DE3105623A1 - Verfahren zur schonenden gefriertrocknung und pulverisierung von empfindlichen trocknungsguetern wie wasserhaltigen lebensmitteln - Google Patents

Verfahren zur schonenden gefriertrocknung und pulverisierung von empfindlichen trocknungsguetern wie wasserhaltigen lebensmitteln

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DE3105623A1 DE19813105623 DE3105623A DE3105623A1 DE 3105623 A1 DE3105623 A1 DE 3105623A1 DE 19813105623 DE19813105623 DE 19813105623 DE 3105623 A DE3105623 A DE 3105623A DE 3105623 A1 DE3105623 A1 DE 3105623A1
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Description

Gr®litsch
Patentanmeldung
Verfahren zur schonenden Gefriertrocknung und Pulverisierung von empfindlichen i'roeknungs gütern wie wasserhaltigen Lebensmitteln.
i/ie Erfindung betrifft ein Verfahren zur schonenden Gefriertrocknung und Pulverisierung von empfindlichen 'i'rocknungsgütern wie wasserhaltigen Lebensmitteln sowie von Emulsionen und Suspensionen aus Nahrungsgütern. Zu diesen üutern gehören alle Lebensmittel tierischen oder pflanzlichen Ursprungs wie Heilpflanzen.
Es ist bekannt, flüssigkeiten wie Milch durch Zerstäubung in heißer Luft zu Trockenpulver zu verarbeiten, derartige Verfahren sind für die Herstellung von Pulvern aus wärme- und oxidationsempfindlichen Lebensmitteln oder Heilpflanzen, wie sie vorstehend beispielsweise genannt sind, ungeeignet. Bei der hohen Lufttemperatur werden diese Stoffe schnell ihres biostrukturellen Eigensohutzes beraubt. Die daraus resultierenden oxidativen Abbauprozesse zerstören wichtige Wirk-, Aroma- und Geschmackstoffe. Durch die Wirkung des Luftsauerstoffee verfärbt sich das Fruchtfleisch und die gfütobeatimmenden Gehaltötoffe erfahren eine so weitgehende Qualitätseinbüße, daß sie für die Herstellung vollwertiger, pulverförmiger Erzeugnisse nicht mehr geeignet sind.
Man hat daher inerte Gase wie Stickstoff zum Suhutz vorgeschlagen, zB. für die Konservierung von Lebensmitteln. Bekannt ist auch, kristalline rieselfähige fettpulver durch Zerstäuben von flüssiger i'ettsehmelze herzustellen (03 2650821 und DAS 20 02 167). Bei diesem Verfahren wird zur Behinderung der Oxidation Stickstoff als Inertgas auf die sich bil-
Grοlitsch
denden Tröpfchen aufgesprüht. Die anschließende Berieselung des Fettpulvers mit flüssigem Stickstoff soll die Bildung der erwünschten Kristall-Modifikationen begünstigen. Auf eine solche Weise wäre eine Pulverherstellung aus den der Erfindung zugrundeliegenden Ausgangsstoffen nicht möglich: denn diese sind in ihrem vielschichtigen Aufbau so differenziert, daß nur aus der Summe aller stofflichen Eigenschaften eine gezielt angesetzte Verfahrensteohnik zu einwandfreien ürgebnis-Qen führt.
Grundsätzlich muß ein unterschied zwischen Stoffen gemacht werden, die sich durch Pressung ergeben haben, z.B. Fruchtsaft, und solchen, die durch Vermmsung der Ausgangsprodukte entstanden sind. Erstere führen vorwiegend wasserlösliche oder in Flüssigkeit durch Druck ausfällbare Stoffe mit sich, während im Mus die stoffliche Ganzheit des jeweiligen Ausgangsproduktes enthalten ist. Da Fruchtsaft nur einen Teil jener Sehaltstoffe aufweist, die im organisch nicht gebundenen Wasseranteil vorliegen, ist seine verfahrenstechnische Behandlung an keine besonderen Regeln gebunden. Dies gilt daher für Vorrichtungen zur Gefriertrocknung von Getränken, bei denen diese, z.B.Orangensaft, in einen Gefrierturm eingesprüht und dort mit einem gekühlten inertgasstrom zum Gefrieren gebracht werden, wonach in einer Sublimationskammer die Abscheidung der gefrorenen Flüssigkeit als Dampf erfolgt (DP 19 08 830).
