DE60030799T2

DE60030799T2 - Mikrowellenerwärmung unter vermindertem Druck

Info

Publication number: DE60030799T2
Application number: DE60030799T
Authority: DE
Inventors: c/o Ellie Corporation Shunichi Yagi; c/o Ellie Corporation Kazuo Shibata
Original assignee: Ellie Corp
Current assignee: Ellie Corp
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2020-04-27
Also published as: US20020195447A1; ATE340493T1; US6559429B2; EP1049359A2; DE60030799D1; JP3284409B2; US6479805B1; JP2000308478A; EP1049359B1; EP1049359A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Auftauverfahren, mit dem das Tropfen und der Qualitätsverlust bei den aufgetauten Produkten verhindert werden sollen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Auftauverfahren, bei dem innerhalb extrem kurzer Zeit ein qualitativ hochwertiges Auftauen durchgeführt wird, indem eine Niedrigenergie-Mikrowellenerwärmung bei vermindertem Druck durchgeführt wird. Ferner kann das Auftauverfahren der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt werden, zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie, der pharmazeutischen Industrie, der Kosmetikindustrie, der Viehzuchtindustrie, der Industrie für Meeresprodukte, der Industrie zur Herstellung von Maschinen und der Industrie zur Herstellung von Unterhaltungselektronik.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Bei vorbekannten Auftauverfahren, die mit Mikrowällenerwärmung bei vermindertem Druck arbeiten, wird die Mikrowellenerwärmung durchgeführt, nachdem der Druck auf ein vorgeschriebenes Niveau, z.B. 3,33 kPa (25 Torr), gesenkt wurde, um zu verhindern, dass die Produkttemperatur während des Auftauens zu hoch wird, und der Fortschritt des Auftauprozesses wird durch Rückgang des verminderten Druckpegels bestätigt.
Bei Auftauverfahren, die mit einem Mikrowellenofen arbeiten, wird die Mikrowellenstrahlung intermittierend abgegeben.
Ferner gibt es ein mit Mikrowellenstrahlung arbeitendes Temperierungsverfahren, bei dem gefrorene Produkte gleichmäßig mit Mikrowellenstrahlung bestrahlt werden, während sie auf einem Förderband in einer offenen Atmosphäre transportiert werden, bis das Auftauen bei einer Minustemperatur nahe 0°C beendet ist.
In der fleischverarbeitenden Industrie wird gefrorenes Fleisch bei einer Temperatur von –40°C aufgetaut, indem es in eine Kühlvorrichtung gelegt und etwa 2 Tage stehengelassen wird.
In der teures Fischfleisch verarbeitenden Industrie, wo es um Thunfisch und dergleichen geht, wird gefrorener Thunfisch mit einer Temperatur von –60°C aufgetaut, indem er in 40°C warmes Salzwasser getaucht wird.
Bei dem vorbekannten Auftauverfahren, das mit Mikrowellenerwärmung bei vermindertem Druck arbeitet, und bei dem vorbekannten Auftauverfahren, das mit einem Mikrowellenofen arbeitet, kommt es nun beim Auftauen zu einem leichten Tropfen. Sobald dieses Tropfen zu fließen beginnt, wird sich die Mikrowellenstrahlung an diesem Ort konzentrieren, wodurch der Bereich, wo es zum Tropfen kommt, überhitzt wird, selbst wenn die Temperatur in den gefrorenen Produkten –10°C beträgt, und dies führt zu einem deutlichen Qualitätsverlust der gefrorenen Produkte.
Bei dem Temperierungsverfahren, wo Mikrowellenstrahlung in einer offenen Atmosphäre eingesetzt wird, wird dagegen das Problem der oben beschriebenen Art bei den anderen Auftauverfahren seltener vorkommen, weil die Temperatur der gefrorenen Produkte bei einer Minustemperatur knapp unter 0°C gestoppt wird, wenn eine ganz gleichmäßige Mikrowellenbestrahlung der gefrorenen Produkte durchgeführt wird. Eine gleichmäßige Bestrahlung lässt sich jedoch bei gefrorenen Produkten mit unregelmäßigen Formen und Größen schwer erreichen, und außerdem ist es schwierig, die Mikrowellenbestrahlungszeit genau festzulegen, wenn die gefrorenen Produkte verschiedene Formen haben. Demnach kann es häufig zu dem Problem des Tropfens kommen, wenn das Auftauen bei einer relativ hohen Temperatur wie zum Beispiel –1°C oder –2°C durchgeführt wird.
Ferner kann weder das Verfahren des Stehenlassens gefrorener Produkte für eine bestimmte Zeit in einer Kühlvorrichtung noch das Verfahren des Eintauchens gefrorener Produkte in warmes Salzwasser das Problem des Tropfens vermeiden, und aus diesem Grund werden nach diesen Verfahren aufgetaute gefrorene Produkte einen Qualitätsverlust erleiden.
Die US-A-5,859,412 offenbart ein Verfahren zum Trocknen von Gegenständen, mit den folgenden Schritten: Einlegen der Gegenstände in einen Druckminderungsbehälter; Einlegen eines metallischen Elements mit einer charakteristischen Vielzahl von spitzwinkligen Abschnitten in den Druckminderungsbehälter; Beaufschlagen der Gegenstände mit einer kontrollieren Mikrowellenerwärmung und einer kontrollierten Erwärmung im fernen Infrarotbereich, entweder getrennt oder gleichzeitig; Auslösen einer elektrischen Entladung an dem einen einzigen oder eine Vielzahl von abgewinkelten Abschnitten aufweisenden metallischen Element aufgrund der Mikrowellenenergie; und Stoppen oder Unterbrechen der Mikrowellenerwärmung, wenn eine Vorrichtung zum Erfassen einer elektrischen Entladung eine elektrische Entladung feststellt.
Ein Verfahren zum Gefriertrocknen von Materialien wie Lebensmitteln unter Verwendung von Hochfrequenzenergie ist aus US-A-2,859,534 bekannt. Bei diesem Verfahren wird Wasser im Wesentlichen durch Sublimation aus gefrorenem wässrigem Material entfernt, wobei das Material im Wesentlichen gleichmäßig mit weitergeleiteter elektromagnetischer Mikrowellenenergie beaufschlagt wird, während das Material einem Druck ausgesetzt wird, der wesentlich niedriger ist als der Luftdruck, um Wasser aus dem Material zu sublimieren, und wobei das sublimierte Wasser aus dem von dem Material eingenommenen Raum abgezogen wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die Probleme des Standes der Technik zu überwinden und es möglich zu machen, aufgetaute Produkte mit einer höheren Qualität als bei vorbekannten Auftauverfahren zu erhalten, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführen eines qualitativ hochwertigen Auftauens innerhalb kurzer Zeit bereitzustellen, das nur einen geringen Temperaturunterschied zwischen dem Inneren und dem Äußeren der gefrorenen Produkte erzeugt, bei einer sehr geringen Oxidation der gefrorenen Produkte und ohne ein Tropfen aus den gefrorenen Produkten zu erzeugen, unabhängig von Form und Temperatur der gefrorenen Produkte.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch das Verfahren zum Auftauen gefrorener Produkte nach Anspruch 1 und durch die Auftauvorrichtung nach Anspruch 7 gelöst.
In dieser Hinsicht ist das normalerweise in Verbindung mit der Mikrowellenerwärmung auftretende Problem bekannt, wo es darum geht, die Mikrowellenerwärmung korrekt zu beenden. Die vorliegende Erfindung behandelt dieses Problem nun zunächst damit, dass sie einen Mechanismus zum Erzeugen einer elektrischen Entladung bereitstellt, um während der Mikrowellenerwärmung gefrorener Produkte, die zuvor in eine Druckminderungskammer gelegt wurden, eine mikrowelleninduzierte elektrische Entladung zu erzeugen, während der Druck vermindert wird. Auf diese Weise kann normalerweise eine korrekte Beendigung der Mikrowellenerwärmung durchgeführt werden, wenn eine elektrische Entladung infolge der Mikrowellenstrahlung in der Umgebung mit vermindertem Druck festgestellt wird.
Wenn nämlich eine mikrowelleninduzierte elektrische Entladung während der Mikrowellenerwärmung gefrorener Produkte unter vermindertem Druck bei einer entsprechenden, nach dem Gewicht der gefrorenen Produkte ausgewählten Mikrowellenleistung erzeugt wird, um eine Überhitzung der gefrorenen Produzte zu vermeiden, gibt die Zeit dieser elektrischen Entladung die Zeit für eine korrekte Beendigung der Mikrowellenerwärmung an. Wenn also eine mikrowelleninduzierte elektrische Entladung in der Umgebung mit vermindertem Druck festgestellt wird, ist es möglich, ein Auftauen zu erreichen, ohne dass es zum Tropfen kommt, wenn die Emission von Mikrowellenstrahlung unmittelbar nach Feststellung einer solchen elektrischen Entladung beendet wird. Ferner ist die Innenseite der Druckminderungskammer mit metallischen Elementen ausgestattet, die eine oder mehrere scharfe Kanten mit spitzwinkligen Abschnitten aufweisen, die normalerweise präzise elektrische Entladungen erzeugen.
Eine Ursache für das Entstehen des Tropfens ist ferner auf einen Temperaturunterschied zwischen dem inneren Teil und dem äußeren Teil der gefrorenen Produkte zurückzuführen. Wenn die gefrorenen Produkte dabei mit Mikrowellenstrahlung erwärmt werden, erhält der äußere Teil der gefrorenen Produkte mehr Mikrowellenerwärmung als der innere Teil, und dies führt zwangsläufig dazu, dass der äußere Teil eine höhere Temperatur hat als der innere Teil. Weil ferner die Mikrowellenstrahlung vom äußeren Teil der gefrorenen Produkte aus in diese eindringt, ist normalerweise zu berücksichtigen, dass die Gefahr besteht, dass der äußere Teil der gefrorenen Produkte zu klarem Wasser wird. Dieses Problem ist dadurch zu lösen, dass die Temperatur des inneren Teils des gefrorenen Produktes und die Temperatur des äußeren Teils des gefrorenen Produkts möglichst nahe beieinanderliegen. Die vorliegende Erfindung erreicht dies dadurch, dass am äußeren Teil der gefrorenen Produkte in minimalem Maße eine Sublimation erzeugt wird, die die Temperatur des äußeren Teils der gefrorenen Produkte senkt, ohne die Produktqualität zu beeinträchtigen. Durch Wiederholen dieses Prozesses kann der Temperaturunterschied zwischen dem inneren Teil und dem äußeren Teil der gefrorenen Produkte allmählich verringert werden.
