DE1604840B1

DE1604840B1 - Verfahren zum Gefriertrocknen von Lebensmitteln oder anderen durch erhoehte Temperaturen gefaehrdeten Produkten und Trockner zur Durchfuehrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE1604840B1
Application number: DE19661604840D
Authority: DE
Inventors: Mellor John Douglas
Original assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Current assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Priority date: 1965-01-21
Filing date: 1966-01-20
Publication date: 1970-10-08
Also published as: US3352024A; NL6600759A; GB1083244A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gefrier- Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, das erfintrocknen von Lebensmitteln oder anderen durch er- dungsgemäße Verfahren so zu steuern, daß die Überhöhte Temperaturen gefährdeten Produkten unter gänge von einem Drückwert zum anderen möglichst Verwendung unterschiedlicher, unterhalb des Atmo- schnell erfolgen.

Sphärendrucks liegender Drücke, wobei das gefrorene 5 Bei Verwendung von Luft als zuströmendem Gas

Produkt einer kontinuierlichen, gegebenenfalls regel- wird gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfin-

bar variablen Wärmezufuhr ausgesetzt und das in dung vorgeschlagen, daß der untere Druckwert zwi-

diesem enthaltene Eis sublimiert und dadurch aus sehen 0,1 und 1 Torr und der obere Druckwert zwi-

dem Produkt entfernt wird. sehen 10 und 50 Torr liegt.

Es ist bereits ein Vakuum-Trocknungsverfahren io Bei Verwendung eines Gases mit hoher thermi-

für feuchtes, nicht gefrorenes Gut bekannt, dss mit scher Leitfähigkeit, ζ. B. Helium, ist es vorteilhaft,

periodisch zwischen Atmosphärendruck und einem wenn der untere Druckwert zwischen 0,1 und 1 Torr

bestimmten Unterdruck wechselnden Druckwerten und der obere Druckwert zwischen 100 und 200 Torr

arbeitet. Dieses Verfahren weist den auch anderen liegt.

bekannten Vakuum-Trocknungsverfahren für feuch- 15 Schließlich schlägt die Erfindung einen Trockner

tes, nicht gefrorenes Gut anhaftenden Nachteil auf, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens

daß es für Lebensmittel oder andere durch erhöhte mit einer Pumpe zur kontinuierlichen Evakuierung

Temperaturen gefährdete Produkte nicht verwendbar der die gefrorenen Produkte enthaltenen Kammer

ist. Es arbeitet mit relativ hohen durchschnittlichen und mit einer Kühlfläche in der Kammer zum Kon-Produkttemperaturen, die bei empfindlichem Trock- ao densieren des aus den Produkten entweichenden

nungsgut nicht zulässig sind. Außerdem ist zur Wasserdampfes vor, der durch ein Regelventil zur

Durchführung des bekannten Vakuum-Trocknungs- Zuführung kleiner Gasmengen zum Einstellen des

Verfahrens ein großer apparativer Aufwand, insbe- unteren Druckwertes gekennzeichnet ist, sowie durch

sondere eine Vakuumpumpe hoher Kapazität erfor- ein Regelventil zur Zuführung größerer Gasmengen

derlich, und hierdurch kann das bekannte Verfahren 25 zum Einstellen des oberen Druckwertes und durch

unwirtschaftlich sein. Steuermittel, die auf die Regelventil derart einwir-

Bekannte Gefriertrocknungsverfahren arbeiten bei ken, daß sich in der Kammer abwechselnd der obere

einem konstant gehaltenen Unterdruck. Bei diesem Druckwert und der untere Druckwert einstellt,

konstant gehaltenen Unterdruck wird das Eis zu Die vorteilhafte Wirkung des erfindungsgemäßen

Dampf sublimiert und an einer Kühlschlange kon- 30 Verfahrens beruht auf folgendem: Es ist durch Ver-

densiert. Diesen bekannten Gefriertrocknungsverfah- suche festgestellt worden, daß eine limitierende

ren haftet der Nachteil an, daß ihre Sublimationsrate Größe für die Sublimationsrate die Geschwindigkeit

kurz nach dem Beginn des Tracknungsvorgangs ist_s mit welcher der sublimierte Dampf durch die

merklich abfällt und auf einem, verglichen mit dem bereits getrocknete Materialschicht hindurchgehen