Das Mus enthält, neben dem reinen Saftanteil, eine MlIe von weiteren, meist sehr empfindlichen Substanzen, die an die organisch gebundene Feuchtigkeit gekoppelt und daher nicht auspreßbar sind. Saft besitzt also nur einen Teilwert, während das Mus den Vollwert des entsprechenden Nahrungsgutes darstellt. Diesen Ordnungswerten sind alle 3ene Lebensmittel-Kompositionen einzugliedern, die unter dem Gesichtspunkt ernährungsphysiologischer Vollwertigkeit zusammengesetzt sind und voll dem Einsatzzweck entsprechen.
Grolltecn
Es -war die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur schonenden Gefriertrocknung und Pulverisierung von empfindlichen Trocknungsgütern,wie wasserhaltigen lebensmitteln sowie von. Emulsionen und Suspensionen aus Uahrungsgütern vorzuschlagen, um aus diesen ein trocknes Pulver herzustellen. Das Pulver sollte so beschaffen Bein, daß in ihm alle gütebestimmenden Bestandteile der Atisgangsprodukte, wie z.B. üTirk-, Aroma und Geschmackstoffe, erhalten geblieben sind und das Erzeugnis für längere Zeit, ohne große Kosten und ohne Verschlechterung der Ursprungseigenschaften, lagerfähig ist.
Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das zu trocknende Gut in einer Stickstoff-Atmosphäre homogenisiert, unter Druck gestellt, gekühlt, zweistufig zerstäubt und in Kontakt mit flüssigem Stickstoff gebracht und das so erhaltene gefrorene kristalline Pulver in einen Vakuumraum eingeführt wird, wobei die in dem Pulver vorhandene Feuchtigkeit als Dampf abgesaugt wird und daß danach das trockne Pulver in einer Stickstoff-Atmosphäre unter Vakuum verpackt wird, während der verdampfte Stickstoff abgesaugt und gefiltert wird·
Eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gefriertrocknung von Produkten wie Früchten, Obst, Gemüse, Pflanzen oder Heilpflanzen ist dadurch gekennzeichnet, daß die gereinigten Produkte vor dem zweistufigen Zerstäuben zur Homogenisierung zu Mus zermahlen oder zu Extrakten verarbeitet werden, welche anschließend unter Druck zu einer Flüssigkeit durchgesiebt werden, und daß die Abfallstoffe ausgeschieden werden, wonach die Flüssigkeit unter höheren Druck gebracht wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist beispielsweise gekennzeichnet durch eine Zuführeinrichtung (1), ein Homogenisiergerät (2), eine nach außen abgeschlossene und isolierte Zerstäuberkammer (6) mit einer iErennwand (15) und mit Düsen (7) zma Zerstäuben der Flüssigkeit in einer ersten Stufe und mit einer drehbaren, auch motorisch
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GrolitBCh
angetriebenen Parabolsohale (8) mit Rillen zum Zerstäuben in einer zweiten Stufe, Stickstoffdüsen (10) unterhalb des oberen Deckels (11) der Kammer (6) zur Zufuhr von flüssigem Stickstoff und Bildung von Män-üseln oder Verhängen (9) aus flüssigem Stickstoff in der Kammer (6) vor den Düsen (7) zum Gefrieren der entstandenen Tröpfchen zu Pulver, eine erste Schleuse.(20) zur druckdichten Ausbringung des Pulveis aus der Kammer (6) in eine Vakuumkammer (21), Trantportbänder (23,24) in der Vakuumkammer (21) zum Transport des Pulvers von der ersten Schleuse (20) zu einer zweiten Schleuse (25) am unteren Ende der Vakuumkammer (21), Heizungen (26,27) zum Beheizen der Transportbänder (23,24) r Stutzen (22) zum Absaugen der Dämpfe aus der Vakuumkammer (21), eine Vorrichtung (28) zum Verpacken des trocknen. kristallinen Pulvers unter Vakuum, einen Ventilator (13) aum Absaugen der Kalten Stickstoffgase aus der Kammer (6) über eine Leitung (I8),eine Filtereinheit (14) in der Leitung (18) zur Abscheidung von mitgerissenem feinem Pulver, eineat von dem kalten Gas beaufschlagten Kühler (5) zur Vorkühlung der Flüssigkeit vor dem Zerstäuben, eine leitung (17) zur Zufuhr von Stickstoffgas zum Kühler (5) sowie durch Ventile oder Klappen (16,19) in den Leitungen (17,18).
