DE1604840C - Verfahren zum Gefriertrocknen von Le bensmitteln oder anderen durch erhöhte Tem peraturen gefährdeten Produkten und Trock ner zur Durchfuhrung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

oil

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gefriertrocknen von Lebensmitteln oder anderen durch erhöhte Temperaturen gefährdeten Produkten unter Verwendung unterschiedlicher, unterhalb des Atmosphärendrucks liegender Drücke, wobei das gefrorene Produkt einer kontinuierlichen, gegebenenfalls regelbar variablen Wärmezufuhr ausgesetzt und das in diesem enthaltene Eis sublimiert und dadurch aus dem Produkt entfernt wird.

Es ist bereits ein Vakuum-Trocknungsverfahren für feuchtes, nicht rgefrorehes-öut bekannt, das mit '. periodisch zwischen "Ätmosphärendruck und einem bestimmten Unterdruck . wechselnden Druckwerten arbeitet. Dieses Verfahren weist den auch anderen bekannten Vakuum-Trocknungsverfahren für feuchtes, nicht gefrorenes Gut anhaftenden Nachteil auf, daß es für Lebensmittel oder andere durch erhöhte Temperaturen gefährdete Produkte nicht verwendbar ist. Es arbeitet mit relativ: hohen durchschnittlichen Produkttemperaturen, die bei empfindlichem Trocknungsgut -nicht zulässig sind. -Außerdem ist zur Durchführung des bekannten Vakuum-Trocknungsverfahrens ein großer apparativer Aufwand, insbesondere eine Vakuumpumpe hoher Kapazität erforderlich, und hierdurch kann das bekannte Verfahren unwirtschaftlich sein.

Bekannte Gefriertrocknungsverfahren arbeiten bei einem konstant gehaltenen Unterdruck. Bei diesem konstant gehaltenen Unterdruck wird das Eis zu Dampf sublimiert und an einer Kühlschlange kondensiert. Diesen bekannten Gefriertrocknungsverfahren haftet der Nachteil an, daß ihre Sublimationsrate kurz riach^derh:'Beginn: des;' '■Trocknungsvorgangs merklich.;abfällt;und;auf; einemyi verglichen mit dem Anfangswert, relativ niedrigen Niveau bleibt. Dies hat zur Folge, daß die Trocknungsgeschwindigkeit bekannter, mit konstantem Unterdruck arbeitender Gefriertrocknungsverfahren relativ niedrig ist. Eine Erhöhung der Trocknungsgeschwindigkeit durch vergrößerte Wärmezufuhr ist bei diesen Verfahren ebenfalls nicht;mög!ichj(da! eine,.erhöhte Wärmezufuhr zu einer örtlichen Überhitzung des Trockenguts führen kann..

Die Erfindung,,hat₍,sich idje -Aufgabe gestellt, ein Gefriertrocknungsverfahren zu" schaffen, mit dessen Hilfe temperaturempfindliche Trocknungsgüter, wie beispielsweise Lebensmittel od. dgl., ohne Beeinträchtigung ,ihrer Qualität.schneller als mit den bekannten Trdckhüngs¹ verfahren¹'geUocKri'ei?'werden können.

Diese. Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art der. Unterdruck zwischen einem oberen Wert und einem unteren Wert durch ständig wiederholtes Absaugen und periodische 1 Gaszufuhr, variiert·;¹ wird, wobei der obere Druck so lange aufrechterhalten: bleibt, bis die Temperatur des Produkts nahe an die zulässige Höchstgrenze angestiegen ist und wobei der unter Druck so lange aufrechterhalten bleibt, bisdie^: jeweils anfänglich große Sublimationsratc und der damit verbundene Temperaturabfall sich nur noch geringfügig ändern.

Mit Hilfe eines solchen Verfahrens ist es gelungen, die Trocknungszeit gegenüber der Trocknungszeit bei einem Verfahren mit gleicher durchschnittlicher Pro-(liikttemperalur und konstantem Unterdruck um bis /u 50%.reduzieren.

