DE1492544C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Auftauen und/oder Erwarmen tiefge frorener Lebensmittel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auftauen und/oder Erwärmen tiefgefrorener Lebensmittel, insbesondere zum Auftauen von tiefgekühltem Fisch durch Mikrowellenenergie, mit gleichzeitiger Oberflächenkühlung zur Vermeidung von örtlichen Überhitzungen.

Mit den bisher bekannten dielektrischen Verfahren ist es nicht möglich, ein schnelles und gleichmäßiges Auftauen der Lebensmittel zu erzielen. Um örtliche Überhitzungen an Kanten und freistehenden Fischteilen zu vermeiden, die von Feldstärkeschwankungen infolge der unebenen Oberfläche herrühren, ist es bekannt, das Gut zur Bildung einer ebenen Oberfläche in wassergefüllte Schalen zu legen. Trotzdem ist ein völlig gleichmäßiges Auftauen nicht gelungen. Abgesehen davon ist das Arbeiten mit großen wassergefüllten Schalen umständlich. Bei der dielektrischen Erwärmung im Mikrowellenbereich treten diese Probleme in erhöhtem Maß auf. Die Eindringtiefe elektromagnetischer Wellen im Dezimeterbereich ist bei gefrorenen Nahrungsmitteln sehr hoch, geht aber sprungartig zurück, wenn der Schmelzpunkt erreicht und überschritten wird, der je nach Art des Gutes zwischen 0 und —2° C liegt. Die elektromagnetische Energie erreicht deshalb, sobald die Oberfläche aufgetaut ist, nicht mehr unmittelbar

ίο den Kern des Gutes, sondern bleibt in der Oberflächenschicht hängen. Die erzeugte Wärme kann von dort aus nur durch Wärmeleitung zum kälteren Kern hin übertragen werden. Außerdem verschlechtert sich oberhalb des Schmelzpunktes die Temperaturleitfähigkeit durch den sprunghaften Rückgang der Wärmeleitzahl, die gegenüber dem gefrorenen Gut um den Faktor 3,5 sinkt. Die Energiezufuhr muß deshalb öfters unterbrochen werden, damit sich der Temperaturunterschied zwischen der wärmeren Oberflächenschicht und dem kälteren Kern ausgleichen kann. Bei dicken Gütern wird dazu viel Zeit benötigt. Der Ausgleichsvorgang beansprucht nicht nur kostbare Zeit, er führt auch zu entsprechend langen Anlagen. Ferner leidet die Qualität des Gutes, weil man bei diesem Verfahren naturgemäß bis zur maximal zulässigen Temperatur geht, die bei Fisch 25° C beträgt.

Es ist ferner ein Verfahren bekannt geworden, bei dem die gefrorenen Lebensmittel in Eispartikel gepackt werden, bevor sie aufgetaut werden. Damit sollen die Nachteile der Benutzung wassergefüllter Schalen teilweise beseitigt werden, indem der zum Auftauen benötigte Behälter keinen Deckel mehr braucht und die zusätzliche Wärmeabsorbtion in dem Wasser herabgesetzt wird. Im übrigen dient das Eis zum gleichen Zweck wie das Wasser bei der vorher beschriebenen Ausführungsform, und es treten die gleichen Probleme auf.

Versuche haben jedoch ergeben, daß das Einschließen der Lebensmittel in Eis kaum eine praktische Lösung des Problems bringen kann. Es ist auch festgestellt worden, daß dieses Verfahren kaum einen wirksamen Schutz vor Überhitzung bieten kann.
Es ist ferner bekannt geworden, das Auftauen gefrorener Lebensmittel in einer Stickstoffatmosphäre vorzunehmen. Dadurch soll Fäulnis der Lebensmittel verhindert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der ein gleichmäßiges Auftauen und/ oder Erwärmen tiefgefrorener Lebensmittel in relativ kurzer Zeit möglich ist, ohne daß die Gefahr örtlicher Überhitzungen besteht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Auftauen bzw. Erwärmen durch Mikrowellenenergie nur von einer Gutseite her erfolgt, wobei die Gutoberfläche der Einstrahlungsseite während der Einstrahlung durch Außenkühlung unterhalb des Schmelzpunktes des Gutes, insbesondere auf Temperaturen unterhalb von — 5 bis — 10⁰C, gehalten wird, so daß das Auftauen des Gutes von der der Einstrahlungsseite abgewandten Gutoberfläche beginnt und die Schmelzzone zur Einstrahlungsseite hin wandert.

