DE1604798C2

DE1604798C2 - Verfahren zur Gefriertrocknung

Info

Publication number: DE1604798C2
Application number: DE1604798A
Authority: DE
Inventors: Francis Karl San Rafael Calif. Baerwald (V.St.A.)
Original assignee: Basic Vegetable Products Inc San Francisco Calif (vsta)
Current assignee: Basic Vegetable Products Inc San Francisco Calif (vsta)
Priority date: 1961-06-26
Filing date: 1962-03-29
Publication date: 1974-06-20
Also published as: GB948517A; CH386338A; DK123890B; DE1604798B1

Description

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solche Arbeitsweise zunächst als zwecklos erschei- brationsfläche bildet, ist mit einem Heizelement 25 nen, bei der das zu trocknende Gut in einem hoch- versehen. Das Heizelement 25 kann entweder ein wärmeisolierten Vakuumraum hochgeschleudert elektrisches Heizelement oder eine Heizschlange wird, so daß zeitweise eine totale Wärmeisolierung sein, in der ein flüssiges oder gasförmiges Wärmeeintritt. Es hat sich aber gezeigt, daß dieser schein- 5 Übertragungsmedium zirkuliert. Das Heizelement 25 bare Nachteil durch den Vorteil weit aufgewogen liegt zweckmäßig auf der Unterseite der Vibrationswird, der darin besteht, gegenüber der normalen platte 23.

Transport-Vibrationsbewegung unter Einhaltung Im Bereich des oberen Endes der Vibrationsplatte

konstanter Schichtlagen, eine größere Anzahl von 23 ist eine Ausbreitvorrichtung 26 vorgesehen,

Teilchen an wechselnden Oberflächenteilen mit der io welche das fein zerteilte, gefrorene Gut gleichmäßig

beheizten Förderfläche in Berührung zu bringen, wo- über den Anfangsbereich des Transportweges auf der

durch sich der Trocknungsprozeß wesentlich be- Vibrationsplatte 23 verteilt. Die Ausbreiteinrichtung

schleunigt. 26 kann in verschiedener Weise ausgebildet sein und

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele zur beispielsweise aus einer Platte bestehen/ die einstell-

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ,₅ bar befestigt ist, so daß ihre Stellung'bezüglich der

schematisch dargestellt; es zeigt Oberfläche der Vibrationsplatte 23: geändert werden

Fig. 1 ein Fließschema des Verfahrens gemäß der kann, wodurch eine Einstellung der Schichtdicke des

Erfindung, . . fein zerteilten, gefrorenen Materials auf der Vibra-

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Durchführung des tionsplatte 23 möglich ist.

Verfahrens. 20 An der Unterseite der Vibrationsplatte 23 ist eine

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf Rütteleinrichtung 27 angeordnet. Die drehbare Ver-

die Zeichnungen näher erläutert. bindung 24 zwischen der Vibrationsplatte 23 und der

Wie aus dem Fließschema nach F i g. 1 hervorgeht, Vakuumtrocknungskammer ist mit entsprechenden, wird das zn trocknende Gut in einer geeigneten Ein- die Schwingung ermöglichenden Elementen, z.B.. Ferichtung 10 gefroren, indem man es auf eine genü- ₂₅ dem, versehen. Die Ausführungsform der Rütteleingend niedere Temperatur abkühlt, so daß die ge- richtung 27 und spezielle Schwingungsdämpfer sind :-. samte in ihm enthaltene Feuchtigkeit gefriert. Hier- in der Zeichnung nicht dargestellt, da jede geeignete auf wird das zu trocknende Gut in einer nachfolgen- Type verwendet werden kann, welche die vorgeden Mahleinrichtung 11 auf die gewünschte Teil- schriebene Bewegung der Teilchen herbeiführt, chengröße, in diesem Fall z.B. auf Teilchen einer _3O Das über das untere Ende 28 der Vibrationsplatte Größe, die ein Sieb der lichten Maschenweite von 23 geförderte Gut gelangt in den Durchlaß 29 und 0,833 bis 0,147 mm (20 bis 80 mesh) passieren, ver- tritt durch weitere Vakuumschleusen 31, 32 zur Vermählen. Diese genauen Werte dienen lediglich zur arbeitung bzw. Verpackung aus. Die Verbindungslei-Erläuterung des Ausführungsbeispiels, denn die Teil- tung 33 "zwischen den Vakuumschleusen 31 und 32 chengröße kann von Produkt zu Produkt schwanken. ₃₅ ist ebenfalls mit einer nicht gezeichneten Vakuum-

