DE69310541T2 - Verfahren und anlage zur trocknung von biologische produkte und biologische produkte - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft die Dehydratisierung in einem geschlossenen System.
Hintergrund der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft besonders ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dehydratisierung biologischer Produkte einschließlich, aber nicht beschränkt auf: Früchte, Gemüse, Fisch- und Fleischprodukte, durch Verwenden eines geschlossenen Systems. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dehydratisierung solcher biologischer Produkte in einem geschlossenen System in einer Art, daß im wesentlichen die gesamte natürliche Feuchtigkeit des Produkts entfernt wird, während das Produkt im wesentlichen alle seine natürlichen Aromen und Düfte behält. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dehydratisierung, so daß der Duft und das Aroma des natürlichen biologischen Produkts nach Rehydratisierung des dehydratisierten biologischen Produkts erhalten bleibt.
• Die vorliegende Erfindung betrifft auch die dehydratisierten biologischen Produkte per se, sowie die, die durch das vorstehend erwähnte, erfindungsgemäße Verfahren hergestellt sind.
Beschreibung des Standes der Technik
• Viele Verfahren und Vorrichtungen zum Konservieren biologischer Produkte, insbesondere Nahrungsmittelprodukte, werden gegenwärtig verwendet und sind seit einiger Zeit bekannt. Jedes der Verfahren des Standes der Technik zum Konservieren von Nahrungsmittelprodukten hat ernste und bedeutende Mängel, wobei es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, diese zu überwinden.
• Das Gefrieren ist ein allgemein verwendetes Verfahren zum Konservieren von Nahrungsmitteln, und verschiedene Gefriertechniken sind im Stand der Technik bekannt. Insbesondere ist eine Gefriertechnik einschließlich des Lyophilisierens im Stand der Technik bekannt, besonders aus der US-A 5 059 518. Solche Gefrierverfahren haben mehrere unerwünschte Aspekte. Dies schließt das Zerstören oder die Zerstörung der Integrität des gefrorenen Produkts oder Materials sowie den Bedarf eines konstanten Energieverbrauchs zum Kühlen der gefrorenen Produkte während der Lagerung ein. Zusätzlich ist das Transportieren der gefrorenen Produkte komplizierter, und die Gegenwart von Wasser in den gefrorenen Produkten ergibt eine Erhöhung der Gesamtkosten des Verfahrens.
• Eines der ältesten Verfahren zum Konservieren biologischer Produkte, und insbesondere von Nahrungsmittelprodukten, ist das Trocknen oder Dehydratisieren. Seit alten Zeiten ist es bekannt, Weintrauben zu trocknen, um Rosinen herzustellen. Solche Trocknungsverfahren werden heute natürlich noch weitverbreitet angewendet. Jedoch haben diese Dehydratisierungs- oder Trocknungsverfahren ernste und bedeutende Nachteile. Insbesondere da die heute angewendeten Trocknungsverfahren ein "offenes System" verwenden, werden Duft, Geschmack und Aroma des Produkts während des Trocknungsverfahrens gegenüber dem des Produkts in seinem natürlichen Zustand oft bedeutend verändert.
• Der Ausdruck "offenes System" bezeichnet ein Trocknungsverfahren oder eine Vorrichtung, die durch Verwenden eines erwärmten Luftstroms über die Oberfläche des zu dehydratisierenden Produkts ausgeführt wird, und wobei der Luftstrom nicht von der Umgebungsatmosphäre isoliert ist, sondern ein Luftaustausch zwischen dem Trockner und der Umgebungsluft erlaubt ist. Während in vielen dieser "offenen Systeme" des Standes der Technik etwas Luft aus Gründen der Energieeffizienz rückgeführt werden kann, verwenden die Dehydratisierungssysteme des Standes der Technik entweder kein geschlossenes System, in dem das gesamte Volumen der zum Trocknen des Produkts verwendeten Luft von der Umgebungsatomsphäre abgeschlossen, isoliert oder abgedichtet ist und ohne Austausch der Luft mit der Umgebungsatmosphäre während des Trocknungszyklus rückgeführt wird, oder verwenden - wenn ein geschlossenes System verwendet wird - die Kondensation von Feuchtigkeit zur Eliminierung, wie aus der WO-A 89 08 229 bekannt ist.
• WO-A 89 08 229 offenbart ein Verfahren zum Trocknen und/oder Gefrieren von Materialien, wobei die Materialien einem Trocknungsmittel oder Kühlmittel in einer geschlossenen Kammer unterzogen werden. In der Umlaufschleife des Trocknungsmittels ist eine Taktpumpeinheit mit einem Kondensator und einem Verdampfungsapparat (15) vorgesehen, wo erwärmtes, feuchtes Trocknungsmittel mit Kondensationsplatten in Kontakt kommt und der Dampf verflüssigt wird (siehe Seite 4, Zeilen 7 bis 18).
• WO-A 88 03 366 betrifft einen Verarbeitungsofen für unreife Pflaumen, in dem ein Luftumwälzungsapparat Luft in dem Trocknungsgehäuse rückführt, nachdem die Luft gefiltert und Dampf an einer kalten Wand kondensiert wurde.
• GB-A 2 002 099 offenbart einen Teetrockner und ein Verfahren zum Trocknen von Tee, das umfaßt das Leiten von primärer Trocknungsluft über den zu trocknenden Tee, so daß die Luft mit Feuchtigkeit beladen wird, Herausspülen des nasseren Teils der beladenen Luft aus dem System, Aufnehmen der verbleibenden beladenen Luft und teilweises Zurückleiten der Luft über den zu trocknenden Tee, um ein höheres Niveau von erwünschten flüchtigen Substanzen zu erzielen und die Qualität des Endprodukts zu verbessern.
• Somit werden in den Trocknungsverfahren des Standes der Technik, wenn das Verdampfen von Feuchtigkeit aus dem Produkt voranschreitet, Geschmacksstoffe, Duft und Aromen auch aus dem Produkt verdampft, und sie bleiben somit in dem dehydratisierten Produkt nicht erhalten. Demgemäß werden Geschmack, Beschaffenheit, Duft und Aroma eines Produkts, das durch herkömmliche Dehydratisierungsverfahren dehydratisiert wurde, als Ergebnis des Trocknungsverfahrens wesentlich verändert. Demgemäß können dehydratisierte Produkte, die mit den Dehydratisierungsverfahren des Standes der Technik hergestellt wurden, nicht rekonstituiert und als akzeptierbarer Ersatz für das natürliche Produkt verwendet werden. Nimmt man das Weintrauben-Rosinen-Beispiel, dann ist eine Rosine, da Aroma und Duft einer Weintraube deutlich von einer Rosine abweicht, kein akzeptierbarer Ersatz für Weintrauben in verarbeiteten Nahrungsmittelprodukten, wie zum Beispiel Speiseeis und Joghurt.
• Andere Verfahren zum Konservieren von Nahrungsmitteln durch Trocknen umfassen die Zugabe von chemischen Verbindungen, wie zum Beispiel Trehalose oder Sulfit.
• Zusätzlich wird das Konservieren von Nahrungsmitteln durch die Zugabe von Zucker während des Trocknungsverfahrens, obwohl es ziemlich alt ist, auf diesem Gebiet noch angewendet. Um jedoch aufgrund des allgemeinen Trends, insbesondere aus Gründen der Gesundheit, die Zugabe von Chemikalien oder zusätzlichen Zucker zu Nahrungsmittelprodukten zu vermeiden, wird dieses Verfahren derzeit etwas weniger erwünscht als in der Vergangenheit.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die vorliegende Beschreibung beschreibt ein Dehydratisierungsverfahren und eine Vorrichtung, die ein "geschlossenes System" benutzt, das frei von den vorstehend angegebenen Nachteilen ist.