Die vorliegende Erfindung baut auf der Überlegung auf, daß das Schmelzen der Oberflächenschicht auf der Einstrahlungsseite beim Auftauen unbedingt verhindert werden muß. Solange nämlich die Ober-

flächentemperatur des Gutes unterhalb des Schmelzpunktes Hegt, ist die Eindringtiefe der elektromagnetischen Wellen groß und innerhalb des Gutes ein rascher Temperaturausgleich durch die gute Wärmeleitfähigkeit gewährleistet.

Da die Energie die tiefgefrorene Platte fast ungedämpft durchdringt, kann die Energie von einer Seite aus in das Gut eingestrahlt und auf der gegenüberliegenden Seite in der geschmolzenen Oberflächenschicht absorbiert werden. Der Schmelzzone kann also durch den Block hindurch laufend Energie zügeführt werden.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß sich im Gut nach dem Auftauen eine nahezu einheitliche Temperatur einstellt und eine sofortige Verarbeitung möglich ist. -

Dabei bleibt die hohe Qualität des tiefgefrorenen Gutes vollständig erhalten; es treten kaum Tropfverluste auf, und wegen der niedrigen Temperatur unterbleibt ein Koagulieren des Eiweißes.

Von besonderem Vorteil ist die Tatsache, daß sich auf diesem Wege hohe Auftaugeschwindigkeiten erreichen lassen und trotz des hohen Leistungsbedarfes bei großen Durchsatzmengen kleine Anlagen genügen.

Nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung kann die der Einstrahlungsseite abgewandte Gutoberfläche zu Beginn des Auftauvorgangs durch Oberflächenerwärmung mittels Infrarotstrahlung aufgetaut werden. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Schmelzzone auf der der Einstrahlungsseite abgewandten Seite des Blocks oder der Platte des auf zutauenden Gutes liegt.

Zur Kühlung können an sich bekannte Verfahren und Vorrichtungen benutzt werden, es ist jedoch sehr vorteilhaft, wenn gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung der Einstrahlungsseite zur Kühlung verdampfender Stickstoff zugeführt wird.

Diese an sich bekannte Kühlung, bei der aus einem Rohr nahe der Gutoberfläche Stickstoff versprüht werden kann, bietet große Vorteile, da die Lebensmittel sich dann während des Auftauens in einer neutralen Stickstoffatmosphäre befinden. Außerdem kann in einfacher Weise auf dem Transport an der Oberfläche angetautes Gut bei Eintritt in die Vorrichtung durch Kühlung mit verdampfendem Stickstoff rückgekühlt und auf eine einheitliche Temperatür unterhalb des Schmelzpunktes gebracht werden.

Gemäß der Erfindung wird ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des oben erwähnten Verfahrens mit einem Durchlaufkanal für das aufzutauende Gut, einem Mikrowellenenergiestrahler, einem Infrarotstrahler und einer Stickstoffverdampfungseinrichtung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß am Eingang des Durchlaufkanals an der Oberseite der Infrarotstrahler und auf der Unterseite die Stickstoff Verdampfungseinrichtung mit Sprühröhren angeordnet ist, an die sich der Mikrowellenenergiestrahler anschließt, der mit einer Abdeckung aus Dielektrikum versehen ist. Mit dieser Vorrichtung können die Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung optimal genutzt werden. Die Vorrichtung baut bei großen Durchsatzmengen sehr klein und sorgt für einen schnellen Durchlauf des Gutes.

Die Erfindung ist an Hand eines in den Zeicnnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigen

F i g. 1 und 2 ein Diagramm, das die Wirkungsweise des bisher angewandten und des neuen Verfahrens veranschaulicht, und

F i g. 3 eine Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung.

Bei dem in F i g. 1 veranschaulichten bekannten dielektrischen Verfahren im Mikrowellenbereich beginnt die Erwärmung bei i₀. Die elektromagnetische Energie W₁ wird von oben und unten in das Gut, z. B. einen Block aus aufzutauenden Lebensmitteln, eingestrahlt und dringt bis zum Zeipunkt t_± unmittelbar bis zum Gutkern vor.

Die Isothermen geben die Temperaturverteilung vom Zeitpunkt t₀ an wieder. Bei i₂ beginnt die Oberfläche zu tauen. Bei t_z setzt eine starke Erwärmung der Oberflächenschicht ein, während der Kern seine Temperatur nur noch geringfügig ändert.