Das fein zerteilte, noch in gefrorenem Zustand pumpe und einem Kondensator über eine Verbinvorliegende Gut wird hierauf in eine Vakuumtrock- dungsleitung 34 verbunden (vgl. Positionen 20, 21). nungskammer 12 eingebracht, in welcher es erwärmt Die Arbeitsweise der in Fig. 2 gezeigten Vor- und das Wasser in einem Kondensator abgezogen richtung soll nächstehend kurz beschrieben werden: wird. Das Trockenprodukt läßt sich bei 13 aus der ₄₀ Zunächst wird die Vibrationsplatte 23 auf den ge-Vakuumtrocknungskammer 12 ausschleusen. . wünschten Neigungswinkel eingestellt. Dieser Nei-

In F i g. 2 ist eine Vorrichtung gezeigt, mit der das gungswinkel hängt von dem zu trocknenden Gut ab

Verfahren gemäß der Erfindung günstig ausgeführt und kann, wie erwähnt, für die einzelnen zu trock-

werden kann. nenden Güter verschieden sein. Die Stellung der

Fein zerteiltes, zu trocknendes Gut wird in einen Ausbreitvorrichtung 26 gegenüber der Oberfläche

Einfülltrichter 14 gegeben, aus dem es durch Vaku- der Vibrationsplatte 23 ist ebenfalls entsprechend

umschleusen 16, 17 in die Vakuumtrocknungskam- der Teilchengröße des zu treckenden Gutes einzu-

mer 18 gelangt. Die Vakuumschleusen 16, 17 können stellen.

in verschiedener Weise ausgebildet sein. Dabei ist es Nunmehr werden die Vakuumpumpen und die zuwichtig, daß der Eintritt von Luft in die Vakuum- gehörigen Kondensatoren in Betrieb genommen und trocknungskammer verhindert wird. Bei dem Aus- das gewünschte Vakuum hergestellt. Durch das Heizführungsbeispiel sind zylindrische Drehteile 19 vor- element 25 wird die Oberfläche der Vibrationsplatte handen, welche eine drehtürartige, randgedichtete 23 auf die erforderliche Temperatur gebracht, und Kammerschleuse bilden und das fein zerteilte gefro- zwar auf einen Wert, der genügend unterhalb der rene Gut aufnehmen und abgeben. Die Vakuum- Temperatur liegt, bei der das Produkt versengt oder schleusen 16, 17 sind über eine Leitung 20 miteinan- ⁵⁵ in anderer Weise geschädigt wird. Sobald in der Vader verbunden, welche ihrerseits über die Leitung 21 kuumtrocknungskammer 18 das gewünschte Vakuum an eine Vakuumpumpe und einen Kondensator ange- herrscht und die Oberfläche der Vibrationsplatte 23 schlossen ist. die entsprechende Temperatur angenommen hat, wird

Die Vakuumtrocknungskammer 18 steht über eine ₆ fein zerteiltes, gefrorenes Gut in den Einfülltrichter

Leitung 22 mit einer gleichfalls nicht gezeigten Va- 14 gegeben und durch die Vakuumschleusen 16,

kuumpumpe und einem weiteren Kondensator in in die Vakuumtrocknungskammer eingeführt. Das

Verbindung. Eine Vibrationsplatte 23 ist bei 24 in- Gut fällt auf den oberen Teil der Vibratorplatte

nerhalb der Vakuumtrocknungskammer 18 drehbar und wird durch die Ausbreitvorrichtung 26 gleichmä-

befestigt, so daß ihr Neigungswinkel leicht auf jeden ßig auf der Oberfläche ausgebreitet. Das Gut wird

gewünschten Wert von horizontal bis beispielsweise ⁵ dann unter der Einwirkung der Rütteleinrichtung