Die Hrfmdung schlägt ferner vor, daß das Absaugen kontinuierlich erfolgt.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, das erfindungsgemäße Verfahren so zu steuern, daß die Übergänge von einem Druckwert zum anderen möglichst schnell erfolgen.

Bei Verwendung von Luft als zuströmendem Gas wird gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung vorgeschlagen, daß der untere Druckwert zwischen 0,1 und 1 Torr und der obere Druckwert zwischen 10 und 50 Torr liegt. .

■ Bei Verwendung eines Gases mit hoher thermischer Leitfähigkeit, z. B. Helium, ist es vorteilhaft, .wenn der untere Druckwert zwischen 0,1 und 1 Torr und der obere Druckwert zwischen 100 und 200 Torr liegt.

Schließlich schlägt die Erfindung einen Trockner zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Pumpe zur kontinuierlichen Evakuierung der die gefrorenen Produkte enthaltenen Kammer und mit einer Kühlfläche in der Kammer zum Kondensieren des aus den Produkten entweichenden Wasserdampfes vor, der durch ein Regelventil zur Zuführung kleiner Gasmengen zum Einstellen des unteren Druckwertes gekennzeichnet ist, sowie durch ein Regelventil zur Zuführung größerer Gasmengen zum Einstellen des oberen Druckwertes und durch Steuermittel, die auf die Regelventile derart einwirken, daß sich in der Kammer abwechselnd der obere Druckwert und der untere Druckwert einstellt.

Die vorteilhafte Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf folgendem: Es ist durch Versuche festgestellt worden, daß eine limitierende Größe für die Sublimationsrate die Geschwindigkeit ist, mit welcher der sublimierte Dampf durch die bereits getrocknete Materialschicht hindurchgehen kann. Bei den bekannten Trocknungsverfahren fällt der totale Gasdruck im System bei Verfahrensbeginn sehr rasch, nämlich während das System evakuiert wird, und erst später wird er dann relativ konstant. Messungen haben ergeben, daß sich in diesem Anfangsstadium der Partialdruck des Wasserdampfes in der Nähe der trockenen Oberfläche rasch dem absoluten Vakuumdruck annähert.

Zu dieser Zeit liegt bei der vorherrschenden Temperatur der Dampfdruck in der Nähe der Eisgrenzschicht nahe seinem Sättigungswert. Infolgedessen existiert also ein deutlicher Unterschied zwischen den Dampfdrücken an der Eisgrenzschicht einerseits und an der trockenen äußeren Oberfläche, des Trockengutes andererseits. Dieses Druckgefälle führt zu einem relativ raschen Abströmen des Dampfes von der Eisgrenzschicht in die Umgebung des Trocknungsgutes. Nach einer bestimmten Zeit hat sich innerhalb der an die Eisgrenzschicht anschließenden trockenen porösen Schicht, ein Gleichgewichtszustand ausgebildet, derart, daß die Dampfdrücke, an.,der äußeren Oberfläche und an der Eisgrenzschicht'nahe beieinanderliegen. Sie sind etwa gleich dem Sättigungswert für Eis bei der Temperatur der Eisgrenzschicht. Bei Erreichen dieses Zustandes wird der von der Eisgrenzschicht an die Außenfläche des Trocknungsguts strömende Dampf nur durch eine relativ geringe Dampfdruckdifferenz getrieben. Dementsprechend wird das Entweichen des Dampfs aus dem gefrorenen Teil des Trocknungsgutes durch einen relativ langsam verlaufenden DilTusionsprozeß limitiert, während zu Beginn des Trocknungsprozesses eine relativ hohe DampfdruckdilTerenz zu einem schnellen Durchströmen des bereits getrockneten Bereichs des Trock-