Xn abgewandelter Form ist die erflndungsgemäße Vorrichtung zur Gefriertrocknung von z.B. Früchten gekennzeichnet durch eine Mühle (41) zum Zermahlen der Früchte in einer Stickstoff-Atmosphäre zu Mus, eine erste Druckpresse (42) zur Druckerhöhung des Muses, ein mit einer reinigungsvorrichtung (44) ausgestattetes, motorisch angetriebenes Passiersieb (43) vor der Kammer (6) zur Homogenisierung des Muses und zur Bildung einer sprühbaren Flüssigkeit und eine zweite Druckpresse (45).
Auf diese Weise ist es möglieh, Früchte mit hohem Feststoffgehalt zu einem gut lagerfähigen Pulver umzuwandeln, das sich leicht weiter verarbeiten läßt. Mit den bisher bekannten Verfahren war diese Art der Verarbeitung nicht möglich.
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In Bild 1 ist beispielsweise eine Ausführungsform der Torrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Die zu verarbeitenden Stoffe werden einer ZufÜhrungseinrichtung 1 zugeführt und von hier in ein Homogenislergerät 2 gebracht, in welchem sie für die spätere Yerdüsung zu einer feinen flüssigkeit aufbereitet werden. Das Gerät 2 steht unter Stickstoff, weloher durch eine Zuleitung 3 eingeführt wird und eine Schädigung durch Oxidation verhindert. Die homogene flüssigkeit gelangt zur Vorkühlung durch eine Leitung 4 zu einem Kühler 5 und danach in eine aus Düsen 7 und einer Parabolschale 8 bestehende, motorisch angetriebene 0erbtäubungseinrichtung, die im oberen Teil einer Zerstäuberkammer 6 angebracht ist. Die Kammer 6 ist nach außen abgeschlossen und isoliert.
Hier wird die eingebrachte Flüssigkeit durch die Düsen "Zan einer ersten iMmie grob a er stäubt. Ale Strahl uua groben Tröpfchen gelangt die zerstäubte Flüssigkeit auf eine rotierende Parabolschale 8, wie sie in der Schweizer Patentschrift 564 978 B 05 B 1/26 (Zerstäubungsvorrichtung für flüssige und pastöse Stoffe) näher beschrieben ist. Die Tröpfchen prallen mit großer Geschwindigkeit auf die sich entgegengesetzt drehende, mit Rillen versehene Parabolschale 8 auf und werden so in einer zweites Stufe fein zerstäubt. Diese feinen Tröpfchen fallen als zylindrischer Schleier allmählich nach unten. Dabei werden sie in Kontakt gebracht mit einem Mantel oder. Vorhang (9) aus flüssigem Stickstoff, der aus Düsen 10 im Deckel 11 der Kammer 6 strömt. Durch die Berührung mit dem. kalten Stickstoff erstarren die feinen Tröpfchen au einem festen Pulver. Dieses fällt weiter nach unten und sammelt Qioh. in dt» unteren Kogelteil 12 der Kammer 6. Der verdampfte Stickstoff wird durch einen Ventilator 13 aus der Kammer 6 abgesaugt und durch eine Leitung 18 abgeführt. Zur besseren Trennung der heruntergefallenen Teilchen von dem abzusaugenden Gas besitzt die Kammer 6 eine Trennwand 15. Die überschüssige Menge an Gas wird über ein Regelven-
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til oder eine Klappe 16 in der Leitung 18 abgeführt, soweit sie nicht zur Vorkühlung der Flüssigkeit vor der Kammer 6 "benutzt wird. Dieser Anteil des kalten Gases wird über eine abzweigende Leitung 17 dem Kühler 5 zugeftihrt. Zur Regelung dieser Gasmenge ist in der Ausgangsleitung 18 hinter dem Kühler 5 ein Ventil 19 angebracht.
Das Pulver gelangt aus dem Kegelteil 12 der Kammer 6 über eine druckdicht abschließende erste Schleuse 20 in eine Vakuumkammer 21. Das Vakuum in ihr wird durch Absaugen über einen Stutzen 22 erzeugt. In der Vakuumkammer 21 wird das Pulver auf ein erstes Transportband 23 gegeben und von diesem zu einem zweiten !Transportband 24 transportiert, welche es einer zweiten Schleuse 2b zuführt. Z.ur Beheizung der Bänder 23 und 24 sind an den Baadern Heizungen 26 und 27 angebracht. Diese geben die Wärme ab, die zum Sublimieren der Feuchtigkeit aus dem Pulver und damit zur Bildung der überhitzten Dämpfe nötig ist. Die Dämpfe werden duirch den Stutzen 22 abgesaugt. Das trockene Pulver gelangt nach dem Passieren der Schleuse 25 zu einer Verpackungsvorrichtung 28 und wird hier unter Vakuum verpackt. Um die mitgerissenen feinsten Pulverteilohen vom Gas zu trennen, ist in der Leitung 30 hinter der Kammer 6 und vor der Abzweigung zur Leitung 17 eine Filtereinheit 14 vorgesehen, die von außen gereinigt werden kann. Der für das Gefrieren nötige flüssige Stickstoff wird den Düsen 10 über eine Leitung 29 zugeführt.