45° eingestellt werden kann. , über die Vibrationsplatte 23 gefördert, wobei die Be-

Die Vibrationsplatte 23,. deren Oberfläche die Vi- wegung der Vibrationsfläche so erfolgt, daß die Teil-

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chen voneinander getrennt und mit wechselnden gend wegen ihres charakteristischen Geschmacks ver-Oberflächenteilen mit der beheizten Oberfläche in braucht, der bei dem angegebenen Verfahren nahezu Berührung gebracht werden. Das innerhalb der fein vollständig beibehalten bleibt.

zerteilten Teilchen enthaltene Eis wird schnell ver- In gleicher Weise wurden erfindungsgemäß üb-

dampft und der Dampf abgezogen. Das feinzerteilte, 5 liehe grüne Gemüse in pulverisierter oder körniger getrocknete Gut gelangt hierauf durch die weiteren Form hergestellt, wie Spinat, Grüne Bohnen, Spargel Vakuumschleusen 31, 32 in eine geeignete Verpak- und Erbsen. Nach dem Waschen und Zurichten wurkungseinrichtung od. dgl. An Stelle der gezeigten den diese frischen Gemüse leicht angekocht (blan-Vorrichtung mit einer einzigen Vibrationsplatte 23 chiert), dann rasch gefroren, zermahlen und gefrierwerden zweckmäßig auch andere, mehrstufige An- io getrocknet. Das anfallende Pulver läßt sich durch Ordnungen mit kaskadenförmiger Hintereinander- Zugabe von heißem Wasser augenblicklich zu einem schaltung der einzelnen Vibrationsflächen verwendet. Püree mit natürlicher Farbe und frischem Ge-Diese Vibrationsflächen können dabei treppenartig schmack anrichten, das von frisch hergestelltem, und übereinanderliegend angeordnet sein, wobei die Vi- gekochtem Püree aus den Gemüsen nicht zu unterbrationsflächen .gleichen Neigungswinkels miteinan- 15 scheiden ist.

der verbunden Amd federelastisch gelagert sind. Eine Erfindungsgemäß wurde ferner auch Tomatenpul-

andere gegebepfalls vorteilhafte Ausführungsform ver aus geschälten Tomaten hergestellt, welche nach verwendet trichterförmige Vibrationsflächen, wobei Entfernung der Kerne gefroren, vermählen und gedas zu trocknende Gut jeweils vom Auslaß eines sol- friergetrocknet wurden. Das erhaltene Pulver läßt chen Trichters; auf ein kegelförmiges Verteilerele- 20 sich je nach der verwendeten Menge Wasser sofort ment strömt, welches die Verteilung in den oberen zu Püree oder Saft anrichten, und es besitzt den cha-Randbereich der nachfolgenden trichterförmigen Vi- rakteristischen Geschmack verflüssigter, frischer Tobrationsfläche übernimmt. Die Aufgabe erfolgt dabei maten, der sich vom Geschmack der Dosenprodukte zweckmäßig randsymmetrisch durch einen drehbaren bzw. der durch herkömmliche Vakuumtrocknung er-Verteilerteller. . ...... 25 zeugten Güter ganz einwandfrei unterscheidet.

Die als Ergebnis des' erfindungsgemäßen Verfah- Es wurde ferner unter Anwendung des erfindungs-