Bei dem Auftauverfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Schritt der Verminderung des Druckes und ein Schritt des Zurückbringen des Druckes mehrmals wiederholt werden, kann der genaue Zeitpunkt der Beendigung des Druckreduzierungsschrittes dadurch gesteuert werden, dass Änderungen im Druckpegel in vorgeschriebenen Zeitabständen fortlaufend erfasst werden. Der Druckreduzierungsschritt wird nämlich beendet, und der Schritt des Zurückbringen des Druckes wird begonnen, wenn die Änderung im Druckpegel einen vorgeschriebenen Druckpegel erreicht. Angenommen die Vakuumpumpe hat keinen spielbedingten Fehler, kann, sofern es keine Sublimation aus den gefrorenen Produkten gibt, jeder Druckreduzierungsschritt einfach dann beendet werden, wenn ein vorgeschriebener Druckpegel erreicht ist. Es gibt jedoch keine Vakuumpumpen ohne spielbedingten Fehler, und bei der vorliegenden Erfindung wird die Sublimation aus den gefrorenen Produkten genutzt, um den Temperaturunterschied zwischen dem Inneren und dem Äußeren der gefrorenen Produkte zu reduzieren, um das Auftauen ohne Verlust an Produktqualität durchzuführen. Weil aufgrund der aus den gefrorenen Produkten erzeugten Menge an Sublimation eine Änderung im Druckpegel erreicht werden muss, kann infolgedessen unmöglich eine genaue Steuerung aufgrunddessen durchgeführt werden, dass der Druck den vorgeschriebenen Druckpegel erreicht. Durch Messen der Beendigungszeit jedes Druckreduzierungsschrittes mit einer festen Geschwindigkeit gemäß der festgelegten vorgeschriebenen Zeit oder gemäß dem Druckänderungspegel ist es jedoch möglich, ein sehr genaues Maß an Steuerung zu erreichen, unabhängig von der Größe des spielbedingten Fehlers der Vakuumpumpe und unabhängig von der Menge an Sublimation.
In jedem Fall ist eine Vakuumpumpe erforderlich, um den Druck in der Druckminderungskammer auf einen Druckpegel auf oder unter dem Sublimationsdruckpegel zu senken, bei dem eine Sublimation aus den gefrorenen Produkten erzeugt werden kann.
Bei dieser Erfindung bedeutet ein höherer Pegel des verminderten Druckes ein höheres Vakuum, was bedeutet, dass der Kammerdruck niedriger ist. Ein niedrigerer Pegel des verminderten Druckes bedeutet ein niedrigeres Vakuum, was bedeutet, dass der Kammerdruck höher ist.
Ferner kann die Beurteilung, ob das Abtauen beendet ist oder nicht, anhand gemessener Druckänderungen infolge einer Sublimation aus den gefrorenen Produkten oder anhand gemessener Änderungen im Gewicht der gefrorenen Produkte durchgeführt werden.
Als Nächstes wird angenommen, dass es höchstwahrscheinlich an den Teilen der gefrorenen Produkte zum Tropfen kommt, die mit dem Träger (Gestell) in Kontakt kommen, auf dem sich die gefrorenen Produkte befinden. Wenn die Traggestelle nämlich aus Materialien bestehen, die durch Mikrowellenstrahlung erwärmt werden, wird es zum Tropfen kommen, weil Wärme von dem Traggestell auf die mit dem Traggestell in Kontakt stehenden Teile der gefrorenen Produkte übertragen wird. Wenn also das Traggestell aus Materialien mit einer hohen Durchlässigkeit für Mikrowellen oder einem hohen Reflexionsvermögen für Mikrowellen besteht, kann verhindert werden, dass das Traggestell durch die Mikrowellenstrahlung direkt erwärmt wird.
Selbst in dem Fall, wo eine direkte Mikrowellenerwärmung des Traggestells durch Konstruktion des Traggestells aus einem Material mit einer hohen Durchlässigkeit für Mikrowellen oder einem hohen Reflexionsvermögen für Mikrowellen vermieden wird, liegt die Temperatur des Traggestells jedoch nahe bei der Temperatur der Atmosphäre in der Druckminderungskammer, und dadurch kann Wärme von dem Traggestell auf die mit dem Traggestell in Kontakt stehenden Teile der gefrorenen Produkte übertragen werden, wodurch es zu einem Temperaturanstieg in den mit dem Traggestell in Kontakt stehenden Teilen der gefrorenen Produkte kommt. Weil die Gefahr, dass während der Mikrowellenerwärmung Eis zu klarem Wasser wird, mit zunehmender Oberflächengröße der Kontaktbereiche größer wird, kann dabei diese Gefahr dadurch ausgeschaltet werden, dass die Oberfläche der Abschnitte des Traggestells, die mit den gefrorenen Produkten in Kontakt kommen, so klein wie möglich gemacht wird. In dem Fall, wo die gefrorenen Produkte oben auf dem Traggestell gelagert werden, können die mit den gefrorenen Produkten in Kontakt stehenden Abschnitte des Traggestells verkleinert werden, indem stangenförmige Teile, gitterförmige Teile, hervorstehende Teile oder perforierte Teile verwendet werden, um die gefrorenen Produkte zu lagern, und wenn die gefrorenen Produkte an dem Traggestell aufgehängt werden, können die mit den gefrorenen Produkten in Kontakt stehenden Abschnitte des Traggestells verkleinert werden, indem Schnur-, Netz- oder Hakenteile verwendet werden.
In dem Fall, wo die gefrorenen Produkte oben auf dem Traggestell gelagert sind, wie auch in dem Fall, wo die gefrorenen Produkte an dem Traggestell aufgehängt sind, kann das Traggestell nun fixiert oder gedreht werden, solange es möglich ist, eine gleichmäßige Mikrowellenerwärmung durchzuführen.
In dem Fall, wo ein für das Gewicht der gefrorenen Produkte zu hoher Mikrowellenausgangspegel verwendet wird, wird sich ferner die Mikrowellenstrahlung an den hervorstehenden Teilen des äußeren Bereichs der gefrorenen Produkte konzentrieren und eine Überhitzung derselben verursachen, was wiederum zur Bildung von klarem Wasser führen kann. Um diesem Problem vorzubeugen, verwendet die vorliegende Erfindung einen Mikrowellengenerator, der eine Schaltung zur schrittweisen oder stufenlosen Auswahl eines Mikrowellenausgangspegels gemäß dem Gewicht der gefrorenen Produkte aufweist.
Je nach Art der gefrorenen Produkte gibt es ferner Fälle, wo die Steuerung der Auftautemperatur ein höheres Maß an Genauigkeit erfordert, wie zum Beispiel bei pharmazeutischen Produkten, und in diesen Fällen kann eine strenge Temperaturregelung mit Hilfe eines Glasfaserthermometers oder dergleichen durchgeführt werden.
Ferner ist zwischen der Druckminderungskammer und der Vakuumpumpe ein Druckpegel-Einstellventil vorgesehen, und mit Hilfe dieses Druckpegel-Einstellventils, mit dem Luft in die Vakuumpumpe einströmen gelassen wird, ist es möglich, den Druckpegel einzustellen, ohne Luft in die Druckminderungskammer einzuleiten. Weil das Auftauen unter sauerstofffreien Bedingungen durchgeführt wird, findet also fast keine Oxidation statt, und dadurch wird es möglich, das Auftauen unter Beibehaltung eines hohen Maßes an Produktqualität durchzuführen.
Als Nächstes wird der Nutzen der Mikrowellenerwärmung der gefrorenen Produkte beschrieben.
Selbst wenn in dieser Hinsicht die gefrorenen Produkte einen viel niedrigeren Verlustkoeffizienten haben als klares Wasser, sind die gefrorenen Produkte sicher nicht durchlässig für Mikrowellenstrahlung, und weil die Halbwerts-Eindringtiefe von Mikrowellen bei Eis recht tief ist, kann eine solche Mikrowellenstrahlung, sobald sie einmal eingedrungen ist, äußerst wirksam erwärmen, und dadurch wird es möglich, die Temperatur der gefrorenen Produkte rasch zu erhöhen. In diesem Zusammenhang haben Experimente bestätigt, dass Mikrowellenstrahlung die gefrorenen Produkte äußerst wirksam erwärmen kann, solange keine anderen Substanzen vorhanden sind, die einen hohen Verlustkoeffizienten haben, wie zum Beispiel klares Wasser. Wenn dagegen nur eine sehr geringe Menge klares Wasser vorhanden ist, konzentriert sich die Mikrowellenstrahlung am Ort dieses klaren Wassers, und weil dies fast die gesamte Mikrowellenerwärmung der gefrorenen Produkte wegnimmt, wird der Auftauprozess unterbrochen. Aus diesem Grund muss verhindert werden, dass während des Auftauprozesses klares Wasser aus den gefrorenen Produkten tropft.