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines dehydratisierten biologischen Produkts, das im wesentlichen eine Bewahrung von Aroma und Duft aufweist.
• Das Verfahren umfaßt das Einschließen eines zu dehydratisierenden biologischen Produkts in einem Gehäuse, um ein geschlossenes System zu umfassen, und das zwangsweise Überleiten eines gasförmigen Fluids in dem geschlossenen System über das biologische Produkt, bis der Feuchtigkeitsgehalt des biologischen Produkts auf ein vorbestimmtes Niveau reduziert wird, das weniger als 10% Feuchtigkeit sein kann.
• Erfindungsgemäß umfaßt der Schritt des zwangsweisen Überleitens das Erwärmen des gasförmigen Fluids in dem geschlossenen System, wobei der Schritt des Erwärmens das Verwenden eines Wärmeaustauschers umfaßt, um dem gasförmigen Fluid in dem geschlossenen System Wärme zuzuführen, und der Schritt der Zwangsführung umfaßt das Bereitstellen eines Gebläses, um das erwärmte gasförmige Fluid über das biologische Produkt zu blasen. Zusätzlich kann das Verfahren den Schritt des Einspritzens eines vorbestimmten gasförmigen Fluids in das geschlossene System umfassen.
• Weiterhin kann das Verfahren den Schritt des Evakuierens eines vorbestimmten gasförmigen Fluids aus dem geschlossenen System umfassen, während der Schritt des zwangsweisen Führens eines gasförmigen Fluids das Beobachten der Prozessparameter des geschlossenen Systems umfassen kann. Das vorliegende Verfahren umfaßt auch eine Probenentnahme des biologischen Produkts, das entfernt werden soll, aus dem geschlossenen System, während die Produkte in dem geschlossenen System dehydratisiert werden, und das Einführen in das und Entfernen des biologischen Produkts aus dem geschlossenen System, ohne den Bestand des geschlossenen Systems im wesentlichen zu beeinträchtigen.
• Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein dehydratisiertes biologisches Produkt, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
• Das vorbestimmte Niveau der vorliegenden Erfindung kann ein Niveau sein, bei dem Aroma und Duft des natürlichen Produkts erhalten bleiben. Weiterhin kann erfindungsgemäß das biologische Produkt zwei verschiedene biologische Produkte sein. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dehydratisierungsvorrichtung für ein biologisches Produkt, wobei die Vorrichtung einen Mechanismus zum Halten eines zu dehydratisierenden biologischen Produkts, eine Vorrichtung zum Einschließen des Haltemechanismus, um ein geschlossenes System zu bilden, und eine Vorrichtung zum Erwärmen eines gasartigen Fluids in dem geschlossenen System umfaßt.
• Des weiteren umfaßt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die bewirkt, daß das erwärmte gasartige Fluid des geschlossenen Systems über den Haltemechanismus strömt, und das Heizgerät bewirkt, daß die gasartigen Fluids des geschlossenen Systems auf eine Temperatur von unterhalb etwa 80ºC erwärmt werden. Die Vorrichtung, die das Strömen verursacht, umfaßt mindestens ein Gebläse, während das Heizgerät einen Wärmeaustauscher umfaßt.
• Weiterhin bewirkt gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung das Heizgerät und die den Fluß verursachende Vorrichtung, daß ein Temperaturdifferential und ein zwangsweises Strömen des Fluids in dem geschlossenen System erreicht wird. Die vorliegende Erfindung umfaßt weiterhin eine Vorrichtung zum Entfernen des gasartigen Fluids aus dem geschlossenen System und zum Einführen und Entfernen der biologischen Produkte aus dem geschlossenen System, ohne den Bestand des geschlossenen Systems im wesentlichen zu beeinflussen. Insbesondere kann eine Doppeltür-Luftschleuse verwendet werden, um biologische Produkte einzuführen und zu entfernen.
• Die vorliegende Erfindung umfaßt einen Mechanismus zum Einspritzen eines vorbestimmten Materials in das geschlossene System, und das vorbestimmte Material kann ein bakteriostatisches Mittel sein.
• Zusätzlich werden Vorrichtungen zum Überwachen eines Prozeßparameters in dem geschlossenen System und zum Isolieren des geschlossenen Systems bereitgestellt.
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dehydratisierungsvorrichtung für biologische Produkte, umfassend eine Einrichtung zum Halten eines zu dehydratisierenden biologischen Produkts, eine Struktur zur Ausbildung eines physikalisch und thermisch geschlossenen Systems über die Haltevorrichtung und einen Mechanismus zum Erzeugen und Aufrechterhalten von Temperatur- und Feuchtigkeitsgradienten in dem geschlossenen System.
• Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein dehydratisiertes biologisches Produkt, bei dem im wesentlichen die gesamte natürliche Feuchtigkeit entfernt ist, während das gesamte natürliche Aroma des biologischen Produkts sowie der gesamte natürliche Duft des biologischen Produkts im wesentlichen erhalten bleiben. Zusätzlich bleiben das natürliche Aroma und der natürliche Duft des Produkts nach Rehydratisierung erhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
• Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung mit Hilfe von nichtbeschränkenden Beispielen der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erklärt, wobei gleiche Bezugszeichen ähnliche Teile in den folgenden Figuren darstellen, wobei:
• Figur 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Dehydratisierungsvorrichtung zeigt;
• Figur 2 eine schematische Darstellung einer Haltestruktur für bestimmte biologische Produkte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
• Figur 3 eine schematische Darstellung einer Querschnittsform einer Produktkammer für bestimmte andere biologische Produkte gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
• Dehydratisierung ist im wesentlichen das Verfahren zur Wasserfreisetzung aus biologischem Material durch Verdampfen bei höherer Temperatur, die durch einen über das biologische Material forcierten Luftstrom, oft in Gegenwart eines Druckdifferentials (positiv oder negativ), verursacht wird.
• In der vorliegenden Anmeldung wird der Ausdruck biologische Produkte verwendet, um biologische, chemische und pharmazeutische Materialien zu bezeichnen. In der Kategorie der biologischen Materialien werden Nahrungsmittelprodukte, wie verschiedene pflanzliche (Früchte oder Gemüse) Nahrungsmittel oder Molkereiprodukte, Meeresfrüchte und Fleisch umfaßt. Zusätzlich werden auch Kräuter, Gewürze, Tabak, Trockenfutter (Luzerne) und Holz mit dem allgemeinen Ausdruck biologische Produkt umfaßt. Weiterhin werden mit dem Ausdruck biologische Produkte, wie er in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, Blut, Vaccine, Samen und Bakterien umfaßt.
• Mit dem Ausdruck chemisches Material werden verschiedene Chemikalien, chemische Verbindungen und Gemische umfaßt. In ähnlicher Weise werden mit dem Ausdruck pharmazeutische Produkte verschiedene pharmazeutische Substanzen, Präparationen, Verbindungen und Gemische und Materialien umfaßt.
• Unter genauer Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere unter Bezug auf Figur 1 wird in nicht beschränkender schematischer Art eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. In Figur 1 ist ein Rauchfang (Tunnel) oder eine Produktkammer 10 gezeigt, in der das zu dehydratisierende Produkt auf Platten, Racks, Gestellen oder dergleichen gehalten werden kann. Wie im Detail dargestellt werden wird, benötigen verschiedene Typen von zu dehydratisierenden Produkten verschiedene Typen von Haltemechanismen.
• Die Produktkammer 10 ist durch Röhren oder Rohrleitungen 12 mit einem Wärmeaustauscher 14 verbunden. In der Rohrleitung 12 sind eine Vielzahl von Gebläsen 16 angeordnet, um einen Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit in der Kammer und durch das System zu erzeugen. Obwohl in der dargestellten Schemazeichnung von Figur 1 drei solcher Gebläse bereitgestellt werden, ist es selbstverständlich, daß mehr als drei oder weniger als drei solcher Gebläse zum Bewegen der Luft aus der Produktkammer 10 in Richtung und zu dem Wärmeaustauscher 14 und wieder zurück zur Produktkammer 10 bereitgestellt werden können, nachdem sie durch den Wärmeaustauscher erwärmt wurden. Die Gebläse können an jeder geeigneten Stelle der Rohrleitung plaziert werden, so daß sie geeignet sind, einen Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit in der Produktkammer 10 zu erzeugen.
