Daarnaast is er, voor het drogen van grotere (semi) industriële volumes vanaf 30 liter een Anhydro/Laarman sproeitoren beschikbaar.  Deze wordt in Food Pilot zo goed als wekelijks gebruikt om allerlei vloeibare producten om te zetten tot kwaliteitsvolle, lang houdbare poeders. Denk hierbij bijvoorbeeld aan melkpoeders (koeien, kamelen, ezels, paarden...), groenten- en fruitextracten. 

Drum- of trommeldrogen: snel, compact en kostenefficiënt

Conductief drogen is een droogtechnologie waarbij warmte via direct contact wordt overgedragen van een verwarmd oppervlak naar het te drogen product. In de Food Pilot wordt deze techniek toegepast met een drumdroger, die bijzonder geschikt is voor het snel drogen van vloeibare, gepureerde of viskeuze voedingsstromen. Bij drumdrogen wordt een dunne laag product aangebracht op een verwarmde, roterende trommel. Door het directe contact met het warme oppervlak verdampt het water zeer snel. Het gedroogde product wordt vervolgens mechanisch van de trommel geschraapt.  De tussenruimte tussen de trommels kan worden ingesteld, alsook de snelheid.

Een belangrijk voordeel van deze techniek is haar compacte karakter. De droogtijd is kort en het energieverbruik blijft beperkt in vergelijking met sommige andere technieken. 

Voor sommige toepassingen, zoals pureeachtige producten, zetmeelrijke grondstoffen of bepaalde vezelconcentraten, kan drumdrogen daarom een interessante optie zijn. Wel moet rekening worden gehouden met de relatief hoge thermische belasting. Dit kan invloed hebben op kleur, smaak en functionaliteit van gevoelige eiwitfracties. 

In de Food Pilot te Melle werd er tijdens het PILOTS project gewerkt met een (dubbele) trommeldroger van Buflovak (15-20 kg/u) (afb 5).  De trommels worden, door indirect contact, verwarmd met stoom.

Vriesdrogen: maximale kwaliteit tegen een hoge prijs

Wanneer productkwaliteit belangrijker is dan kostprijs, komt vriesdrogen in beeld. Hierbij wordt het product eerst ingevroren. Vervolgens wordt het ijs onder vacuüm rechtstreeks omgezet in waterdamp via sublimatie (daarom ook wel geklasseerd als ‘sublimatie droogtechnologie’).

Deze uitzonderlijk milde behandeling zorgt voor een maximale bewaring van structuur, kleur, aroma's en functionele eigenschappen. Daardoor levert vriesdrogen vaak de hoogste productkwaliteit van alle beschikbare droogtechnieken. 
Daar staat echter een belangrijke keerzijde tegenover. Zowel de investering als het energieverbruik liggen zeer hoog. Vriesdrogen behoort tot de meest energie-intensieve droogmethoden.  Bovendien is veelal de beperkte capaciteit en dus, de schaalbaarheid eveneens een nadeel.

Om die reden blijft vriesdrogen vooral interessant voor nichetoepassingen, hoogwaardige ingrediënten, onderzoeksprojecten en pilotactiviteiten waarbij maximale kwaliteit primeert boven productiekost. 

Microgolfdrogen: veelbelovende technologie voor de toekomst

Eén van de meest interessante ontwikkelingen voor alternatieve eiwitten en vezels is microgolfdrogen, een diëlectrische droogtechnologie. In tegenstelling tot conventionele technieken wekt deze methode de energie via elektromagnetische straling rechtstreeks op in het product. Dit zorgt voor een snelle interne opwarming waardoor vocht veel efficiënter verdampt. Omdat de microgolven direct interageren met de watermoleculen in het product en de omgevingslucht niet onnodig wordt opgewarmd, kent deze technologie een hoge energie-efficiëntie.

Deze volumetrische verwarming zorgt voor aanzienlijk kortere droogtijden en kan thermische schade beperken. Een groot bijkomend voordeel bij eiwit- en vezelrijke stromen is dat het vocht van binnenuit naar buiten wordt gedreven. Dit voorkomt ongewenste korstvorming aan het oppervlak, waardoor het product een open en poreuze structuur behoudt. Hierdoor biedt microgolfdrogen uitstekende perspectieven voor gevoelige ingrediënten waarbij behoud van kwaliteit, oplosbaarheid en functionaliteit centraal staan.

Hoewel industriële toepassingen vandaag nog beperkter zijn dan bij warme lucht- of sproeidrogen, wordt verwacht dat microgolftechnologie een steeds grotere rol zal spelen, zeker wanneer ze gecombineerd wordt met vacuümtechnieken of andere hybride oplossingen.