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nungsguts geführt hatte. Es ergibt sich also nach den Klemmen 24 und 25 anliegt.und daß der.Schalter einer bestimmten Trockriungszeit ein merkliches Ver- 26 nach Anlaufen der Vakuumpumpe,6 geschlossen, ringern der Sublimationsrate. . worden ist. Der thermische Verzögerungsschalter 23 Durch ein zyklisches Anheben des Gasdrucks wird soll beispielsweise auf 74 Sekunden und die mechader Eisblock, welcher sich vorher adiabatisch abge- 5 nische Relaisuhr 15 auf 222 Sekunden eingestellt sein, kühlt hat, ständig wieder auf eine höhere Temperatur Zu Beginn des Zyklus ist das .Einlaßventil 14 gegebracht, ohne daß die Außentemperatur erhöht wer- schlossen und das Einlaßventil .8 offen. Die Luft wird den muß. Dabei erhöht sich das Wärmeleitvermögen dann durch die Ventile 8 und 9; in.·,,die Vakuurnder bereits getrockneten Schicht, und bei einer kammer eingelassen, damit innerhalb der Vakuumzyklisch nach einer Druckerhöhung erfolgenden io kammer ein Druck von,-20 Torr entsteht. Der Druckerniedrigung stellen sich zu Beginn dieser Wechsel-Starkstrom wird mit Hilfe der normalerweise Druckefhiedrigung wieder solche Bedingungen ein, geschlossenen Kontakte 35 und 36 des thermischen die zu einem schnellen Abströmen, also nicht zu Verzögerungsschalters an die Uhrenstartspule 20 aneinem langsamen Diffundieren des Dampfes durch gelegt. Nach 222 Sekunden schließt der Arm 19 die die bereits getrocknete Schicht führen. i₅ Kontakte 21 und 22 und legt hierdurch Wechsel-Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Starkstrom über Transformatoren 37, 38 an die Zeichnung, in der zwei bevorzugte Ausführungs-. Gleichrichter 29 und 30 und direkt, also ohne Zwiformen zur Durchführung des erfindungsgemäßen schenschaltung von Trafos, an den Gleichrichter 28 Verfahrens dargestellt sind, erläutert. Es zeigt an. Der Gleichstromausgang vom Gleichrichter 28 Fig. 1 ein Schema eines offenen Systems, 20 wird an das Solenoid 31 zum Schließen des Einlaß-F i g. 2 ein Schema eines geschlossenen Systems, ventils 8 angelegt. Der. Gleichstromausgang vom Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Ver- Gleichrichter 29 wird an das Solenoid 32 zum Öfffahrensschritte. . nen des Ventils 14 angelegt., Dementsprechend wird In Fig. 1 hat eine Vakuumkammer 1 ein Tor 2, Luft durch das Nadelventil 13 in die. Vakuumkammer durch welches das gefrorene Produkt 3 in die Kam- 25 eingelassen, wenn der. Druck: in der Kämmen auf mer gebracht werden kann. Dieses Produkt ruht auf 0,2Torr abfällt. Der Gleichstromausgang vqm.Gleicheinem Tragegitter 4 zwischen oberen und unteren richter 30 wird mit Hilfe eines Potentiometers 33 an Heizplatten 5. Es ist ein Manometer VG zur Über- einen Bimetallstreifen 34 imu thermischen .Verzögeprüfung der eingestellten Druckwerte vorgesehen. rungsschalter 23 angelegt. Nach etwa■ ■■74-.'Sekunden Eine während des Gefriertrocknungsvorgangs stan- 30 arbeitet der Schalter 23 und öffnet die Kontakte 35 dig laufende Vakuumpumpe 6 ist über eine Vakuum- und 36. Er unterbricht damit deniStrom zunStart-Ieitung7 mit der Kammer 1 verbunden. Durch zwei spule 20 und veranläßt; daß'sich-das>öEinlaßventjl 8 Einlaßventile 8 und 9 wird Luft oder ein anderes Gas öffnet und das Ausläßventil· 14 schließt.-iDas Bimetall mit hoher Wärmeleitfähigkeit in die Kammer 1 ein- kühlt sich schnell wieder ab und-!verursacht, daß der gelassen. Die Einlaßventile 8 und 9 sind in Reihe in 35 Kontakt 35, 36 sich erneut schließt; und dec Zyklus der Einlaßleitung 10 angeordnet. Die Einlaßleitung sich wiederholt. ^:;ir;a"'"-^i;:'"'i -:^^! inn,- _:τΛήπ·_;«;·_
11 ist mit der Vakuumkammer 1 in der Nähe der Statt der im vörbesch'rieb'onenOffehen.Systefn-yer-Kühlschlangen 12 verbunden. Das Einlaßventil 9 ist wendeten Luft kann) insbesöndereübei; Gasen: mit ein voreinstellbares Ventil, und das Einlaßventile ist hoher Leitfähigkeit;"iwie.b'eispielsweiseijHelium, ein ehr normalerweise offenes, elektrisch betätigbares 40 geschlossenes System verwendet Werden, ins dem das Solenoidventil. Die Einlaßleitung 11 ist mit einem Gas rezikuliert worderii'Tcah'n^Eiri iölehes gesehlösseweiteren Paar, von in Serie geschalteten Einlaß- nes System wird'nachstehend an= Hand, den (Fig.2 ventilen 13 und 14 verbunden. Das Einlaßventil 13 beschrieben. '^;: '-^{h :}'-^·'' ΐφ^Γ:;.:?:;^ yn^qsM/üjA
ist ebenfalls .ein voreinstellbares Nadelventil, und Wie sich aus Fig;2■ ergibt,'wiirä^däs geschlossene das Einlaßventil 14 ist ein elektrisch betätigbares 45 System in einfacher Weise'' durch¹ ei rf ^Verbinden'der Solenoidventil. Wenn das Einlaßventile geschlossen Ausgangsseite der; Vakuumpumpe' '6 mit •Üeri.-'Ein-,und das Einlaßventil 14 geöffnet ist, dann wird der lassen der Solenoidyehtile 8'ürid^;14Uiber^:eine. HilfsDruck in der Vakuumkammer 1 in wenig mehr als pumpe 40, einen''Gä^:sxorrät^lskesse'141-üri.d^: zwei'Biekeiner Minute durch die Vakuumpumpe 6 auf bei- trisch betätigbarö' VehtiF^ und^S^geschitiTen.'-Das spielsweise 0,2 Torr reduziert. Bei Senkung des 50 Ventil 42 ist ein¹ ZWeiwegeventii; welche^^;riqrfrialer-Drucks in der Kammer fällt die Temperatur des Pro- weise den Ausga'Wg^äer'yakuuriipüWpe <>^: rriit-' der dukts. Wenn das Ventil8 wieder geöffnet wird und Atmosphäre verbindet, das^^be^r^anri^'weriives'bedas Ventil 14 geschlossen wird, dann verläuft diese tätigt wird,. den'''yäliu.üiijp'ump^eriäiislärig^^rfi'i't^dern ,Temperaturänderung, umgekehrt. .Der, Zyklus wird Einlaß der Hilfs'pürripe 40 verbindetrJpHs^::Veritii43