rens hergestellten, fein zerteilten, gefriergetrockneten gemäßen Verfahrens aus Avokadofrüchten ein pulve-Lebensmittel sind vielseitig verwendbar Beispiels- riges, schneeähnliches Produkt mit dem Geschmack weise kann man sie, wie Knoblauch, "Zwiebeln und und der Farbe der frischen Avokadofrucht herge-Meerrettich, als Gewürze und Zutaten verwenden. 30 stellt. Dabei werden reife Avpkadofrüchte geschält, Einige werden, in breiiger Form angewendet, wie halbiert und die Kerne entfernt. Die Hälften werden Suppenzutaten und Pulver zur Verwendung in Sau- gefroren, vermählen und anschließend gefriergecen und anderen zubereiteten Speisen. Typische Bei- trocknet. Das erhaltene Produkt wurde zur Herstelspiele für diese Gruppen sind Spargel und Tomaten. lung yon Aufstrichen und Salatsaucen und Aspik Außerdem, gehören zu dieser Gruppe alle diejenigen ₃₅ verwendet. Mit den vorbekannten Methoden der Le-Produkte,' die für diätetische Lebensmittel, wie bensmittelkonservierung war es bisher nicht möglich, Kleinkindernahrung und Schonkost für alte Leute, Avokadofrüchte zu konservieren,
brauchbar sind. Dazu gehören ferner grüne Bohnen, Ebenfalls erfindungsgemäß wurden auch fein zerSpinat, Karotten, Aprikosen und Äpfel. Andere fein teilte Artischocken hergestellt. Nach dem Vorkochen zerteilte, getrocknete Produkte können· in flüssiger ₄₀ wurde der eßbare Teil der Blätter, Böden und Stiele Form verwendet werden. Typische Vertreter dieser rasch gefroren, vermählen und zu einem Artischok- > Gruppe sind Pulver von Tomaten und anderen Ge- kenpul ver gefriergetrocknet, das sich schnell anrichmüsen, Aprikosen, Pfirsiche, Äpfel und andere ■ ten läßt. Ein vergleichbares Produkt war bisher unFrüchte sowie Kaffee. . bekannt.

Andere ähnliche Gruppen schließen diejenigen Le- 45 Obst, wie Äpfel und Aprikosen, kann ohne Verbensmittel ein, die sich, wenn sie in trockener, pul- Wendung von Schwefeldioxid ebenfalls verarbeitet verisierter Form verfügbar sind, als Bestandteile in werden. Das Obst wird geschält, entkernt bzw. die zusammengesetzten, abgewogenen und konzentrier- Kerne entfernt, dann rasch gefroren, vermählen und ten Diätspeisen eignen, d. h. Speisen mit bekanntem gefriergetrocknet. Man erhält ein Obstpulver, das und gleichbleibendem Nährwert und Energiegehalt. 50 sich für diätetische Speisen und als Grundstoff für Zu solchen Produkten gehören nicht nur pulveri- Getränke hervorragend eignet. Ebenso wurden erfinsierte oder, körnige Lebensmittel pflanzlicher Her- dungsgemäß getrocknete, körnige und pulverige kunft, sondern auch solche tierischen Ursprungs, wie Fleischprodukte, einschließlich Hühner- und Fisch-Fleisch, Geflügel und Fisch. produkten, hergestellt, die sich in gleicher Weise zur

Bisher stand keines dieser Produkte in kleiner 55 Verwendung in zusammengesetzten, konzentrierten Teilchengröße mit den frischen Produkten gleichwer- diätetischen Nahrungsmitteln eignen,
tigen. Eigenschaften zur Verfügung. Dies beruhte vor Ein weiterer Anwendungsbereich der Erfindung

allem auf den Unzugänglichkeiten der üblichen Ge- liegt in der Herstellung von Kaffeepulver. Hierzu friertrocknungsvorrichtungen. und -verfahren. Nach wurde frischer Kaffee bereitet und aus diesem ein dem Verfahren gemäß der Erfindung sind diese Pro- 60 Kaffeekonzentrat mit unterschiedlichem Feststoff gedukte nunmehr herstellbar. halt, insbesondere zwischen 27 und 28 °/o an festen

Beispielsweise wurden gefriergetrocknete Produkte Bestandteilen, hergestellt und eingefroren. Nach dem in feinzerteilter Form nach dem erfindungsgemäßen Gefrieren wurde das Konzentrat vermählen und ge-Verfahren aus Zwiebeln, Knoblauch und Meerrettich friergetrocknet. Das erhaltene Pulver löste sich nach hergestellt. Die Beschaffenheit der Produkte war 65 Zusatz von heißem Wasser augenblicklich und ergab schneeähnlich und von hervorragender, nach keinem ein von frischem Kaffee nicht zu unterscheidendes bisherigen Verfahren zu erzielender Qualität, Knob- Kaffeegetränk, welches sprühgetrocknetem Kaffeelauch, Zwiebeln und Meerrettich werden vorwie- pulver weit überlegen ist.