• Der Wärmeaustauscher 14 wird bereitgestellt, um die durch die Gebläse bewegte Luft vor dem Zurückkehren der Luft zur Produktkammer 10 zu erwärmen. Der Wärmeaustauscher wird mit einem Heizelement oder irgendeinem üblichen Typ einer Wärmequelle, wie ein Dieselgas-Heizgerät, elektrisches Heizgerät, direkte oder indirekte Solarheizgeräte, einschließlich elektrophotovoltaischer Vorrichtungen und Kondensatorvorrichtungen, versehen.
• Das Heizgeräteelement ist in Figur 1 in Form eines Wärmegenerators 18 gezeigt. Das erwärmte Fluid oder das Abluftgas vom Wärmegenerator 18 ist so dargestellt, daß es in die Atmosphäre aus einer Abluftöffnung 20 durch einen geeigneten (nicht dargestellten) Emissionskontrollmechanismus freigesetzt wird, obwohl solche Abluftöffnungen nur für Wärmegeneratoren oder Heizelemente notwendig sind, die ein verbrauchbares Brennmaterial verwenden. Natürlich würde für ein Solarheizgerät eine Abluft dieser Art nicht notwendig sein. Vielmehr würde die in Figur 1 gezeigte Abluft in der Art einer geschlossenen Schleife mit dem Wärmegenerator 18 zurückverbunden sein.
• Die Luft wird, nachdem sie durch das Fluid im Wärmeaustauscher 14 erwärmt wurde, im System mit hoher Geschwindigkeit in die Produktkammer 10 zurückgeleitet. Wie vorstehend angegeben ist, werden die zu dehydratisierenden biologischen Produkte in der Produktkammer 10 gehalten. Jedes Mal, wenn erwärmte Luft über das biologische Produkt in der Kammer strömt, wird Feuchtigkeit aus dem Produkt verdampft, durch die Luft als Wasserdampf fortgetragen und das biologische Produkt wird in der Kammer fortschreitend dehydratisiert.
• Obwohl in vorstehender Diskussion auf Luft Bezug genommen wird, muß verstanden werden, daß es auch zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gehört, andere gasartige Fluids eher als gewöhnliche atmosphärische Luft zu verwenden. Wie es unten detailliert beschrieben werden wird, liegt es insbesondere in der Absicht der vorliegenden Erfindung, entweder verschiedene gasartige Komponenten der Luft (zum Beispiel Sauerstoff) zu entfernen oder verschiedene andere Gase in die Produktkammer der vorliegenden Erfindung einzuspritzen. Der Ausdruck gasartige Fluids, wie er in den beigefügten Ansprüchen verwendet wird, beabsichtigt, Luft sowie andere gasartige Fluids zu umfassen.
• Die Produktkammer 10, die Rohrleitung 12 und der Wärmeaustauscher sind von einer geeigneten Isolation 22 umgeben, um somit ein physikalisch und thermisch geschlossenes System zu bilden. Mit einem thermisch und physikalisch geschlossenen System wird ein System definiert, bei dem während eines Dehydratisierungsverfahrens, bei dem die vorstehend beschriebene Vorrichtung verwendet wird, die gasartigen Fluids in dem System kontinuierlich erwärmt, zurückgeführt, wieder erwärmt und wieder zurückgeführt werden. Im wesentlichen wird keine Luft von außen in das geschlossene System eingeführt, und weder Luft noch gasartige Fluids des Systems werden in die äußere Atmosphäre abgeführt.
• Das erfindungsgemäße geschlossene System kann so konstruiert werden, daß die Rohrleitung oder andere Teile des Systems sich an der Außenseite des Gehäuses erstrecken, das die Produktkammer selbst enthält. Wenn ein solches System sich in einer Umgebung befindet, wo schwere Gewitter häufig sind, kann ein Blitz das exponierte Metall der Rohrleitung oder anderer Teile des Systems treffen. Um die Möglichkeit eines solchen Ereignisses zu vermeiden, was ziemlich zerstörend sein könnte, ist ein übliches Blitzschutzsystem in Figur 1 dargestellt. Somit sind ein Blitzableiter 64 und eine Erdverbindung 66 schematisch in Figur 1 dargestellt. Weiterhin können getrennte Blitzschutzsysteme sowohl für das Wärmeaustauscher-Subsystem als auch für das geschlossene System des Dehydrators der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden.
• Jedes Mal, wenn eine Öffnung zum Einführen des Produkts oder eine Tür der Produktkammer 10 geöffnet wird, dann wird offensichtlich ein Austausch der Luft zwischen der Kammer und der Umgebung der Außenseite auftreten. Um somit den Betrieb der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bei einem hohen Leistungsniveau über eine ausgedehnte Zeitspanne sicherzustellen und soweit als möglich das Einführen äußerer Luft und das Stören des geschlossenen Systems zu vermeiden, werden geeignete Maßnahmen gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung ergriffen, um den Austausch von Luft zu minimieren. Insbesondere wird eine Doppeltür-Luftschleuse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt.
• Die Doppeltür-Luftschleuse 34, wie sie in Figur 1 gezeigt ist, wird mit einer ersten Tür 36 versehen, die eine Verbindung zwischen der Luftschleuse und der äußeren Umgebung ermöglicht, während eine zweite Tür 38 bereitgestellt wird, die eine Verbindung zwischen der Produktkammer 10 und der Luftschleuse 34 ermöglicht. Zusätzlich wird die Doppeltür-Luftschleuse mit einer Abluftöffnung 40 versehen, durch die Umgebungsluft aus der Luftschleuse durch eine nicht dargestellte Saugluftpumpe abgeführt werden kann.
• Beim Betrieb wird die äußere Tür 36 geöffnet, die zu dehydratisierenden biologischen Materialien werden in der Luftschleuse positioniert und die äußere Tür 36 wird geschlossen. Nachdem die Abluftöffnung 40 in Betrieb genommen wurde, um einen Teil der Luft aus der Luftschleuse 34 zu entfernen, wird die innere Tür 38 geöffnet und die biologischen Materialien werden in die Produktkammer bewegt. Somit wird ein Austausch der Luft zwischen der Produktkammer und der Umgebung minimiert.
• Es wird selbstverständlich verstanden, daß jede der Türen 36 und 38 mit geeigneten Dichtmechanismen versehen sind, um die Menge des Luftverlustes aus dem geschlossenen System zu minimieren.
• Zusätzlich zu den Türen 36 und 38 wird eine zusätzliche Zugangsöffnung zur Probenentnahme des Produkts oder Tür 42 in der Produktkammer 10 bereitgestellt. Diese Tür erlaubt es, Proben des Produkts, das der Dehydratisierung unterliegt, aus der Produktkammer zur Analyse zu entnehmen, um eine Bestimmung des Fortschreitens des Dehydratisierungsverfahrens zu ermöglichen. Wegen der kleinen Größe der Probenentnahmetür 42 und der relativen Seltenheit, mit der sie geöffnet wird, wird ein Luftverlust dort hindurch minimiert. Selbstverständlich ist die Tür 42 auch mit Abdichtmitteln versehen, um Luftverluste weiter zu minimieren. Weiterhin, obwohl die Probenentnahmetür 42 so dargestellt ist, daß sie sich in einem Wandteil der Produktkammer 10 an einer anderen Stelle als die Luftschleuse befindet, ist es selbstverständlich möglich und vielleicht sogar bevorzugt, daß die Probenentnahmetür ein Teil der Luftschleusenstruktur ist.
• Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird das zu dehydratisierende biologische Produkt auf einer Platte getragen, die auf Racks oder Karren gehalten wird, die verbindbar mit und trennbar von einer endlosen Schleifenförderanlage sind. Wenn somit die biologischen Produkte in der Produktkammer sind, dann werden sie mit der endlosen Schleifenförderanlage verbunden, und wenn die Dehydratisierung des auf einem bestimmten Rack gehaltenen Produkts vervollständigt ist, kann es auf die Außenseite der Produktkammer bewegt werden, von der Förderanlage getrennt werden, und ein neues Rack, das bereits beladen ist und in der Doppeltür- Luftschleuse wartet, kann mit der Förderanlage verbunden werden und in die Produktkammer bewegt werden, wobei selbstverständlich die endlose Förderanlage durch geeignete Antriebsmechanismen angetrieben wird, die nicht dargestellt sind, da sie keinen Teil der vorliegenden Erfindung darstellen. Selbstverständlich würde die Produktkammer eine Größe aufweisen, um sich an eine geeignete Anzahl von Racks oder Karren, wie 20 bis 25 Racks, anzupassen.
• Ein beispielhafter Tunnel oder eine Produktkammer 10 kann so konstruiert sein, um 23 Racks (das heißt Karren) zu halten, wobei jedes Rack 21 Platten hält und jede Platte eine Größe von ca 112 cm auf ca 112 cm (44 Inches auf 44 Inches) aufweist.
• Die in Figur 1 dargestellte Produktkammer 10 hat zwar einen rechteckigen Querschnitt, dennoch wurde gefunden, daß eine solche Form oder eine ähnliche Form insbesondere für Produkte geeignet sind, die auf Platten oder Racks gehalten werden, wie es vorstehend beschrieben ist. Racks und Platten sind jedoch für bestimmte Typen von zu dehydratisierenden biologischen Produkten ungeeignet. Insbesondere, wenn es sich um leichtgewichtige, blättrige Produkte, wie Teeblätter, Petersilie oder Blumenblätter der Rose handelt, würden solche biologischen Materialien wegen der Geschwindigkeit des Luftstroms in der Produktkammer von den Halteplatten heruntergeblasen werden. Demgemäß wurde ein anderer Mechanismus zum Halten dieser Materialien entwickelt.
• Wie es in Figur 2 dargestellt ist, wird ein Haltemechanismus zum Halten leichtgewichtiger, blättriger, biologischer Materialien für die Dehydratisierung bereitgestellt. Der Haltemechanismus liegt im allgemeinen in Form eines ein Loch aufweisenden, divergierenden, kegelförmigen Teils oder Haltesiebs 44 vor. Das kegelförmige Teil kann aus rostfreiem Stahl oder Netz oder einem Plastikgitter oder Netz mit einem Grad, der für die Verwendung bei Umgang mit Nahrungsmittel verträglich ist, hergestellt werden. Das kegelförmige Haltegitter 44 wird zur Rotation um eine horizontale Achse, wie es im allgemeinen mit 46 gezeigt ist, gehalten. Eine geeignete Antriebsvorrichtung 48 wird für das Rotieren des kegelförmigen Haltegitters bereitgestellt. Obwohl gezeigt ist, daß der Antrieb mit dem Eingangsende 50 des Trägergitters verbunden ist, ist es selbstverständlich, daß das Trägergitter von beiden Enden oder in jeder anderen üblichen Art, wie durch einen zentralen Schaft, der mit jedem Ende des Trägergitters verbunden ist, angetrieben werden kann.
• Bei der Verwendung des zylindrischen Trägergitters zum Trocknen von blättrigen, leichtgewichtigen, biologischen Materialien wird das Gitter so angeordnet, daß der Luftstrom vom Wärmeaustauscher auf das Gitter entlang dessen Länge auftrifft, wie es durch die Pfeile A in Figur 2 dargestellt ist. Zu dehydratisierende Materialien werden über die kleine Eingangsöffnung 50 eingeführt. Wenn das Gitter 44 rotiert, während der Luftstrom auf das biologische Material durch die Öffnungen oder durch die Lücken des Gitters wirkt, bewegt sich das Material allmählich entlang der Neigung des kegelförmigen Haltegitters, bis es aus dem großen Ausgangsende 52 austritt.
• Das Trägergitter 44 sollte in der Produktkammer in einer solchen Art orientiert werden, daß das Eingangsende und das Ausgangsende sich günstig zu der Doppeltür-Luftschleuse befindet, um es zu ermöglichen, daß zu dehydratisierende Produkte beladen werden können und dehydratisierte Produkte davon entladen werden können. Selbstverständlich kann es, wenn ein kegelformiges Haltegitter verwendet wird, sehr wünschenswert sein, die Produktkammer 10 zu konfigurieren, um sie im allgemeinen der Form des Haltegitters anzupassen, um ein Beeinträchtigen des Luftstroms durch die Produktkammer zu vermeiden. Zusätzlich könnte es wünschenswert sein, anstatt der einzigen Luftschleuse 34, wie es in Figur 1 gezeigt ist, zwei getrennte Luftschleusen zu verwenden, wobei jeweils eine benachbart zum Eingangsende und Ausgangsende des zylindrischen Haltegitters 44 angeordnet ist.
• Es wurde weiterhin gefunden, daß für bestimmte Materialien, wie Holz, eine dreieckig geformte Produktkammer hervorragende Ergebnisse erzielt. Wenn man Holz in einer dreieckig geformten Produktkammer gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung dehydratisiert, wird das Holz in einer relativ kurzen Zeitspanne vollständig getrocknet und es zeigt überhaupt kein Aufspringen, Kräuseln, oder Verwerfen (Cupping), wie es oft mit anderen beschleunigten Holztrocknungsverfahren der Fall ist. Eine dreieckig geformte Produktkammer 60 ist in Figur 3 zusammen mit der sie umgebenden Isolation 22 gezeigt. Eine geeignet geformte Haltestruktur würde für eine dreieckig geformte Produktkammer verwendet werden, um das biologische Produkt, wie Holz, während dessen Trocknen zu halten.
• Beim Behandeln des Holzes in der dreieckig geformten Produktkammer, wie sie in Figur 3 gezeigt ist, würde der Luftstrom in der Kammer vorteilhafterweise vom oberen Teil 68 der Kammer eintreten, und die Abluftöffnung (Saugen) würde am unteren Teil 70 der Kammer austreten. In dem Fall, bei dem die Einlaßöffnung sich an der linken Oberseite der Kammer befindet, sollte die Abluftöffnung sich an der linken Unterseite der Kammer befinden und umgekehrt. Von dieser Anordnung von Einlaß- und Abluftöffnung wird angenommen, daß ein besonders vorteilhafter Luftstrom in der Kammer erzeugt wird und ein schnelles Trocknen des Holzes ohne Aufspringen des Holzes während des Trocknungsverfahrens erreicht wird. Es wird angenommen, daß die Anordnung von Einlaß- und Abluftöffnungen, wie es vorstehend dargestellt ist, zusammen mit der Form der Produktkammer in einer günstigen Wechselwirkung des Luftstroms in der Kammer mit den sich gegenüber der Einlaßöffnung befindlichen Wänden resultiert, und in einem hochbewegten Luftstrom in der Kammer resultiert, ohne daß Toträume an Luftstrom in der Kammer verursacht werden.
• Der Transfer von Wärme auf das gasartige Fluid in dem geschlossenen System der vorliegenden Erfindung wird durch eine Berührungsfläche mit dem Wärmeaustauscher 14, zum Beispiel durch Verwendung von Rippen oder Spulen oder anderen üblichen Wärmeaustauschertechnologien durchgeführt. Die Isolation 22, die das gesamte geschlossene System mit der Produktkammer 10, den Rohrleitungen 12 und dem Wärmeaustauscher 14 umfaßt, wird bereitgestellt, um die thermische Effizienz sicherzustellen und ein thermisch geschlossenes System bereitzustellen.