In de FR&D Hall (Roeselare) is er zowel een batch- (Püschner) als een inline (industriële) microgolf systeem (MEAM) (Afb 7) ter beschikking, voor het uittesten van deze veelbelovende droogtechnologie.

Resultaten uit het PILOTS project

Tijdens het Pilots project werden verschillende droogtechnieken uitgebreid uitgetest.  Zo werden de natte eiwitextracten van gele erwten en blonde linzen gesproeidroogd tot een eiwitconcentraat.  (70% eiwit of hoger)

Als vezelrijke grondstoffen werden bierdraf, een reststroom uit de bierindustrie en ‘Fidesse’ (een ‘nat’ product op basis van bietenpulp van Cosun) onder de loep genomen.  
De impact van 3 droogtechnieken op de nutritionele, microbiële en functionele eigenschappen van de vezels werd geëvalueerd, wat leidde tot héél wat nieuwe inzichten.  Hieronder een overzicht van het rendement van elke droogtechniek.

Tabel 1: Drogen van bierdraf met 3 verschillende droogtechnieken

Tabel 2: Drogen van FIDESSE met 3 verschillende droogtechnieken

(*) De droogtijd van drumdrogen werd niet bepaald, maar is door het continue proces aanzienlijk korter dan bij luchtdrogen en behoort typisch tot de snelle droogtechnieken.

Conclusies voor bierdraf

• Alle drie de droogtechnieken slagen erin om een hoog eind-drogestofgehalte (>90%) te bereiken, waardoor een microbiologisch stabiel product wordt verkregen dat geschikt is voor langdurige bewaring.
• Luchtdrogen resulteert in het hoogste einddrogestofgehalte (96,9%), maar vereist hiervoor een zeer lange droogtijd van ongeveer 25 uur. Dit maakt de techniek relatief traag en mogelijk minder aantrekkelijk voor grootschalige industriële toepassingen waar capaciteit en doorlooptijd belangrijk zijn.
• Microgolfdrogen biedt veruit de kortste procestijd (48 minuten) en behaalt tegelijkertijd het hoogste rendement op droge stof (23,2 kg DS per 100 kg nat product). Dit wijst erop dat de techniek het minst productverlies veroorzaakt tijdens het droogproces.
• Drumdrogen levert eveneens een hoog drogestofgehalte (94,6%), maar resulteert in het laagste rendement op droge stof (18,5 kg DS per 100 kg nat product). Dit suggereert dat tijdens dit proces meer materiaalverlies optreedt, mogelijk door productverlies aan de verwarmde walsen of door thermische degradatie.
• Wanneer zowel procestijd als behoud van droge stof in rekening worden gebracht, lijkt microgolfdrogen voor bierdraf de meest efficiënte technologie van de drie onderzochte droogmethoden.

Conclusies voor FIDESSE

• Door het lage initiële drogestofgehalte (5-6%) moet een aanzienlijk grotere hoeveelheid water verwijderd worden dan bij bierdraf. Hierdoor is een efficiënt droogproces nog belangrijker.
• Ook bij FIDESSE behalen alle technieken een einddrogestofgehalte boven 90%, wat resulteert in een stabiel eindproduct.
• Luchtdrogen geeft opnieuw het hoogste einddrogestofgehalte (96,7%), maar vraagt een droogtijd van ongeveer 6 uur, aanzienlijk langer dan microgolfdrogen.
• Microgolfdrogen combineert een relatief korte droogtijd (72 minuten) met het hoogste rendement op droge stof (5,7 kg DS per 100 kg uitgangsproduct), wat wijst op een goede productretentie.
• Drumdrogen geeft zowel het laagste einddrogestofgehalte (90,4%) als het laagste rendement op droge stof (4,6 kg DS per 100 kg uitgangsproduct). Voor deze grondstof lijkt drumdrogen daarom de minst performante van de drie onderzochte technieken.

Algemene conclusie

De resultaten tonen aan dat de keuze van de droogtechnologie een aanzienlijke invloed heeft op zowel procesefficiëntie als productrendement. Hoewel luchtdrogen de hoogste einddrogestofgehaltes oplevert, gaan deze gepaard met zeer lange procestijden. Drumdrogen biedt een sneller alternatief, maar vertoont in beide onderzochte stromen de grootste verliezen aan droge stof. Microgolfdrogen combineert daarentegen korte droogtijden met de hoogste opbrengst aan teruggewonnen droge stof en lijkt daardoor de meest veelbelovende techniek voor een efficiënte valorisatie van zowel bierdraf als FIDESSE. 