Abschließend soll darauf hingewiesen werden, daß das erfindungsgemäße Gefriertrocknungsverfahren besonders rasch verläuft und daß die zur Herstellung eines vollständig getrockneten Gutes erforderliche Zeit etwa der Teilchengröße umgekehrt proportional ist. So ist beispielsweise bei extrem kleinen

Teilchen die Gefriertrocknung nahezu augenblicklich beendet, während bei Teilchen von etwas größeren Abmessungen, beispielsweise einer Größe, die ein Sieb der lichten Maschenweite von 0,833 mm (20 mesh) passieren, die Trocknungszeit immer noch in der Größenordnung von 3 bis 5 Minuten liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 625/190

Claims

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ermöglichten nur einen ungenügenden Kompromiß

Patentanspruch: zwischen wirtschaftlicher Betriebsweise der Vakuum

trocknungskammer und einwandfreier Qualität des

Verfahren zum Gefriertrocknen von Lebens- Trocknungserzeugnisses bei geringer Trocknungsmitteln und ähnlichen Produkten, wie Gemüse, 5 dauer. So wurde beispielsweise festgestellt, daß bei Obst, Geflügel, Fleisch, Fisch oder Kaffee, im einer gesamten Trocknungszeit von 15 Stunden 75 °/o kontinuierlichen Verfahren, bei dem das gefro- der Feuchtigkeit bereits innerhalb der ersten 3 Stunrene, zu trocknende Gut fein zerteilt in die Vaku- den entfernt werden, während die übrigen 12 Stunumtrocknungskammer eingeschleust, dort auf be- den zur weitgehenden Entfernung der restlichen heizte Vibrationsflächen aufgebracht und unter io 25 % Feuchtigkeit erforderlich sind. Dies zeigt deut-Vibrieren dieser Flächen über diese hinweg zum lieh die ungenügende Ausnutzung der Anlage sowie Auslaß gefördert und als .Trockenprodukt ausge- die mangelhafte Verwertung der Heiz- und Kühlschleust wird, dadurch gekennzeich- energie.

net, daß das zu trocknende Gut in Schichten Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus,

von 0,15 bis 0,83 mm, deren Dicke etwa der 15 ein Verfahren zu schaffen, welches die vorstehend Dicke eines einzelnen Teilchens entspricht, auf genannten Nachteile überwindet und ein rasches Geden Vibrationsflächen ausgebreitet wird und daß friertrocknen von Lebensmitteln und ähnlichen Prodie Teilchen durch die Bewegung der Vibrations- dukten bei wirtschaftlicher Ausnutzung der Vakuumflächen voneinander getrennt und mit wechseln- trocknungskammer ermöglicht. Das Kennzeichnende den Oberflächenteilen mit der beheizten Vibra- ao der Erfindung ist darin zu sehen, daß das zu trocktionsfläche in Berührung gebracht werden. nende Gut in Schichten von 0,15 bis 0,83 mm, deren

Dicke etwa der Dicke eines einzelnen Teilchens entspricht, auf den Vibrationsflächen ausgebreitet wird und daß die Teilchen durch die Bewegung der Vibra- »5 tionsflächen voneinander getrennt und mit wechseln-

den Oberflächenteilen mit der beheizten Vibrationsfläche in Berührung gebracht werden. Zweck dieser Maßnahmen ist eine wenigstens kurzzeitige Vereinzelung der Teilchen und ein Durchmischungseffekt, 30 wodurch sowohl die Wärmezuführung als auch der Strömungswiderstand der Wasserdampfabführung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gefrier- vermindert werden.