• Verschiedene Sensoren 32, die in geeigneter Weise positioniert sind, werden zum Messen von Systemparametern, wie Temperatur, erzwungener Luftstromrate, absoluter und relativer Feuchtigkeit sowie Luftdruck im geschlossenen System, bereitgestellt. Diese Sensoren werden verwendet, um Systemparameter unter der allgemeinen Steuerung eines Kontrollcomputers 26 für allgemeine Zwecke unter Verwendung von zum Beispiel der Mikroprozessortechnologie zu überwachen, um den Wärmegenerator und die Gebläse zu kontrollieren, sowie um den Fortschritt des Dehydratisierungsverfahrens im Hinblick auf das besondere biologische Produkt, das in der Produktkammer dehydratisiert wird, zu überwachen. Während in Figur 1 mehrere Sensoren dargestellt sind, ist die dargestellte Anzahl und Position solcher Sensoren nicht beschränkend. Im Gegenteil können die Sensoren dort positioniert werden, wo sie erwünscht sind gemäß üblicher Kontrollsystemtechnologie.
• Der Kontrollcomputer 26 ist gegebenenfalls mit einem graphischen Display 28 zum Aufzeichnen der verschiedenen Parameter und anderer Daten des geschlossenen Systems ausgestattet. Weiterhin kann der Computer 26 in üblicher Weise ausgelegt und programmiert sein, um die Systemparameter, die durch die verschiedenen Sensoren 32 gemessen und überwacht werden, zu verwenden, um die Kombination solcher Parameter für ein gegebenes Material, das dem Verfahren der Dehydratisierung unterliegt, zu optimieren. Mit anderen Worten kann die Temperatur und die Luftflußrate des geschlossenen Systems gemäß den besonderen Eigenschaften der zu behandelnden Materialien unter der Kontrolle des Computers 26 kontrolliert werden.
• Die vorliegende Erfindung verwendet zwei Kontrollschleifen. Die erste Kontrollschleife wird durch die verschiedenen Sensoren 32 und den Kontrollcomputer 26 verwirklicht. Die Anordnung der Sensoren stellt ein konstantes Überwachen der Temperatur, der absoluten und relativen Luftfeuchtigkeit in verschiedenen Bereichen der Kammer sowie um das Heizgerät und um das Produkt, das dehydratisiert wird, bereit. Konstantes Überwachen der Geschwindigkeit des Luftstroms wird in dem geschlossenen System, um das dehydratisierte Produkt und um den Wärmeaustauscher und den Gebläsen bereitgestellt. Eine weitere Kontrollschleife umfaßt die diskontinuierliche Probenentnahme für die Qualität des Materials an vorbestimmten Stufen des Dehydratisierungsverfahrens. Die Probenentnahmetür 42 ist bereitgestellt, um es zu ermöglichen, Proben aus dem geschlossenen System in vorbestimmten Intervallen während des Fortschreitens des Dehydratisierungsverfahrens zu entfernen. Diese Proben werden im Hinblick auf den Grad der Dehydratisierung, Sterilität und anderer Eigenschaften, die die Qualitätskontrolle des Produkts betreffen, analysiert. Die Ergebnisse der Analyse können verwendet werden, um die Systemparameter über den Kontrollcomputer 26 genauer zu kontrollieren.
• Der Wärmeaustauscher 14 ist selbstverständlich Teil eines getrennten Systems, das mit der Luft des geschlossenen Systems der vorliegenden Dehydratisierungsvorrichtung in thermischem Grenzflächenkontakt steht. Das Wärmeaustauschersystem umfaßt den Wärmegenerator 18 und, falls notwendig, eine Emissionskontrolleinheit und ein Kontrollsystem 72 für den Wärmegenerator. Das Kontrollsystem wird selbstverständlich eine geeignete Stromquelle oder Stromversorgung, wie zum Beispiel 220 Volt Wechselstrom, umfassen.
• Gemäß einem bedeutenden Merkmal des vorliegenden Verfahrens und der Vorrichtung können, da die Dehydratisierung in einem geschlossenen System stattfindet, ein oder mehrere Injektoren 30 zur Abgabe von bakteriostatischen Mitteln oder zusätzlichen Geschmacks- und Geruchsstoffen in die Produktkammer 10 bereitgestellt werden. Die Injektoren 30 können selbstverständlich unter der Kontrolle des Kontrollcomputers 26 betrieben werden.
• Bei der Durchführung des Dehydratisierungsverfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und unter Benutzung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung, die das geschlossene System verwendet, werden Feuchtigkeit- und Temperaturdifferentiale erzeugt, bevor das zu dehydratisierende Produkt in das geschlossene System eingeführt wird, und die Differentiale werden aufrechterhalten, während das Produkt dehydratisiert wird. Insbesondere dient der Wärmeaustauscher als Feuchtigkeitssammler und als Wärmequelle. Somit wird der Wärmeaustauscher in Gang gesetzt, um die Temperatur der Produktkammer zu erhöhen, bevor das zu dehydratisierende Produkt in das System eingeführt wird.
• Wegen des Ungleichgewichts der Feuchtigkeit, die vom Feuchtigkeitssammler resultiert, sowie des Temperaturungleichgewichts, das durch den Wärmeaustauscher verursacht wird, befindet sich das geschlossene System nicht in einem Gleichgewichtszustand. Demzufolge wird das Prinzip von Le Chetalier für das geschlossene System der vorliegenden Erfindung angewendet. Das Prinzip von Le Chetalier sagt aus, daß, wenn eine Störung auf ein System im Gleichgewicht einwirkt, sich das Gleichgewicht in einer solchen Weise verschiebt, um teilweise den Effekt der Störung aufzuheben. Das Verdampfen von Feuchtigkeit geschieht gemäß diesem Prinzip und wird durch die Temperatur- und Feuchtigkeitsdifferentiale angetrieben.
• Die Feuchtigkeits- und Temperaturdifferentiale, die durch den Wärmeaustauscher eingeführt werden und zwischen dem Wärmeaustauscher und dem zu dehydratisierenden Produkt in der Produktkammer 10 aufrechterhalten werden zusammen mit dem schnellen Luftstrom, der über das Produkt geleitet wird, resultiert in der Dehydratisierung des Produkts ohne bedeutende chemische Veränderung, die in einer Verschlechterung und Beeinträchtigung des Aromas und Dufts des Produkts, das dehydratisiert wurde, resultieren würde. Mit anderen Worten wird das Verdampfen von flüchtigen chemischen Aroma- und Duftstoffen, das üblicherweise zusammen mit dem Verdampfen von Feuchtigkeit aus dem Produkt auftritt, zu einem beachtlichen Grad verhindert.
• Zusätzlich zur Verwendung der Injektoren 30, um bakteriostatische Mittel in den zwangsweise über das biologische Produkt geleiteten Luftstrom, das in der Produktkammer 10 gehalten wird, abzugeben, können die Injektoren verwendet werden, um vorbestimmte Gase in die Kammer einzuführen, um das Reifen zu fördern und das Trocknen des Produkts zu erleichtern sowie dem Produkt besondere Aromen zu verleihen. Weiterhin ist das Evakuieren von Sauerstoff aus dem geschlossenen System möglich, in Verbindung mit dem Einspritzen eines Gases, wie Stickstoff oder Helium, damit das Dehydratisierungsverfahren in einer sauerstoffarmen Umgebung ablaufen kann. Somit kann die Oxidation des zu dehydratisierenden Materials in der Produktkammer 10 verhindert oder minimiert werden.