Zowel lucht-, drum- als microgolfdrogen zijn in sé geschikt om natte vezelrijke nevenstromen zoals bierdraf en bietenpulp om te zetten in stabiele, houdbare ingrediënten. De uiteindelijke keuze van de droogtechnologie zal dus meer bepaald worden door nog andere factoren zoals het energieverbruik, investering, capaciteit en de impact op de eigenschappen van de gedroogde grondstoffen.

Andere industriële droogtechnieken

Naast de droogtechnologieën die binnen het PILOTS-project werden onderzocht, zijn er nog verschillende andere industriële droogmethoden beschikbaar voor specifieke producten en toepassingen.

Infrarooddrogen (IR-drogen) maakt gebruik van infraroodstraling om een intense en gerichte oppervlakteverwarming te realiseren. De stralingsenergie wordt door de toplaag van het product geabsorbeerd en direct omgezet in warmte, waardoor het aanwezige vocht aan het oppervlak razendsnel verdampt.
Omdat de energie direct wordt overgedragen op het product zonder tussenkomst van een traag opwarmend medium (zoals lucht), kent deze technologie een hoge energie-efficiëntie en zeer korte droogtijden. De beperkte indringdiepte maakt infraroodstraling uitermate geschikt voor het drogen van dunne productstromen, poeders, slurries of coatings. Door die korte blootstellingstijd aan warmte blijven hittegevoelige eigenschappen, voedingswaarden en de natuurlijke kleuren optimaal behouden. Deze technologie kan getest worden in de FR&D Hall ( https://www.frdhall.be/aanbod) in Roeselare. 
Banddrogen (belt drying) wordt gebruikt voor continue droging van stukvormige of pasteuze producten op een transportband. De technologie is geschikt voor groenten, fruit, kruiden, koffie, diervoeders en plantaardige ingrediënten. Door meerdere droogzones te combineren kan het droogprofiel nauwkeurig worden afgestemd op het product.

Warmtepompdrogen combineert ontvochtiging van de drooglucht met warmterecuperatie. Hierdoor kan aanzienlijk energie worden bespaard ten opzichte van conventioneel warme-luchtdrogen. De technologie wint aan belang voor warmtegevoelige producten waarbij een lage droogtemperatuur gewenst is.

Spray freeze drying vormt een nichetoepassing voor hoogwaardige ingrediënten met hoge toegevoegde waarde. Hierbij wordt een vloeistof eerst verneveld en ingevroren, waarna het ijs via sublimatie wordt verwijderd. De techniek levert zeer poreuze poeders met een uitstekende oplosbaarheid, maar gaat gepaard met hoge investerings- en operationele kosten.

Gefluïdiseerd-bed-drogen (fluidized bed drying) wordt frequent ingezet als zelfstandige droogtechniek of als nabehandeling van sproeidrogen. Productdeeltjes worden hierbij in een opwaartse luchtstroom gebracht, wat resulteert in een zeer efficiënte warmte- en massaoverdracht. De techniek wordt veel toegepast voor poeders, granulen en agglomeraten.
Naar geïntegreerde droogconcepten

Hybride droogconcepten

De tendens in de industrie verschuift steeds meer naar de combinatie van verschillende droogtechnologieën binnen één proces.  Een klassiek voorbeeld van zo een hybride proces in de voedingsindustrie is de combinatie van een vallende-filmindamper (https://www.foodpilot.be/nl/producten/indamper)  met sproeidrogen (https://www.foodpilot.be/nl/producten/sproeidroger). Door het product eerst te concentreren tot een hoog droge-stofgehalte, wordt de hoeveelheid water die tijdens het energie-intensieve droogproces moet worden verwijderd sterk gereduceerd. Hierdoor kunnen zowel het energieverbruik als de operationele kosten aanzienlijk worden verlaagd.
Ook worden banddrogers steeds vaker gekoppeld aan warmtepomptechnologie of warmterecuperatiesystemen. 
Dergelijke geïntegreerde of hybride droogconcepten laten toe om energieverbruik, productkwaliteit en operationele kosten gezamenlijk te optimaliseren, wat ze bijzonder interessant maakt in het kader van de verduurzaming van voedingsprocessen.

De ‘universele’ droogtechniek bestaat niet!

Er is geen universeel beste droogmethode voor alternatieve eiwitten en vezels. De optimale keuze hangt af van de eigenschappen van de grondstof, de gewenste functionaliteit, de economische randvoorwaarden en de duurzaamheidsdoelstellingen.

Warmeluchtdrogen blijft een betrouwbare en schaalbare oplossing voor vezelrijke stromen. Sproeidrogen is vandaag de industriële standaard voor hoogwaardige eiwitpoeders, terwijl vriesdrogen de absolute referentie blijft voor maximale productkwaliteit. 
Drumdrogen biedt een interessante balans tussen snelheid en kost. Microgolfdrogen vertegenwoordigt een veelbelovende technologie voor energie-efficiënte kwaliteitsproducten.