Anfangswert, relativ niedrigen Niveau bleibt. Dies hat 35 kann. Bei den bekannten Trocknungsverfahren fällt

zur Folge, daß die Trocknungsgeschwindigkeit be- der totale Gasdruck im System bei Verfahrensbeginn

kannter, mit konstantem Unterdruck arbeitender Ge- sehr rasch, nämlich während das System evakuiert

friertrocknungsverfahren relativ niedrig ist. Eine Er- wird, und erst später wird er dann relativ konstant,

höhung der Trocknungsgeschwindigkeit durch ver- Messungen haben ergeben, daß sich in diesem An-

größerte Wärmezufuhr ist bei diesen Verfahren eben- 4° fangsstadium der Partialdruck des Wasserdampfes in

falls nicht möglich, da eine erhöhte Wärmezufuhr zu der Nähe der trockenen Oberfläche rasch dem abso-

einer örtlichen Überhitzung des Trockenguts führen luten Vakuumdruck annähert,

kann. Zu dieser Zeit liegt bei der vorherrschenden Tem-

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein peratur der Dampfdruck in der Nähe der Eisgrenz-Gefriertrocknungsverfähren zu schaffen, mit dessen 45 schicht nahe seinem Sättigungswert. Infolgedessen Hilfe temperaturempfindliche Trockengüter, wie bei- existiert also ein deutlicher Unterschied zwischen den spielsweise Lebensmittel od. dgl., ohne Beeinträchti- Dampfdrücken an der Eisgrenzschicht einerseits und gung ihrer Qualität schneller als mit den bekannten an der trockenen äußeren Oberfläche des Trocken-Trocknungsverfahren getrocknet werden können. gutes andererseits- Dieses Druckgefalle führt zu einem

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch 50 relativ raschen Abströmen des Dampfes von der Eisgelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs er- grenzschicht in die Umgebung des Trocknungsgutes, wähnten Art der Unterdruck zwischen einem oberen Nach einer bestimmten Zeit hat sich innerhalb der an Wert und einem unteren Wert laufend durch Ab- die Eisgrenzschicht anschließenden trockenen porösaugen und periodische Gaszufuhr variiert wird, wo- sen Schicht ein Gleichgewichtszustand ausgebildet, bei der obere Druck so lange aufrechterhalten bleibt, 55 derart, daß die Dampfdrücke an der äußeren Oberbis die Temperatur des Produkts nahe an die zu- fläche und an der Eisgrenzschicht nahe beieinanderlässige Höchstgrenze angestiegen ist und wobei der liegen. Sie sind etwa gleich dem Sättigungswert für unter Druck so lange aufrechterhalten bleibt, bis die Eis bei der Temperatur der Eisgrenzschicht. Bei Erjeweils anfänglich große Sublimationsrate und der reichen dieses Zustandes wird der von der Eisgrenzdamit verbundene Temperaturabfall sich nur noch 60 schicht an die Außenfläche des Trocknungsguts strögeringfügig ändern. mende Dampf nur durch eine relativ geringe Dampf-

Mit Hilfe eines solchen Verfahrens ist es gelungen, druckdifferenz getrieben. Dementsprechend wird das

die Trocknungszeit gegenüber der Trocknungszeit bei Entweichen des Dampfs aus dem gefrorenen Teil des

einem Verfahren mit gleicher durchschnittlicher Pro- Trocknungsgutes durch einen relativ langsam ver-

dukttemperatur und konstantem Unterdruck um bis 65 laufenden Diffusionsprozeß limitiert, während zu Be-