In Bild 2 ist eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verarbeitung von Produkten wie Früchten, Gemüse oder Pflanzen dargestellt.. Die zu verarbeitenden Früchte werden hier nach der Reinigung einer Mühle 41 zugeführt und unter Stickstoff zu einem Mus zermahlen. Das Mus wird von einer ersten Druckpresse 42 durch ein motorisch angetriebenes Passiersieb 43 zu einer Flüssigkeit gepresst. Der dabei entstehende übrigbleibende Abfall, der nicht durchgepreßt werden kann, wird von dem Sieb 43 abgeschieden und über eine Reinigungsvorrichtung 44 abgeführt.
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Das flüssig gewordene Mus wird als Flüssigkeit einer zweiten Druckpresse 45 zugeführt, hier auf einen erhöhten Druck gebracht und in der Zerstäuberkammer 6 zersprüht. Die weitere Verarbeitung erfolgt danach gemäß dem'in Bild 1 angegebenen Schema. Sollte es zweckmäßig sein, so kann auch bei der Vorrichtung nach Bild 2 hinter der zweiten Druckpresse 45 ein Kühler eingebaut werden.
Wichtig für die Herstellung eines gebrauchsfähigen Pulvers ist, daß das Mus sehr fein gesiebt wird, da davon die Pulverfeinheit und die schnelle Trocknung abhängig sind, und daß alle Verfahrensschritte in einer Stickstoff-Atmosphäre durchgeführt werden. So kann man Oxidationsvorgänge im Mus, in der Flüssigkeit und im trocknen Pulver bis zum Verbrauch vermeiden»
Bei der Zerstäubung in der Kammer 6 wird die Flüssigkeit durch einen Düsenkopf, der mit Bohrungen in Form von Venturidüsen versehen ist, hindurchgepreßt. Die Achsen der Düsen 7 sind auf das zweite Drittel der Parabolschale gerichtet. Diese ist in diesem Bereich mit einem Eillenkranz versehen, dessen Killen in einem Winkel von etwa 45 ° zum austretenden Flüssigkeitsstrahl angeordnet sind. Der hohe Druck in der Flüssigkeit erzeugt eine große Geschwindigkeit der aus den Venturidüsen austretenden groben Tröpfchen und so eine primäre Zerstäubung und an der Parabolschale eine sekundäre Zerstäubung, die feiner 1st. Dabei wird durch die parabolische Oberfläche eine Bündelung der Tröpfchen erreicht. Diese bewegen sich gegen den Vorhang 9 aus kaltem flüssigen Stickstoff, der aus den Düsen 10 im oberen Deckel 11 der Kammer 6 austritt. Durch den Kälteschock werden die feinen Tröpfchen in eine kristalline Zustandsform überführt. Der ursprünglich pastöse, dann flüssige Stoff wird durch die Zerstäubung in dem gekühlten Bereich der Kammer 6 in ein feines Pulver umgewandelt. Br besitzt danach jene große Oberfläche, die nötig ist, um während der kontinuierlichen Transportes die vorhandene Feuchtigkeit austreten zu lassen. Hierzu werden die Kristalle, die von inertem Gas ummantelt sind, im
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Bereich, der Vakuumkammer den beheizten Bändern 23 und 24 zugeführt. Diese sind, je nach dem vorgegebenen Stoff, in größeren Abständen übereinander angeordnet, um die große Oberfläche des feinkörnigen Quivers im freien Pail für eine ausreichend schnel-"Io Trocknung isu mttaen und die Verdampfung au beschleunigen. Zur raachen Trocknung können die Bänder auch beschichtet werden, beispielsweise mit Silika-Gel. Dieses bindet die Feuchtigkeit und kann durch weiter angeordnete Heizungen wieder'bis zu der Stelle getrocknet werden, aa der das Pulver aufgeschüttet wird. Da im Vakuum unter Stickstoff verpackt wird, ist sichergestellt, daß das trockne Pulver längere Zeit lagerfähig bleibt. Je nach dem Feuchtigkeitsgehalt und dem !Trockengut können auch mehr als zwei Bänder übereinander angeordnet werden. Die in Bild 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen können, dem jeweiligen Stoff entsprechend, nach Maßgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens erweitert oder vergrößert werden»