Bei t_t ist die maximal zulässige Oberfiächentemperatur erreicht. Die Energiezufuhr muß unterbrochen werden, wenn sich nicht die Oberfläche übermäßig stark erwärmen soll. Die Temperaturunterschiede gleichen sich anschließend aus. In periodisehen Zeitabständen wechselt so Energiezufuhr und Temperaturausgleich, bis der Kern des Blocks aufgetaut ist.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Verfahren beginnt der Auftauvorgang mit dem Schmelzen einer dünnen Oberflächenschicht durch Infrarotstrahlung W₂. Bei T₁ ist die Oberfläche bis zu einer genügenden Tiefe aufgetaut, und es kann zu diesem Zeitpunkt mit der Einstrahlung der Energie W₁ von der gegenüberliegenden Seite aus begonnen werden. Die Energie W₁ dringt durch den Block bis zur Schmelzzone vor und wird dort auf Grund der hohen dielektrischen Verluste von der auftauenden Schicht absorbiert. Bei ununterbrochener Energiezufuhr wandert die Schmelzzone durch den Block zur Einstrahlungsseite. Damit die Oberfläche von der Einstrahlungsseite nicht auftaut, muß die dort auf Grund der dielektrischen Verluste entstehende Wärme abgeführt werden. Dieses wird durch Kühlung mit verdampfendem Stickstoff, die im Zeitpunkt t₂ einsetzt, erreicht. Die zugeführte Kälteleistung W₃ ist am niedrigsten, wenn die Temperatur unterhalb —5° C liegt. Bei t_s wird die Kühlung abgebrochen und zum Auftauen der Oberflächenschicht auf der Einstrahlungsseite ausschließlich Energie bis zum Zeitpunkt t_i zugeführt.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erläuterten Verfahrens ist in F i g. 3 dargestellt. Bei der Vorrichtung F i g. 3 wird das Gutl, z.B. hintereinanderliegende quaderförmige Fischplatten, auf stegförmigen Laufbändern 2 durch eine Schleuse in einen Durchlaufkanal 4 befördert.

Dann durchläuft das Gut auf der Oberseite eine Infrarotstrahlungszone mit Infrarotstrahlern 11 zum Schmelzen der Oberflächenschicht und auf der Unterseite eine Kühlzone 5 zur Rückkühlung auf dem Transport eventuell angetauter Oberflächen und Kanten. Anschließend wird in einer Strahlungszone 6 durch an sich bekannte Mikrowellenenergiestrahler von unten elektromagnetische Energie im Mikrowellenbereich zugeführt. Damit die Blockunterseite nicht wärmer als — 5 bis —10° C wird, kühlt man mit verdampfendem Stickstoff, der in einer Stickstoffverdampfungseinrichtung 13 durch Sprühröhren 7 in

einen flachen Raum 8 unterhalb des Gutes eingesprüht wird. Eine Abdeckung 9 aus Dielektrikum verhindert das Eindringen des Kühlmittels hinter die Strahlungszone 6. Erwärmung und Kühlung der Unterseite werden solange fortgesetzt, bis die Schmelzzone von oben her durch den Block hindurchgewandert und kurz vor Erreichen der Unterseite ist. In der letzten Strahlungszone 12 wird die untere Oberfläche aufgetaut. Das Gut 1 verläßt die Anlage durch eine Schleuse 10 zur Weiterverarbeitung.

Im Rahmen der Erfindung sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich, insbesondere hat das neue Verfahren auch dann Bedeutung, wenn es nur um eine möglichst gleichmäßige Erwärmung bis zu einer bestimmten Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes geht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Auftauen und/oder Erwärmen tiefgefrorener Lebensmittel, insbesondere, zum Auftauen von tiefgekühltem Fisch durch Mikrowellenenergie, mit gleichzeitiger Oberflächenkühlung zur Vermeidung von örtlichen Oberhitzungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftauen bzw. Erwärmen durch Mikrowellenenergie nur von einer Gutseite her erfolgt, wobei die Gutoberfläche der Einstrahlungsseite während der Einstrahlung durch Außenkühlung unterhalb des Schmelzpunktes des Gutes, insbesondere auf Temperaturen unterhalb von —5 bis —10° C, gehalten wird, so daß das Auftauen des Gutes von der der Einstrahlungsseite abgewandten Gutoberfläche beginnt und die Schmelzzone zur Einstrahlungsseite hin wandert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Einstrahlungsseite abgewandte Gutoberfläche zu Beginn des Auftauvorgangs durch Oberflächenerwärmung mittels Infrarotstrahlung aufgetaut wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstrahlungsseite zur Kühlung verdampfender Stickstoff zugeführt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3 mit einem Durchlaufkanal für das aufzutauende Gut, einem Mikrowellenenergiestrahler, einem Infrarotstrahler und einer Stickstoffverdampfungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang des Durchlaufkanals (4) an der Oberseite der Infrarotstrahler (11) und auf der Unterseite die Stickstoffverdampfungseinrichtung (13) mit Sprühröhren (7) angeordnet ist, an die sich der Mikrowellenenergiestrahler anschließt, der mit einer Abdeckung (9) aus Dielektrikum versehen ist.