Fabrication and Performance Evaluation of a Semi-Automatic Electric Cabinet Dryer for Carrot, Cabbage and Tomato

In vielen Teilen der Welt ist der Weg vom Bauernhof zum Teller von Verlusten geprägt. Frisches Gemüse, das reich an Nährstoffen und wichtig für die Ernährungssicherheit ist, verdirbt oft, bevor es gegessen werden kann. Dies geschieht, weil diese Erzeugnisse leicht verderblich sind; ohne angemessene Lagerung oder Verarbeitung verfaulen sie, wodurch das investierte Wasser, das Land und die Arbeitskraft, die in den Anbau gesteckt wurden, verschwendet werden. In einkommensschwächeren Regionen, in denen Kühlung und fortschrittliche Lagereinrichtungen oft knapp sind, ist dieses Problem besonders akut. Eine der ältesten und effektivsten Methoden, um diesen Verderb zu stoppen, ist das Trocknen. Durch die Entzug von Wasser wird die Umgebung lebensfeindlich für Bakterien und Schimmelpilze, die den Verfall verursachen, und die Lebensmittel werden leichter sowie einfacher zu lagern oder zu transportieren. Obwohl das Trocknen ein einfaches Konzept ist, erfordert eine gute Durchführung Kontrolle. Das traditionelle Lufttrocknen an der Luft ist vom Wetter abhängig, welches unvorhersehbar sein kann, und setzt die Lebensmittel Staub und Insekten aus. Moderne Lösungen nutzen oft Maschinen, die erhitzte Luft verwenden, um den Prozess zu beschleunigen, aber diese können teuer oder komplex in der Herstellung sein. Die Herausforderung für Kleinbauern und lokale Gemeinschaften besteht darin, einen Weg zu finden, Lebensmittel zu trocknen, der erschwinglich, zuverlässig und in der Lage ist, verschiedene Arten von Gemüse zu verarbeiten, ohne dass teure Technologie erforderlich ist.

Ein Forschungsteam in Ruanda setzte sich zum Ziel, diese Herausforderung anzugehen, indem es einen einfachen, halbautomatischen elektrischen Kabinetttrockner entwarf, baute und testete. Ihr Ziel war es, eine Maschine zu schaffen, die aus lokal verfügbaren Materialien konstruiert werden konnte und zur Konservierung gängiger Gemüse wie Karotten, Kohl und Tomaten verwendet werden konnte. Sie begannen mit der Erstellung eines detaillierten dreidimensionalen Modells des Geräts, das die Form eines Holzkastens etwa in der Größe eines großen Koffers hatte. Im Inneren dieses Kabinetts installierten sie ein Heizelement, einen Lüfter zur Zirkulation der warmen Luft und Drahtkörbe zur Aufnahme des Gemüses. Das System wurde mit Sensoren ausgestattet, um die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit im Inneren der Kammer zu überwachen, zusammen mit einem Bedienfeld, das es dem Bediener ermöglichte, die gewünschten Bedingungen einzustellen. Die gesamte Maschine wurde in einer Schreinerei montiert, wobei Holz für die Struktur und Standard-Elektrokomponenten für die Heiz- und Steuerungssysteme verwendet wurden. Die Gesamtkosten für den Bau des Prototyps beliefen sich auf 84.755 Ruanda-Franc, eine Summe, die die Forscher als stark beeinflusst durch den Preis der elektrischen Teile bezeichneten, welche den Großteil der Hardwarekosten ausmachten.