trocknung von Lebensmitteln und.ähnlichen Produk- Durch die schweizerische Patentschrift 313 992 ist

ten, wie Gemüse, Obst, Geflügel, Fleisch, Fisch oder bereits ein Gefriertrocknungsverfahren bekanntge-Kaffee, im kontinuierlichen Verfahren, bei dem das 35 worden, bei dem das zu trocknende Gut in die Vakugefrorene, zu trocknende Gut fein zerteilt in die Va- umtrocknungskammer eingeschleust, dort auf bekuumtrocknungskammer eingeschleust, dort auf be- heizte Vibrationsflächen aufgebracht und unter Viheizte Vibrationsflächen aufgebracht und unter Vi- . brieren dieser Flächen über diese hinweg zum Ausbrieren dieser Flächen über diese hinweg zum Aus- laß gefördert und als Trockenprodukt ausgeschleust laß gefördert und als Trockenprodukt ausgeschleust 40 wird. Der wesentliche Unterschied zur vorliegenden wird. Erfindung besteht jedoch darin, daß der Vibrations-

Die bekannten Gefriertrocknungsverfahren erfor- antrieb lediglich im Hinblick auf den Transport der dem relativ lange, Trocknungszeiten, welche minde- Teilchen auf der Oberfläche der Zwischenboden bestens 3 Stunden, häufig 12 bis 24 Stunden, betragen. trachtet wird. Nach dem Stand der Technik sind Dabei wird als Endwert ein Feuchtigkeitsgehalt von 45 derartige der Förderung dienende Vibrationsantriebe 1 bis 3 Prozent erreicht. Die vorbekannten Gefrier- in verschiedenen Ausführungen bekannt, wobei trocknungsverfahren zeigen verschiedene Nachteile. durch Einfärben von Zwischenschichten einer Schüt-Wird das zu trocknende Gut in dünner Schicht in die tung nachgewiesen werden kann, daß während dieses Vakuumtrocknungskammer eingesetzt, so verläuft Vibrationstransportes keine Durchmischung der einzwar der Trocknungsprozeß wegen der günstigen 50 zelnen Schichten eintritt, sondern daß die Teilchen Verhältnisse der Wärmeübertragung durch Konvek- ihre Lage innerhalb der Schicht auch während des tion und der relativ gering behinderten Wasserdampf- gesamten Transportweges streng einhalten. Ein derabführung schnell; es wird jedoch nur eine ungenü- artiger Vabrationsantrieb kann daher keine Vereinzegende Ausnutzung des zur Verfügung stehenden lung der Teilchen herbeiführen und weder wech-Raumes in der Vakuumtrocknungskammer erreicht. 55 selnde Wasserdampfabzugskanäle noch veränderte Wählt man dagegen die Schichtdicke zur Verbesse- Auflageflächen des Teilchens zur Verbesserung der rung der Beladung der Vakuumtrocknungskammer direkten Wärmeübertragung schaffen,
höher, so ergeben sich Schwierigkeiten hinsichtlich Zum Stand der Technik gehören ferner Schüttler

der Übertragung der Wärme an die einzelnen Pro- mit Schwingboden innerhalb einer chemischen Reakduktteile und durch die verlängerten Strömungswege 60 tionskammer, beispielsweise gemäß der USA.-Patentzur Wasserdampfabführung aus den in der Schicht schrift 2 498 405. Hierbei werden zwar die aufgetiefer liegenden Teilchen. Eine Steigerung der Behei- brachten Teilchen von den Schwingboden hochgezung ist in vielen Fällen nicht ausführbar, da die schleudert und vereinzelt, es handelt sich aber um Wärmeempfindlichkeit des getrockneten Teiles des einen naheliegenden Vorgang nur dann, wenn bei che-Einsatzgutes im Falle von Lebensmitteln sehr hoch 65 mischen Prozessen eine möglichst große Oberfläche sein kann, so daß das Einsatzgut leicht dem Versen- der Teilchen zur Beschleunigung der Reaktion mit gen oder Verfärben unterliegt. dem umgebenden Gasraum in Berührung gebracht

Die bisher bekannten Gefriertrocknungsverfahren werden soll. Bei der Gefriertrocknung mußte eine