Een overzicht van de eigenschappen van de besproken droogtechnieken is weergegeven in onderstaande tabel. 

 Tabel 3 : Eigenschappen van verschillende droogtechnieken

Conclusie : Slim drogen als hefboom voor inzet van duurzame ingrediënten

De groeiende vraag naar alternatieve eiwitten en voedingsvezels maakt van drogen een cruciale schakel in de verduurzaming van ons voedselsysteem. Hoewel alle droogtechnieken hetzelfde doel hebben – het verwijderen van water om producten stabiel en houdbaar te maken – verschillen ze sterk in energieverbruik, CO₂-uitstoot en impact op productkwaliteit. 

De uitdaging voor de voedingsindustrie bestaat er dan ook niet uit één universeel beste droogtechnologie te vinden, maar wel om voor elke grondstof en toepassing de meest geschikte balans te creëren tussen productkwaliteit, procesrendement, investeringskost en klimaatimpact. Daarbij winnen energie-efficiëntie, warmterecuperatie, hernieuwbare energiebronnen en hybride droogconcepten steeds meer aan belang. 

In een toekomst waarin duurzame ingrediënten centraal staan, zal de keuze van de droogtechnologie een steeds grotere invloed hebben op de ecologische voetafdruk van voedingsproducten. Slim drogen is daarom veel meer dan een technische processtap: het is een strategische hefboom om alternatieve eiwitten en vezels op een economisch rendabele én klimaatvriendelijke manier naar de markt te brengen. Wie vandaag investeert in efficiënte droogtechnologieën, investeert niet alleen in productkwaliteit, maar ook in de concurrentiekracht en duurzaamheid van de voedingsindustrie van morgen.

Oproep voor voedingsbedrijven

Op zoek naar innovatieve droogoplossingen?

Ben je als voedingsbedrijf op zoek naar een droogtechnologie die het energieverbruik aanzienlijk verlaagt? Of ben je op zoek naar een oplossing die de smaak, kleur, nutritionele waarde en functionele eigenschappen van uw product beter bewaart?

Flanders' FOOD werkt momenteel samen met verschillende partners aan de voorbereiding van een intercluster SBO-project rond de droogtechnologieën van de toekomst. Daarbij onderzoeken we nieuwe concepten die niet alleen energie-efficiënter zijn, maar ook bijdragen aan een hogere productkwaliteit.

We zijn daarom op zoek naar bedrijven die vandaag concrete uitdagingen ervaren rond drogen, concentreren of ontwateren van voedingsproducten. Of je nu op zoek bent naar energiebesparing, een lagere CO₂-uitstoot, een betere productkwaliteit of een hogere procesperformantie: je praktijkcase kan waardevolle input bieden voor het onderzoek.

Interesse of een concrete uitdaging? Neem contact op met Flanders‘ FOOD marie.demarcke@flandersfood.com We gaan graag in gesprek om je noden te bespreken en te bekijken hoe deze kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van toekomstige droogoplossingen voor de voedingsindustrie.

Bronnen:

Dit artikel is gebaseerd op resultaten en inzichten uit het PILOTS-project, met bijdragen van Food Pilot (ILVO) en FR&D Hall (VIVES) Daarnaast werd gebruikgemaakt van technische documentatie van de aanwezige drooginstallaties en algemeen beschikbare wetenschappelijke literatuur over droogtechnologieën voor voedingsingrediënten.

Belangrijkste referenties

• Flanders' FOOD. PILOTS-project: Pilootinfrastructuur voor innovatieve voedingsingrediënten. Beschikbaar via: PILOTS-project
• Food Pilot (ILVO). Pilootinfrastructuur voor verwerkingstechnologieën in de voedingsindustrie. Beschikbaar via: Food Pilot
• FR&D Hall. Piloot- en demonstratiefaciliteiten voor voedingsverwerking. Beschikbaar via: FR&D Hall
• Mujumdar, A.S. (Ed.). Handbook of Industrial Drying. 4th Edition. CRC Press, Boca Raton, 2014.
• Kudra, T. & Mujumdar, A.S. Advanced Drying Technologies. 2nd Edition. CRC Press, Boca Raton, 2009.
• Fellows, P. Food Processing Technology: Principles and Practice. 5th Edition. Woodhead Publishing, 2022.
• Jangam, S.V., Law, C.L. & Mujumdar, A.S. Drying of Foods, Vegetables and Fruits. Singapore: ASEAN-India Development Programme, 2010.