Um die obige Begründung zu bestätigen, wurde ein Vergleichsexperiment durchgeführt, bei dem klares Wasser und die gefrorene Probe mit Mikrowellenstrahlung bestrahlt wurden. Eine Probe von klarem Wasser aus einem Material mit einer vorgeschriebenen Menge an klarem Wasser und eine gefrorene Probe aus demselben Material mit derselben Menge an Wasser in Form von Eis wurden nämlich getrennt voneinander mit Mikrowellenstrahlung bestrahlt, um die von dem klarem Wasser und der gefrorenen Probe reflektierte relative Menge an Mikrowellenstrahlung zu ermitteln. Aus den Ergebnissen dieses Experiments ergab sich, dass die von der Probe von klarem Wasser reflektierte Menge an Mikrowellenstrahlung etwa 30% der von der gefrorenen Probe reflektierten Menge an Mikrowellenstrahlung betrug. Ferner zeigten die Ergebnisse eines Vergleichs der für das klare Wasser und die gefrorene Probe gemessenen Mikrowellenverlustkoeffizienten, dass die Probe von klarem Wasser mehr Mikrowellenstrahlung absorbierte als die gefrorene Probe. Die Ergebnisse eines Vergleichs der Temperaturanstiege zeigten jedoch, dass das gegenteilige Phänomen zutraf. Denn bei demselben Druckpegel und demselben Mikrowellenausgangspegel war der Temperaturanstieg bei der gefrorenen Probe höher als bei der Probe von klarem Wasser. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die spezifische Wärme von Eis etwa 50% der spezifischen Wärme von klarem Wasser beträgt, und darauf, dass die Halbwerts-Eindringtiefe von Mikrowellen bei Eis (bei –40°C) für Mikrowellen mit einer Frequenz von 2.450 MHz zum Beispiel 780 cm beträgt, was recht groß ist im Vergleich zu 1,3 cm bei klarem Wasser. Aufgrund dieser Experimente wurde festgestellt, dass obwohl aufgrund des niedrigeren Mikrowellenverlustkoeffizienten der gefrorenen Produkte in Eis weniger Mikrowellenstrahlung eindringen wird als in klares Wasser, die durch das Eindringen der Mikrowellenstrahlung in die gefrorenen Produkte erzielte Erwärmung wegen der großen Halbwerts-Eindringtiefe von Mikrowellen bei Eis äußerst wirksam sein wird.
Um zu bestätigen, dass aus den gefrorenen Produkten nichts tropfen durfte, wurde als Nächstes ein klares Wasser enthaltender kleiner Schwamm zusammen mit einer gefrorenen Probe in eine Druckminderungskammer gelegt, und mit einem in die gefrorene Probe eingeführten Glasfaserthermometer wurde die Mikrowellenerwärmung durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass es in der gefrorenen Probe nur zu einem sehr geringen Temperaturanstieg kam, und dadurch wurde das Auftauen unmöglich. Als Nächstes wurde der klares Wasser enthaltende Schwamm entfernt, und an der gefrorenen Probe wurde dann eine Mikrowellenerwärmung durchgeführt. Infolgedessen kam es zu einem extrem sanften Temperaturanstieg. Diese Experimente bestätigten folglich, dass selbst eine geringe Menge an Tropfen aus den gefrorenen Produkten das Auftauen schwierig machen wird.
Der bei Durchführung des Auftauens mit Hilfe einer Mikrowellenerwärmung unter vermindertem Druck erreichte hohe Wirkungsgrad wird nun verständlich aufgrund der Tatsache, dass die spezifische Wärme der gefrorenen Produkte in einer Umgebung mit vermindertem Druck kleiner sein wird als in der offenen Atmosphäre, und damit wird es möglich, die Temperatur der gefrorenen Produkte sehr rasch unter Verwendung einer geringen Menge an Mikrowellenergie anzuheben. Eine Mikrowellenergie von etwa 3 kW ist zum Beispiel erforderlich, um etwa 10 kg gefrorene Produkte unter einer offenen Atmosphäre aufzutauen, während nur 1 kW oder weniger zum Auftauen derselben Menge an gefrorenen Produkten in einer Umgebung mit vermindertem Druck erforderlich ist. Weil es ferner in einer Umgebung mit vermindertem Druck möglich ist, das Auftauen in einer mehr oder weniger sauerstofffreien Umgebung durchzuführen, kann die Oxidation verhindert werden und man kann dadurch qualitativ hochwertige aufgetaute Produkte erhalten.
Es folgt nun eine Beschreibung, wie die Steuerung durchgeführt wird, um die Mikrowellenerwärmung zu beenden, wenn eine mikrowelleninduzierte elektrische Entladung festgestellt wird. Wenn wenig oder gar kein Material vorhanden ist, auf das Mikrowellenstrahlung in einer Umgebung mit vermindertem Druck leicht einwirken kann, kann es im Allgemeinen äußerst leicht zu elektrischen Entladungen kommen, wenn der Druckpegel gesenkt wird. Weil Mikrowellenstrahlung äußerst wirksam auf die gefrorenen Produkte einwirken kann, selbst wenn kein klares Wasser vorhanden ist, wird es ferner, wie oben beschrieben, in der Zeit, in der genügend Mikrowellenstrahlung in die gefrorenen Produkte eindringt, zu keiner elektrischen Entladung kommen. Beobachtungen der Beziehung zwischen mikrowelleninduzierten elektrischen Entladungen und Temperaturänderungen der gefrorenen Produkte haben dagegen gezeigt, dass die Menge an reflektierter Mikrowellenstrahlung zunimmt, wenn die Temperatur der gefrorenen Produkte während des Auftauens durch Mikrowellenerwärmung unter vermindertem Druck ansteigt. Dies deutet darauf hin, dass die Menge an nicht in die gefrorenen Produkte eindringender Mikrowellenstrahlung zunimmt. Wenn dieser Zustand eine Zeit lang anhält, wird es zu mikrowelleninduzierten elektrischen Entladungen kommen. Da die Menge an nicht in die gefrorenen Produkte eindringender Mikrowellenstrahlung mit steigender Temperatur der gefrorenen Produkte zunimmt, wurde also bestätigt, dass es zu mikrowelleninduzierten elektrischen Entladungen kommt, sobald diese überschüssige Mikrowellenstrahlung über eine vorgeschriebenen Menge hinausgeht. Solange bei der Durchführung der Mikrowellenerwärmung der gefrorenen Produkte ein entsprechender Ausgangspegel verwendet wurde, haben Beobachtungen ferner gezeigt, dass es definitiv zu mikrowelleninduzierten elektrischen Entladungen kommen wird, bevor das Eis der gefrorenen Produkte zu klarem Wasser wird. Dies deutet darauf hin, dass es zu einer mikrowelleninduzierten elektrischen Entladung kommen wird, bevor ein Tropfen aus den gefrorenen Produkten erzeugt wird, solange bei Durchführung der Mikrowellenerwärmung der gefrorenen Produkte ein entsprechender Ausgangspegel verwendet wird. Infolgedessen wird es extrem leicht, eine äußerst genaue Mikrowellenerwärmung durchzuführen.
Um ferner zu bestätigen, dass die Mikrowellenerwärmung der gefrorenen Produkte effizient durchgeführt wird und dass es zwangsläufig zu mikrowelleninduzierten elektrischen Entladungen kommt, wenn die Temperatur der gefrorenen Produkte ansteigt, wurde ein Experiment durchgeführt, bei dem in ein für Mikrowellenstrahlung durchlässiges Harz fest eingewickelte gefrorene Produkte durch Mikrowellenerwärmung unter vermindertem Druck aufgetaut wurden. Bei diesem Experiment wurde der Grad des Eindringens von Mikrowellen in die gefrorenen Produkte überwacht, und nachdem eine elektrische Entladung festgestellt wurde, wurde der Zustand der gefrorenen Produkte untersucht. Daraufhin wurde festgestellt, dass Mikrowellenstrahlung, in Abhängigkeit vom Ausgangspegel, in einer Atmosphäre mit vermindertem Druck bis etwa 0,27 kPa (2 Torr) sogar ohne vorhandenes klares Wasser in die gefrorenen Produkte eindringen kann. Nachdem die Temperatur auf ein bestimmtes Niveau anstieg, zeigte sich ferner eine elektrische Entladung, und soweit es zu keinem übermäßigen Eindringen von Mikrowellenstrahlung gekommen war, ergab die Untersuchung der gefrorenen Produkte unmittelbar nach dem Auftreten der elektrischen Entladung kein Tropfen. Darüber hinaus wurden dieselben Ergebnisse erzielt, wenn dieses Experiment mit diesem Verfahren der Beendigung der Mikrowellenerwärmung nach Feststellen einer elektrischen Entladung wiederholt wurde. Diese Versuchsergebnisse zeigen, dass die übermäßige Entwicklung von Mikrowellenstrahlung aufgrund der steigenden Temperatur der gefrorenen Produkte eine elektrische Entladung induzieren wird, bevor ein Tropfen aus den gefrorenen Produkten erzeugt wird, solange kein klares Wasser vorhanden ist und die Mikrowellenerwärmung nicht in einem übermäßigen Maß durchgeführt wird.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass sich die bei der vorliegenden Erfindung entdeckte Beziehung von der Beziehung unterscheidet, die mit klarem Wasser, Mikrowellenstrahlung und elektrischen Entladungen zusammenhängt, wie sie bei dem Verfahren des Trocknens mit vermindertem Druck gemäß dem Stand der Technik bekannt ist, bei dem bekanntlich keine elektrischen Entladungen auftreten, wenn ein Dielektrikum wie zum Beispiel klares Wasser in ausreichender Menge in einer Umgebung mit vermindertem Druck bei einem Druckpegel von 1,33 bis 2,66 kPa (10 bis 20 Torr) vorhanden ist, und bei dem bekanntlich elektrische Entladungen auftreten werden, wenn relativ wenig klares Wasser vorhanden ist. Wenn das Auftauen nämlich bei einem Ausgangspegel von z.B. 1 kW durchgeführt wird, zeigt die bei der vorliegenden Erfindung entdeckte Beziehung, dass für eine gewisse Zeit keine mikrowelleninduzierten elektrischen Entladungen auftreten werden, solange sich die gefrorenen Produkte auf einer Temperatur befinden, die das Eindringen von Mikrowellenstrahlung erlaubt, selbst wenn der Druck auf einen relativ hohen Druckpegel von etwa 0,27 kPa (2 Torr) reduziert ist, und dass es bei dem Mikrowellenausgangspegel von 1 kW zu einer entsprechend sensiblen elektrischen Entladung kommen wird, weil mit steigender Temperatur der gefrorenen Produkte übermäßig viel Mikrowellenstrahlung erzeugt wird, selbst wenn der Druck im Bereich von 1,33 bis 5,32 kPa (10 bis 40 Torr) liegt, und diese Beziehung unterscheidet sich von der Beziehung, die mit klarem Wasser, Mikrowellenstrahlung und elektrischen Entladungen zusammenhängt, wie sie bei dem Verfahren des Trocknens mit vermindertem Druck gemäß dem Stand der Technik bekannt ist. Demzufolge sind das Prinzip, die Erfassungsmittel und die Phänomene im Zusammenhang mit der Erfassung elektrischer Entladungen bei dem Auftauverfahren der vorliegenden Erfindung vollkommen verschieden von jenen im Zusammenhang mit der Erfassung elektrischer Entladungen bei dem Verfahren des Trocknens mit vermindertem Druck nach dem Stand der Technik.