Um zu sehen, wie gut diese selbstgebaute Maschine funktionierte, führten die Forscher eine Reihe von Tests mit frischem Erzeugnis durch, das auf einem lokalen Markt gekauft worden war. Sie bereiteten Proben von Karotten, Kohl und Tomaten vor, indem sie diese wuschen und schälten, bevor sie sie auf die Tabletts legten. Jeder Testlauf dauerte sechzehn Minuten, während der die Maschine die Luft auf Temperaturen zwischen 49 und 55 Grad Celsius erhitzte. Die Forscher wogen das Gemüse vor und nach jedem Durchgang sorgfältig ab, um zu messen, wie viel Wasser entzogen worden war. Sie verfolgten auch die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit im Inneren des Kabinetts während des gesamten Prozesses. Die Ergebnisse zeigten, dass der Trockner wie beabsichtigt funktionierte und erfolgreich Feuchtigkeit aus allen drei Arten von Gemüse entfernte. Die Geschwindigkeit, mit der das Wasser aus der Nahrung entwich, variierte jedoch erheblich je nach Kulturpflanze.

Die auffälligste Erkenntnis war, dass sich das Gemüse nicht im gleichen Maße trocknete, obwohl es derselben Hitze und demselben Luftstrom ausgesetzt war. Kohl erwies sich als am einfachsten zu trocknen und verlor in nur sechzehn Minuten fast die Hälfte seines ursprünglichen Gewichts. Karotten schnitten moderat gut ab und verloren in der gleichen Zeit etwa ein Drittel ihres Gewichts. Tomaten hingegen trockneten viel langsamer und verloren nur etwa 15 Prozent ihres Gewichts. Die Forscher beobachteten, dass die Luft im Inneren des Kabinetts beim Trocknen von Tomaten deutlich trockener war als bei den anderen beiden Kulturen, und dennoch verloren die Tomaten die Feuchtigkeit am langsamsten. Dies deutet darauf hin, dass die Struktur der Tomate selbst – vielleicht die Haut oder die Dicke des Fruchtfleisches – eine Barriere schafft, die es schwieriger macht, Wasser entweichen zu lassen, ungeachtet dessen, wie trocken die Umgebungsluft ist. Im Gegensatz dazu ermöglichte die blättrige Struktur des Kohls, dass Wasser schnell verdunstete. Die Karotten lagen dazwischen, wobei die Ergebnisse für Karotten von einem Test zum nächsten stärker variierten, was wahrscheinlich daran lag, dass die Größe und Form der Karottenstücke nicht perfekt einheitlich waren.

Obwohl die Maschine erfolgreich demonstrierte, dass sie dieses Gemüse trocknen konnte, waren die Forscher sorgfältig darauf bedacht, die Grenzen ihrer Studie aufzuzeigen. Die Tests waren kurz und dauerten nur sechzehn Minuten, was weit weniger ist, als benötigt wird, um Gemüse für die langfristige Lagerung vollständig zu trocknen. Folglich repräsentieren die von ihnen aufgezeichneten Zahlen eher die anfängliche Trocknungsgeschwindigkeit als die endgültige Effizienz des Prozesses. Sie schätzten auch den Stromverbrauch, anstatt ihn direkt mit einem Zähler zu messen, was bedeutete, dass sie noch nicht genau berechnen konnten, wie viel Energie benötigt wurde, um eine bestimmte Menge Wasser zu entfernen. Trotz dieser Einschränkungen bewies das Projekt, dass ein kostengünstiger, lokal gebauter Trockner ein funktionales Werkzeug zur Reduzierung von Nachernteverlusten sein kann. Die Studie legt nahe, dass ein solches Gerät für kleine Verarbeiter in Ruanda und ähnlichen Umgebungen eine praktische Möglichkeit bietet, Überschüsse zu konservieren. Um das System jedoch wirklich effizient zu machen, müssten zukünftige Verbesserungen darauf abzielen, die Größe der Gemüsestücke zu standardisieren, die Luftfeuchtigkeit in der Kammer besser zu kontrollieren und den Energieverbrauch präziser zu messen. Die Arbeit bestätigt, dass mit dem richtigen Design einfache Technologie eine bedeutende Rolle bei der Sicherung der Lebensmittelversorgung und der Unterstützung der lokalen Landwirtschaft spielen kann.