• Obwohl in der vorliegenden Offenbarung der Ausdruck "biologisches Produkt" verwendet wird, wird selbstverständlich mit der vorliegenden Erfindung in Erwägung gezogen, daß verschiedene biologische Produkte zur gleichen Zeit in der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung dehydratisiert werden. Somit können zum Beispiel verschiedene Früchte zusammen dehydratisiert werden, wobei eine solche Co-Dehydratisierung in einem Vermischen der entsprechenden flüchtigen chemischen Verbindungen und der entsprechenden Aromen und Duftstoffe der verschiedenen Produkte, die dehydratisiert werden, resultiert. Die Wahl der Produkte, die co- dehydratisiert werden, ist selbstverständlich praktisch unbegrenzt und wird nur durch die Vorstellung des Benutzers eingeschränkt. Offensichtlich können auch mehr als zwei Produkte zur gleichen Zeit mit entsprechenden vermischenden Aromen und Düften dehydratisiert werden.
• Zusätzlich kann gemäß einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung der Druck der Luft oder des gasartigen Fluids in dem geschlossenen System der vorliegenden Erfindung entweder erhöht oder erniedrigt werden, gemäß der Dehydratisierung eines bestimmten Produkts.
• Insbesondere sollte in bestimmten Anwendungen ein höherer als atmosphärischer Druck in dem geschlossenen System der vorliegenden Erfindung aufrechterhalten werden. Es wurde gefunden, daß dies insbesondere im Hinblick auf die Trocknung von Holz vorteilhaft ist. In solchen Anwendungen wird der Luftdruck in dem geschlossenen System auf etwa zwei Atmosphären Druck erhöht. Weiterhin wurde es beim Trocknen von Holz als vorteilhaft gefunden, den Luftdruck von zwei Atmosphären auf etwas weniger als atmosphärischen Druck kurz vor dem Ende des Trocknungsverfahrens abzusenken. Dieses Verfahren hat sich als besonders wirksam erwiesen und innerhalb etwa 24 Stunden eine vollständige Trocknung von 4 x 4's ergeben. Geeignete Saugluftpumpen und/oder Gebläsesteuerungen oder andere übliche Vorrichtungen können von dem in Figur 1 dargestellten geschlossenen System umfaßt werden, um es zu ermöglichen, daß solche Drücke erreicht und aufrechterhalten werden.
• Ein bedeutendes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Luftstromrate, die in dem geschlossenen System durch die Gebläse aufrechterhalten wird. Im allgemeinen werden die Gebläse verwendet, um einen Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit in dem System und um das Produkt hiervon, das dehydratisiert werden soll, zu schaffen. In den meisten Anwendungen ist die besondere Geschwindigkeit des Luftstroms nicht kritisch für das Dehydratisierungsverfahren. In den Fällen, wo ein Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit wichtig ist, ist es nur notwendig, sicherzustellen, daß die Luftstromgeschwindigkeit in dem geschlossenen System nicht so groß ist, daß sich Störungen des Materials ergeben, das dehydratisiert wird. Mit anderen Worten sollte die Luftgeschwindigkeit nicht verursachen, daß das Material in der Produktkammer 10 herumgeblasen wird.
• Wie vorstehend bemerkt ist, dient der Wärmeaustauscher 14 dazu, die Temperatur der Luft, die durch die Gebläse 16 durch das geschlossene System der vorliegenden Erfindung zirkuliert wird, zu erhöhen. Das durch die Wärmeaustauscher geschaffene Temperaturdifferential ist selbstverständlich bedeutsam für das effiziente Funktionieren der vorliegenden Erfindung. Dennoch ist ein großes Temperaturdifferential nicht notwendig. Insbesondere wird in vielen Situationen ein ziemlich kleines Temperaturdifferential verwendet. Im speziellen werden Temperaturen im Bereich von etwa 60 bis 75ºC verwendet und erzielen brauchbare, dehydratisierte Produkte. Für viele Nahrungsmittel und Gemüseprodukte ergibt eine Temperatur von etwa 65ºC (145 º Fahrenheit) brauchbare Ergebnisse.
• Des weiteren ergeben in manchen Fällen Temperaturen über 80ºC ein Verfärben des biologischen Produkts, was das dehydratisierte Produkt weniger brauchbar als ein Produkt macht, das bei niedrigen Temperaturen verarbeitet wurde. Zusätzlich kann, wenn es sich um die Dehydratisierung eines lebenden biologischen Produkts wie Samen oder Bakterien handelt, eine erhöhte Temperatur zum Abtöten des Produkts führen. Die Temperatur der Dehydratisierung muß daher unterhalb solcher Abtötungstemperaturen gehalten werden. In ähnlicher Weise müssen für Blut Temperaturen unter 80ºC verwendet werden.
• Es wird selbstverständlich verstanden, daß, wenn man Produkte, wie Blut, Bakterien oder Samen, dehydratisiert, geeignete Maßnahmen ergriffen werden müssen, um eine Verunreinigung des dehydratisierten Produkts zu vermeiden. Übliche Sterilisationsverfahren und Vorrichtungen können für diesen Zweck verwendet werden und gehören ausdrücklich zu den Erwägungen der vorliegenden Erfindung.
• Aufgrund des Computers 26, des Kontrollsystems, das mit der vorliegenden Erfindung assoziiert ist, sowie der Proben, die über die Tür 42 entfernt werden, kann der Grad der Dehydratisierung des Produkts überwacht und kontrolliert werden. Gemäß dem erhaltenen Grad der Dehydratisierung können die Endeigenschaften des Produkts kontrolliert werden. Wenn einem bestimmten Produkt erlaubt wird, in der Dehydratisierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung zu verbleiben, bis nur noch etwa 1 oder 2 % der Feuchtigkeit des Produkts erhalten bleiben, dann wird das Produkt knusprig. Wird das Dehydratisierungsverfahren dagegen gestoppt (das heißt, das Produkt wird aus dem System entfernt), wenn 8 bis 9% der Feuchtigkeit des Produkts zurück bleiben, dann wird das Produkt weicher. Dies wird selbstverständlich den Genuß und das Gefühl des dehydratisierten Produkts beeinflussen. Es wird selbstverständlich verstanden, daß die Zeit, die notwendig ist, um ein gegebenes Produkt zu einem gewünschten Dehydratisierungsgrad zu dehydratisieren, selbstverständlich unter anderem von der physikalischen Struktur des Produkts und der Art, in der es hergestellt wurde (das heißt geschnitten, gewürfelt etc.) abhängt.
• Das Verfahren zum Bewegen der Racks und Platten, die das zu dehydratisierende Produkt tragen, in und aus der Produktkammer heraus über die Doppeltür-Luftschleuse 34 kann gemäß üblichen Techniken zum Handhaben von Materialien erfolgen. In einer beispielhaften Ausführungsform wird erwogen, daß die Racks in Art eines Zuges verbunden werden und/oder an eine endlose Förderanlage angebracht werden, um in die Kammer, diskontinuierlich entlang der Kammer und schließlich aus der Kammer bewegt zu werden, nachdem das Dehydratisierungsverfahren beendet ist. Somit schafft das Entfernen eines Karren oder Racks an einem Ende des Tunnels Raum für das Einführen eines neuen Karrens oder Racks an dem anderen Ende des Tunnels durch die Luftschleuse. Selbstverständlich gehören verschiedene Verfahren zum Einführen und Entfernen des biologischen Produkts in die Produktkammer zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
• Somit ist es sicherlich möglich, und es gehört zum Gegenstand der Lehre der vorliegenden Erfindung, die vorliegende Dehydratisierungsvorrichtung und das Verfahren absatzweise zu verwenden. In anderen Worten kann eine Produktcharge dehydratisiert werden, das System kann geöffnet werden, das Produkt kann entfernt werden, und das System kann geschlossen, erwärmt und ein neues Produkt darin eingeführt werden. Dies ist etwas weniger effizient als das vorstehend erwähnte Verfahren, das Racks verwendet, die nachfolgend in einer im wesentlichen kontinuierlichen, aber dennoch intermittierenden Art eingeführt werden.
