Lupaava mutta alihyödynnetty kylmäkuivaus 

Kylmäkuivaus (pakastekuivaus, lyofilisointi) on menetelmänä ikivanha. Sitä ovat hyödyntäneet vuoristoseutujen alkuperäiskansat jo tuhansia vuosia. Ensimmäiset kylmäkuivauslaitteet kehitettiin 1900-luvun puolivälissä, ja ne yleistyivät tutkimuksen ja lääketeollisuuden käytössä 1900-luvun loppupuolella.  

Elintarvikepuolella kylmäkuivattujen ruokien kehitys sai potkua 1960-luvulla NASA:n avaruusohjelmasta. Sen jälkeen kylmäkuivausta on hyödynnetty kuitenkin lähinnä erikoistuotteissa ja pienimuotoisesti marjojen, yrttien ja retkiruokien kuivaamisessa.   

Kylmäkuivauksesta ei ole muodostunut valtavirran säilöntämenetelmää. Syitä tähän voivat olla muun muassa korkeat investointi- ja tuotantokustannukset sekä rajallinen tuotevalikoima verrattuna esimerkiksi pakasteisiin.  

Kylmäkuivausta on kritisoitu myös prosessin hitaudesta ja korkeasta sähkönkulutuksesta. Yksi syy voi kuitenkin olla tuotekehitys- ja testausmahdollisuuksien puute. 

Kylmäkuivaus säilyttää ominaisuudet 

Kylmäkuivauksessa jäätyneestä tuotteesta poistetaan vesi sublimoimalla. Sublimaatiossa aine muuntuu kiinteästä muodostaan suoraan kaasuksi, eli jää muuttuu vesihöyryksi ilman, että se sulaa välillä vedeksi. Tämä mahdollistaa niin rakenteiden, värin kuin ravintoaineidenkin säilymisen tuotteessa lämpökuivausta paremmin.  

Onnistunut kylmäkuivattu tuote muistuttaakin tuoretta. Se on vain kevyempi ja hauraampi.  

Kylmäkuivausteknologia on periaatteessa yksinkertainen. Sublimaatio tapahtuu, kun lämpötila ja paine lasketaan riittävän alas.  

Kylmäkuivauksessa haastavinta on rakenteen säilyttäminen. Vesihöyryn on päästävä ulos tuotteesta rikkomatta rakenteita. Esimerkiksi marjan tai hedelmän kuori voi estää vesihöyryn poispääsyn, mikä johtaa lopulta kuoren halkeamiseen ja rakenteen romahtamiseen. 

Keskeistä on myös pakastusprosessin onnistuminen. Pakastuksen pitää olla riittävän tehokas, eikä tuote saa sulaa missään välissä, jotta siihen ei synny suuria, solurakenteita rikkovia jääkiteitä. Kylmäkuivausprosessi onkin suunniteltava aina tuote- ja raaka-ainekohtaisesti ja se vaatii tuotekehitystä. 

Tuote voi säilyä vuosikymmeniä  

Kylmäkuivaus pidentää merkittävästi tuotteen säilyvyyttä, sillä alhainen vedenaktiivisuus estää mikrobien kasvun. Tämän vuoksi kuivatut tuotteet voi säilyttää huoneenlämmössä.  

Kuivatut tuotteet ovat kevyitä, sillä veden poistaminen laskee painon tyypillisesti noin kymmenesosaan alkuperäisestä. Näiden ominaisuuksien vuoksi kylmäkuivaus on lupaava menetelmä huoltovarmojen elintarvikkeiden suunnitteluun.  

Toisaalta maailmanlaajuisesti on tunnistettu kasvava kuluttajaryhmä, joka arvostaa korkealaatuista ravintoa ja on valmis maksamaan siitä korkeampaa hintaa. Kylmäkuivattuja tuotteita onkin paljon suunniteltu Premium-luokan tuotteiksi, joissa keskeistä on laatu ja helppo käytettävyys – ja varsin korkea kilohinta. Kylmäkuivaus voi siis tuottaa lisäarvoa raaka-aineille. 

Kylmäkuivattujen tuotteiden laadussa on kuitenkin suurta vaihtelua. Yksi keskeinen tekijä optimaalisen kylmäkuivausprosessin lisäksi on pakkaus. Pakkauksen on estettävä niin kosteuden kuin hapenkin pääsy tuotteeseen, muuten tuote alkaa pikkuhiljaa kostua tai hapettua ja sen laatu heikkenee.  

Runsassokeriset tuotteet kuten marjat ja hedelmät absorboivat herkästi itseensä kosteutta ja pehmenevät. Rasvaisissa tuotteissa tapahtuu rasvan härskiintymistä, minkä voi huomata tunkkaisena hajuna. Tämän vuoksi rasvaiset kylmäkuivatut tuotteet kannattaa pakata suojakaasuun tai käyttää pakkauksissa hapensitojia.  

Pakkausmateriaalin lisäksi olennaista on pakkauksen riittävä saumaus. Läpinäkyvät pakkaukset ovat ehkä kuluttajalle kivoja, mutta tuotteen säilyvyyden ja laadun kannalta ne aiheuttavat rajoitteita.  

Suomeen kylmäkuivaustoimijoita 

Kylmäkuivausta on hyödynnetty Suomessa pitkään lähinnä tutkimuskäytössä, mutta viime vuosina on nähty selkeää kehitystä kohti teollista kylmäkuivausprosessointia.  