■alsdann, wiederholt... i, .^i . ■■■ ■ .-· '" ¹^ i«t f¹'" Ahsnerrvpnfil to^lrh'ec'nnfmftiervtfi'isi'i flen^:Rin-

:. In F₁Lg. -1 ist₇eine beispielsweise'Anqrclnung^'zi
Steuerpng..der Ventile 8., und . 14;. dargestellt,
Schließzeit des Einlaßventils 14 wird über_: einel/rne-

chanische; _;Relaisuhr,15; gesteuert. .Diese besitzt _:ein ........... .._(i __......_. _._„._ ^....,.., _{ί J}

Uhrwerk 1,6 ;.mit einem Arm. 19, welcher, .nach'.'. Ab- 60 verwendete Gas ,hofier; .Leitfähigkeit'iwircr a^:iis^:crner

lauf einer vorgewählten Zeitspanne die normalerweise ._; Druckniische 44 rjiil/PruckYeiJüzj'e/ryofrjfcJiiiiii'g'iii'jLlen

geöffneten Kontakte 21 und 22 schließt. 20 ist die Gasvo.rratskessel .41 ,.eir

' Startspuleiifür: ein. elektromagnetisch erfolgendes In- Soicnoidventife 85 urid.M'erfplgtm'it'HntV'dus priiekgangsetzen!,der Uhr·.-Der,restliche Teil des Zyklus, Zyklu.s-Steuerqrgäiis VCi. wie es .bereiis^iii'ybibinwird.durch.den thermischen Verzögerungsschalter 23 65. dung mit,F, i g. 1 ,beschricbe|ri würde,' 7. ί . .' , '.
gesteuert.: . · ■ _; . ·. ._. Das Steucrgyrät /'C erhält.sclnc/L^ekfnscjie^Fne'rgie