Mit anderen Worten, die bei der vorliegenden Erfindung entdeckte Beziehung im Zusammenhang mit vermindertem Druck, gefrorenen Produkten und mikrowelleninduzierten elektrischen Entladungen ist im Stand der Technik völlig unbekannt. Ferner wurde entdeckt, dass eine korrekte Beendigung der Mikrowellenerwärmung aufgrund des Prinzips solcher elektrischen Entladungen durchgeführt werden könnte, und diese Tatsache wurde hinreichend experimentell bestätigt.
Ferner ist es aufgrund der bei der vorliegenden Erfindung entdeckten Beziehung im Zusammenhang mit vermindertem Druck, gefrorenen Produkten und mikrowelleninduzierten elektrischen Entladungen möglich, die Steuerung des Auftauens stark zu verbessern, und diese Beziehung ist äußerst vorteilhaft im Hinblick auf Zuverlässigkeit und Genauigkeit, unabhängig von Art, Form und Temperatur der gefrorenen Produkte. Mit der vorliegenden Erfindung wird es also möglich, das Auftauen innerhalb kurzer Zeit durchzuführen, während gleichzeitig ein hohes Maß an Produktqualität aufrechterhalten wird.
Damit mikrowelleninduzierte elektrische Entladungen beständig erzeugt werden können, sind in diesem Zusammenhang bei dem in 1 dargestellten beispielhaften Auftausystem ein oder mehr metallische Teile 13 mit spitzwinkligen Abschnitten im Inneren einer Druckminderungskammer 1 an einem Ort vorgesehen, der keine mikrowellenbedingte Beschädigung der gefrorenen Produkte verursachen wird. Weil die spitzwinkligen Abschnitte der metallischen Teile 13 die metallenen Abschnitte mit dem spitzesten Winkel in der Druckminderungskammer 1 sind, werden auf diese Weise mikrowelleninduzierte elektrische Entladungen nur an den spitzwinkligen Abschnitten der metallischen Teile 13 erzeugt. Ferner ist ein Detektor 8 vorgesehen, um solche elektrischen Entladungen zu erfassen, und nachdem eine elektrische Entladung erfasst wurde, sendet der Detektor ein Signal zu einem Mikrowellengenerator 6, mit dem der Mikrowellengenerator 6 angewiesen wird, die Emission von Mikrowellenstrahlung zu beenden. Zum Erfassen elektrischer Entladungen kann der Detektor 8 mit einem UV-Erfassungsverfahren, einem Schallerfassungsverfahren für elektrische Entladungen oder mit jedem anderen geeigneten Verfahren zum Erfassen elektrischer Entladungen arbeiten.
Ferner können die metallischen Teile 13, die spitzwinklige Abschnitte haben, metallische Teile mit nadelförmigen Enden, metallische Teile mit gewellten Enden oder metallische Teile aufweisen, deren Enden wie ein Rührer oder dergleichen geformt sind, um die Mikrowellenstrahlung zu rühren. In dieser Hinsicht muss jede Form und jeder Befestigungsort der Anforderung genügen, dass die Mikrowellenstrahlung nicht blockiert wird.
Als Nächstes wird die erforderliche Druckreduzierungsleistung der Vakuumpumpe beschrieben.
Während des Auftauprozesses wird die Temperatur des äußeren Teils der gefrorenen Produkte höher als die Temperatur des inneren Teils der gefrorenen Produkte. Selbst wenn zum Beispiel die Temperatur des äußeren Teils der gefrorenen Produkte –1°C beträgt, kann die Temperatur des inneren Teils sogar –8°C betragen, und dies wird als einer der Gründe für das Entstehen des Tropfens angesehen. Wenn nun die Vakuumpumpe den Druck auf einen Druckpegel auf oder unter 0,61 kPa (4,579 Torr) senken kann, wird es an dem äußeren Teil der gefrorenen Produkte zur Sublimation kommen, und diese Sublimation bewirkt eine Verringerung der Temperatur des äußeren Teils der gefrorenen Produkte, ohne die Produktqualität zu verschlechtern. Durch Wiederholen dieses Prozesses kann der Temperaturunterschied zwischen dem äußeren Teil und dem inneren Teil der gefrorenen Produkte verringert werden. Wenn dieser Prozess ferner in der in 2 dargestellten Weise wiederholt wird, kann der Temperaturunterschied zwischen dem inneren Teil und dem äußeren Teil der gefrorenen Produkte praktisch eliminiert werden, so dass man optimale Auftauergebnisse erzielen kann. Im Hinblick auf gefrorene Produkte, die ein Trocknen der Oberfläche der gefrorenen Produkte erlauben, kann ferner der Druck für eine vorgeschriebene Zeitdauer auf oder unter der Sublimationstemperatur gehalten werden, damit die Temperatur des äußeren Teils der gefrorenen Produkte niedriger wird als die Temperatur des inneren Teils der gefrorenen Produkte. Wenn zum Beispiel die Innentemperatur der gefrorenen Produkte –1°C beträgt, kann die Temperatur des äußeren Teils auf –2°C gesenkt werden. Um die Temperatur des äußeren Teils der gefrorenen Produkte zu senken, muss die Vakuumpumpe also in der Lage sein, den Druck in der Druckminderungskammer auf einen Druckpegel auf oder unter dem Sublimationsdruck für die gefrorenen Produkte zu senken.
Wenn also ein Schritt des Verminderns des Druckes und ein Schritt des Zurückbringen des Druckes mehrmals wiederholt werden, wie in Anspruch 1 der Fall ist, um die Temperatur des äußeren Teils der gefrorenen Produkte nahe an die Temperatur des inneren Teils heranzubringen, ohne die Oberfläche der gefrorenen Produkte auszutrocknen, muss eine vorgeschriebene Beurteilungsreferenz zum Beenden jedes Druckreduzierungsschrittes festgelegt werden. Der spielbedingte Fehler der Vakuumpumpe macht es jedoch normalerweise schwierig, den vorgeschriebenen Druckpegel zu erreichen, und der erreichbare Druckpegel wird sich je nach der Menge des aus den gefrorenen Produkten erzeugten Sublimationsdampfes ändern. Um diese Probleme zu lösen, wird die Änderung im Druckpegel in vorgeschriebenen Zeitabständen fortlaufend gemessen, wobei geprüft wird, wann diese Änderungen eine vorgeschriebene Änderung im Druckpegel erreichen. Weil sich der Druckpegel nun entsprechend der Menge des aus den gefrorenen Produkten erzeugten Sublimationsdampfes ändert, wird es mit diesem Verfahren möglich, die Menge an erzeugtem Sublimationsdampf zu erfassen, unabhängig von dem Wert des Druckpegels. Unabhängig von der auf das Spiel der Vakuumpumpe zurückzuführenden Abweichung im Druckpegel kann analog dazu die Menge des erzeugten Sublimationsdampfes mit einer festen Geschwindigkeit anhand der in vorgeschriebenen Zeitabständen bei vorgeschriebenen Änderungen im Druckpegel vorgenommenen Messungen ermittelt werden. Bei dem in 3 dargestellten Beispiel, bei dem der vorgeschriebene Zeitabstand 30 Sekunden beträgt und die vorgeschriebene Änderung im Druckpegel 0,01 kPa (0,1 Torr) beträgt, wird der Druckpegel am Ende jedes vorgeschriebenen Zeitintervalls mit dem 30 Sekunden vor der aktuellen Messung gemessenen Druckpegel verglichen, und wenn die Druckänderung auf 0,01 kPa (0,1 Torr) fällt, wird der Schritt der Verminderung des Druckes beendet. Wenn dagegen das vorgeschriebene Zeitintervall auf 15 Sekunden eingestellt ist, wird verglichen mit dem Zeitintervall von 30 Sekunden weniger Zeit erforderlich sein, bis die Druckänderung auf 0,01 kPa (0,1 Torr) fällt, und dies führt dazu, dass weniger Sublimationsdampf erzeugt wird. Demzufolge kann ein Austrocknen der Oberfläche der gefrorenen Produkte verhindert werden, indem entsprechende Werte für das vorgeschriebene Zeitintervall und die vorgeschriebene Druckänderung festgelegt werden.