zu 50 % reduzieren. ginn des Trocknungsprozesses eine relativ hohe

Die Erfindung schlägt ferner vor, daß das Ab- Dampfdruckdifferenz zu einem schnellen Durchsaugen kontinuierlich erfolgt. strömen 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 Trocknungszeit ein merkliches Ver- 26 nach Anlaufen der Vakuumpumpe 6 geschlossen ringern der Sublimationsrate. worden ist. Der thermische Verzögerungsschalter 33 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 Vakuumder 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 Druckerniedrigung 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, 15 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 F i g. 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 F i g. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Ver- Gleichrichter 29 wird an das Solenoid 32 zum Öfffahrensschritte. ' nen des Ventils 14 angelegt. Dementsprechend wird In F i g. 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 Kammer auf mer gebracht werden kann. Dieses Produkt ruht auf 0,2Torr abfällt, Der Gleichstromausgang vom 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 im 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 den Strom zur Startleitung 7 mit der Kammer 1 verbunden. Durch zwei spule 20 und veranlaßt, daß sich das Einlaßventil 8 Einlaßventile 8 und 9 wird Luft oder ein anderes Gas öffnet und das Auslaßventil 14 schließt. Das 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 der Zyklus der Einlaßleitung 10 angeordnet. Die Einlaßleitung sich wiederholt.

11 ist mit der Vakuumkammer 1 in der Nähe der Statt der im vorbeschriebenen offenen System verKühlschlangen 12 verbunden. Das Einlaßventil 9 ist wendeten Luft kann, insbesondere bei Gasen mit ein voreinstellbares Ventil, und das Einlaßventil 8 ist hoher Leitfähigkeit, wie beispielsweise Helium, ein ein normalerweise offenes, elektrisch betätigbares 40 geschlossenes System verwendet werden, in dem das SolenoidventiL Die Einlaßleitung 11 ist mit einem Gas rezikuliert werden kann. Ein solches geschlosseweiteren Paar von in Serie geschalteten Einlaß- nes System wird nachstehend an Hand der Fig, 2 ventilen 13 und 14 verbunden. Das Einlaßventil 13 beschrieben.

ist ebenfalls ein voreinstellbares Nadelventil, und Wie sich aus F i g. 2 ergibt, wird das geschlossene das Einlaßventil 14 ist ein elektrisch betätigbares 45 System in einfacher Weise durch ein Verbinden der Solenoidventil. Wenn das Einlaßventil 8 geschlossen Ausgangsseite der Vakuumpumpe 6 mit den Ein- und das Einlaßventil 14 geöffnet ist, dann wird der lassen der Solenoidventile 8 und 14 über eine HilfsDruck in der Vakuumkammer 1 in wenig mehr als pumpe 40, einen Gasvorratskessel 41 und zwei elekeiner Minute durch die Vakuumpumpe 6 auf bei- trisch betätigbare Ventil 42 und 43 geschaffen. Das spielsweise 0,2 Torr reduziert. Bei Senkung des 50 Ventil 42 ist ein Zweiwegeventil, welches normaler-Drucks in der Kammer fällt die Temperatur des Pro- weise den Ausgang der Vakuumpumpe 6 mit der dukts. Wenn das Ventil 8 wieder geöffnet wird und Atmosphäre verbindet, das aber dann, wenn es bedas Ventil 14 geschlossen wird, dann verläuft diese tätigt wird, den Vakuumpumpenausgang mit dem Temperaturänderung umgekehrt, Der Zyklus wird Einlaß der HiIfspumpe40 verbindet. Das Ventil 43 alsdann wiederholt. 55 ist ein Absperrventil, welches normalerweise den Ein-In F i g, 1 ist eine beispielsweise Anordnung zur laß zu den Solenoidventilen 8 und 14 verschließt, Steuerung der Ventile 8 und 14 dargestellt. Die Wenn es betätigt wird, ermöglicht es ein Überströmen Schließzeit des Einlaßventils 14 wird über eine me- des Gases aus dem Gasvorratskessel zu den Einlaßchanische Relaisuhr 15 gesteuert. Diese besitzt ein ventilen 8 und 14, Das für dieses geschlossene System Uhrwerk 16 mit einem Arm 19, welcher nach Ab- 60 verwendete Gas hoher Leitfähigkeit wird aus einer lauf einer vorgewählten Zeitspanne die normalerweise Druckflasche 44 mit Druckreduziervorrichtung in den geöffneten Kontakte 21 und 22 schließt. 20 ist die Gasvorratskessel 41 eingespeist. Die Betätigung der Startspule für ein elektromagnetisch erfolgendes In- Solenoidventile 8 und 14 erfolgt mit Hilfe des Druckgangsetzen der Uhr. Der restliche Teil des Zyklus Zyklus-Steuerorgans PC, wie es bereits in Verbinwird durch den thermischen Verzögerungsschalter 23 65 dung mit Fig, 1 beschrieben wurde, gesteuert. Das Steuergerät PC erhält seine elektrische Energie Für das Beschreiben des Steuerungsvorgangs wird vom festen Kontakt 46 eines Verzögerungsschalters angenommen, daß ein Starkstrom-Wechselstrom an 47, welcher einen drehbaren Kontaktarm 48 aufweist,