''■ Für das Beschreiben! des Steuerungsvorgangs wird vom festen. Kontakt 46 ejims.·.. Verzog'cr'.imgsschaiters angenommen, daß ein Starkstrom-Wechselstrom an 47, welcher einen drehbaren Kontaktarm 48 aui'woist.

der direkt'mit der aktiven Phased-des Netzes ver- zur Hilfspumpe 40 und zum Zweiwegeventil 42 unterbunden ist. Die Spule eines Relais RL ist mit einem brachen. Sobald der bewegliche Kontakt die Posizweiten festen^; Kontakt 49 im' Verzögerungsschalter tion α wieder erreicht hat, wird das Relais RL unter 47 verbunden. Die Kontakte; 50 des Relais RL sind Strom gesetzt, die Vakuumpumpe 6 wird abgeriormalerweise geschlossen, und bei ihrer Öffnung 5 stoppt, und es kann Luft in die Vakuumkammer 1 sperren sie die Vakuumpumpe 6 von der Stromzufuhr einströmen. Die Vakuumkammer 1 kann schließlich ab und Öffnen ein Solenoidventil 51 an der Vakuum- geöffnet und das gefriergetrocknete Produkt entfernt kammer 1 zum Einlassen von Luft. Die mit Z be- werden.

zeichneten Leitungen an der Spule 52 des. Ventils 51 Der Effekt des erfindungsgemäßen Gefriertrpck-

und an der Vakuumpumpe 6 sind mit der Leitung X io nungsverf ahrens besteht sowohl bei einem offenen als

an den Kontakten 50 des Relais 7?L verbunden. auch bei einem geschlossenen Gaszyklus . darin, daß

Wenn sich der'bewegliche Kontakt 48 in der mit α während desjenigenTeiles eines jeden Zyklus, während-

bezeichrieteri 'und' in Fig. 2 gezeichneten Stellung dessen der Vakuumdruck anwächst, die Wärmeleit-

befindet, dann ist die aktive Netzphase A über den fähigkeit der trockenen porösen Schicht zwischen der

festen Kontakt 49 mit dem Relais RL verbunden. 15 Eisgrenzschicht und der Außenschicht des Trock-

Dies führt dazu, daß dessen Kontakte offengehalten nungsguts anwächst. Infolgedessen findet ein besserer

werden; so daß die Vakuumpumpe 6 stromlos ist und Wärmeübergang von der das Trocknungsgut um-

^: Luft^; über das Solenoidventil 51 in die Vakuum- gebenden Unterdruckatmosphäre auf den Eiskern

kammer 1 eingelassen wird. Es kann also das Tor 2 statt. Während dieser Zykluszeit kann die Geschwinder Vakuumkammer geöffnet und die Kammer mit' so digkeit der vom Eiskern nach außen gerichteten

gefrorenem Trocknungsgut gefüllt, werden. In diesem Dampfströmung abnehmen, dies ist jedoch nicht

Stadium -ist das Steuergut PC stromlos, das ■ Ab- immer der Fall.