• Eine Vielzahl biologischer Produkte wurde in einem geschlossenen System gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung dehydratisiert. Alle der folgenden Produkte wurden bei einer Trocknungstemperatur von etwa 65 ºC während etwa drei bis vier Stunden, soweit nichts anderes angegeben ist, getrocknet. Der Ausdruck "Dehydratisierungsverhältnis", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf ein Gewichtsreduktionsverhältnis. In anderen Worten hat ein biologisches Produkt von 9 kg (20 lbs), das auf 0,453 kg (ein lb) dehydratisiert worden ist, dennoch ein Dehydratisierungsverhältnis von 20:1.
• 1. Ananasringe 0,95 cm (3/8 inch) wurden auf ein Dehydratisierungsverhältnis von 16:1 dehydratisiert.
• 2. Ananas-Leckerbissen (tidbits) wurden auf ein Dehydratisierungsverhältnis von 20:1 dehydratisiert.
• 3. Bananenchips wurden auf ein Dehydratisierungsverhältnis von 10:1 dehydratisiert.
• 4. Kleine Bananen wurden auf ein Dehydratisierungsverhältnis von 5:1 dehydratisiert.
• 5. Wassermelonen-Leckerbissen (tidbits) wurden ein Dehydratisierungsverhältnis von 30:1 dehydratisiert.
• 6. Shrimpsköpfe (Fleisch) wurden während drei Stunden auf ein Dehydratisierungsverhältnis von 8:1 dehydratisiert.
• 7. Karotten wurden während zwei bis drei Stunden auf ein Dehydratisierungsverhältnis von 15:1 dehydratisiert.
• 8. Tomaten wurden auf ein Dehydratisierungsverhältnis von 19:1 dehydratisiert.
• 9. Kohl wurde auf ein Dehydratisierungsverhältnis von 22:1 dehydratisiert.
• 10. Sellerie wurde auf ein Dehydratisierungsverhältnis von 31:1 dehydratisiert.
• 11. Grüner Paprika wurde auf ein Dehydratisierungsverhältnis von 20:1 dehydratisiert.
• 12. Spinat (Blätter) wurde auf ein Dehydratisierungsverhältnis von 21:1 dehydratisiert.
• 13. Grüne Bohnen wurden auf ein Dehydratisierungsverhältnis von 13:1 dehydratisiert.
• Dehydratisierung mit dem Verfahren und der Vorrichtung des geschlossenen Systems der vorliegenden Erfindung resultiert in der Beibehaltung im wesentlichen aller der flüchtigen Komponenten, die den Geschmack und das Aroma des natürlichen (das heißt undehydratisierten) biologischen Produkts umfassen. Der Partialdruck dieser flüchtigen chemischen Substanzen aus dem Material oder Produkt, das dehydratisiert wird, erreicht ein Niveau der vollständigen Sättigung in den frühen Stufen des Dehydratisierungsverfahrens. Das Erreichen der vollständigen Sättigung der flüchtigen chemischen Aroma- und Duftverbindungen verhindert, daß weitere wesentliche chemische Veränderungen innerhalb des dehydratisierten Materials auftreten. Somit behält das dehydratisierte Material im wesentlichen alle der essentiellen Duft- und Aromaöle darin. Das ist ein bedeutendes und wesentliches Merkmal und ein bedeutender Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber Dehydratisierungsverfahren und Apparate vom Typ des offenen Systems des Standes der Technik.
• Wenn der Partialdruck der flüchtigen chemischen Verbindungen vom dehydratisierenden Material ein Niveau der vollständigen Sättigung erreicht, dann wird ein weiteres Verdampfen solcher Substanzen und weiteres bedeutendes chemisches Verändern im Material, das dehydratisiert werden soll, verhindert. Demgemäß behalten dehydratisierte Materialien, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, im wesentlichen alle ihrer Aromen und Düfte.
• Als Ergebnis der Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist, da der Großteil der chemischen Substanzen, die das Aroma und den Duft des zu dehydratisierenden biologischen Produkts ausmachen, während des Dehydratisierungsverfahrens in dem Produkt bleibt, der Geschmack und das Aroma des erhaltenen dehydratisierten Produkts hochkonzentriert und sehr intensiv. Nach Rehydratisierung werden der Geschmack und der Duft des Produkts im wesentlichen auf das ursprüngliche Niveau wieder hergestellt. Somit sind die dehydratisierten Produkte der vorliegenden Erfindung insbesondere gut geeignet als Wirkstoff für Joghurt und Speiseeis sowie in vielen anderen Anwendungen der Nahrungsmittelverarbeitungs-Technologie.
• Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann für eine praktisch grenzenlose Vielzahl von Früchten und Gemüsen angewendet werden, um nur die kleine Kategorie der biologischen Produkte, die vorstehend erwähnt wurden, aufzuführen. Im Hinblick auf jede dieser diversen Früchte und Gemüse, werden üblicherweise verschiedene Trocknungs zeiten angewendet werden, abhängig von der Struktur und der hergestellten Größe des Produkts. Die geeignete Trocknungszeit im Hinblick auf die vorstehenden Variablen sowie im Hinblick auf die gewünschten Endprodukteigenschaften können leicht bestimmt werden. Solche Bestimmungen per se sind kein essentieller Aspekt der vorliegenden Erfindung.
• Wie vorstehend bemerkt ist, können viele Produkte während etwa vier Stunden in geeigneter Weise dehydratisiert werden. Offensichtlich benötigen andere Produkte verschiedene Zeitspannen. Beispielsweise benötigen Weintrauben etwa 12 Stunden aufgrund der relativen Impermeabilität ihrer Haut. Auf der anderen Seite müssen Materialien wie Kokosnuß nur während etwa zwei Stunden dehydratisiert werden. Die optimale Dehydratisierungszeit für verschiedene Materialien kann leicht von einem, der die vorliegende Erfindung benutzt, bestimmt werden, in ähnlicher Weise wird auch die Effizienz des Systems einen bedeutenden Effekt auf die Trocknungszeit haben. Gute Ergebnisse werden in einem System erhalten, wo die Kammer vor dem Einbringen des biologischen Materials unter Verwendung der in Figur 1 offenbarten Luftschleuse vorerwärmt ist. Auf der anderen Seite ist es möglich, wie vorstehend bemerkt ist, die vorliegende Erfindung absatzweise zu betreiben, wobei das biologische Produkt in die Kammer eingeführt wird und der Wärmeaustauscher dann angeschalten wird, um für die Temperatur- und Feuchtigkeitsgradienten zu sorgen.
• Für bestimmte Materialien, die besonders für eine Verfärbung wegen der Oxidation empfindlich sind, wie Kartoffeln und Bananen, ist es weiterhin vorteilhaft, die Prä-Dehydratisierungsverarbeitung des Materials in einer relativ sauerstofffreien Umgebung durchzuführen. Insbesondere wurde als vorteilhaft bei der Verarbeitung von Kartoffeln gefunden, die Prä-Dehydratisierungsverarbeitung (das heißt das Schälen, Schneiden oder Würfeln) der Kartoffeln in einer Umgebung durchzuführen, von der etwa 1/3 des Sauerstoffs entfernt wurde, zum Beispiel mittels einer geeigneten Saugpumpe. Das Entfernen von etwa 1/3 des Sauerstoffs aus der Umgebungsluft resultiert in einer bedeutenden Abnahme der Verfärbung und Oxidation der Schnittoberflächen der Kartoffel und resultiert demgemäß in extrem weiße dehydratisierte Kartoffelflocken. Somit kann gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung das Verarbeiten der Kartoffeln (das heißt Schälen, Schneiden, etc) in einer Umgebung stattfinden, die der vorstehend beschriebenen Luftschleuse ähnlich ist. Wie vorstehend dargelegt ist, ist die Luftschleuse der vorliegenden Erfindung so konstruiert, daß ein bedeutender Teil der Luft (und somit des Sauerstoffs) entfernt wird. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird 1/3 der Luft aus der Luftschleuse vor dem Öffnen der inneren Tür und dem Einführen des biologischen Materials in die Produktkammer 10 entfernt. Somit ist eine ähnliche Umgebung, die sauerstoffarm ist, insbesondere für das Verarbeiten solcher Materialien gut geeignet.