der direkt mit der aktiven Phase A 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 Posizwischen 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 abgenormalerweise 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 X be- werden.

zeichneten Leitungen an der Spule 52 des Ventils 51 Der Effekt des erfindungsgemäßen Gefriertrocken- und an der Vakuumpumpe 6 sind mit der Leitung X io Verfahrens besteht sowohl bei einem offenen als auch

an den Kontakten 50 des Relais RL verbunden. bei einem geschlossenen Gaszyklus darin, daß wäh-

Wenn sich der bewegliche Kontakt 48 in der mit a rend desjenigen Teiles eines jeden Zyklus, währendbezeichneten und in F i g. 2 gezeichneten Stellung dessen der Vakuumdruck anwächst, die Wärmeleitbefindet, 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 20 digkeit der vom Eiskern nach außen gerichteten gefrorenem Trockengut gefüllt werden. In diesem Dampfströmung abnehmen, dies ist jedoch nicht Stadium ist das Steuergerät 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 52 geschlossen. 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 1 und 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 b stillsteht, dann berührt er den Eigenschaften des Trockenguts, von dem Bereich der festen Kontaktstreifen 46 und setzt die Ventile 42 45 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. Das Absperrventil 43 ist bereits durch vom Wirkungsgrad der Pump- und Kühlsysteme ab. Betätigung des zweipoligen Schalters SW 2 mit Strom Versuche und Berechnungen haben jedoch geversorgt worden. Aus dem Gasvorratskessel 41 fließt zeigt, daß für jede Art von Trockengut ein optimaler nun durch das Absperrventil und 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 Trocknungsvorgangs wird renz der Wärmeleitfähigkeitswerte der Produkte für der Schalter SW2 von Hand in seine Ausgangs- die minimale Druckdifferenz zu wählen. Aus Fig. 3 stellung zurückgestellt. Das Absperrventil 43 wird in ergibt sich, daß bei Verwendung von Luft die beste der Schalterstellung SW2 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 150 Torr für Äpfel den festen Kontaktstreifen 46 verläßt, wird in der liegen.

Vakuumkammer 1 zurückgebliebenes Gas in den Die optimalen Zykluszeiten können sowohl

Gasvorratskessel 41 gepumpt; von dort wird es aber 65 theoretisch als auch experimentell ermittelt werden, nicht wieder zur Kammer zurückgeführt. Wenn der Die optimalen Verhältnisse hängen von verschiebewegliche Kontakt 48 den festen Kontaktstreifen 46 denen Faktoren ab, insbesondere von dem verwenverläßt, wird die Stromzufuhr zum Steuergerät PC, deten Gas und vom Trocknungsgut. Es hat sich her-

ausgestellt, daß 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 Ig Trockengut pro cm² 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 101° C variiert wurde, änderten sich die Temperaturen an der Kühlschlange von —38 auf —48° C und am Produkt von —7 auf -H⁰C. 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 7¹A Stunden statt Trocknungszeiten bei konstanten Drücken von I2V2 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 I22°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 cm² Plattenfiäche belegt war. Die Temperatur der Heizorgane betrug 124° C, die der Kühlschlange —35° C und die des Produkts —20° 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 138° C Trockenzeiten von 3V2 bis 5 Stunden erzielt. Demgegenüber betrugen die Trockenzeiten 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 Trockenzeit 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

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 laufend durch 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 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absaugen kontinuierlich erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 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 (14) zur Zuführung kleiner Gasmengen zum Einstellen des unteren Druckwertes sowie ein Regelventil (8) zur Zuführung größerer Gas-

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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