sperrventil 43 ist geschlossen, und das Zweiwege- Während desjenigen Teiles eines jeden Zyklus, ventil 42 verbindet die Druckseite der Vakuum- währenddessen der Vakuumdruck reduziert wird, pumpe 6 mit der Atmosphäre. . : 25 besteht, ein relativ hoher Druckgradient zwischen Nach'-Füllung der Vakuumkammer und nach dem Dampf an der Eisgrenzschicht des gefrorenen Schließen des Tores 2 wird der zweipolige Zweilage- Kerns und der äußeren Oberfläche des Trocknungsschalter SW 2 zum Start des Trocknungszyklus be- guts. Auf Grund dieses hohen Druckgradienten ' tätigt; Als Folge dieser. Betätigung dreht der Antriebs-- wächst die nach außen gerichtete hydrodynamische - motor des Verzögerungsschalters. 47 den beweglichen 30 Dampfströmung selbst dann, wenn in diesem Stadium Kontakt 48 langsam in die Lage b am unteren Ende gegebenenfalls die Wärmeleitfähigkeit abnimmt. Die des festen. ;Kontaktstreifens 46. Dabei entfernt sich Wärmedurchgangs- und Dampfstromeffekte wirken ^: der bewegliche Kontakt von dem festen Kontakt 49 also voneinander unabhängig, wenn der Dampfdruck fort, und infolgedessen wird das Relais RL stromlos in der beschriebenen Weise steigt und fällt. Hieraus gemacht. Hierdurch .wird die Vakuumpumpe 6 ein- 35 folgt eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades des geschaltet und das Solenoidventil 51 durch dessen Gefriertrocknungsprozesses dank der Tatsache, daß Spule 52ⁱgeschlössen_i:;Während, der bewegliche Kon- die beiden Effekte nicht mehr gegeneinander arbeitakt 48 "von, der Position α zur,_;Position b wandert, ten, wie sie es während des stabilen Zustandes bei : verbleibt für die· Vakuumpumpe 6 genügend Zeit, die bekannten Gefriertrocknungsverfahren tun. Das ■'' Vakuumkammer·! jind ,,die Einlaßleitung bis zum 40 optimale Verhältnis zwischen den zwei Zyklus-Absperrventil ·43 leerzupumpen. Dabei wird die Luft perioden ist jeweils von Fall zu Fall verschieden. Es aus der Kammer durch das Zweiwegeventil 42 in die hängt von der Zusammensetzung des Gases in der Atmosphäre gepumpt. Wenn der bewegliche Kontakt Vakuumkammer, den chemischen und physikalischen 48'in der Stellung & stillsteht,, dann berührt er den Eigenschaften des Trocknungsguts, von dem Bereich /festen Kontaktstreifen 46 und, setzt die Ventile 42 45 der gewählten Betriebsdrücke, von den Dimensionen und 43, die Hilfspumpe 40 und das Steuergerät PC der Kammer, von der Größe der Charge und auch unter Strom.· DasAbsperrventil.43 ist bereits durch vom Wirkungsgrad der Pump- und Kühlsysteme ab. .Betätigung, des;zweipoligen Schalters SW 2 mit Strom Versuche und Berechnungen haben jedoch gezeigt, ^versorgt border}. Aus dem Gasvorratskessel 41 fließt daß für jede Art von Trocknungsgut ein optimaler .nun durch; das Absperrventil uhd die den Druck 50 Druckzyklus gefunden werden kann,
zyklisch steuernden Einlaßventile 8 und 14 das Gas In F i g. 3 ist die thermische Leitfähigkeit von ,in die Vakuumkammer 1. Das, Gas wird aus der Rindfleisch und Äpfeln jeweils bei Verwendung von : Vakuumkammer 1 abgesaugt und über das Zwei- Luft und Helium als Trocknungsmedium über dem : wegeventil 42 und die Hilfspumpe 40 zum Gasvor- Druck aufgetragen. Bei dem erfindungsgemäßen ratskessel 41,zurückgepumpt: ;■ 55 Verfahren kommt es darauf an, eine maximale Diffe-Nach Beendigung des Trpcknungsvorgangs wird renz der Wärmeleitfähigkeitswerte der Produkte für der Schalter SW2 von.Hand in seine Ausgangs- die minimale Druckdifferenz zu wählen: Aus F i g. 3 stellung zurückgestellt. Das Absperrventil 43 wird in ergibt sich, daß bei Verwendung von Luft die beste der Schalterstellung 5W2 b stromlos gemacht, und Druckdifferenz zwischen den Werten 0,2 und 20 Torr der bewegliche Kontakt 48 läuft über den festen Kon- 60 liegt. Für Helium sollte die Druckdifferenz zwischen taktstreifen 46 in seine Position α auf dem festen den Werten 0,2 und 100 Torr für Rindfleisch und Kontakt 49 zurück. Bis der bewegliche Kontakt 48 zwischen den Werten-0,2 und 150Torr für Äpfel den festen Kontaktstreifen 46 verläßt, wird in der liegen. ^f '
Vakuumkammer 1 zurückgebliebenes Gas in den Die optimalen Zykluszeiten können sowohl Gasvorratskesscl 41 gepumpt; von dort wird es aber 65 theoretisch als auch experimentell ermittelt werdert. .nicht wieder zur Kammer zurückgeführt. Wenn der Die optimalen Verhältnisse hängen von. verschiebcwegliche Kontakt 48 den festen Kontaktstreifen 46 denen Faktoren ab, insbesondere von dem vcrwen-' verläßt,, wird die' Stromzufuhr zum Steuergerät PC, dctcn Gas und vom Trocknungsgut. Es hat sich hur-