• Während die vorliegende Erfindung vorstehend als anwendbar für verschiedene spezifische Produkte vom Nahrungsmitteltyp beschrieben wurde, ist ihre Anwendbarkeit selbstverständlich nicht auf solche Nahrungsmittelprodukte beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Zitrusprodukte, wie Orangen und Limonen sowie Pilze, Algen, Seetang, Äpfel, Ananas, Wassermelone, Weintrauben, Karotten und Brokkoli. Verschiedenes Fleisch kann unter Verwendung der vorliegenden Erfindung dehydratisiert werden, wie Rindfleisch, Schweinefleisch und Geflügel. In ähnlicher Weise können Meeresfrüchte und Seetang dehydratisiert werden. Es wurde gefunden, daß Shrimps und Shrimpsköpfe, wenn sie dehydratisiert sind, als Bestandteile von Fischsaucen und Nahrungsmittelzubereitungen nützlich sind.
• Molkereiprodukte, wie Milch und Eier, können auch durch die vorliegende Erfindung dehydratisiert werden. Zusätzlich können Kräuter, Gewürze, Samen, Tee, Kaffee und Kakao auch durch die vorliegende Erfindung dehydratisiert werden, sowie Tabak, Futter und Holz. Fischeier und Froscheier knnen auch durch die vorliegende Erfindung dehydratisiert werden. Wie vorstehend bemerkt ist, ist vorstehende Auflistung von Produkten in keiner Weise, Form oder Gestalt ausschließlich, sondern sie ist nur dazu gedacht, exemplarisch für die verschiedenartige Natur des Produkts zu sein, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist.
• Schließlich muß, während die vorliegende Erfindung unter besonderer Anwendung der Dehydratisierung beschrieben wurde, bemerkt werden, daß die Vorrichtung und das beschriebene Verfahren, da sie einen integralen Teil der vorliegenden Erfindung bilden, auch besonders für Anwendungen für einen Räucherbetrieb unter Verwendung eines Räucherhauses gut geeignet sind. Solch ein Räucherbetrieb wird üblicherweise verwendet, um Fisch und Fleisch zu konservieren und zu aromatisieren.
• In Räucherhäusern des Standes der Technik werden Holzbrennstoffe, wie Hickory- oder Mesquitholz, verbrannt, und dem Rauch der Verbrennung des Holzes wird erlaubt, das zu räuchernde Produkt zu durchdringen. Nachdem das Produkt durchdrungen ist, wird der Rauch in die Atmosphäre entlassen.
• Erfindungsgemäß ist die Verwendung eines geschlossenen Systems direkt auf ein Räucherhaus anwendbar, und es kann leicht die Lehre der vorliegenden Erfindung aufweisen, indem nur der Wärmeaustauscher weggelassen wird und Mittel für den Verbrennungsrauch in dem geschlossenen System geschaffen werden, so daß die Luft, die den Verbrennungsrauch trägt, über und um das Produkt hiervon, das geräuchert werden soll, zirkuliert und das Produkt dadurch durchdrungen wird.

Claims (21)

1. Verfahren zur Herstellung eines dehydratisierten biologischen Produkts bei dem das zu dehydratisierende Produkt auf einen Träger gelegt und in einem isolierten, thermisch und physikalisch geschlossenen System dehydratisiert wird, vorin man ein gasförmiges Fluid auf eine Temperatur, die nicht zu erheblichen chemischen Veränderungen oder zu einer Abtötung von lebenden biologischen Zellen des Produkts führt, erwärmt, zwangsweise über das Produkt führt und im Kreislauf strömen läßt, bis der Feuchtigkeitsgehalt auf das erforderliche vorbestimmte Niveau verringert worden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt bis zu einem Punkt dehydratisiert wird, vorzugsweise auf weniger als 10% der Feuchtigkeit des frischen Produkts, bei dem das Aroma und der Duff des frischen Produkts erhalten bleiben.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangsführung des gasförmigen Fluids das Einblasen des erwärmten gasförmigen Fluids über das biologische Produkt mit einer gesteuerten Geschwindigkeit umfaßt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das getrocknete biologische Produkt aus dem geschlossenen System entfernt wird, während es innerhalb geschlossenen Systems dehydratisiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein biologisches Produkt in das geschlossene System eingeführt und aus diesem entnommen wird, ohne daß im wesentlichen der Bestand des geschlossenen Systems beeinträchtigt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr unterschiedliche biologische Produkte gleichzeitig getrocknet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich beim gasförmigen Fluid um Stickstoff oder Helium handelt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich beim gasförmigen Fluid um Luft handelt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich beim gasförmigen Fluid um Luft handelt, bei der ein Teil des O&sub2;-Gehalts entfernt oder durch Stickstoff oder Helium ersetzt worden ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Behandlung eines gegenüber einer Verfärbung durch Oxidation besonders empfindlichen Materials die Prädehydratisierungsverarbeitung, wie das Schälen, Schneiden oder Würfeln, in einer Umgebung durchgeführt wird, aus der 1/3 des Sauerstoffs entfernt worden ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des erwärmten gasförmigen Fluids das über das Produkt geblasen wird, vorzugsweise unter 80ºC liegt.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich die Stufe des Einspritzens eines vorbestimmten gasförmigen Fluids in das geschlossenen System umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem vorbestimmten gasförmigen Fluid, das in das geschlossenen System eingespritzt wird, um ein bakteriostatisches Mittel handelt.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem vorbestimmten gasförmigen Fluid, das in das geschlossenen System eingespritzt wird, um Rauch handelt.

15. Dehydratisiertes biologisches Produkt, das keine erhebliche chemische Veränderung erfahren hat oder lebende biologische Zellen des Produkts aufweist und einen Feuchtigkeitsgehalt besitzt, der auf weniger als 10% des im frischen natürlichen Produkt vorhandenen Niveaus verringert worden ist, erhältlich nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 14.

16. Verwendung des Produkts von Anspruch 15 in der Nahrungsmittelverarbeittungsindustrie.

17. Verwendung nach Anspruch 16 zur Herstellung von Molkereiprodukten und Speiseeis.

18. Verarbeitete Nahrungsmittel, hergestellt aus den Produkten von Anspruch 15.

19. Verarbeitete Nahrungsmittel unter Zusatz der Produkte von Anspruch 15.

20. Molkereiprodukte und Speiseeis, die mit den Produkten von Anspruch 15 aromatisiert worden sind.

21. Dehydratisierungsvorrichtung für ein biologisches Produkt, das gemaß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zu dehydratisieren ist, wobei die Vorrichtung volgendes umfaßt:

eine Einrichtung zum Halten eines zu dehydratisierenden biologischen Produkts;

eine Einrichtung zum Verschließen (10) der Halteeinrichtung unter Bildung eines physikalisch und thermisch geschlossenen Systems (22);

eine Einrichtung zum Erwärmen (18, 14) eines gasförmigen Fluids innerhalb des geschlossenen Systems (22); und

eine Einrichtung zur zwangsweisen Führung (16) des Fluids, so daß dieses mit gesteuerter Geschwindigkeit über das zu dehdratisierende Produkt strömt, und zur Rückführung des Fluids innerhalb des geschlossenen Systems (22).