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Claims (3)

  1. Grolits cn
    Patent ans prtt&he
    '" \
    1.!Verfahren zur schonenden Gefriertrocknung und Pulver!sierung
    ^/ von empfindlichen IroclmungBgutorn wie wasserhaltigen Lebensmitteln sowie von Emulsicfieitund Suspensionen aus Nahrungsgütern, '-—
    dadurch gekennzeichnet, daß das zu trocknende Gut in einer Stickstoff-Atmosphäre homogenisiert, unter Druck gestellt, gekühlt, zweistufig zerstäubt und in Kontakt mit flüssigem Stickstoff gebracht und das so erhaltene gefrorene kristalline Pulver in einen Vakuumraum eingeführt wird, wobei die in dem Pulver vorhandene Feuchtigkeit als Dampf abgesaugt wird und daß danach das trockene Pulver in einer Stickstoff-Atmosphäre unter Vakuum verpackt wird»
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Gefriertrocknung von Produkten wie Früchten, Obst, Gemüse, Pflanzen oder Heilpflanzen, dadurch gekennzeichnet, daß die gereinigten Produkte vor dem zweistufigen Zerstäuben zur Homogenisierung zu Mus zermahlen oder zu Extrakten verarbeitet werden, weiche anschließend unter Druck zu einer Flüssigkeit durchgesiebt werden, und daß die Abfallstoffe ausgeschieden werden, wonach die Flüssigkeit unter höheren Druck gebracht wird.
  3. 3. Vorricht-oaig zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zuführeinrichtung (1), eine Homogenisiergerät (2), eine nach außen abgeschlossene und isolierte Zerstäuberkaaaer (6) mit einer Trennwand (15) und mit Düsen (7) zum Zerstäuben der Flüssigkeit in einer ersten Stufe und mit einer drehbaren, auch motorisch angetriebenen Parabolschale (8) mit EiIlen zum Zerstäuben in einer zweiten Stufe, Stickstoffdüsen (10) unterhalb des oberen Deckels (11) der Kammer (6) zur Zufuhr von flüssigem Stickstoff und
    Grolitsch
    Bildung von Mänteln oder Vorhängen (9) aus flüssigem Stickstoff in der Kammer (6) vor den Düsen (7) zum Gefrieren der entstandenen. !Eröpfohen zu Pulver, eine erste Schleuse (20) zur druckdichten Ausbringung des Pulvers aus der Kammer (6) in eine Vakuumkammer (21), Transportbänder (23,24) in der Vakuumkammer (21) zum Transport des Pulvers von der ersten Schleuse (20) zu einer zweiten Schleuse (25) am unteren Ende der Vakuumkammer (21), Heizungen (26,27) zum Beheizen der Transportbänder (23,24), Stutzen (22) zum Absaugen, der Dämpfe aus der Vakuumkammer (21), eine Vorrichtung (28) zum Verpacken.des trocknen kristallinen Pulvers unter Vakuum, einen Ventilator (13) zum. Absaugen des kalten Stickstoffgase aus der Kammer (6) über eine leitung (18), ©ine Filtereinheit (14) in der Leitung (18) zur Abscheidung von mitgerissenem feinem Pulver, einem von dem kalten Gas beaufschlagten Kühler (5) zur Vorkühlung der Flüssigkeit vor dem Zerstäuben, eine Leitung (17) zur Zufuhr von Stiokstoff^as zum Kühler (5) Bowie durch Ventile (16,19) iß den Leitungen (17,18).
    Vorrichtung nach Anspruch 3 zur Gefriertrocknung von z.B. Früchten,
    gekennzeichnet durch eine Mühle zum Zermahlen der Früchte (41) in einer Stickstoff-Atmosphäre zu Mus, eine erste Druckpresse (42) zur Druckerhöhung des Muses, ein mit einer Reinigungsvorrichtung (44) ausgestattetes, motorisch angetriebenes Passiersieb (43) vor der Kammer (6) zur Homogenisierung des Muses und zur Bildung einer sprühbaren Flüssigkeit und eine zweite Druckpresse (45).
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