ausgestellt, dai3 der ungefähre optimale Druckzyklus für Fleisch bei Luft als Trocknungsmedium folgende Werte aufweist: Die Periode niedrigeren Drucks dauert bei 0,2 Torr etwa 74 Sekunden, die Periode des höheren Drucks von 20 Torr dauert etwa 222 Sekunden. Die Gesamtzeit eines vollen Zyklus beträgt also 296 Sekunden.

Als Beispiel sollen nachfolgend noch die Trocknung von Apfelringen und Fleisch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Trocknung mit den bekannten Gefriertrocknungsverfahren vergleichsweise gegenübergestellt werden.

Bei Modellversuchen mit gefrorenen Apfelringen lagen diese in einer Dichte von nicht ganz 1 g Trocknungsgut pro cm'- Unterlage. Bei einem konstanten Druck von 0,5 Torr und einer Temperatur von 94° C an den Heizorganen betrugen die Temperaturen der Kühlschlange —44° C und die des Produkts -14°. Wenn der Druck zyklisch von 0,35 bis 20 Torr bei einer Temperatur der Heizorgane von 101⁰C variiert wurde, änderten sich die Temperaturen an der Kühlschlange von —38 auf -48⁰C und am Produkt von -7 auf -11° C. Die Temperaturen der Heizorgane wurden graduell auf 6O⁰C abgesenkt. Jedes der Zyklusintervalle bei höherem und geringerem Druck lag über zwei Minuten, und dies sind Werte, die unterhalb des Optimums liegen.

Es wurden für zyklische Druckänderungen Trocknungszeiten von 774 Stunden statt Trocknungszeiten bei konstanten Drücken von 12Va Stunden erhalten. Dies bedeutet eine Abnahme der Trocknungszeit von 42% durch das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber dem bekannten Verfahren mit konstantem Druck.

Es wurden Modellversuche mit zyklisch variierenden Vakuumdrücken bei gefrorenem, gekochtem Fleisch vorgenommen, denen Versuchen mit konstant gehaltenen Vakuumdrücken gegenübergestellt wurden.

Das gefrorene Fleisch lag in einer Dichte von etwa 1,6 g pro cm² Unterlage. Wenn die zyklisch veränderlichen Druckwerte" so eingestellt wurden, daß sie zwischen 0,4 und 20 Torr variierten, und wenn ferner eine Temperatur der Heizorgane von 122° C gewählt wurde, dann änderte sich die Kühlschlangentemperatur von —32 bis —34° C, und die Temperatur des Produkts von -20 bis -24° C. 2 Stunden vor dem Ende des zyklischen Druckwechsels wurde die Temperatur der Heizorgane graduell auf 15° C gesenkt. Das Hochdruckintervall des Zyklus wurde in seiner Dauer etwa auf das Dreifache des Niederdruckintervalls, welches über 1 Minute dauerte, festgesetzt.