Kiteen Puhoksella ja Tampereella toimiva Nordic Freeze Dry Oy aloitti toimintansa 2022 aluksi pienen mittakaavan testikuivauksilla. Tällä hetkellä sen kuivauskapasiteetti on muutamia satoja kiloja viikossa. Yritys tekee pienimuotoisesti myös pakastusta, esikäsittelyviipalointia ja -rouhintaa, sekä jälkikäsittelynä kuivattujen tuotteiden jauhamista ja pakkaamista. Yrityksen tavoitteena on kasvaa pikkuhiljaa täyden palvelun teollisen mittakaavan kylmäkuivauslaitokseksi.  

Hirvensalmella toimiva Frost Dry Oy ja helsinkiläinen Lyogix Oy ovat kotimaisia kylmäkuivausteknologian kehittäjiä. Frost Dryn teknologiakehittäjätiimi kehittää markkinoille kuivauskapasiteetiltaan yli 2 000 kg:n kylmäkuivauslaitteita, jotka hyödyntävät patentoitua tekoälypohjaista kuivausteknologiaa.  

Lisääntyneen kysynnän myötä kehitteillä on myös pienempiä kuivureita. Kehitystyön ohella Frost Dry tarjoaa yrityksille pienimuotoisesti elintarvikkeiden kylmäkuivauspalvelua. 

Toimintaansa käynnistelevä Lyogix on puolestaan kehittänyt algoritmipohjaisen pakastekuivausohjausalustan ja on aloittamassa prototyyppilaitteen rakentamista. Molempien yritysten ajatuksena on kehittää käyttäjäystävällisiä laitteita, joissa panostetaan energiatehokkuuteen ja parhaaseen mahdolliseen kuivauslaatuun teknologiaa hyödyntäen. 

Tällä hetkellä moni suomalainen yritys valmistuttaa kylmäkuivatut tuotteet Virossa. Freezedry OÜ on kehittänyt palvelukonseptiaan jo vuodesta 2011, joten se pystyy vastaamaan tällä hetkellä paremmin yritysten tarpeisiin laajemmalla palveluvalikoimalla ja kilpailukykyisellä hinnalla. Pelkkä kylmäkuivauspalvelu ei riitä, vaan tarvitaan toimiva valmistusketju, johon kuuluvat esikäsittelyt, pakastus, jälkikäsittelyt ja pakkaaminen. 

Tuotekehitystä ja uusia ideoita tarvitaan 

Itä-Suomen yliopiston ja Kehitysyhtiö SavoGrown ELTUVA-hankkeessa tutustuttiin kylmäkuivaukseen ja testattiin sen lainalaisuuksia yhteistyössä alueen elintarvikeyritysten kanssa.  

Testeissä kuivattiin monenlaisia raaka-aineita kuten marjoja, juureksia, sieniä, lihaa ja yrttejä, sekä kokonaisia tuotteita ja aterioita kuten mansikkasorbettia ja linssikeittoa. Testit antoivat yrityksille viitteitä, mihin suuntaan tuoteaihioita kannattaa kehittää, sekä tietoa lopputulokseen ja säilyvyyteen vaikuttavista tekijöistä.  

Rakenteen säilymisen kannalta haastavia kuivattavia olivat hyvin mehukkaat ja pehmeämaltoiset marjat, joissa ei ole juurikaan tukirakenteita sisällä, kuten hunajamarja. Tällaisia marjoja voidaan paremmin hyödyntää vaikkapa jauheena tai uutteina.  

Testeissä yllätti sokeripitoisten nesteiden vaahtoaminen. Mansikkasose muodosti vaahtomuovimaisen rakenteen ja koivunmahlasta saatiin hattaramaista vaahtoa. Helppoja kuivattavia olivat puolestaan sienet ja erilaiset lihat, jotka voidaan myös ennallistaa lisäämällä vesi juuri ennen käyttöä.  

Hankkeen tärkein oppi oli, että ennen kylmäkuivausta kannattaa panostaa tuotekehitykseen ja esitestauksiin. Onnistunut kylmäkuivaus vaatii tuotekohtaista prosessin suunnittelua. Sublimaatioprosessin lisäksi keskeisiä ovat esikäsittelyt, pakastus ja jälkikäsittelyvaiheet. Erityisesti esikäsittelyvaiheilla on suuri merkitys kuivaustuloksen kannalta ja pakkaussuunnittelulla tuotteen säilyvyyden kannalta.  

Kylmäkuivatuille tuotteille on rajattomasti tuotekehitysmahdollisuuksia. Esimerkiksi kylmäkuivattuja raaka-aineita voitaisiin hyödyntää korkealaatuisten elintarvike-, ravitsemus- ja hyvinvointituotteiden kehittämisessä, sillä menetelmä säilyttää raaka-aineiden maut, värit ja ravintoaineet lämpökäsittelyjä paremmin.  

Kylmäkuivatut raaka-aineet myös säilyvät pitkään ja ovat kevyitä, jolloin ne vastaavat kasvaviin ekologisuusvaatimuksiin sekä huoltovarmuuden tarpeisiin.  

Itä-Suomen yliopiston ja Kehitysyhtiö SavoGrown ELTUVA-hankkeen (Elintarviketurvallisuuden varmistaminen ja analytiikan kehittäminen, 2023–2025) rahoitti Pohjois-Savon liitto Euroopan aluekehitysrahastosta (EAKR).