Es folgt nun als Nächstes eine Beschreibung eines beispielhaften Steuerverfahrens zum Steuern der Beendigung des Auftauprozesses aufgrund von Druckänderungen infolge einer Sublimation aus den gefrorenen Produkten. Wenn nämlich in einem vorgeschriebenen Druckbereich eine Sublimation aus den gefrorenen Produkten erzeugt wird, ist die Menge an erzeugtem Sublimationsdampf umso größer, je höher die Temperatur der gefrorenen Produkte ist, und dies macht es schwierig, niedrige Druckpegel zu erreichen. Weil die Temperatur der gefrorenen Produkte am Beginn des Auftauprozesses niedrig ist, wird folglich nur eine geringe Menge an Sublimation erzeugt, und dadurch wird es leicht, einen niedrigen Druckpegel zu erreichen, aber im weiteren Verlauf des Auftauprozesses steigt die Temperatur der gefrorenen Produkte, und weil dies dazu führt, dass eine größere Menge an Sublimation aus den gefrorenen Produkten erzeugt wird, wird der Druckpegel ansteigen. In diesem Zusammenhang zeigt 4 ein Beispiel für die bei jedem Druckreduzierungsschritt erreichten Druckpegel, wobei die Kurve "c" Druckpegel am Beginn des Auftauprozesses repräsentiert und die Kurven "b" und "a" Druckpegel repräsentieren, die vorliegen, wenn die Temperatur der gefrorenen Produkte im weiteren Verlauf des Auftauprozesses ansteigt. Wenn dann der Unterschied in den bei jedem Druckreduzierungsschritt erreichten Druckpegeln verglichen wird und der Auftauprozess zu einem Zeitpunkt beendet wird, wo ein vorgeschriebener Druckpegelunterschied erreicht ist, wird es möglich, eine stabile Temperatur bei Beendigung des Auftauens sicherzustellen. In diesem Zusammenhang betrifft Anspruch 3 ein Verfahren zum Vergleichen der am Ende jedes Druckreduzierungsschrittes erreichten Druckpegel, und Anspruch 5 betrifft ein Verfahren zum Vergleichen der in einem vorgeschriebenen Zeitintervall ausgehend von einem vorgeschriebenen Druckpegel erreichten Druckpegel.
Ferner gibt es noch ein weiteres Verfahren zum Steuern der Beendigung des Auftauprozesses, bei dem die Steuerung anhand der Gewichtsreduktion der gefrorenen Produkte infolge der Sublimation durchgeführt wird. In diesem Zusammenhang zeigt 5 ein Beispiel für den Gewichtsverlust der gefrorenen Produkte bei jedem Druckreduzierungsschritt, und wie in dieser Zeichnung gezeigt, kommt es bei jeder Wiederholung der Sublimation zu einer leichten Gewichtsreduktion der gefrorenen Produkte. Die Ergebnisse vieler Experimente zeigen weiterhin, dass mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ein erfolgreiches Auftauen erreicht wird, wenn der Gewichtsverlust nach dem Auftauen im Verhältnis zum ursprünglichen Gewicht der gefrorenen Produkte innerhalb von 0,8% liegt. Wenn man diesen Wert als Referenz für einen Vergleich des Gewichts der gefrorenen Produkte nach jedem Druckreduzierungsschritt mit dem ursprünglichen Gewicht der gefrorenen Produkte am Beginn des Auftauprozesses verwendet, ist es also möglich, den Auftauprozess zu dem Zeitpunkt zu beenden, wo eine vorgeschriebene Gewichtsänderung erreicht ist. In diesem Zusammenhang können alle geeigneten Gewichtsmessverfahren und -vorrichtungen verwendet werden, um das Gewicht der gefrorenen Produkte zu messen, einschließlich einer Kraftmessdose, die das Gewicht der gesamten Auftauvorrichtung misst.
Es folgt nun als Nächstes eine Beschreibung des zur Lagerung der gefrorenen Produkte verwendeten Gestells. Zunächst darf das Gestell nicht durch Mikrowellenstrahlung erwärmt werden. Dies ist eine essentielle Anforderung, denn würde das Gestell erwärmt werden, käme es an den mit den gefrorenen Produkten in Kontakt stehenden Stellen zwangsläufig zum Tropfen. Das Gestell sollte demnach aus einem Harz mit einer hohen Durchlässigkeit für Mikrowellenstrahlung bestehen, zum Beispiel aus Fluorharz, Polysulfonharz, Polypropylenharz und PEEK-Kunststoff, der vor einiger Zeit vom US-Bundesgesundheitsamt (FDA) zur Verwendung bei Lebensmitteln genehmigt wurde, Keramik mit einer hohen Durchlässigkeit für Mikrowellenstrahlung oder ein Metall mit einem hohen Reflexionsvermögen wie zum Beispiel Edelstahl.
Selbst wenn ferner das Gestell aus einem Material mit einer hohen Durchlässigkeit für Mikrowellenstrahlung oder einem hohen Reflexionsvermögen besteht, ist die Temperatur des Gestells zu Beginn höher als die Temperatur der gefrorenen Produkte, weil die Temperatur des Gestells am Beginn des Auftauprozesses nahe bei der Umgebungstemperatur im Inneren der Druckminderungskammer liegt. Weil dies dazu führt, dass Wärme von dem Gestell auf die gefrorenen Produkte übertragen wird, ist es folglich umso wahrscheinlicher, dass es in den Kontaktbereichen zwischen dem Gestell und den gefrorenen Produkten zum Tropfen kommt, je größer diese Kontaktbereiche zwischen dem Gestell und den gefrorenen Produkten sind. Um dieser Ursache des Tropfens vorzubeugen, sind bei der vorliegenden Erfindung die Oberflächenbereiche der Abschnitte des Gestells, die mit den gefrorenen Produkten in Kontakt kommen, äußerst klein gestaltet, um eine Wärmeübertragung zu verhindern. In diesem Zusammenhang zeigen 6(1)(a)-(d) vier mögliche Beispiele für geformte Teile, die verwendet werden können, wenn die gefrorenen Produkte oben auf dem Gestell gelagert werden, wobei (a) stangenartige Teile zeigt, (b) gitterartige Teile zeigt, (c) hervorstehende Teile zeigt und (d) perforierte Teile zeigt. Von diesen vier Wahlmöglichkeiten werden die bei (c) dargestellten hervorstehenden Teile bevorzugt, weil sie an mehreren Stellen einen Punktkontakt bereitstellen. Ferner sind in 6(2)(e)-(g) Schnurteile, Netzteile und Hakenteile dargestellt, mit denen die Kontaktfläche in dem Fall reduziert wird, wo das Auftauen durchgeführt wird, indem die gefrorenen Produkte an dem Traggestell aufgehängt werden.
Ferner kann das Gestell sowohl in dem Fall, wo die gefrorenen Produkte oben auf dem Gestell gelagert sind, als auch in dem Fall, wo die gefrorenen Produkte an dem Gestell aufgehängt sind, festgestellt oder gedreht werden, solange eine gleichmäßige Mikrowellenerwärmung durchgeführt werden kann.
Als Nächstes sei angemerkt, dass der Druckpegel und die Änderung im Druckpegel bei der vorliegenden Erfindung in Einheiten von 0,01 kPa (10^–1 Torr) oder kleiner gemessen werden müssen, weil in Einheiten von 0,13 kPa (1 Torr) vorgenommene Messungen keine genaue Steuerung möglich machen. Um nämlich den Zeitpunkt, an dem das Auftauen beendet werden sollte, genau festzulegen, müssen Druckänderungen infolge einer ganz geringen Sublimation in Einheiten von 0,01 kPa (10^–1 Torr) oder kleiner gemessen werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass es nicht möglich ist, die Erzeugung einer Sublimation genau zu messen, wenn Messungen in Einheiten von ungefähr 1 Torr vorgenommen werden, und aufgrund dieser Ungenauigkeit wäre es schwierig, ein Austrocknen der Oberfläche der gefrorenen Produkte zu verhindern.
Bei pharmazeutischen Produkten und dergleichen, wo die Ziel-Auftautemperatur für die gefrorenen Produkte streng gesteuert werden muss, werden ferner direkte Temperaturmessungen der gefrorenen Produkte vorzugsweise mit einem Glasfaserthermometer oder dergleichen durchgeführt. Weil dabei die Stelle, wo die Temperatur gemessen wird, unter Umständen nicht die Temperatur an allen Stellen angeben kann, muss die Steuerung mit Hilfe eines oder mehrerer Steuerverfahren wie jenen von Anspruch 2 bis Anspruch 5 durchgeführt werden.
Durch Bereitstellen einer Schaltung zur schrittweisen oder stufenlosen Auswahl eines entsprechenden Mikrowellenausgangspegels gemäß dem Gewicht der gefrorenen Produkte kann mit der vorliegenden Erfindung ferner verhindert werden, dass die gefrorenen Produkte bei einem zu hohen Ausgangspegel mit Mikrowellenstrahlung erwärmt werden. Auf diese Weise wird es möglich, das Tropfen zu verhindern, das aus den an den gefrorenen Produkten normalerweise vorhandenen kleinen Vorsprüngen erfolgen kann, wenn die gefrorenen Produkte bei einem zu hohen Mikrowellenausgangspegel erwärmt werden. Weil das Auftauen bei dem Auftauverfahren, das mit Mikrowellenerwärmung unter vermindertem Druck arbeitet, mit weniger Mikrowellenenergie als unter normalen Umgebungsbedingungen erforderlich rasch durchgeführt werden kann, muss eine variable Steuerung durchgeführt werden, um die Mikrowellenemission zu senken, um zu verhindern, dass die gefrorenen Produkte bei einem zu hohen Mikrowellenausgangspegel erwärmt werden. Bezogen auf die bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt bekannte Korrelation zwischen dem Gewicht der gefrorenen Produkte und dem Mikrowellenausgangspegel betragen dabei beispielhafte Mikrowellenausgangspegel 0,4 kW für ungefähr 3 kg gefrorene Produkte, 0,5 kW für ungefähr 5 kg gefrorene Produkte, 0,6 kW für ungefähr 7 kg gefrorene Produkte, 0,7 kW für ungefähr 9 kg gefrorene Produkte und 1,0 kW für ungefähr 15 kg gefrorene Produkte.
Durch Bereitstellen eines Druckregelventils an einem Ort zwischen der Druckminderungskammer und der Vakuumpumpe, wie bei dem in 1 dargestellten Ventil 4, kann ferner dann, wenn der Druck zum Beispiel gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung auf einen Wert von 5,32 kPa (40 Torr) zurückgebracht werden muss, ein vorgeschriebener Luftstrom eingeleitet werden, der nur zu der Vakuumpumpe strömen wird. Auf diese Weise wird es möglich, den Druckpegel zu ändern, indem die Druckreduzierungsleistung der Vakuumpumpe herabgesetzt wird, ohne Luft in die Druckminderungskammer einzuleiten. Demzufolge wird es möglich, ein qualitativ hochwertiges Auftauen in einer sauerstofffreien Umgebung durchzuführen.
Durch Beenden der Mikrowellenerwärmung nach Feststellung einer mikrowelleninduzierten elektrischen Entladung wird es darüber hinaus möglich, eine Mikrowellenerwärmung der gefrorenen Produkte in genau dem richtigen Umfang durchzuführen. Wenn diese Erwärmung mit einem hohen Maß an Genauigkeit gesteuert wird, wird daher kein Tropfen erzeugt, und man kann dadurch qualitativ hochwertige aufgetaute Produkte erhalten. Indem eine solche Steuerung durchgeführt wird, bei der die Mikrowellenerwärmung nach Feststellung einer mikrowelleninduzierten elektrischen Entladung beendet wird, kann man ferner unabhängig von Gewicht, Form oder Temperatur der gefrorenen Produkte qualitativ hochwertige aufgetaute Produkte erhalten. Wenn ein solches hochgenaues Verfahren zur Beendigung der Mikrowellenerwärmung nach Feststellung einer mikrowelleninduzierten elektrischen Entladung experimentell getestet wurde, wurde zum ersten Mal festgestellt, dass ein absolut tropffreies Auftauen gelungen war. Weil das Auftauen unter vermindertem Druck durchgeführt wird, ist es gleichzeitig möglich, aufgetaute Produkte mit nur einer ganz geringen Menge an Oxidation zu erhalten, und weil die spezifische Wärme von Eis unter vermindertem Druck niedriger ist als unter normalen Umgebungsbedingungen, ist ein niedriger Mikrowellenausgangspegel erforderlich, und dadurch kann das Auftauen innerhalb kurzer Zeit durchgeführt werden.
Durch Bereitstellen eines oder mehrerer metallischer Teile mit spitzwinkligen Abschnitten im Inneren der Druckminderungskammer an einem Ort, der keine mikrowellenbedingte Beschädigung der gefrorenen Produkte verursachen wird, können ferner mikrowelleninduzierte elektrische Entladungen normalerweise an diesen spitzwinkligen Abschnitten hervorgerufen werden, und dadurch wird es möglich, eine extrem stabile Steuerung durchzuführen.
Durch den Einsatz der Vakuumpumpe zum Reduzieren des Druckes auf einen Pegel, bei dem am äußeren Teil der gefrorenen Produkte eine Sublimation stattfinden kann, wird es außerdem möglich, den Temperaturunterschied zwischen dem inneren Teil und dem äußeren Teil der gefrorenen Produkte herabzusetzen, und in dem speziellen Fall, wo dicke gefrorene Produkte aufzutauen sind, wird es mit diesem Verfahren möglich, ein qualitativ hochwertiges Auftauen durchzuführen, während gleichzeitig eine einheitliche Temperatur für den inneren und den äußeren Teil der gefrorenen Produkte aufrechterhalten wird.
Durch Überwachen der sublimationsbedingten Druckänderung wird es ferner möglich, den Zeitpunkt, wann das Auftauen beendet sein sollte, genau zu bestimmen. Diese Bestimmung kann auch dadurch erfolgen, dass die sublimationsbedingte Gewichtsänderung der gefrorenen Produkte überwacht wird.
Durch Anordnen eines Druckregelventils zwischen der Druckminderungskammer und der Vakuumpumpe wird es ferner möglich, den Druckpegel zu ändern, ohne Luft in die Druckminderungskammer einzuleiten, und dies macht es wiederum möglich, ein qualitativ hochwertiges Auftauen durchzuführen, während gleichzeitig eine Oxidation der gefrorenen Produkte verhindert wird.
Indem Messungen in Einheiten von 0,01 kPa (10^–1 Torr) oder kleiner durchgeführt werden, wird es außerdem möglich, die Entstehung selbst ganz geringer Mengen an Sublimationsdampf festzustellen, und dies macht es möglich, ein qualitativ hochwertiges Auftauen durchzuführen, ohne dabei die Oberfläche der gefrorenen Produkte auszutrocknen.
Indem ferner das Gestell so konstruiert wird, dass es nicht erwärmt werden kann, und indem das Gestell so konstruiert wird, dass Wärme nicht von dem Gestell auf die gefrorenen Produkte übertragen werden kann, wird es möglich, das Tropfen aus den gefrorenen Produkten infolge der von dem Gestell abgestrahlten Wärme zu eliminieren.
Durch Einstellen des Mikrowellenausgangspegels entsprechend dem Gewicht der gefrorenen Produkte wird es ferner möglich, die Überhitzung der kleinen Vorsprünge der gefrorenen Produkte zu eliminieren, die darauf zurückzuführen ist, dass die Mikrowellenerwärmung bei einem zu hohen Ausgangspegel durchgeführt wird, und dadurch kann das Entstehen eines Tropfens aus den gefrorenen Produkten verhindert werden, was darauf zurückzuführen ist, dass die Mikrowellenerwärmung bei einem zu hohen Ausgangspegel durchgeführt wird.
Durch Verwendung eines Glasfaserthermometers wird es außerdem möglich, die strenge Steuerung der Auftautemperatur bereitzustellen, die für gefrorene Produkte wie zum Beispiel pharmazeutische Materialien erforderlich ist.
Kurz gesagt, die vorliegende Erfindung stellt ein Auftauverfahren und eine Auftauvorrichtung bereit, die es möglich machen, das Auftauen durchzuführen, ohne dass ein Tropfen aus den gefrorenen Produkten erzeugt wird. Diese mit der vorliegenden Erfindung erzielte Steuerung basiert auf der Entdeckung, dass eine korrekte Beendigung der Mikrowellenerwärmung nach Feststellung einer mikrowelleninduzierten elektrischen Entladung durchgeführt werden kann, wodurch es möglich wird, eine Steuerung des Auftauens auf einem höheren Niveau der Genauigkeit durchzuführen als dies in der Vergangenheit möglich war.
Indem das Auftauen unter vermindertem Druck durchgeführt wird, ist es ferner möglich, aufgetaute Produkte fast ohne Oxidation zu erhalten. Weil bei Durchführung der Mikrowellenerwärmung unter vermindertem Druck ein niedrigerer Mikrowellenausgangspegel verwendet werden kann, stellt die vorliegende Erfindung ein Auftauverfahren bereit, mit dem das Auftauen äußerst rasch durchgeführt werden kann, und dadurch eignet sich die vorliegende Erfindung für eine Massenverarbeitung.
Indem die Vakuumpumpe dafür ausgelegt ist, den Druck auf einen Pegel zu reduzieren, der so niedrig ist, dass eine Sublimation stattfinden kann, wie in Anspruch 9 beschrieben, wird es ferner möglich, die Temperatur des äußeren Teils der gefrorenen Produkte zu senken, indem an diesem äußeren Teil der gefrorenen Produkte eine Sublimation erzeugt wird, und dadurch kann man aufgetaute Produkte mit einer einheitlichen Temperatur im inneren und äußeren Teil erhalten.
Gemäß den oben beschriebenen Vorteilen macht es die vorliegende Erfindung möglich, aufgetaute Produkte mit einer hohen Produktqualität bei extrem niedrigen Auftaukosten zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung kann daher in verschiedenen Industriezweigen zur Durchführung des Auftauens verwendet werden. Insbesondere in Industriezweigen wie zum Beispiel der Fleischindustrie und der Industrie für qualitativ hochwertigen frischen Fisch, wo infolge von Problemen im Zusammenhang mit Produktqualität und Transport das Auftauen bis heute schwierig war, stellt die vorliegende Erfindung ein Auftauverfahren bereit, das es möglich macht, aufgetaute Produkte mit einer höheren Produktqualität in kurzer Zeit zu erhalten, und weil dadurch wiederum die Transportkosten gesenkt werden können, während gleichzeitig eine hohe Produktqualität erzielt wird, erlaubt es die vorliegende Erfindung der Industrie, den Bedürfnissen des Verbrauchers gerecht zu werden. Weil zum Beispiel in der Fleischindustrie ein qualitativ hochwertiges Auftauen bis heute schwierig war, war man geneigt, von gefrorenem Transport auf gekühlten Transport umzustellen. Gekühlter Transport hat jedoch einen kürzeren Zeitraum, in dem die Ware frisch bleibt, und dies führt zusammen mit den anderen Nachteilen des gekühlten Transports zu hohen Transportkosten. Weil dagegen mit der vorliegenden Erfindung ein Auftauen extrem hoher Qualität möglich ist, kann anstelle des gekühlten Transports gefrorener Transport verwendet werden, und dadurch können die Transportkosten gesenkt werden.
In der Industrie für qualitativ hochwertigen frischen Fisch, die japanisches Sashimi verkauft, war das Auftauen des Fisches nach bekannten Auftauverfahren nur in begrenztem Umfang möglich, und bei diesen Verfahren kam es normalerweise zu großen Auftauverlusten. Mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird es jedoch möglich, diese Auftauverluste zu eliminieren und qualitativ hochwertige aufgetaute Produkte zu erhalten.
Durch Bereitstellen einer neuen Auftauvorrichtung bei niedrigen Kosten kann die vorliegende Erfindung ferner im Bereich der Maschinenindustrie eingesetzt werden, um ein industrielles Auftauen durchzuführen, und wird wiederum Entwicklungen in der Gefriertechnik in Gang setzen. Selbst in der Industrie für Haushaltselektronik kann die Auftauvorrichtung der vorliegenden Erfindung ferner für einen hocheffizienten Einsatz im Hotel- und Restaurantgewerbe kompakt gestaltet werden und kann auch für zukünftige qualitativ hochwertige Haushaltselektronik anpassungsfähig gemacht werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a)
1(a) ist ein Flussdiagramm des Systems (in dem die gestrichelten Linien den Signalfluss angeben).
1(b)
1(b) ist ein Flussdiagramm des System für den Fall, wo ein Glasfaserthermometer bereitgestellt ist (in dem die gestrichelten Linien den Signalfluss angeben).
2
2 ist ein Beispiel für ein Auftauschema (in dem die Mikrowellenerwärmung in fetten Linien angedeutet ist, die Unterbrechung der Mikrowellenstrahlung in gestrichelten Linien angedeutet ist und die elektrischen Entladungen durch "⌈" angedeutet sind)
a₁ zeigt den Ausgangsdruckpegel (z.B. 0,53 kPa bzw. 4 Torr) zum Messen von Druckänderungen nach Anspruch 5, und das Intervall von t₁ bis t₂ zeigt das vorgeschriebene Zeitintervall zur Durchführung der Messungen.
a₂ zeigt den Ausgangsdruckpegel (z.B. 0,80 kPa bzw. 6 Torr) zum fortlaufenden Messen der Druckänderung für jedes vorgeschriebene Zeitintervall nach Anspruch 2, und t₃ zeigt den Zeitpunkt, an dem die vorgeschriebene Druckänderung erreicht ist.
a₃ zeigt den Druckpegel (z.B. 5,32 kPa bzw. 40 Torr), der wieder erreicht werden muss (mit Hilfe des Druckregelventils), um die Mikrowellenerwärmung nach Anspruch 2 erneut zu beginnen.
Wenn der Druck nach Anspruch 3 gemessen wird, werden die jeweils zum Zeitpunkt t₃ nach dem Anfangszeitpunkt t vorgenommenen Druckmessungen mit der zum Anfangszeitpunkt t vorgenommenen Druckmessung verglichen, und das Auftauen wird zum Zeitpunkt t₃ beendet, wo die Druckänderung einen vorgeschriebenen Wert erreicht.
3
3 ist eine grobe erläuternde Zeichnung, in der die für jedes vorgeschriebene Zeitintervall gemessenen Druckänderungen nach Anspruch 2 dargestellt sind.
In dieser Zeichnung repräsentiert die Kurve den Druckpegel über die Zeit, und die Schlangenlinien repräsentieren Druckänderungen.
N_n repräsentiert die Druckänderung über das vorgeschriebene Zeitintervall T_n bis T_(n+1). Weil die Messungen fortlaufend durchgeführt werden, werden die Druckänderungen zum selben Zeitpunkt gemessen, unabhängig von dem tatsächlichen Zeitabstand zwischen T_n und T_(n+1).
Wenn zum Beispiel das vorgeschriebene Zeitintervall auf 30 Sekunden eingestellt ist und der Wert der vorgeschriebenen Druckänderung auf 0,01 kPa (0,1 Torr) eingestellt ist, wird der Druck weiter reduziert, weil die Druckänderung N₁ zum Zeitpunkt T₂ 0,07 kPa (0,5 Torr) beträgt. Zum Zeitpunkt T₆ erreicht dann die Druckänderung N₅ den vorgeschriebenen Wert von 0,01 kPa (0,1 Torr), und weil hier die Druckänderung zum ersten Mal den vorgeschriebenen Wert erreicht hat, wird die Druckminderung sofort beendet und ein Signal zu dem Druckregelventil gesandt, damit der Druck (in der Zeichnung durch die gestrichelte Linie angedeutet) auf den in 2 dargestellten Druckpegel a₃ zurückgebracht wird.
4
4 ist eine grobe erläuternde Zeichnung, die die Steuerung betrifft, mit der festgelegt wird, wann das Auftauen gemäß Anspruch 3 und Anspruch 5 zu beenden ist.
Wenn in einem vorgeschriebenen Druckbereich eine Sublimation aus den gefrorenen Produkten erzeugt wird, nimmt die Menge der erzeugten Sublimation mit steigender Temperatur der gefrorenen Produkte zu, und diese Zunahme der erzeugten Menge an Sublimation macht es schwieriger, den Druck auf einen niedrigen Druckpegel zu reduzieren. Weil am Beginn des Auftauprozesses, wenn die Temperatur der gefrorenen Produkte am niedrigsten ist, wenig Sublimation erzeugt wird, kann also ohne weiteres ein sehr niedriger Druckpegel erreicht werden, aber im weiteren Verlauf des Auftauprozesses, nämlich dann, wenn die Schritte des Vermindern des Druckes und des Zurückbringen des Druckes gemäß Anspruch 1 wiederholt werden, werden aufgrund der steigenden Temperatur der gefrorenen Produkte größere Mengen an Sublimation erzeugt, und dies führt dzau, dass der niedrigste erreichbare Druckpegel bei jedem Schritt allmählich ansteigt. In diesem Zusammenhang repräsentiert die Kurve "c" in der obigen Zeichnung den Zustand des Druckes am Beginn des Auftauprozesses, und der Übergang von Kurve "b" zu Kurve "a" repräsentiert den Zustand des Druckes, wenn die Menge an Sublimation während der Durchführung des Auftauprozesses mit steigender Temperatur zunimmt. Infolgedessen wird es möglich, das Auftauen zu dem Zeitpunkt zu beenden, wo die Druckänderung gegenüber einem anfangs gemessenen Druckpegel einen vorgeschriebenen Wert erreicht.
5
5 ist eine grobe erläuternde Zeichnung, die die die Steuerung betrifft, mit der festgelegt wird, wann das Auftauen gemäß Anspruch 7 zu beenden ist (in der die durchgehenden Linien Gewichtsänderungen der gefrorenen Produkte repräsentieren).
In dieser Zeichnung gibt t_n den Zeitpunkt der Beendigung jedes Druckreduzierungsschrittes an. Wenn nämlich Sublimationsdampf aus den gefrorenen Produkten austritt, nimmt das Gewicht der gefrorenen Produkte allmählich ab. Anstatt also sublimationsbedingte Änderungen im Druckpegel zu erhalten (wie in 4 gezeigt), kann gemäß Anspruch 4 die sublimationsbedingte Gewichtsänderung der gefrorenen Produkte verwendet werden, um den Zeitpunkt zum Beenden des Auftauens zu ermitteln. Indem man nämlich das am Ende jedes Druckreduzierungsschrittes gemessene Gewicht der gefrorenen Produkte mit dem Anfangsgewicht der gefrorenen Produkte am Beginn des Auftauprozesses vergleicht, kann der Auftauprozess beendet werden, wenn die Gewichtsänderung einen vorgeschriebenen Wert erreicht.
6(1)
6(1) zeigt beispielhafte Träger (Gestelle), auf denen die gefrorenen Produkte während des Auftauens gelagert werden (wobei die Gestelle fixiert sind oder gedreht werden).

(a) stangenartiges Gestell
(b) gitterartiges Gestell
(c) Gestell mit Vorsprüngen
(d) perforiertes Gestell

6(2)
6(2) zeigt beispielhafte Träger (Halterungen), an denen gefrorene Produkte während des Auftauens aufgehängt sind (wobei die Halterungen fixiert sind oder gedreht werden).

(e) schnurartige Halterung schnurartige Halterung (aus Polypropylenharz) Traggestell (aus Edelstahl) für schnurartige Halterungen
(f) netzartige Halterung netzartige Halterung (aus Polypropylenharz) Traggestell (aus Edelstahl) für netzartige Halterungen
(g) hakenartige Halterung hakenartige Halterung (aus Edelstahl) Traggestell (aus Edelstahl) für hakenartige Halterungen

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es folgt nun als Nächstes eine Beschreibung spezieller Ausführungsformen.
SPEZIELLE AUSFÜHRUNGSFORM 1
Sechs Kilogramm gefrorenes Rindfleisch in Form von drei Blöcken à 2 kg wurden in eine Druckminderungskammer 1 aus Edelstahl mit einer Breite von 600 mm, einer Höhe von 600 mm und einer Tiefe von 700 mm gelegt, und dann wurde das Auftauen durchgeführt. Während dieses Auftauprozesses wurde eine Vakuumpumpe 2, zum Beispiel eine Trockenpumpe, mit einem Ausgangspegel von 3 kW verwendet, um den Druck auf einen Zieldruckpegel von 0,20 kPa (1,5 Torr) zu reduzieren; bei einem Ausgangspegel von 0,6 kW wurde eine Mikrowellenerwärmung durchgeführt, und mit Hilfe eines Druckregelventils 4 wurden Druckänderungen in einer Weise herbeigeführt, dass während des Auftauprozesses keine Luft in die Druckminderungskammer eingeleitet wurde. Ferner wurde der Druck in Einheiten von 0,01 kPa (0,1 Torr) gemessen, und das gefrorene Rindfleisch wurde auf zwei dreieckigen Stangen aus Fluorharz gelagert, um Linienkontakt bzw. Punktkontakt zu schaffen, wodurch die Kontaktfläche zwischen der Stange und dem gefrorenen Rindfleisch sehr klein gestaltet war. Die Temperatur des gefrorenen Rindfleisches betrug zu Beginn des Auftauprozesses –40°C, und die Auftautemperatur wurde bestätigt durch Messen der Temperatur im Inneren des gefrorenen Rindfleisches mit einem in eine Tiefe von 40 mm eingeführten Glasfaserthermometer. Die Steuerung der Beendigung des Auftauens wurde ferner nach dem Verfahren von Anspruch 3 durchgeführt. In 1(a) und (b) bezeichnet 3 ein Auslassventil, 5 ein Druckrückstellungsventil, 6 einen Mikrowellengenerator, 7 einen Wellenleiter, 8 eine Vorrichtung zum Erfassen elektrischer Entladungen, 9 einen Druckmesser, 10 einen Steuerabschnitt, 11a ein drehbares Gestell zur Lagerung gefrorener Produkte, 11b ein feststehendes Gestell zur Lagerung gefrorener Produkte, 12 die gefrorenen Produkte, 13 ein metallisches Teil mit einem spitzwinkligen Abschnitt (in einer Entladungen erzeugenden Stellung), 14 ein Glasfaserthermometer und 15 einen Temperatursensor. Eine Zusammenfassung des Auftauprozesses findet sich in der nachfolgenden Tabelle.
TABELLE A
Dieser Auftauprozess dauerte 24 Minute und 30 Sekunden. Nach Beendigung des Auftauprozesses durchgeführte Temperaturmessungen zeigten eine Durchschnittstemperatur von –2,0°C für den inneren Teil und eine Durchschnittstemperatur von –1,1°C für den äußeren Teil. Es wurde kein Tropfen erzeugt. Ferner betrug der wieder erreichte Druck bei der Mehrzahl der Mikrowellenerwärmungsschritte 40 Torr.
SPEZIELLE AUSFÜHRUNGSFORM 2
Acht Kilogramm gefrorener Thunfisch in Form von vier Blöcken à 2 kg wurden unter ähnlichen Bedingungen wie bei der Speziellen Ausführungsform 1 beschrieben aufgetaut. In diesem Fall wurde die Mikrowellenerwärmung jedoch bei einem Ausgangspegel von 0,7 kW durchgeführt. Weil diese Blöcke zum Zeitpunkt des Fischfangs Haut und Knochen enthalten, wird das aufgetaute Produkt, wenn die Blöcke unter Beibehaltung einer hohen Qualität aufgetaut werden können, 5-10 % Sashimi oder Sushineta liefern. Bei dem bei dieser Ausführungsform durchgeführten Test betrug die Temperatur des gefrorenen Thunfisches zu Beginn des Auftauprozesses –55°C. Ferner wurde die Steuerung der Beendigung des Auftauens nach dem Verfahren von Anspruch 5 durchgeführt. Eine Zusammenfassung des Auftauprozesses findet sich in der nachfolgenden Tabelle.
TABELLE B
Dieser Auftauprozess dauerte 27 Minuten und 50 Sekunden. Nach Beendigung des Auftauprozesses durchgeführte Temperaturmessungen zeigten eine Durchschnittstemperatur von –1,5°C für den inneren Teil und eine Durchschnittstemperatur von –1,8°C für den äußeren Teil. Es wurde kein Tropfen erzeugt. Weil nach dem Auftauen ein Gewicht von 7.936 Gramm gemessen wurde, ergab sich ferner ein sublimationsbedingter Verlust von 64 Gramm. Demzufolge betrug die Verlustrate 0,8%, die Farbe war aber äußerst gut konserviert. Nach 30-minütigem Stehenlassen betrug dann sowohl die Innentemperatur als auch die Außentemperatur etwa –1°C, und dieser aufgetaute Thunfisch war gut mit rohem Thunfisch zu vergleichen.
SPEZIELLE AUSFÜHRUNGSFORM 3
Dreißig Kilogramm gefrorenes Schweinefleisch in Form von drei Blöcken à 10 kg wurden mit einer dünnen Schnur aus Polypropylen an einem drehbaren Gestell aus Edelstahl aufgehängt, und dann wurde das Auftauen durchgeführt, während dieses Gestell in einer Druckminderungskammer aus Edelstahl mit einer Breite von 1.000 mm, einer Höhe von 1.200 mm und einer Tiefe von 1.200 mm gedreht wurde. Weil in diesem Fall ein Drehgestell verwendet wurde, konnten die Temperaturmessungen des inneren Teils nicht mit einem Glasfaserthermometer durchgeführt werden. Ferner wurde eine drehbare Vakuumpumpe mit Öldichtung bei einem Ausgangspegel von 5,5 kW verwendet, und bei einem Ausgangspegel von 1,8 kW wurde eine Mikrowellenerwärmung durchgeführt. Bei dem bei dieser Ausführungsform durchgeführten Test betrug die Temperatur des gefrorenen Schweinefleisches am Beginn des Auftauprozesses –40°C. Ferner wurde die Steuerung der Beendigung des Auftauens nach dem Verfahren von Anspruch 4 durchgeführt. Bei einem für die Beendigung des Auftauprozesses festgelegten Zielgewichtsverlust von 0,8% wurde das Gewicht des gefrorenen Schweinefleisches nach jedem Druckreduzierungsschritt mit einer Kraftmessdose gemessen, und der Auftauprozess wurde zu einem Zeitpunkt beendet, wo das Gewicht unter 29.760 Gramm (d.h. dem durch Multiplikation von 30.000 Gramm mit 0,992 erhaltenen Zielwert) fiel. Eine Zusammenfassung des Auftauprozesses findet sich in der nachfolgenden Tabelle.
TABELLE C
Dieser Auftauprozess dauerte 34 Minuten und 15 Sekunden. Nach Beendigung des Auftauprozesses durchgeführte Temperaturmessungen zeigten eine Durchschnittstemperatur von –1,9°C für den inneren Teil und eine Durchschnittstemperatur von –1,5°C für den äußeren Teil. Es wurde kein Tropfen erzeugt. Ferner wurde das Auftauen soweit durchgeführt, dass unmittelbar nach dem Auftauen gekocht werden konnte.

Claims

Verfahren zum Auftauen gefrorener Produkte mittels Mikrowellenerwärmung unter vermindertem Druck, worauf der Schritt der Beendigung der Mikrowellenerwärmung unter vermindertem Druck folgt, mit den folgenden Schritten: Vermindern des Druckes, während die Mikrowellenerwärmung beendigt ist, auf einen Druckpegel auf oder unter einen Sublimationsdruckpegel, um aus den gefrorenen Produkten eine Sublimation zu erzeugen; Zurückbringen des Druckes auf einen vorgeschriebenen Druckpegel, damit die Mikrowellenerwärmung wieder begonnen werden kann; Wiederholen der Schritte von der Mikrowellenerwärmung bis zum Zurückbringen des Druckes für eine vorgeschriebene Anzahl von Durchgängen; wobei die Sublimation wiederholt aus den gefrorenen Produkten erzeugt wird, um den äußeren Teil der gefrorenen Produkte auf eine Temperatur auf oder unter der Temperatur des inneren Teils der gefrorenen Produkte abzukühlen.
Auftauverfahren nach Anspruch 1, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Messen des Druckpegels bei jedem Schritt der Druckverminderung von einem vorgeschriebenen Druckpegel in der Nähe des Sublimationsdruckes über ein vorgeschriebenes Zeitintervall, um die Druckänderung fortlaufend zu ermitteln; und Beenden jedes Schrittes der Druckverminderung und Beginnen jedes Schrittes des Zurückbringen des Druckes, wenn die Druckänderung einen vorgeschriebenen Wert erreicht.
Auftauverfahren nach Anspruch 1, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Messen des anfänglichen Druckpegels; Vergleichen des anfänglichen Druckpegels mit dem am Ende jedes Schrittes der Druckverminderung gemessenen Druckpegel; und Beenden des Auftauprozesses, wenn ein vorgeschriebener Druckunterschied erreicht ist.
Auftauverfahren nach Anspruch 1, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Messen des Anfangsgewichts der gefrorenen Produkte am Beginn des Auftauprozesses; Vergleichen des Anfangsgewichts der gefrorenen Produkte mit dem am Ende jedes Schrittes der Druckverminderung gemessenen Gewicht der gefrorenen Produkte; und Beenden des Auftauprozesses, wenn ein vorgeschriebener Gewichtsunterschied erreicht ist.
Auftauverfahren nach Anspruch 1, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Messen eines anfänglichen Druckpegels bei jedem Schritt der Druckverminderung von einem vorgeschriebenen Druckpegel, bei dem die Sublimation stattfinden kann, und Vergleichen dieses anfänglichen Druckpegels mit dem eine vorgeschriebene Zeit später gemessenen Druck; und Beenden des Auftauprozesses, wenn ein vorgeschriebener Druckunterschied erreicht ist.
Auftauverfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt der stufenweisen oder stufenlosen Auswahl des Mikrowellenausgangspegels entsprechend dem Gewicht der gefrorenen Produkte, um eine Überhitzung der gefrorenen Produkte zu verhindern.
Auftauvorrichtung zur Verwendung bei dem Auftauverfahren nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Druckminderungskammer, in die die gefrorenen Produkte zum Auftauen gelegt werden; eine Vakuumpumpe (2) zum Vermindern des Druckes in der Druckminderungskammer; eine Mikrowellenheizung (6, 7), die eine intermittierende Erwärmung durch veränderliche Energiezufuhr oder eine fortlaufende Erwärmung durch feste Energiezufuhr durchführen kann, um die gefrorenen Produkte mit Mikrowellenstrahlung zu erwärmen; mindestens ein metallisches Element (13) mit einem im spitzen Winkel angeordneten Abschnitt, damit unter vorgeschriebenen Bedingungen durch Mikrowellen ausgelöste elektrische Entladungen stattfinden können, wobei das metallische Element (13) an einem solchen Ort angeordnet ist, dass die Mikrowellenerwärmung nicht behindert wird; einen Entladungsdetektor (8) zum Feststellen des Auftretens durch Mikrowellen ausgelöster elektrischer Entladungen an dem im spitzen Winkel angeordneten Abschnitt des metallischen Elements; und einen Steuerabschnitt (10), der die Mikrowellenerwärmung beendet, wenn der Entladungsdetektor eine durch Mikrowellen ausgelöste elektrische Entladung feststellt; wobei die Vakuumpumpe (2) in der Lage ist, den Druck in der Druckminderungskammer auf einen Druckpegel auf oder unter dem Sublimationsdruck der gefrorenen Produkte zu vermindern.
Auftauvorrichtung nach Anspruch 7, die ferner einen Träger (11a, b) zum Tragen der gefrorenen Produkte umfasst, wobei der Träger aus einem Material mit einer hohen Durchlässigkeit für Mikrowellenstrahlung bzw. einer hohen Reflektivität besteht, die wirksam ist, um eine direkte Mikrowellenerwärmung des Trägers (11a, b) zu verhindern, wobei die Abschnitte des Trägers (11a, b), die mit den gefrorenen Produkten (12) in Kontakt kommen, stangenförmige Teile, gitterförmige Teile, hervorstehende Teile, perforierte Teile, Schnurteile, Netzteile oder Hakenelemente aufweisen, um die Oberflächengröße der Kontaktabschnitte zu verringern.