Es wurde auch noch ein anderer zyklischer Druckwechsel unter ähnlichen Bedingungen vorgenommen, und zwar bei einer Heizorgantemperatur von 138° C. Dies war die höchste Temperatur, die möglich war, ohne die Oberfläche des Produkts zu beeinträchtigen, also zu verkrusten oder zu verbrennen.

Außerdem wurde ein Modellversuch mit einem konstanten Vakuumdruck von 0,4 Torr durchgeführt, bei dem die Unterlage ebenfalls in einer Dichte von etwa 1,6 g pro cm- Plattcnfläche belegt war. Die Temperatur der Heizorgane betrug 124¹ C?, die der Kühlschlange 35° C und die dos Produkts

20¹¹ C. Sämtliche Temperaturen wurden während des Vorgangs relativ konstant gehalten. Die Temperatur der Heizorgane wurde 3 Stunden vor dem Ende des Trocknungsvorgangs graduell auf 15° C abgesenkt.

Bei den mit zyklisch wechselnden Drücken arbeitenden Modellversuchen wurden für die beiden Heizorgantemperaturen von 122 und 138⁰C Trocknungszeiten von 3Vs bis 5 Stunden erzielt. Demgegenüber betrugen die Trocknungszeiten bei den Modellversuchen mit konstant gehaltenem Druck Stunden. Die mit zyklisch variierten Drücken vorgenommenen Trocknungsvorgänge erbrachten eine Zeitersparnis von etwa 37,5% gegenüber der vergleichbaren Trocknungszeit bei konstant gehaltenem Druck. . Gegenüber Gefriertrocknungszeiten bei einigen bekannten Verfahren, bei denen ähnliche Heizorgan-Typen und das gleiche Produkt verwendet wurden, stellen diese Werte sogar eine Zeitersparnis von etwa 50 % dar.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Gefriertrocknen von Lebensmitteln oder anderen durch erhöhte Temperaturen gefährdeten Produkten unter Verwendung unterschiedlicher, unterhalb des Atmosphärendrucks liegender Drücke, wobei das gefrorene Produkt einer kontinuierlichen, gegebenenfalls regelbar variablen Wärmezufuhr ausgesetzt und das in diesem enthaltene Eis sublimiert und dadurch aus dem Produkt entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck zwischen einem oberen Wert und einem unteren Wert durch ständig wiederholtes Absaugen und periodische Gaszufuhr variiert wird, wobei der obere Druck so lange aufrechterhalten bleibt, bis die Temperatur des Produktes nahe an die zulässige Höchstgrenze angestiegen ist, und wobei der untere Druck so lange aufrechterhalten bleibt, .bis die jeweils anfänglich große Sublimationsrate und der damit verbundene Temperaturabfall sich nur noch geringfügig ändern.

2. Verfahren nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß das Absaugen kontinuierlich erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch! oder 2, dadurch " gekennzeichnet, daß die Übergänge von einem Druckwert zum anderen möglichst schnell erfolgen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Druckwert zwischen 0,1 und 1 Torr und der obere Druckwert zwischen 10 und 50 Torr liegt, wenn Luft als zuströmendes Gas verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Druckwert zwischen 0,1 und 1 Torr und der obere Druckwert zwischen 100 und 200 Torr liegt, wenn ein Gas mit hoher thermischer Leitfähigkeit, z. B. Helium, verwendet wird.

6. Trockner zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer Pumpe zur kontinuierlichen Evakuierung der, die gefrorenen Produkte- enthaltenden Kammer und mit einer Kühlfläche in der Kammer zum Kondensieren des aus den Produkten entweichenden Wasserdampfes, gekennzeichnet durch ein Regelventil (J4) zur Zuführung kleiner Gasmcngeti /um Hinstellen des unleivn Druckwerte* sowie ein Regelventil (8) zur Zuführung größerer das-

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mengen zum Einstellen des oberen Druckwertes, und durch Steuermittel, die auf die Regelventile derart einwirken, daß sich in der Kammer abwechselnd der obere Druckwert und der. untere Druckwert einstellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen