DE68911534T2 - Liquid smoking product made by rapid pyrolysis. - Google Patents

Liquid smoking product made by rapid pyrolysis.

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Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Verwendung flüssigen Rauchs, der durch ein schnelles Pyrolyseverfahren zur Verarbeitung, zum Wüuen und zum Färben von Fleisch, Fisch, Geflügel und anderen Nahrungsmittelprodukten hergestellt wird.The invention relates generally to the use of liquid smoke produced by a rapid pyrolysis process for processing, seasoning and coloring meat, fish, poultry and other food products.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Verwendung von flüssigen Rauchlösungen anstelle des Räucherns durch den direkten Kontakt mit Rauch, der aus Holz entsteht, ist ein gebräuchliches Industrieverfahren. Wann flüssiger Rauch auf die Oberfläche von Fleisch und anderen proteinhaltigen Nahrungsmitteln gebracht wird, gibt er dem Stück nicht nur ein charakteristisches Raucharoma, sondern er reagiert mit den Proteinen, wodurch die für geräucherte Lebensmittel typische dunkle Färbung entsteht.The use of liquid smoke solutions instead of smoking by direct contact with smoke generated from wood is a common industry practice. When liquid smoke is applied to the surface of meat and other protein-containing foods, it not only imparts a distinctive smoke flavor to the piece, but it reacts with the proteins, creating the dark coloring typical of smoked foods.

Eines dieser Herstellungsverfahren von flüssigem Rauch, die gewerblich für Oberflächenanwendungen genutzt werden. ist in dem US Patent 3 106 473 beschrieben. Dieses Produkt wird durch partielle Verbrennung von Harthölzern. d.h. von Sägemehl, hergestellt, wobei Luft im Unterschuß eingesetzt wird und die gewünschten Rauchbestandteile anschließend in Wasser gelöst werden. Eine schwere, wasserunlösliche Phase wird abgeschieden, die Teer, Polymere. polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe. einschließlich Benz[a]pyren, Wachse und andere unerwünschte Produkte enthält, die für die Verwendung in Nahrungsmittelanwendungen ungeeignet sind.One of these processes for producing liquid smoke used commercially for surface applications is described in US Patent 3,106,473. This product is produced by partially burning hardwoods, i.e. sawdust, using a deficit of air and then dissolving the desired smoke components in water. A heavy, water-insoluble phase is separated which contains tar, polymers, polycyclic aromatic hydrocarbons, including benz[a]pyrene, waxes and other undesirable products that are unsuitable for use in food applications.

Rauch ist eine komplexe und veränderliche Mischung von Chemikalien, die aus Pyrolysereaktionen entstehen, und enthält gasförmige Verbindungen, die bei Zimmertemperatur normalerweise flüssig sind. Pyrolyse ist der allgemeine Ausdruck für eine thermische Zersetzung eines beliebigen organischen Stoffes (d.h. Holz. Pflanzen, fossile Brennstoffe usw.) und kann während eines Verbrennungsprozesses oder ohne eine Verbrennung auftreten. Im ersten Fall sorgt die Oxidation oder die Verbrennung eines Teils der organischen Materie für die Wärme, die zur Verdampfung und Zersetzung des Rückstands erforderlich ist. Findet keine Verbrennung statt, muß die Hitze indirekt aus einer anderen Quelle zugeführt werden (d.h. durch Strahlung, einen festen oder gasförmigen Wärmeträger oder durch Wärmeleitung über die Reaktorwände usw.).Smoke is a complex and variable mixture of chemicals resulting from pyrolysis reactions and contains gaseous compounds that are normally liquid at room temperature. Pyrolysis is the general term for thermal decomposition of any organic matter (i.e. wood, plants, fossil fuels, etc.) and can occur during a combustion process or without combustion. In the first case, the oxidation or combustion of a portion of the organic matter for the heat required for evaporation and decomposition of the residue. If combustion does not take place, the heat must be supplied indirectly from another source (ie by radiation, a solid or gaseous heat transfer medium, or by conduction across the reactor walls, etc.).

Pyrolyse produziert Flüssigkeiten (d.h. kondensierbare Dämpfe), Gase (nicht kondensierbar) und Feststoffe (Kohle und Asche) in unterschiedlichen Verhältnissen, die von den Reaktionsbedingungen abhängen. Die Flüssigkeiten können weiter in wasserlösliche, organische Stoffe und wasserunlösliche Teere unterteilt werden. Es ist bekannt, daß die erwünschten aktiven Bestandteile für das Aromatisieren mit Rauch sich unter den wasserlöslichen, kondensierbaren Dämpfen (Flüssigkeiten) befinden.Pyrolysis produces liquids (i.e., condensable vapors), gases (non-condensable), and solids (char and ash) in varying proportions depending on the reaction conditions. The liquids can be further divided into water-soluble organics and water-insoluble tars. It is known that the desired active ingredients for smoke flavoring are found among the water-soluble, condensable vapors (liquids).

Zur Zeit wird flüssiger Rauch hergestellt, indem die herkömmliche Pyrolyse durchgeführt wird, die durch relativ langsame thermische Reaktionen gekennzeichnet ist, die bei mäßigen Temperaturen auftreten. In den kommerziellen Verfahren wird das Einsatzprodukt Holz getrocknet, zu Sägemehl gemahlen und einem Reaktorsystem zugeführt. Eine typische, durchschnittliche Reaktortemperatur ist näherungsweise 420ºC. Abhängig von dem Heizverfahren kann der Temperaturgradient in dem Reaktor von 600ºC in dem Heizer bis zu 250ºC bei der Oberfläche des Hauptteils des Holzes reichen. Verweilzeiten von Feststoffen (Holz/Kohle) und Dämpfen betragen näherungsweise 10 Minuten bzw. 1 Minute.Currently, liquid smoke is produced by performing conventional pyrolysis, which is characterized by relatively slow thermal reactions occurring at moderate temperatures. In the commercial processes, the wood feedstock is dried, ground into sawdust and fed into a reactor system. A typical, average reactor temperature is approximately 420ºC. Depending on the heating method, the temperature gradient in the reactor can range from 600ºC in the heater to 250ºC at the surface of the bulk of the wood. Residence times of solids (wood/char) and vapors are approximately 10 minutes and 1 minute, respectively.

Die herkömmliche Pyrolyse produziert Flüssigkeit-, Gas- und Kohleausbeuten, die typischerweise 35, 35, bzw. 30 Gew.% des Einsatzproduktes Holz betragen. Da die wasserunlöslichen Bestandteile zwischen 50 und 65 Gew.% der gesamten Flüssigkeitsmenge liegen, die aus dem Holzgehalt erhalten wird, ist die Nettoausbeute des ungereinigten, flüssigen Rauchs relativ niedrig (d.h. 12-20 Gew.% des Einsatzproduktes Holz).Conventional pyrolysis produces liquid, gas and char yields that are typically 35, 35 and 30 wt% of the wood feedstock, respectively. Since the water-insoluble components are between 50 and 65 wt% of the total liquid obtained from the wood content, the net yield of unpurified liquid smoke is relatively low (i.e. 12-20 wt% of the wood feedstock).

Die Pyrolyseprodukte werden häufig durch ein Wasserbad oder einen Gaswäscher geleitet. Die gasförmigen Produkte strömen durch das Wasserbad. Die Feststoffe und wasserunlöslichen Teere fallen im Wasser aus, wobei die wasserlöslichen, organischen Stoffe als flüssiger Rauch im Wasser angereichert werden.The pyrolysis products are often passed through a water bath or a gas scrubber. The gaseous products flow through the water bath. The solids and water-insoluble tars precipitate in the water, while the water-soluble organic substances are concentrated in the water as liquid smoke.

Obwohl in flüssigem Rauch mehrere hundert unterschiedliche chemische Spezies vorliegen, werden die flüssigen Rauchprodukte durch drei Chemikalienklassen gekennzeichnet, die sich auf unterschiedliche funktionelle Gruppen beziehen. Die drei Klassen sind 1) Säuren, 2) Carbonyle und 3) Phenole.Although there are several hundred different chemical species present in liquid smoke, liquid smoke products are characterized by three classes of chemicals that relate to different functional groups. The three classes are 1) acids, 2) carbonyls, and 3) phenols.

Diese Einteilung nach funktionellen Gruppen ist nützlich, da Phenole die wichtigsten aromatisierenden Verbindungen sind, wohingegen Carbonyle hauptsächlich für die Färbung verantworlich sind und Säuren als Konservierungsmittel dienen Säuren und Carbonyle leisten einen untergeordneten Beitrag zur Aromatisierung, und sie verbessern die Oberflächenmerkmale des Fleischproduktes.This classification by functional groups is useful because phenols are the main flavoring compounds, whereas carbonyls are mainly responsible for coloring and acids serve as preservatives. Acids and carbonyls make a minor contribution to flavoring and they improve the surface characteristics of the meat product.

Säuren werden über die titrierbare Acidität gemessen und als Essigsäure berechnet. Phenole werden als 2,6-Dimethoxyphenol berechnet. Das Verfahren zur Bestimmung von Phenolen ist ein modifiziertes Gibbs-Verfahren, das in dem Journal of the Association of Analytic Chemists, XXV, 779 (1942) beschrieben ist. Carbonyle gehen als 2-Butanon in die Rechnung ein. Das Verfahren zur Bestimmung von Carbonylen ist ein modifiziertes Lappan-Clark-Verfahren, das in Analytical Chemistry, 123, 541-542 (1959) beschrieben ist.Acids are measured by titratable acidity and calculated as acetic acid. Phenols are calculated as 2,6-dimethoxyphenol. The method for determining phenols is a modified Gibbs method described in the Journal of the Association of Analytic Chemists, XXV, 779 (1942). Carbonyls are calculated as 2-butanone. The method for determining carbonyls is a modified Lappan-Clark method described in Analytical Chemistry, 123, 541-542 (1959).

Ein weiteres Meßverfahren, daß zur Charakterisierung des flüssigen Rauchs verwendet wird, ist der Bräunungsgrad. Der Bräunungsgrad wird in der Räucherindustrie verwendet, um den Bräunungsvorgang eines flüssigen Rauchwürzstoffes zu messen Der Bräunungsgrad verwendet eine spektralphotometrische Technik, die anhand der optischen Dichte den Umsatz einer Reaktion von Carbonylen mit einer Glyzinlösung mißt. Der Bräunungsgrad wird durch den Unterschied zwischen der Absorption der abreagierten Glyzinlösung bei 400 nm und einer Blindprobe bestimmtAnother measurement method used to characterize liquid smoke is the degree of browning. The degree of browning is used in the smoking industry to measure the browning process of a liquid smoke seasoning. The degree of browning uses a spectrophotometric technique that uses optical density to measure the conversion of a reaction of carbonyls with a glycine solution. The degree of browning is determined by the difference between the absorption of the reacted glycine solution at 400 nm and a blank sample.

Die Anwendung von flüssigen Rauchlösungen bei Fleisch und anderen Nahrungsmittelprodukten kann auf mehreren Wegen erfolgen. Ist die charakteristische Rauchfärbung gewünscht, kann das Besprühen oder Eintauchen von einzelnen Stücken in einem Chargenprozeß oder im kontinuierlichen Modus erfolgen. Müssen große Chargen behandelt werden, kann eine zerstäubte Wolke flüssigen Rauchs eingesetzt werden, Alternativ können Wbrste undThe application of liquid smoke solutions to meat and other food products can be done in several ways. If the characteristic smoke color is desired, individual pieces can be sprayed or dipped in a batch process or in continuous mode. If large batches need to be treated, an atomized cloud of liquid smoke can be used. Alternatively, sausages and

Schinken in Gefäßen behandelt werden. in die flüssige Rauchlösungen eingebracht worden sind. Wenn die Oberflächenfarbe die Hauptwirkung ist, die erzielt werden soll, wird in jedem Fall eine Messung der Gesamtmenge an Carbonylen durchgeführt, um die Menge des erforderlichen Rauchs zu bestimmen. Diese Verbindungen reagieren mit den zur Verfügung stehendenden Aminogruppen der Proteine an der Oberfläche, um die Rauchfärbung zu bilden. Die Konzentration eines bestimmten Carbonyls, Hydroxyacetaldehyd, ist ebenfalls ein guter Indikator fiir die Fähigkeit des flüssigen Rauches, eine Färbung zu erzeugen.Hams are treated in vessels into which liquid smoke solutions have been introduced. In any case, if surface color is the main effect to be achieved, a measurement of the total amount of carbonyls is made to determine the amount of smoke required. These compounds react with the available amino groups of the proteins on the surface to form the smoke coloration. The concentration of a particular carbonyl, hydroxyacetaldehyde, is also a good indicator of the ability of the liquid smoke to produce coloration.

Ältere Verfahren zur Herstellung von flüssigem Rauch leiden an relativ geringen Ausbeuten an dem gewünschten Produkt und an relativ hohen Ausbeuten unerwünschter Nebenprodukte. Außerdem sind die Gehalte an Benz[a]pyren, einem bekannten Karzinogen, relativ hoch, was eine anschließende Verdünnung der aufgefangenen, kondensierbaren Dämpfe mit Wasser erfordert, um diese Verbindungen abzutrennen.Older processes for producing liquid smoke suffer from relatively low yields of the desired product and relatively high yields of undesirable byproducts. In addition, the levels of benz[a]pyrene, a known carcinogen, are relatively high, requiring subsequent dilution of the captured condensable vapors with water to remove these compounds.

Die Notwendigkeit, die aufgefangenen, kondensierbaren Stoffe zu verdünnen, um den Gehalt an Benz[a]pyren auf unter 0,5 ppb zu begrenzen, verhindert die Herstellung von flüssigem Rauch mit einem gesamten Säuregehalt von mehr als 13% oder einem Bräunungsgrad von mehr als 13,0 ohne anschließende Konzentrierung.The need to dilute the captured condensables to limit the benzo[a]pyrene content to below 0.5 ppb prevents the production of liquid smoke with a total acidity of more than 13% or a browning ratio of more than 13.0 without subsequent concentration.

Vor kurzem sind neue Verfahren zur schnellen thermischen Verarbeitung von kohlenstoffhaltigen Einsatzprodukten entwickelt worden. Diese Verfahren sind schnelle oder Blitz-Pyrolyse genannt worden.Recently, new processes have been developed for the rapid thermal processing of carbonaceous feedstocks. These processes have been called rapid or flash pyrolysis.

Schnelle oder Blitz-Pyrolyse von Holz oder Cellulose ist ein Verfahren, das innerhalb einer kurzen Zeitspanne eine hohe Heizgeschwindigkeit auf das Einsatzprodukt Holz ausübt, und dann die Pyrolyseprodukte schnell auf eine Temperatur unter 350ºC abschreckt. Die Heizgeschwindigkeit für die schnelle Pyrolyse ist größer als 1000ºC pro Sekunde und die Verweilzeit des Dampfes liegt unter 2,0 Sekunden.Fast or flash pyrolysis of wood or cellulose is a process that applies a high heating rate to the wood feedstock over a short period of time and then rapidly quenches the pyrolysis products to a temperature below 350ºC. The heating rate for fast pyrolysis is greater than 1000ºC per second and the steam residence time is less than 2.0 seconds.

WO-A-88/00935 legt ein Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Rauchlösung zur Verwendung in Nahrungsmitteln dar, das die Pyrolyse von Biomasse aus Lignocellulose beinhaltet, bei der ein Reaktor verwendet wird, der für den schnellen Wärmeaustausch und kurze Gas-Verweilzeiten unter den folgenden Bedingungen geeignet ist:WO-A-88/00935 discloses a process for producing an aqueous smoke solution for use in foodstuffs, which involves the pyrolysis of lignocellulosic biomass using a reactor suitable for rapid heat exchange and short gas residence times under the following conditions:

- Die Gas- und Dampf-Verweilzeit beträgt weniger als 10 Sekunden- The gas and steam residence time is less than 10 seconds

- die Verweilzeit von Feststoffen ist gleich oder größer als die Gas- und Dampf-Verweilzeit, und- the residence time of solids is equal to or greater than the gas and vapour residence time, and

- die Pyrolyse wird bei 400-650ºC durchgeführt.- pyrolysis is carried out at 400-650ºC.

US-A-4 359 481 erwägt ein Verfahren zur Herstellung eines Konzentrates aus flüssigem Rauch zur Verwendung bei Nahrungsmitteln durch eine abbauende Destillation von Cellulose und/oder Ligninstoff bei 350-450ºC, wobei das Rauchkonzentrat weniger als 0,2 ng Benz[a]pyren, und 0,90 -1,60 g/l an Phenolverbindungen aufweist deren Gehalt zu dem Gesamtgehalt an Säuren 1:(17,0-47,0):(13,0-40,0) beträgt.US-A-4 359 481 considers a process for producing a concentrate of liquid smoke for use in food by a degradative distillation of cellulose and/or lignin at 350-450°C, the smoke concentrate containing less than 0.2 ng of benz[a]pyrene and 0.90-1.60 g/l of phenolic compounds whose content to the total content of acids is 1:(17.0-47.0):(13.0-40.0).

Während schnelle Pyrolyseverfahren bekannt sind. haben sich die Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet auf die Herstellung von flüssigen und gasförmigen Brennstoffen und auf die Optimierung der Herstellung von Brennstoffen mit hohen Energiewerten konzentriert.While fast pyrolysis processes are known, research and development in this field have focused on the production of liquid and gaseous fuels and on optimizing the production of fuels with high energy values.

Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, flüssigen Rauch durch Verwendung der wasserlöslichen Produkte einer schnellen Pyrolyse herzustellen, welcher anstelle von herkömmlichem, flüssigen Rauch zu höheren Ausbeuten und Konzentrationen der gewünschten Produkte und zu niedrigeren Ausbeuten gasförmiger und fester Nebenprodukte führt, was zu einem höheren Wirkungsgrad und einer sich daraus ergebenden Kostenersparnis führt.An object of this invention is to produce liquid smoke by using the water-soluble products of rapid pyrolysis, which instead of conventional liquid smoke leads to higher yields and concentrations of the desired products and to lower yields of gaseous and solid by-products, resulting in higher efficiency and consequent cost savings.

Speziell die schnelle oder Blitz-Pyrolyse führt zu einer höheren Ausbeute an Hydroxyacetaldehyd und höheren Ausbeuten an anderen Carbonylen und zu geringeren Ausbeuten an Kohle, Benz[a]pyren und Gas. Die höheren Ausbeuten an Carbonylen bewirken einen höheren Bräunungsgrad.Specifically, fast or flash pyrolysis leads to higher yields of hydroxyacetaldehyde and higher yields of other carbonyls and lower yields of carbon, benz[a]pyrene and gas. The higher yields of carbonyls result in a higher degree of browning.

Weitere kostenersparnis ergibt sich aus einer schnelleren Reaktionsgeschwindigkeit bei der schnellen oder Blitz Pyrolyse, die einen größeren Wirkungsgrad des Verfahrens erlaubt, so daß kleinere Reaktionsvolumina erforderlich sind, um eine bestimmte Menge des Einsatzproduktes zu verarbeiten.Further cost savings result from a faster reaction rate in fast or flash pyrolysis, which allows a higher efficiency of the process so that smaller reaction volumes are required to process a given amount of feedstock.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von mit Rauch gefärbten und mit Rauch gewürzten Lebensmitteln zu schaffen. indem die Nahrungsmittelprodukte mit der vorher erwähnten flüssigen Rauchlösung behandelt werden.Another object of the invention is to provide a method for producing smoke-colored and smoke-flavored food products. by treating the food products with the aforementioned liquid smoke solution.

Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung und die Ansprüche verdeutlicht.Other objects and advantages of the invention will become apparent from the following description and claims.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Die Erflndung umfaßt ein Verfahren. das flüssige Pyrolyseprodukte aus einer schnellen oder Blitz-Pyrolyse herstellt und die flüssigen Pyrolyseprodukte in einer flüssigen Rauchlösung verwendet. Die flüssige Rauchlösung der Frfindung wird in hohen Ausbeuten erreicht, d.h. mit geringer Kohle und Teerbildung. Sie enthält weniger als 1,0 ppb und bevorzugt weniger als 0,5 ppb Benz[a]pyren, ein bekanntes Karzinogen. und hat eine höhere Färbungsfähigkeit als flüssiger Rauch, der mit herkömmlichen Verfahren hergestellt wird.The invention includes a process that produces liquid pyrolysis products from fast or flash pyrolysis and uses the liquid pyrolysis products in a liquid smoke solution. The liquid smoke solution of the invention is achieved in high yields, i.e. with low char and tar formation. It contains less than 1.0 ppb and preferably less than 0.5 ppb of benz[a]pyrene, a known carcinogen, and has a higher coloring ability than liquid smoke produced by conventional processes.

Die flüssige Rauchlösung wird dem Fleisch die gewünschte Rauchfärbung mit milderem, weniger geräuchertem Aroma verleihen. als es von flüssigen Rauchlösungen aus langsamer Pyrolyse erwartet wird. Das hohe Verhältnis von Carbonylen (die reaktiven Verbindungen, die die Färbung verursachen) zu Phenolen (die würzenden Verbindungen) kennzeichnet diese Eigenschaft einer relativ hohen Färbungsfähigkeit und einer geringen Würzkraft der flüssigen Rauchlösungen aus der schnellen Pyrolyse.The liquid smoke solution will impart the desired smoke color to the meat with a milder, less smoked flavor than expected from liquid smoke solutions from slow pyrolysis. The high ratio of carbonyls (the reactive compounds that cause the coloring) to phenols (the flavoring compounds) characterizes this property of relatively high coloring ability and low flavoring power of the liquid smoke solutions from fast pyrolysis.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Rauchlösung, um sie in Nahrungsmitteln zu verwenden, in dem Holzschliff oder Cellulose in Abwesenheit von Sauerstoff innerhalb von 1,0 s auf eine Temperatur zwischen 400 und 650ºC erhitzt werden; in dem das Holz oder die Cellulose zusammen mit den Pyrolyseprodukten, die aus dem Holz oder der Cellulose herstellt worden sind, über einen Zeitraum zwischen 0,03 und 2,0 Sekunden bei einer Temperatur zwischen 400 und 650ºC gehalten werden; in dem die Temperatur der Pyrolyseprodukte innerhalb von 0,6 Sekunden auf unter 350ºC gesenkt wird, um einen flüssigen Extrakt zu erhalten; und in dem der flüssige Extrakt isoliert wird.The present invention provides a process for the preparation of an aqueous smoke solution for use in foodstuffs, in which wood pulp or cellulose is heated in the absence of oxygen to a temperature between 400 and 650°C within 1.0 s; in which the wood or cellulose together with the pyrolysis products obtained from the wood or cellulose are maintained at a temperature of between 400 and 650ºC for a period of between 0.03 and 2.0 seconds; in which the temperature of the pyrolysis products is reduced to below 350ºC within 0.6 seconds to obtain a liquid extract; and in which the liquid extract is isolated.

In einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Rauchlösung zur Verwendung in Nahrungsmitteln wird Holzschliff oder Cellulose in Abwesenheit von Sauerstoff innerhalb von 1,0 Sekunden auf eine Temperatur zwischen 400 und 650ºC erhitzt eine Temperatur zwischen 400 und 650ºC beibehalten, das Holz oder die Cellulose zusammen mit den Pyrolyseprodukten, die aus dem Holz oder der Zellulose herstellt sind, über einen Zeitraum zwischen 0,03 und 0,60 Sekunden bei einer Temperatur zwischen 400 und 650ºC gehalten; die Temperatur der Pyrolyseprodukte innerhalb von 0,6 Sekunden auf unter 350ºC gesenkt um einen flüssigen Extrakt zu erhalten; der flüssige Extrakt abgetrennt und gesammelt, der flüssige Extrakt mit Wasser verdünnt, um eine partielle Phasentrennung zu bewirken und eine wäßrige Lösung zu erhalten, die eine Benz[a]pyren-Konzentration von weniger als 1,0 ppb, bevorzugt von weniger als 0,5 ppb, und einen Bräunungsgrad, bezogen auf die Phenolkonzentration von mehr als 8,9 zu 1 und ein Verhältnis der Hydroxyacetaldehyd-Konzentration zu der Acetol-Konzentration von mehr als 5,5 zu 1 hat.In a preferred process for preparing an aqueous smoke solution for use in food, wood pulp or cellulose is heated in the absence of oxygen to a temperature between 400 and 650°C within 1.0 second; maintaining a temperature between 400 and 650°C; maintaining the wood or cellulose together with pyrolysis products made from the wood or cellulose at a temperature between 400 and 650°C for a period between 0.03 and 0.60 seconds; reducing the temperature of the pyrolysis products to below 350°C within 0.6 seconds to obtain a liquid extract; the liquid extract is separated and collected, the liquid extract is diluted with water to cause partial phase separation and to obtain an aqueous solution having a benz[a]pyrene concentration of less than 1.0 ppb, preferably less than 0.5 ppb, and a degree of browning based on the phenol concentration of more than 8.9 to 1 and a ratio of the hydroxyacetaldehyde concentration to the acetol concentration of more than 5.5 to 1.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung schafft ein Verfahren zum Würzen und Färben von Nahrungsmitteln, indem die Nahrungsmittel mit einer wäßrigen Rauchlösung in Kontakt gebracht werden, die durch schnelle oder Blitz-Pyrolyse hergestellt werden.Another embodiment of the invention provides a method for seasoning and coloring foods by contacting the foods with an aqueous smoke solution produced by rapid or flash pyrolysis.

Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung einer flüssigen Rauchlösung, in dem ein flüssiges, kondensiertes Produkt aufgefangen wird, das durch schnelle oder Blitz-Pyrolyse von Holzschliff oder Cellulose in einer sauerstoffarmen Atmosphäre ohne die Zugabe von Wasser erhalten wird; in dem ein Teil des flüssigen Kondensats aus der Pyrolyse mit 0,25-25 Gewichtsteilen Wasser gemischt wird, und anschließend die nicht-wäßrige Phase von der wäßrigen Phase, die die gewünschte flüssige Rauchlösung bildet, abgetrennt wird.Another embodiment of the present invention provides a process for producing a liquid smoke solution by collecting a liquid condensed product obtained by rapid or flash pyrolysis of wood pulp or cellulose in an oxygen-deficient atmosphere without the addition of water; by mixing a portion of the liquid condensate from the pyrolysis with 0.25-25 parts by weight of water, and then separating the non-aqueous phase from the aqueous phase forming the desired liquid smoke solution.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung schafft ein Verfahren, bei dem ausreichend Wasser zugegeben wfrd, um eine flüssige Rauchlösung herzustellen, wobei das Verhältnis des Bräunungsgrades zu der Phenolkonzentration größer als 8,9 zu 1 ist.Another embodiment of the invention provides a process in which sufficient water is added to produce a liquid smoke solution, wherein the ratio of the degree of browning to the phenol concentration is greater than 8.9 to 1.

Da die Flüssigkeiten in der schnellen oder Blitz-Pyrolyse ohne eine Zugabe von Wasser hergestellt werden, anders als andere, herkömmlich hergestellten, bestehen sie aus einer einzigen Phase. Aufgrund der extrem hohen Aufheizgeschwindigkeit und der kurzen Verweilzeit haben diese Lösungen schon an sich einen geringen Benz[a]pyrengehalt Die Gehalte jedoch, obwohl sie zumindest eine Größenordnung niedriger sind als die Gehalte, die durch herkömmlichen. flüssigen Rauch produziert werden, sind für den Verbrauch in vielen Ländern noch zu hoch. Um das Benz[a]pyren auf weniger als 0,5 ppb zu reduzieren, ist daher eine Zugabe von Wasser notwendig, um eine Phasentrennung zu bewirken. Folglich weist die Erfindung für Nahrungsmittel die geeignete, wasserlösliche Fraktion des Produktes der schnellen Pyrolyse auf.Since the liquids in rapid or flash pyrolysis are produced without the addition of water, unlike others produced conventionally, they consist of a single phase. Due to the extremely high heating rate and short residence time, these solutions inherently have a low benzo[a]pyrene content. However, the levels, although at least an order of magnitude lower than those produced by conventional liquid smoke, are still too high for consumption in many countries. In order to reduce the benzo[a]pyrene to less than 0.5 ppb, an addition of water is therefore necessary to cause phase separation. Consequently, the invention has the appropriate water-soluble fraction of the rapid pyrolysis product for food.

Der Einsatz dieser erfindungsgemäßen Flüssigkeit in der mit flüssigen Rauch würzenden Technik führt zu einem deutlich verbesserten, flüssigen Rauch, der eine Anzahl Unzulänglichkeiten der herkömmlichen Technik vermeidet, während sich gleichzeitig verbesserte Ausbeuten und ein qualitativ besseres Produkt ergeben.The use of this inventive liquid in the liquid smoke flavoring technique results in a significantly improved liquid smoke that avoids a number of shortcomings of the conventional technique while at the same time providing improved yields and a better quality product.

Beim Einsatz der schnellen oder Blitz-Pyrolyseverfahren können Ausbeuten des flüssigen Produktes von bis zu ungefähr 80 Gew.% verwirklicht werden. Bei den richtigen Betriebsparametern liegt die Kohleausbeute bei ungefähr 6 %, während der Rest der Reaktionsprodukte aus gasförmigen Nebenprodukten besteht. Die Kohleausbeuten können bis unter 1 % reduziert werden, wenn es gewünscht wird.Using the fast or flash pyrolysis processes, liquid product yields of up to about 80 wt.% can be achieved. With the correct operating parameters, char yields are about 6%, while the remainder of the reaction products are gaseous by-products. Char yields can be reduced to below 1% if desired.

Flüssiger Rauch, der durch schnelle Pyrolyseverfahren hergestellt wird, zeigt erhöhte Gesamtgehalte an Carbonylen, Phenolen und Säuren und hat einen stark verbesserten Bräunungsgrad. Die Gesamtmenge der in Wasser löslichen Carbonyle, Phenole, Säuren, der Bräunungsgrad einer repräsentativen Probe eines herkömmlichen flüssigen Rauchs und Produkte gemäß der Erfindung aus zwei schnellen Pyrolyseverfahren sind in der Tabelle 1 unten aufgeführt. Tabelle 1: Analyse der wasserlöslichen Flüssigkeiten Ausbeute aus Holz Probenquelle Gesamtgehalt Carbonyle (% Gew./Gew.) Gesamtgehalt Phenole (% Gew./Gew.) Gesamtgehalt Säuren (% Gew./Gew.) Einheiten des Bräunungsgrades/100 g knochentrockenes Holz 1. Wirbelschicht (500ºC, 0,5 s) 2. schnelle, thermische Verfahren (600ºC, 0,2 s) 3. handelsüblicher flüssiger Rauch % Gew./Gew. - Gew.% der Produktausbeute aus trockenem Holz als Einsatzprodukt, aus der wasserlöslichen Fraktion bestimmtLiquid smoke produced by rapid pyrolysis processes exhibit increased total levels of carbonyls, phenols and acids and have a greatly improved browning level. The total amount of water soluble carbonyls, phenols, acids, browning level of a representative sample of conventional liquid smoke and products according to the invention from two rapid pyrolysis processes are shown in Table 1 below. Table 1: Analysis of water soluble liquids Yield from wood Sample source Total carbonyls (% w/w) Total phenols (% w/w) Total acids (% w/w) Browning units/100 g bone dry wood 1. Fluidized bed (500ºC, 0.5 s) 2. Fast thermal processes (600ºC, 0.2 s) 3. Commercial liquid smoke % w/w - Wt% of product yield from dry wood feedstock determined from the water soluble fraction

Wie aus Tabelle 1 zu ersehen ist, ist die Ausbeute an Carbonylen näherungsweise dreimal größer, wenn Flüssigkeiten verwendet werden, die durch Verfahren der schnellen Pyrolyse hergestellt werden, als bei handelsüblichem flüssigen Rauch, während die Ausbeute an Phenolen sich mehr als verdoppelt hat, die Ausbeute an Säuren verbessert worden ist und der Bräunungsgrad ungefähr sechsmal größer ist.As can be seen from Table 1, the yield of carbonyls is approximately three times greater when liquids produced by fast pyrolysis processes are used than with commercial liquid smoke, while the yield of phenols is more than doubled, the yield of acids is improved, and the degree of browning is approximately six times greater.

Der Gehalt an Benz[a]pyren in den Flüssigkeiten aus der schnellen Pyrolyse ist vor der Verdünnung und Phasentrennung mindestens eine Größenordnung kleiner als bei Flüssigkeiten. die durch bekannte, handelsübliche Verfahren hergestellt werden. Dieser geringere Gehalt an Benz[a]pyren erlaubt es, ein konzentrierteres Produkt herzustellen. Die Gesamtmenge des Kondensats aus der herkömmlichen Pyrolyse enthält näherungsweise 750 ppb an Benz[a]pyren.The level of benz[a]pyrene in the liquids from fast pyrolysis is, prior to dilution and phase separation, at least an order of magnitude lower than that of liquids produced by known commercial processes. This lower level of benz[a]pyrene allows a more concentrated product to be produced. The total condensate from conventional pyrolysis contains approximately 750 ppb of benz[a]pyrene.

Der Gehalt an Benz[a]pyren in der Gesamtmenge des Kondensats aus der schnellen Pyrolyse liegt zwischen 5 und 50 ppb.The content of benz[a]pyrene in the total condensate from the fast pyrolysis is between 5 and 50 ppb.

Nach der Verdünnung und Phasenabtrennung ist bei der schnellen Pyrolyse das Verhältnis der Carbonyle zu Phenolen größer, was charakteristisch für die hohe Bräunungsfähigkeit im Verhältnis zu der Höhe der Würzkraft ist. Zusätzlich sind die Ausbeuten der unerwünschten Nebenprodukte geringer und die entsprechenden Kosten niedriger.After dilution and phase separation, the ratio of carbonyls to phenols is higher in rapid pyrolysis, which is characteristic of the high browning ability in relation to the level of seasoning power. In addition, the yields of the undesirable by-products are lower and the corresponding costs are lower.

Nicht konzentrierter handelsüblicher, flüssiger Rauch hat einen Bräunungsgrad zwischen 3,0 und 13. Während Verfahren zur Konzentrierung von flüssigem Rauch zur Verfügung stehen, um einen Bräunungsgrad von bis zu 25 zu erreichen, hat nicht-konzentrierter flüssiger Rauch eine praktische obere Grenze von ungefähr 13, da die Benz[a]pyrengehalte sehr hoch werden, wenn der flüssige Rauch in dem Wassersammelbad über diesen Gehalt hinaus weiter konzentriert wird.Unconcentrated commercial liquid smoke has a browning level between 3.0 and 13. While processes are available to concentrate liquid smoke to achieve a browning level of up to 25, unconcentrated liquid smoke has a practical upper limit of about 13, since benz[a]pyrene levels become very high when the liquid smoke is further concentrated in the water collection bath beyond this level.

Durch den Einsatz der schnellen Pyrolyseverfahren können Bräunungsgrade von bis zu 45 ohne jegliche Konzentrierungsschritte und Benz[a]pyrengehalte von weniger als 0,5 ppb erzielt werden.By using rapid pyrolysis processes, browning levels of up to 45 can be achieved without any concentration steps and benz[a]pyrene contents of less than 0.5 ppb.

Die Gegenwart von Hydroxyacetaldehyd kann als Maß für den Wert der Flüssigkeit für Rauchfärbeanwendungen verwendet werden. Die Ausbeute dieser Verbindung in schnellen oder Blitz-Pyrolyseverfahren erhöht sich mit abfallender Temperatur von 900 auf ungefähr 500ºC und einem Abfallen der Verweilzeit. Ausbeuten von Hydroxyacetaidehyd in einem Überschuß von ungefähr 8 Massen% können bei einer Reaktionstemperatur von 550 oder 600ºC und einer Verweilzeit des Dampfes von 100 ms erhalten werden.The presence of hydroxyacetaldehyde can be used as a measure of the value of the liquid for smoke coloring applications. The yield of this compound in fast or flash pyrolysis processes increases with decreasing temperature from 900 to about 500°C and decreasing residence time. Yields of hydroxyacetaldehyde in excess of about 8 mass% can be obtained at a reaction temperature of 550 or 600°C and a vapor residence time of 100 ms.

Die Ausbeute an Hydroxyacetaldeyd ist bei schnellen Pyrolyseverfahren sehr viel größer. Ein Vergleich der Ausbeuten von Hydroxyacetaldehyd aus zwei schnellen Pyrolyseverfahren und in handelsüblichem, flüssigen Rauch ist in Tabelle 2 aufgeführt. Wie zu ersehen ist, werden bei der schnellen Pyrolyse Ausbeuten bis zur ungefähr vierfachen Menge erreicht. Hydroxyacetaldehyd ist eines der vorherrschenden Carbonyle in den Flüssigkeiten der Holzpyrolyse und wird daher als Maß für flüssige Rauchanwendungen verwendet. Tabelle 2: Chemische Analyse der Pyrolyseflüssigkeiten (Ausbeuten an Hydroxyacetaldehyd) Probenquelle Ausbeuten an Hydroxyacetaldehyd (% Gew. /Gew.) 1. Wirbelschicht (450 bis 550ºC, 0,5 s) 2. schnelle, thermische Verfahren (550 bis 700ºC, 0,2 s) 3. handelsüblicher flüssiger Rauch weniger als 2The yield of hydroxyacetaldehyde is much higher in fast pyrolysis processes. A comparison of the yields of hydroxyacetaldehyde from two fast pyrolysis processes and in commercial liquid smoke is shown in Table 2. As can be seen, yields of up to approximately four times the amount are achieved in fast pyrolysis. Hydroxyacetaldehyde is one of the predominant carbonyls in the wood pyrolysis liquids and is therefore used as a measure for liquid smoke applications. Table 2: Chemical analysis of pyrolysis liquids (hydroxyacetaldehyde yields) Sample source Hydroxyacetaldehyde yields (% w/w) 1. Fluidized bed (450 to 550ºC, 0.5 s) 2. Fast thermal processes (550 to 700ºC, 0.2 s) 3. Commercial liquid smoke less than 2

Hydroxyacetaldehyd (Glycoaldehyd) und Acetol (1-Hydroxy-2-propanon) sind die beiden vorherrschenden Carbonyle in Pyrolyseflüssigkeiten. Hydroxyacetaldehyd ist reaktiver in Bezug auf die Bräunung und seine Gegenwart ist ein ausgezeichnetes Maß für die Bräunungsfähigkeit der Flüssigkeit. Acetol bräunt kaum. Das Konzentrationsverhältnis von Hydroxyaldehyd zu Acetol kann daher als ein Maß für die Wirksamkeit der Carbonyle in Flüssigkeiten im Hinblick auf die Bräunungsfähigkeit verwendet werden.Hydroxyacetaldehyde (glycoaldehyde) and acetol (1-hydroxy-2-propanone) are the two predominant carbonyls in pyrolysis fluids. Hydroxyacetaldehyde is more reactive with respect to browning and its presence is an excellent measure of the browning ability of the fluid. Acetol does not brown much. The concentration ratio of hydroxyaldehyde to acetol can therefore be used as a measure of the effectiveness of the carbonyls in fluids with respect to browning ability.

Die Analyse zeigt, daß das Konzentrationsverhältnis von Hydroxyacetaidehyd zu Acetol in herkömmlichem flüssigen Rauch weniger als 1,0 beträgt. Das durchschnittliche Verhältnis (4 Proben) von Hydroxyacetaldehyd/Acetol in Flüssigkeiten der schnellen Pyrolyse beträgt jedoch ungefähr 6 (5,9), während das maximal gemessene Verhältnis 7,2 beträgt. Daraus folgt, daß bei der schnellen Pyrolyse nicht nur mehr Carbonyle hergestellt werden, (d.h. höhere Ausbeuten), sondern daß die hergestellten Carbonyle wirksamere Bräunungsagentien sind.The analysis shows that the concentration ratio of hydroxyacetaldehyde to acetol in conventional liquid smoke is less than 1.0. However, the average ratio (4 samples) of hydroxyacetaldehyde/acetol in fast pyrolysis liquids is approximately 6 (5.9), while the maximum measured ratio is 7.2. It follows that not only are more carbonyls produced in fast pyrolysis (i.e. higher yields), but that the carbonyls produced are more effective tanning agents.

Die Parameter, die in jedem schnellen Pyrolyseverfahren optimiert sein sollten, um ein geeignetes flüssiges Produkt herzusteilen, um es als flüssigen Rauch zu verwenden, beinhalten:The parameters that should be optimized in any rapid pyrolysis process to produce a suitable liquid product to be used as liquid smoke include:

1) hohe Aufheizgeschwindigkeiten des Holz-Finsatzproduktes (mehr als 1000ºC pro Sekunde)1) high heating rates of the wood-based product (more than 1000ºC per second)

2) eine Verweilzeit des Dampfes (d.h. die durchschnittliche Zeit, die die Gas-/Dampfphase in dem Reaktor bleibt) von mehr als (0,15 Sekunden und weniger als 1,0 Sekunden unii bevorzugt weniger als 0,6 Sekunden;2) a vapor residence time (i.e. the average time the gas/vapor phase remains in the reactor) of more than (0.15 seconds and less than 1.0 seconds, preferably less than 0.6 seconds;

3) Reaktortemperaturen bei der isothernien Raktion zwischen 400 und 800ºC; und3) reactor temperatures in the isothermal reaction between 400 and 800ºC; and

4) ein Abschreck en des flüssigen/dampfförmigen Produktes auf eine Temperatur von weniger als 300ºC in weniger als 0,6 Sekunden, um hohe Ausbeuten an Flüssigkeiten zu erzielen.4) quenching the liquid/vaporous product to a temperature of less than 300ºC in less than 0.6 seconds to achieve high yields of liquids.

Wenn für die Pyrolyse eine Vakuum-Apparatur verwendet wird, ist die Aufheizgeschwindigkeit des Holzes jder der Cellulose sehr viel geringer als bei einer Apparatur für das schnelle thermische Verfahren oder einem Wirbelschichtreaktor. Sekundäre Pyrolysereaktionen werden jedoch reduziert, indem die primären Pyrolysedämpfe schnell entfernt und abgekühlt werden. Somit ist die schnelle Aufheizgeschwindigkeit nicht so entscheidend, solange die Sekundärreaktionen unterdrückt werden.When a vacuum apparatus is used for pyrolysis, the heating rate of the wood or cellulose is much slower than with a fast thermal process apparatus or a fluidized bed reactor. However, secondary pyrolysis reactions are reduced by rapidly removing and cooling the primary pyrolysis vapors. Thus, the rapid heating rate is not so critical as long as the secondary reactions are suppressed.

Die Hauptbestandteil der schnellen Pyrolyseverfahren sind geeignet, sowohl eine sehr hohe Temperatur in einer minimalen Zeitspanne zu erreichen, als auch bei diesen Temperaturen eine relativ kurze Verweilzeit zu haben, um eine Pyrolyse des Holzes oder der Cellulose zu bewirken. Diese kurze Verweilzeit bei einer hohen Temperatur wird durch viele Systeme erreicht. Ein Verfahren ist ein Vakuum-Pyrolyseverfahren, das auf dem Prinzip basiert, daß primäre Produkte unter Vakuumbedingungen aus dem Reaktor mitgerissen werden können, bevor sie die Möglichkeit haben, weiterzureagieren und sekundäre Pyrolseprodukt zu bilden. Dieses Verfahren wird in Fundamentals of Thermo-Chemical Biomass Conversion, R.P. Overend et al. (Herausgeber) Elsevier Publishers, (1985) in einem Artikel mit dem Titel "Pyrolysis under Vacuum of Aspen Poplar" von Christian Roy, Bruno de Caumia, Dominique Brouillard and Hughes Menard beschrieben, auf dessen Inhalt hier ausdrücklichThe main components of rapid pyrolysis processes are capable of both reaching a very high temperature in a minimal amount of time and having a relatively short residence time at these temperatures to effect pyrolysis of the wood or cellulose. This short residence time at a high temperature is achieved by many systems. One process is a vacuum pyrolysis process based on the principle that primary products can be entrained from the reactor under vacuum conditions before they have a chance to react further and form secondary pyrolysis products. This process is described in Fundamentals of Thermo-Chemical Biomass Conversion, R.P. Overend et al. (Editors) Elsevier Publishers, (1985) in an article entitled "Pyrolysis under Vacuum of Aspen Poplar" by Christian Roy, Bruno de Caumia, Dominique Brouillard and Hughes Menard, the contents of which are expressly referred to here.

verwiesen wird. Das feste Holz-Einsatzprodukt bleibt in dem Reaktor bis es vollständig abreagiert ist. Es wird von einer Gesamtausbeute an Flüssigkeit von 68-74 Gew.% der Masse des gesamten Holz-Einsatzproduktes bei Reaktionstemperaturen von 450ºC, einer Aufheizgeschwindigkeit des Feststoffes von 10ºC/min und einer Verweilzeit von bis zu 2 Sekunden berichtet. Bei einer Verweilzeit des Dampfes von ungefähr 2 Sekunden liegen die Kohle-Ausbeuten zwischen 16 und 20 Gew.% der Masse des Holz Einsatzproduktes.The solid wood feedstock remains in the reactor until it has completely reacted. A total liquid yield of 68-74 wt.% of the mass of the total wood feedstock is reported at reaction temperatures of 450ºC, a solid heating rate of 10ºC/min and a residence time of up to 2 seconds. With a steam residence time of approximately 2 seconds, the char yields are between 16 and 20 wt.% of the mass of the wood feedstock.

Ein zweites Verfahren für die schnelle Pyrolyse ist die "Blitz"-Pyrolyse, die ein Wirbelschicht-Reaktorsystem verwendet und bei Temperaturen zwischen 400 und 650ºC arbeitet. Es werden Gesamtausbeuten der Flüssigkeit zwischen 60 und 70 % des Holz-Einsatzproduktes bei einer durchschnfttlichen Verweilzeit von 0,5 Sekunden erhalten. Die Ausbeute an Kohle liegt normalerweise zwischen 10 und 20 % der Holzmasse. Es können Verweilzeiten von bis zu 3,0 Sekunden erreicht werden. Siehe "Production of Liquids from Biomass by Continuous Fast Pyrolysis" in Bioenergy 84 vol. 3, Biomass Conversion; D S. Scott und J. Piskorz, auf dessen Inhalt hier ausdrücklich verwiesen wird.A second method for fast pyrolysis is "flash" pyrolysis, which uses a fluidized bed reactor system and operates at temperatures between 400 and 650ºC. Total liquid yields of between 60 and 70% of the wood feedstock are obtained with an average residence time of 0.5 seconds. Char yields are typically between 10 and 20% of the wood mass. Residence times of up to 3.0 seconds can be achieved. See "Production of Liquids from Biomass by Continuous Fast Pyrolysis" in Bioenergy 84 vol. 3, Biomass Conversion; D S. Scott and J. Piskorz, the contents of which are incorporated herein by reference.

Ein drittes Verfahren ist ein schnelles Pyrolyseverfahren, das heiße, aus Teilchen bestehende Feststoffe und/oder inerte Gase verwendet, um in einem Reaktursystem schnell Wärme aufdiie kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffe zu übertragen (Schnelle Thermische Pyrolyse). Dies führt zu sehr hohen Ausbeuten an Flüssigkeit oder Gas aus Biomasse, abhängig von den Reaktorbedingungen. Kohleausbeuten liegen zwischen 0 und 6%, in Abhängigkeit von dem Einsatzprodukt, der Reaktortemperatur und der Verweilzeit. Maximale Gasausbeuten betragen bei 900ºC 90 % der Masse des Einsatzproduktes und maximale Flüssigkeitsausbeuten liegen bei 85% der Masse des Einsatzproduktes bei 600-650ºC. Diese Apparatur kann zwischen 350 und 1000ºC mit Verweilzeiten zwischen 0,030 und 3,0 Sekunden betrieben werdend Eine Apparatur zur schnellen thermischen Pyrolyse ist in "Characterization Of Solids Mixing In An Ultra-Rapid Fluidized Reactor", von Berg. et al. beschrieben worden, der in der Powder and Bulk Solids Conference, Rosemont, Illinois, 12.-15. Mai 1986 vogrgestellt worden ist.A third process is a fast pyrolysis process that uses hot particulate solids and/or inert gases to rapidly transfer heat to the carbonaceous feedstocks in a reactor system (Fast Thermal Pyrolysis). This results in very high yields of liquid or gas from biomass, depending on the reactor conditions. Char yields range from 0 to 6%, depending on the feed, reactor temperature and residence time. Maximum gas yields are 90% of the mass of the feed at 900ºC and maximum liquid yields are 85% of the mass of the feed at 600-650ºC. This apparatus can be operated between 350 and 1000ºC with residence times between 0.030 and 3.0 seconds. An apparatus for rapid thermal pyrolysis is described in "Characterization Of Solids Mixing In An Ultra-Rapid Fluidized Reactor", by Berg et al., presented at the Powder and Bulk Solids Conference, Rosemont, Illinois, May 12-15, 1986.

Jedes dieser schnellen Pyrolyseverfahren bietet dort, wo es eingesetzt werden kann, gegenüber herkömmlichen Pyrolysesystemen deutlich verbesserte Ausbeuten und qualitativ bessere flüssige Produkte und gasförmige Produkte.Each of these rapid pyrolysis processes, where applicable, offers significantly improved yields and better quality liquid and gaseous products compared to conventional pyrolysis systems.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Einzelheiten der Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.Details of the embodiments of the invention are described with reference to the accompanying drawings.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Flußsystems zur schnellen Pyrolyse, das als schnelles thermiscbes Verfahren bekannt ist.Fig. 1 is a schematic representation of a flow system for rapid pyrolysis, known as a fast thermal process.

Fig. 2 ist eine Ansicht des Reaktors der Pyrolyseapparatur von Fig. 1 von oben.Fig. 2 is a top view of the reactor of the pyrolysis apparatus of Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III in Figur 2.Fig. 3 is a section along the line III-III in Figure 2.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Produktausbeutc in Massenprozent als Funktion der Verweilzeit in Millisekunden.Fig. 4 is a graphical representation of product yield in mass percent as a function of residence time in milliseconds.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Ausbeuten an Hydroxyacetaldehyd als Funktion der Reaktortemperatur.Fig. 5 is a graphical representation of the yields of hydroxyacetaldehyde as a function of reactor temperature.

Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der Ausbeuten an Hydroxyacetaldehyd als Funktion der Verweilzeit bei Unterschiedlichen Temperaturen.Fig. 6 is a graphical representation of the yields of hydroxyacetaldehyde as a function of residence time at different temperatures.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDetailed description of the preferred embodiments

In der folgenden Beschreibung werden sich entsprechende Elemente, die in jeder Figur der Zeichnungen dargestellt sind, mit derselben Bezugszahl bezeichnet.In the following description, corresponding elements shown in each figure of the drawings will be designated by the same reference numeral.

Obwohl sich die beiliegenden Zeichnungen und die Beschreibung auf das Schnelle Thermische Pyrolyseverfahren beziehen, können entsprechende Produkte auch mit Vakuum- und Blitz-Pyrolysesystemen, und auch mit anderen Systemen, die hohe Temperaturen bei einer begrenzten Verweilzeit bieten, erhalten werden.Although the accompanying drawings and description refer to the Fast Thermal Pyrolysis process, corresponding products can also be obtained with vacuum and flash pyrolysis systems, and also with other systems that provide high temperatures with a limited residence time.

Die Hauptbestandteile des schnellen thermischen Verfahrens sind in Fig. 1 dargestellt. Schnelles Mischen und eine schnelle Wärmeübertragung werden in zwei Kesseln vollzogen. Der erste Kessel (1) oder thermische Mischer ermöglicht es. daß die Wärme auf das Holz von heißen, aus Teilchen bestehenden Feststoffen oder Gasen übertragen wird, die aus gasförmigem Stickstoff, suspendierten, aus Teilchen bestehenden Feststoffen oder einer Kombination aus beidem bestehen können. Im zweiten Kessel (9) dein Abschreckgefäß, können die Produkte abgeschreckt werden, um Sekundärreaktionen der zunächst entstehenden Pyrolyseprodukte zu verringern.The main components of the rapid thermal process are shown in Fig. 1. Rapid mixing and heat transfer are accomplished in two vessels. The first vessel (1) or thermal mixer allows heat to be transferred to the wood from hot particulate solids or gases, which may consist of gaseous nitrogen, suspended particulate solids, or a combination of both. In the second vessel (9), the quenching vessel, the products may be quenched to reduce secondary reactions of the initially formed pyrolysis products.

Figuren 2 und 3 zeigen, daß der thermische Mischer (1) einander gegenüberliegende, zusammenführende Einlässe (3) für den festen Wärmeträger besitzt. Das System zerstört wirkungsvoll den Drehimpuls des Wärmeträgers, indem es eine heftige Turbulenz verursacht. Pulvensierte Holz-Einsatzprodukte werden dann durch ein gekühltes Rohr (4) über das obere Ende des thermischen Mischers (1) dem turbulenten Bereich zugeführt, wo sie innerhalb von 30 Millisekunden vermischt werden.Figures 2 and 3 show that the thermal mixer (1) has opposing, merging inlets (3) for the solid heat carrier. The system effectively destroys the angular momentum of the heat carrier by causing violent turbulence. Pulverized wood feedstocks are then fed through a cooled pipe (4) over the top of the thermal mixer (1) to the turbulent region where they are mixed within 30 milliseconds.

Nach dem Aufheizen und Mischen bleiben das Holz oder die Cellulose und die primären Dämpfe aus der Pyrolyse zwischen 0,03 und 2,0 Sekunden bei der Reaktionstemperatur, je nachdem welche Produkte gewünscht sind. Die primären Pyrolysedämpfe entstehen, sobald das Holz oder die Cellulose ausreichend erhitzt worden ist, um die Pyrolysereaktionen in Gang zu setzen.After heating and mixing, the wood or cellulose and the primary vapors from pyrolysis remain at the reaction temperature for between 0.03 and 2.0 seconds, depending on the desired products. The primary pyrolysis vapors are generated once the wood or cellulose has been heated sufficiently to initiate the pyrolysis reactions.

Das heiße gasförmige Produkt wird durch die Zugabe eines einzigen tangentialen Strahls von Stickstoff (5) mit sehr niedriger Temperatur schnell abgekühlt (d.h. in weniger als 30 Millisekunden). Mechanische Tisch-Beschickungsanlagen dienen zur Beschickung des Reaktorsystems mit Holz. Die Feststoffe strömen aus versiegelten Fülltrichtern (6) (die einen ausreichenden Inhait an Holz oder aus Teiichen bestehenden Feststoffen haben) durch ein Doppeltrichtersystem und werden durch diese auf einen rotierenden Tisch dosiert. Zwei befestigte Prallbleche sitzen nahe der Oberfläche des rotierenden Tisches und drängen die Feststoffe über den äußeren Rand hinaus. Von dem Tisch fallen die Feststoffe dann in eine konische Kammer, wo sie von dem Trägergas, Stickstoff aufgenommen werden und in die Transportleitung mitgerissen werden. Der grobe Bereich, in dem die Beschickungsgeschwindigkeit mit Biomasse oder aus Teilchen bestehenden Feststoffen eingestellt werden soll, wird gewählt, indem ein Zwischenraum zwischen dem unteren Trichter und dem Tisch gelassen wird. Die exakte Steuerung erfolgt durch die Rotationsgeschwindigkeit des Tisches.The hot gaseous product is rapidly cooled (i.e. in less than 30 milliseconds) by the addition of a single tangential jet of very low temperature nitrogen (5). Mechanical table feeders are used to feed wood to the reactor system. The solids flow from sealed hoppers (6) (containing a sufficient amount of wood or particulate solids) through a double hopper system and are metered through these onto a rotating table. Two fixed baffles sit near the surface of the rotating table and force the solids over the outer edge. From the table the solids then fall into a conical chamber where they are picked up by the carrier gas, nitrogen, and entrained into the transport line. The rough range in which the biomass or particulate solids feeding rate is to be adjusted is selected by leaving a gap between the lower hopper and the table. Exact control is achieved by the rotation speed of the table.

Wenn aus Teilchen bestehende Feststoffe erforderlich sind, um die Prozeßwärme zuzuführen, leiten die Beschickungsanlagen (7) heiße aus Teilchen bestehende Feststoffe durch ein nicht-mechanisches Hochtemperaturventil, das bei Reaktionstemperatur arbeitet. Diese heißen Feststoffe werden dann zu dem thermischen Mischer (1) geleitet.When particulate solids are required to supply the process heat, the feeders (7) pass hot particulate solids through a non-mechanical high temperature valve operating at reaction temperature. These hot solids are then passed to the thermal mixer (1).

Das feste, aus Teilchen bestehende, kohlenstoffhaltige Einsatzprodukt (oder zerstäubte, kohlenstoffhaltige Flüssigkeiten) wird dann axial durch ein mit Wasser oder Luft gekühltes Rohr (4) in den turbulenten Bereich des Reaktors (1) injiziert,wo es wirkungsvoll gemischt und schnell innerhalb von 0,10 Sekunden. bevorzugt innerhalb von 0,03 Sekunden, auf mindestens 400ºC aufgeheizt wird.The solid particulate carbonaceous feed (or atomized carbonaceous liquids) is then injected axially through a water or air cooled tube (4) into the turbulent region of the reactor (1) where it is effectively mixed and rapidly heated to at least 400ºC within 0.10 seconds, preferably within 0.03 seconds.

Die schnelle Pyrolyse von Holz wird in dem thermischen Mischer (1) initiiert und in einem Transportreaktor (9) weitergeführt. Der Transportreaktor besteht aus einer Rohrlänge, die sich in einem elektrischen Ofen (10) befindet. Die Mischung aus heißen Gasen und Biomasse strömt aus dem thermischen Mischer (1) durch den Transportreaktor (9) in das Abschreckgefäß (2) und den Feststoffabscheider (23). Indem man das Reaktorvolumen und das Verhältnis der Fließgeschwindigkeit von Wärmeträger und Biomasse verändert, kann die Verweilzeit zwischen 0,03 und 3,0 Sekunden variiert werden. Reaktortemperaturen können in dem Bereich von 400 bis 1000ºC liegen, bevorzugte Temperaturen liegen zwischen 400 und 800ºC und besonders bevorzugte Temperaturen zwischen 500 und 600ºC. Die erreichbare Aufheizgeschwindigkeit dieses Gerätes beträgt mehr als 1000ºC pro Sekunde.The rapid pyrolysis of wood is initiated in the thermal mixer (1) and continued in a transport reactor (9). The transport reactor consists of a length of pipe located in an electric furnace (10). The mixture of hot gases and biomass flows from the thermal mixer (1) through the transport reactor (9) into the quench vessel (2) and the solids separator (23). By changing the reactor volume and the ratio of the flow rate of heat carrier and biomass, the residence time can be varied between 0.03 and 3.0 seconds. Reactor temperatures can be in the range of 400 to 1000ºC, preferred temperatures are between 400 and 800ºC and particularly preferred temperatures are between 500 and 600ºC. The achievable heating rate of this device is more than 1000ºC per second.

Mit einem leistungsfähigen Zyklonkühler (25) wird die Ausbeute der zuruckgewonnenen, flüssigen Produkte verbessert. Zusätzlich kann ein elektrostatischer Ausfällapparat (24) in die nach unten führende Gasleitung eingebaut werden. um zusätzliche flüssige Produkte zurückzugewinnen.A powerful cyclone cooler (25) improves the yield of the recovered liquid products. In addition, an electrostatic precipitator (24) can be installed in the downward gas line to recover additional liquid products.

Obwohl hier nur die Apparatur für das Schnelle Thermische Verfahren beschrieben wird, soll die Erfindung, die durch die folgenden Ansprüche definiert ist, jede Verwendung der Produkte aus einem schnellen Pyrolyseverfahren zum Aromatisieren durch flüssigen Rauch abdecken.Although only the apparatus for the Fast Thermal Process is described here, the invention, as defined by the following claims, is intended to cover any use of the products of a fast pyrolysis process for flavoring by liquid smoke.

Das Holz-Einsatzprodukt kann jedes geeignete Holzprodukt sein, es wird jedoch roter Ahorn bevorzugt. Das Einsatzprodukt sollte zu einem 100- 500 um feinen Pulver gemahlen und anschließend getrocknet werden, bevor es als Pyrolyse- Einsatzprodukt verwendet wird.The wood feedstock can be any suitable wood product, but red maple is preferred. The feedstock should be ground to a 100-500 µm fine powder and then dried before use as the pyrolysis feedstock.

Nachdem die Kondensate aufgefangen worden sind, wird Wasser zugegeben, um eine Phasentrennung herbeizuführen, um den Gehalt an Benz[a]pyren und Teeren zu reduzieren. Die Menge des Wassers. die über die zur Phasentrennung notwendige Menge hinaus hinzugefügt wird, liegt im jeweiligen Ermessen. Je mehr Wasser zugegeben wird, um so größer ist die Abtrennung von Bestandteilen mit höherem Molekulargewicht. Das Wasser kann bis zu einem gewünschten Maß über das zur Phasentrennung nötige Maß hinaus zugegeben werden, um eine gewünschte Höhe des Bräunungsgrades zu erreichen.After the condensates have been collected, water is added to cause phase separation to reduce the content of benzo[a]pyrene and tars. The amount of water added in excess of that required to cause phase separation is discretionary. The more water added, the greater the separation of higher molecular weight components. Water can be added to a desired level in excess of that required to cause phase separation to achieve a desired level of browning.

Für die Anwendung bei Wiener Würstchen sind Lösungen mit Bräunungsgraden bis zu ungefähr 3 hinunter zur Herstellung eines wünschenswert mit Rauch aromatisiertem und gefärbten Produktes geeignet. In einigen Märkten, wo dunklere, stärker geräucherte Produkte bevorzugt sind, werden zur Aromatisierung wäBrige Rauchlösungen mit einem Bräunungsindex von mindestens 20 routinemäßig eingesetzt.For use with Vienna sausages, solutions with browning levels down to approximately 3 are suitable to produce a desirably smoke-flavored and colored product. In some markets where darker, more heavily smoked products are preferred, aqueous smoke solutions with a browning index of at least 20 are routinely used for flavoring.

Wenn das bevorzugte Anwendungsverfahren die Zerstäubung ist, ist es manchmal schwierig, eine ausreichende Rauchfärbung des Fleisches zu erzielen. In diesen Fällen werden Rauchlösungen zur Aromatisierung mit Bräunungsgraden bis zu 30 eingesetzt. Die Menge des Wassers, das den Kondensaten dieser Erfindung zugefügt wird, uni eine Lösung herzustellen, die zur Anwendung bei Fleisch und anderen Lebensmitteln geeignet ist, hängt von dem vom Betreiber gewünschten Effekt ab.When the preferred method of application is atomization, it is sometimes difficult to achieve sufficient smoke coloring of the meat. In these cases, smoke solutions are used for flavoring with browning levels of up to 30. The amount of water added to the condensates of this invention to produce a solution suitable for application to meat and other foods depends on the effect desired by the operator.

Der im Handel erhältliche, flüssige Rauch hat Bräunungsgrade, die sich zwischen einem Mimmum von 3 und einer praktischen oberen Grenze von ungefähr 30 bewegen. Diese obere Grenze ergibt sich aus den Beschränkungen herkömmlicher Verfahren zur Herstellung flüssigen Rauchs. Die herkömmlichen Verfahren fangen die wasserlöslichen Kondensate in einem Wasserbad aufs Der Bräunungsgrad soll unterhalb von 13 gehalten werden, um die Benz[a]pyren- Konzentration zu verringern. Ein Bräunungsgrad von mehr als 13 wird durch anschließende Konzentrierung erreicht. Folglich wird es immer schwieriger und teurer, eine Rauchlösung mit einem Bräunungsgrad von mehr als 13 herzustellen. Die Schwierigkeiten und hohen Kosten der Konzentrierung setzen eine praktische obere Grenze von 30 fest, während durchaus Lösungen mit höheren Bräunungsgraden nützlich wären. Wenn andererseits Lösungen mit Bräunungsgraden von 30 oder mehr ohne weiteres im Handel erhältlich wären, könnten sie insbesondere bei der Zerstäubung oder als Starter für Anwendungen bei Wursthüllen wie in dem U.S. Patent 4 504 501 verwendet werden. Indem wenig oder gar kein Wasser zu den Kondensaten der vorliegenden Erfindung zugegeben wird, können Lösungen mit sehr hohen Bräunungsgraden hergestellt werden, ohne die Notwendigkeit oder die Kosten einer weiteren Konzentrierung.Commercially available liquid smoke has browning levels that range from a minimum of 3 to a practical upper limit of about 30. This upper limit is due to the limitations of conventional processes for producing liquid smoke. Conventional processes collect the water-soluble condensates in a water bath. The browning level should be kept below 13 to reduce the benz[a]pyrene concentration. A browning level above 13 is achieved by subsequent concentration. Consequently, it is becoming increasingly difficult and expensive to produce a smoke solution with a browning level above 13. The difficulties and high costs of concentration set a practical upper limit of 30, while solutions with higher browning levels would be useful. On the other hand, if solutions with browning levels of 30 or more were readily available commercially, they could be used particularly in atomization or as a starter for sausage casing applications such as in U.S. Patent 4,504,501. By adding little or no water to the condensates of the present invention, solutions with very high browning levels can be prepared without the need or expense of further concentration.

Beispiel 1example 1

Eine allgemeine Zusammenfassung der Ergebnisse einer schnellen Pyrolyse, die bei 650-800ºC durchgeführt wird, in der Apparatur für das schnelle thermische Verfahren, wobei roter Ahorn als Einsatzprodukt und Stickstoff als Wärmeträger eingesetzt werden, ist in Tabelle 3 aufgeführt. Die Apparatur, die für diese Ergebnisse verwendet wird, wird mit 300 g Einsatzprodukt pro Stunde beschickt. Die Ausbeuten an Kohle und Gas ergeben sich aus direkten Messungen und die Ausbeute an Flüssigkeit aus einer Differenzbildung. Diese Warte für die Flüssigkeitsausbeuten liegen jedoch sehr nahe bei den tatsächlichen Flüssigkeitsausbeuten, wie durch die Massenbilanz bestätigt wird. Alle Massenausbeuten in Prozent in Tabelle 3 werden auf eine knochentrockene Einsatzproduktbasis bezogen. Die Ergebnisse zeigen deutlich, daß die Kohleausbeuten signifikant kleiner und die Flüssigkeitsausbeuten signifikant höher als die entsprechenden Ausbeuten aus herkömmlichen langsamen Pyrolyseprozessen sind. Tabelle 3: Zusammenfassung der Massenbilanzen aus Pyrolyseexperimenten von rotem Ahorn Laufzahl Temp. (ºC) Verweilzeit (ms) Gasausbeute (%) kondensierte Flüssigkeiten zurückbleibende Flüssigk. (%) Kohle (%) gesamte Rückgewinnung (%) Anmerkung: - Wo keine kondensierten Flüssigkeiten gezeigt sind (keine Werte aufgeführt sind), stellen die zurückbleibenden Flüssigkeiten die vollständige flüssige Probe dar. - Diese Ergebnisse beziehen sich auf eine "Beschickungs"-Basis.A general summary of the results of a fast pyrolysis run at 650-800ºC in the fast thermal process apparatus using red maple as the feed and nitrogen as the heat transfer medium is shown in Table 3. The apparatus used for these results is fed with 300 g of feed per hour. The char and gas yields are from direct measurements and the liquid yield is from a difference calculation. However, these liquid yields are very close to the actual liquid yields as confirmed by mass balance. All percent mass yields in Table 3 are on a bone dry feed basis. The results clearly show that the char yields are significantly lower and the liquid yields are significantly higher than the corresponding yields from conventional slow pyrolysis processes. Table 3: Summary of mass balances from red maple pyrolysis experiments Run Number Temp. (ºC) Residence Time (ms) Gas Yield (%) Condensed Liquids Residual Liquids (%) Char (%) Total Recovery (%) Note: - Where no condensed liquids are shown (no values listed), the residual liquids represent the complete liquid sample. - These results are on a "feed" basis.

Beispiel 2Example 2 Betrieb von Prozeßapparaturen zur schnellen thermischen Pyrolyse und die ErgebnisseOperation of process equipment for rapid thermal pyrolysis and the results Betriebsparameter:Operating parameters:

- Die Experimente werden unter Verwendung von Pappelholz, das auf ungefähr 300-10&supmin;&sup6;m (300 um) zerkleinert ist, durchgeführt.- The experiments are carried out using poplar wood chopped to approximately 300-10⁻⁶m (300 µm).

- Die Feuchtigkeit des Holzes liegt bei ungefähr 1% (Feuchtigkeitsbasis).- The moisture content of the wood is approximately 1% (moisture basis).

- Holz wird mit einer Geschwindigkeit in dem Bereich von 3 bis 5 kg/h zugeführt.- Wood is fed at a rate in the range of 3 to 5 kg/h.

- Die Reaktionstemperaturen liegen in dem Bereich von 400 bis 650ºC.- The reaction temperatures are in the range of 400 to 650ºC.

- Die Verweilzeiten des Dampfes liegen normalerweise in dem Bereich von 600-1200 Millisekunden (ms).- The residence times of the steam are normally in the range of 600-1200 milliseconds (ms).

- Der Wärmeträger besteht aus Quarzsand mit einer mittleren Teilchengröße von ungefähr 150 10&supmin;&sup6;m (150 um) und wird durch inertes Stickstoffgas transportiert.- The heat transfer medium consists of quartz sand with an average particle size of approximately 150 10⁻⁶m (150 µm) and is transported by inert nitrogen gas.

Vorrichtung und Betriebsablauf:Device and operating procedure:

Apparaturen für schnelle thermische Prozesse des Typs, der in Figur 1, Figur 2 und Figur 3 zu sehen ist und heißer, aus Teilchen bestehender Sand als Wärmequelle, werden zur Herstellung von flüssigem Rauch eingesetzt. Die Apparatur ist auf eine Beschickung von 5 Kilogramm Einsatzprodukt pro Stunde ausgelegt. Drei Beschickungsanlagen für Wärmeträger werden verwendet, um den aus Sand bestehenden Wärmeträger aufzuheizen und ihn in die Transportleitungen zu überführen. Jede Beschickungsanlage ist ungefähr 1,2 Meter lang, hat einen äußeren Durchmesser von 150 mm und kann 30 kg Quarz sand aufnehmen. Die maximale Beschickungsgeschwindigkeit beträgt ungefähr 60 kg pro Stunde (für jede Beschickungsanlage) und die maximale Temperatur des Wärmeträgers beträgt 1100ºC. Die Steuerung der Beschickungsanlage wird über ein Durchströmrohr und ein nicht-mechanisches Hochtemperatur-"J"-Ventil bewerkstelligt.Rapid thermal process equipment of the type shown in Figure 1, Figure 2 and Figure 3, using hot particulate sand as the heat source, is used to produce liquid smoke. The equipment is designed to feed 5 kilograms of feed per hour. Three heat transfer fluid feeders are used to heat the sand heat transfer fluid and transfer it to the transfer lines. Each feeder is approximately 1.2 meters long, has an external diameter of 150 mm and can hold 30 kg of quartz sand. The maximum feed rate is approximately 60 kg per hour (for each feeder) and the maximum heat transfer fluid temperature is 1100ºC. The feeder is controlled by a flow tube and a non-mechanical high temperature "J" valve.

Das Pappelholz wird luftgetrocknet, gemahlen und eine mittlere Teilchengröße von ungefähr 300 10&supmin;&sup6;m (300 um) abgetrennt. Darauf wird es im Ofen getrocknet, bevor es in die Beschickungsanlage für die Biomasse gefüllt wird. Die Beschickungsanlage hat ein Fassungsvermögen von ungefähr 4 kg. Beschickungsgeschwindigkeiten können zwischen 0 und 10 kg pro Stunde variiert werden und hängen nicht von der Fließgeschwindigkeit des Transportgases und der Fließgeschwindigkeit des festen Trägers ab.The poplar wood is air dried, ground and a mean particle size of approximately 300 10⁻⁶m (300 µm) is separated. It is then oven dried before being fed into the biomass feeder. The feeder has a capacity of approximately 4 kg. Feeding rates can be varied between 0 and 10 kg per hour and are independent of the flow rate of the transport gas and the flow rate of the solid carrier.

Das Beschickungsmaterial Holz wird aus der "Beschickungsanlage für die Biomasse" zu dem oberen Ende des Reaktors geleitet, wo es in die Wolke turbulenter heißer Feststoffe injiziert wird. Ein extrem schnelles Aufheizen des Beschickungsmaterials kann erzielt werden, wenn das Einsatzprodukt und die heißen Sandteilchen schnell und gründlich vermischt werden. Nachdem das schnelle, gründliche Mischen abgeschlossen ist, strömen das Einsatzprodukt und der feste Wärmeträger durch einen röhrenförmigen Transportreaktor, dessen Länge so ausgelegt ist, daß sie die Verarbeitungsverweilzeit bestimmt. Das Reaktorsystem besteht aus einem schnellen, thermischen Mischer und zwei Längen eines Transportreaktors. Jedes dieser Bauteile befindet sich in seinem eigenen Ofen mit unabhängiger Temperaturregelung. Die Einsatzprodukte werden schnell mit dem festen Wärmeträger (d.h. Sand), der sich in dem schnellen thermischen Mischer befindet, vermischt. Darauf können chemische Reaktionen in den Transportreaktorbereichen durchgeführt werden. Der erste Reaktor hat eine Länge von 1,2 m, während der zweite 0,6 m lang ist. Die Bauteile des Reaktorsystems sind aus Sch 40 Inconel 601 gefertigt (40 mm Innendurchmesser/1,5" nominell).The wood feedstock is fed from the "biomass feeder" to the top of the reactor where it is injected into the cloud of turbulent hot solids. Extremely rapid heating of the feedstock can be achieved when the feedstock and the hot sand particles are rapidly and thoroughly mixed. After the rapid, thorough mixing is complete, the feedstock and solid heat carrier flow through a tubular transport reactor, the length of which is designed to determine the processing residence time. The reactor system consists of a fast thermal mixer and two lengths of transport reactor. Each of these components is located in its own furnace with independent temperature control. The feedstocks are rapidly mixed with the solid heat carrier (i.e. sand) located in the fast thermal mixer. Chemical reactions can then be carried out in the transport reactor sections. The first reactor is 1.2 m long, while the second is 0.6 m long. The reactor system components are made of Sch 40 Inconel 601 (40 mm internal diameter/1.5" nominal).

Nachdem die heißen Feststoffe (Kohle/Sand) in einem "Auffanggefäß" oder Abscheidekessel wiedergewonnen worden sind, werden die Produkte in der Übertragungsleitung schnell abgekühlt. Zusätzlich werden sie in Haupt- (wassergekühlten) und Sekundär-(Trockeneis/Aceton-gekühlten) Kühlern abgekühlt, in denen ebenfalls Dämpfe auskondensieren und Flüssigkeiten wiedergewonnen werden. Das Auffanggefäß für Feststoffe ist ein Trägheitsabscheider, der aus Edelstahl gefertigt ist und ungefähr 100 kg heißen Feststoff aufnehmen kann. Ein Abscheiden der Gase aus den Feststoffen beruht auf dem niedrigeren Trägheitsmoment des Gas/Flüssigkeitsproduktes (im Vergleich zu dem heißen Sand), das die Richtung plötzlicher als die Feststoffe ändern und in die Übertragungsleitung entweichen kann, um direkt mit Stickstoffgas abgeschreckt zu werden.After the hot solids (coal/sand) have been recovered in a "receiver" or separator vessel, the products are rapidly cooled in the transfer line. They are additionally cooled in main (water cooled) and secondary (dry ice/acetone cooled) coolers, which also condense vapors and recover liquids. The solids receiver vessel is an inertial separator made of stainless steel and can hold approximately 100 kg of hot solids. Separation of gases from the solids is based on the lower moment of inertia of the gas/liquid product (in Compared to the hot sand), which can change direction more suddenly than the solids and escape into the transfer line to be directly quenched with nitrogen gas.

Der Hauptkühler ist eine mit Wasser umspülte Leitung aus Flußstahl (die sowohl eine innere als auch eine äußere Wasserummantelung besitzt), die mit einem gegen Chemikalien beständigen Anstrich versehen ist. Das Kühlwasser tritt mit ungefähr 19ºC ein und kühlt das Produkt auf ungefähr 35ºC ab.The main cooler is a water-washed mild steel line (which has both an internal and external water jacket) and is coated with a chemical resistant paint. The cooling water enters at approximately 19ºC and cools the product to approximately 35ºC.

Der Sekundärkühler ist ebenfalls eine verkleidete Leitung aus Flußstahl, die nicht ummantelt ist, sondern sich direkt in einem isolierten Aceton/Trockeneis-Bad befindet. Sie besitzt einen tangentialen Gas/Dampf-Einlaß, der die Produkte gegen die Kühlerwand leitet, wo eine wirkungsvolle Wärmeübertragung stattfinden kann. Die Sekundäreinheit liefert eine Gasausgangstemperatur von ungefähr -5ºC.The secondary cooler is also a lined mild steel line that is not jacketed but sits directly in an insulated acetone/dry ice bath. It has a tangential gas/vapour inlet that directs the products against the cooler wall where efficient heat transfer can take place. The secondary unit provides a gas outlet temperature of approximately -5ºC.

Parallele Filter dienen zum Auffangen schwerflüchtiger Aerosole. Darauf wird das saubere Gas durch ein Düsenmeßgerät geleitet, um den Fluß für die abschließende Massenbilanz zu bestimmen. Eine Teilmenge des Produktgases wird kontinuierlich aus dem Hauptstrom in ein Gasprobenbehältnis abgezapft, um sie anschließend zu analysieren. Die drei parallelen Filter sind aus Edelstahl gefertigt haben eine Porengröße von 0,5 10&supmin;&sup6;m (0,5 um) und befinden sich in einem einzigen Filtergehäuse. Jede dieser Einheiten hat einen (äußeren) Durchmesser von 50 mm und ist ungefähr 0,5 m lang. Nach einem Lauf werden die Kühler, Filter und Transportleitungen mit Aceton gewaschen, die Lösung wird gefiltert und das Aceton wird im Vakuum verdampft, um das flüssige Produkt zu erhalten. Die Kohle wird bestimmt, indem einige repräsentative Proben der Kohle/Sand-Mischung, die aus dem Feststoffabscheider wiedergewonnen worden ist, verascht werden. Die Gase werden mit Standard-Gaschromatographieverfahren analysiert. Die Ergebnisse mehrerer, typischer Läufe sind in Tabelle 4 dargestellt. Tabelle 4: Zusammenfassung der Massenbilanz für Pyrolyseexperimente mit Pappelholz Laufzahl Temp. (ºC) Zeit (ms) Produktausbeuten (% der Holzzugabe) Gas Flüssigkeit KohleParallel filters are used to capture low volatile aerosols. The clean gas is then passed through a jet meter to determine the flow for the final mass balance. A portion of the product gas is continuously bled from the main stream into a gas sample container for subsequent analysis. The three parallel filters are made of stainless steel, have a pore size of 0.5 10-6m (0.5 µm) and are housed in a single filter housing. Each of these units has an (external) diameter of 50 mm and is approximately 0.5 m long. After a run, the coolers, filters and transport lines are washed with acetone, the solution is filtered and the acetone is evaporated under vacuum to obtain the liquid product. The coal is determined by ashing a few representative samples of the coal/sand mixture recovered from the solids separator. The gases are analyzed by standard gas chromatography techniques. The results of several typical runs are shown in Table 4. Table 4: Summary of mass balance for pyrolysis experiments with poplar wood Run number Temp. (ºC) Time (ms) Product yields (% of wood feed) Gas Liquid Coal

Beispiel 3Example 3 Wirbelschichtbetrieb und ErgebnisseFluidized bed operation and results Wirbelschichtbetrieb:Fluidized bed operation: Betriebsparameter:Operating parameters:

- Die Experimente werden unter Verwendung von Pappeiholz, das auf ungefähr 595 10&supmin;&sup6;m (595 um) (30 mesh) zerkleinert ist, durchgeführt.- Experiments are carried out using paperboard wood crushed to approximately 595 10⁻⁶m (595 µm) (30 mesh).

- Die Feuchtigkeit des Holzes liegt bei ungefähr 6% (Feuchtigkeitsbasis).- The moisture content of the wood is approximately 6% (moisture basis).

- Holz wird mit einer Geschwindigkeit in dem Bereich von 1 bis 2,5 kg/h zugeführt.- Wood is fed at a rate in the range of 1 to 2.5 kg/h.

- Die Reaktionstemperatur (in der Wirbelschicht) liegt in dem Bereich von 400 bis 650ºC.- The reaction temperature (in the fluidized bed) is in the range of 400 to 650ºC.

- Die Verweilzeiten des Dampfes liegen normalerweise in dem Bereich von 500-700 Millisekunden (ms).- The residence times of the steam are normally in the range of 500-700 milliseconds (ms).

Die Wirbelschicht besteht aus Quarzsand mit einer mittleren Teilchengröße von ungefähr 720 10&supmin;&sup6; (720 um).The fluidized bed consists of quartz sand with an average particle size of approximately 720 10⁻⁶ (720 µm).

Das wiedlergewonnene Produktgas (hauptsächlich CO, CO&sub2; und CH&sub4;) wird verwendet, um den Sand zu verwirbeln und das Einsatzprodukt Holz in den Reaktor zu transportieren.The recovered product gas (mainly CO, CO2 and CH4) is used to swirl the sand and transport the wood feedstock into the reactor.

Vorrichtung und Betriebsablauf:Device and operating procedure:

Das Pappelholz (oder andere Holzarten, Stroh oder Torf) wird luftgetrocknet, gemahlen und eine mittlere Teilchengröße von ungefähr 595 10&supmin;&sup6;m (595 um) durch Sieben abgetrennt.The poplar wood (or other wood species, straw or peat) is air dried, ground and a mean particle size of approximately 595 10⁻⁶m (595 µm) separated by sieving.

Das vorbereitete Holz wird mit veränderlicher Geschwindigkeit von einem Fülltrichter in eine Doppelschnecken- Beschickungsanlage übertragen und in einen Strom von wiedergewonnenem Produktgas geleitet. Darauf wird es direkt in den Wirbelschichtbereich des Wirbelschichtreaktors überführt.The prepared wood is transferred at variable speed from a hopper into a twin-screw feeder and fed into a stream of recovered product gas. It is then transferred directly to the fluidized bed section of the fluidized bed reactor.

Die Reaktorschicht besteht aus sehr gleichmäßig kugelförmigem Ottawa-Quarzsand, der eine mittlere Teilchengröße von ungefähr 720 10&supmin;&sup6;m (720 um) besitzt.The reactor layer consists of very uniformly spherical Ottawa quartz sand, which has a mean particle size of approximately 720 10⁻⁶m (720 µm).

Das fluidisierende Gas (hauptsächlich CO, CO&sub2; und CH&sub4;) wird in der Zuleitung durch elektrische Heizgeräte vorgeheizt und tritt mit einer Geschwindigkeit, die 1,2 - 2 mal so groß wie die minimale Fluidisierungsgeschwindigkeit ist, durch eine poröse Platte aus Edelstahl in die Wirbelschicht ein.The fluidizing gas (mainly CO, CO2 and CH4) is preheated in the feed line by electrical heaters and enters the fluidized bed through a porous stainless steel plate at a velocity 1.2 - 2 times the minimum fluidizing velocity.

Der Reaktor ist für ein zusätzliches Aufheizen mit Heizschlangen umwickelt.The reactor is wrapped with heating coils for additional heating.

Pyrolyseprodukte und die wiedergewonnenen Gase werden von dem oberen Ende des Reaktors in einen Zyklon geführt, wo die trockene Kohle aus der Gas/Dampf-Phase entfernt wird. Die Gase und Dämpfe werden dann in zwei kühler und daraufhin durch eine Reihe Filter geleitet.Pyrolysis products and recovered gases are fed from the top of the reactor into a cyclone where the dry coal is removed from the gas/vapour phase. The gases and vapours are then passed into two coolers and then through a series of filters.

Der erste kühler wird normalerweise bei 20ºC betrieben, während der zweite bei 0ºC gehalten wird. Die Filterrpihe besteht aus einem 5 10&supmin;&sup6; m (5 um) Maschensieb in einer Reihe mit einem darauf folgenden filterkessel, der mit Glaswolle gepackt ist.The first cooler is normally operated at 20ºC, while the second is maintained at 0ºC. The filter stack consists of a 5 10⁻⁶ m (5 µm) mesh screen in a row with a subsequent filter vessel packed with glass wool.

Nach einem Lauf werden die Kühler mit Aceton gewaschen, die Lösung wird filtriert und das Aceton im Vakuum verdampft, um das flüssige Produkt zu erhalten. Die Filter werden vor und nach dem Experiment gewogen und der Inhalt wiedergewonnen. wenn die Menge signifikant ist. Kohle wird in einem Kohlegefäß gesammelt (an dem Zyklonausgang) und gewogen. Gase werden durch Standard-Gaschromatographieverfahren analysiert. Die Ergebnisse mehrerer Läufe über einen Temperaturbereich von 425 bis 625ºC sind in Tabelle 5 dargestellt. Tabelle 5: Ergebnisse aus Wirbelschichtexperimenten: Schnelle Pyrolyse von Pappelholz Temp. (ºC) Verweilzeit (ms) Produktausbeuten (% der Holzzufuhr) Gas Flüssigkeit Kohle zurückgewonnene Gesamtmenge (%)After a run, the condensers are washed with acetone, the solution is filtered and the acetone is evaporated in vacuo to obtain the liquid product. The filters are weighed before and after the experiment and the contents recovered if the amount is significant. Charcoal is collected in a charcoal jar (at the cyclone exit) and weighed. Gases are analyzed by standard gas chromatography methods. The results of several runs over a temperature range of 425 to 625ºC are presented in Table 5. Table 5: Results from fluidized bed experiments: Fast pyrolysis of poplar wood Temp. (ºC) Residence time (ms) Product yields (% of wood feed) Gas Liquid Coal Total recovered (%)

Die Werte in Klammern sind der Gesamtgehalt an organischen Flüssigkeiten (d.h. ohne Feuchtigkeit). Der Unterschied ist Feuchtigkeit (Wasser) in der flüssigen Probe.The values in parentheses are the total organic liquid content (i.e. excluding moisture). The difference is moisture (water) in the liquid sample.

Entsprechende Experimente sind mit Ahorn und Fichte mit ähnlichen Ausbeuten an Kohle, Gas und Flüssigkeit durchgeführt worden.Similar experiments have been carried out with maple and spruce with similar yields of coal, gas and liquid.

Wie die Daten in den Tabellen 3, 4 und 5 offensichtlich zeigen, liegt die bevorzugte Betriebstemperatur in den niedrigeren Bereichen mit einer relativ kurzen Verweilzeit von 300-600 ms. Es werden jedoch über den ganzen Betriebsbereich der Vorrichtung für die schnelle therinische Pyrolyse und bei unterschiedlichen Verweiizeiten gute Ausbeuten erzielt. Wie Figur 4 zeigt sind die Ausbeuten des bevorzugten flüssigen Produkts umso höher, je kürzer die Verweilzeit ist, die erzielt werden kann.As is evident from the data in Tables 3, 4 and 5, the preferred operating temperature is in the lower ranges with a relatively short residence time of 300-600 ms. However, good yields are achieved over the entire operating range of the fast thermal pyrolysis apparatus and at different residence times. As Figure 4 shows, the shorter the residence time that can be achieved, the higher the yields of the preferred liquid product.

Wie oben erwähnt worden ist, ist die Ausbeute an Hydroxyacetaldehyd ein gutes Maß für die Bräunungsfähigkeit des flüssigen Rauchs. In den Figuren 5 und 6 sind Ausbeuten dieser Verbindung gegen die Reaktortemperatur und die Verweilzeit aufgetragen. Figur 5 ist eine Auftragung von Hydroxyacetaldehydausbeuten aus der schnellen Pyrolyse von Holz gegen die Temperatur.As mentioned above, the yield of hydroxyacetaldehyde is a good measure of the browning ability of the liquid smoke. In Figures 5 and 6, yields of this compound are plotted against reactor temperature and residence time. Figure 5 is a plot of hydroxyacetaldehyde yields from the fast pyrolysis of wood against temperature.

Figur 5 bestätigt, daß die optimalen Reaktionstemperaturen zwischen 500 und 600ºC liegen. Figur 6 bestätigt ebenfalls, daß die optimalen Bedingungen zwischen 500 und 600ºC bei einer kurzen Verweilzeit liegen.Figure 5 confirms that the optimal reaction temperatures are between 500 and 600ºC. Figure 6 also confirms that the optimal conditions are between 500 and 600ºC with a short residence time.

Beispiel 4Example 4

Eine Probe des flüssigen Pyrolyseproduktes aus dem Wirbelschichtreaktor, auf die in Beispiel 3 verwiesen wird, wird mit Wasser in folgenden Verhältnissen verdünnt. Die wasserlösliche Fraktion wird abgetrennt und analysiert. Tabelle 6: Verdünnungen von Fluussigkeiten aus der schnellen Pyrolyse Gew.% von Flüssigkeiten der schnellen Pyrolyse in der Gesamtlösung Säuren % Gew. Phenole % Gew. Carbonyle % Gew. Einheiten des Bräunungsgrades spezifisches Gewicht 21º Benz[a]pyren ppbA sample of the liquid pyrolysis product from the fluidized bed reactor referred to in Example 3 is diluted with water in the following proportions. The water-soluble fraction is separated and analyzed. Table 6: Dilutions of liquids from fast pyrolysis Wt.% of liquids from fast pyrolysis in the total solution Acids % wt. Phenols % wt. Carbonyls % wt. Units of browning degree Specific gravity 21º Benz[a]pyrene ppb

Diese Ergebnisse zeigen, daß es vorteilhaft ist, genügend Wasser zuzugeben, um eine ausreichende Phasentrennung zu bewirken, um den Benz[a]pyrengehalt auf weniger als 0,5 ppb zu reduzieren. Wie aus den folgenden Tabellen 7 und 8 entnommen werden kann, haben die sich ergebenden Lösungen wesentlich höhere Verhältnisse von Carbonylkonzentration zu Phenolkonzentration und von Bräunungsgrad zu Phenolkonzentration als es im Handel erhältliche Lösungen haben, die durch langsame Pyrolyseverfahren hergestellt werden. Tabelle 7: Verhältnis der Carbonylkonzentrationen und des Bräunungsgrades zu den Phenolkonzentrationen Gew.% der Flüssigkeiten aus der Gesamtlösung Bräunungsgrad Carbonyle/Phenole Bräunungsgrad/Phenole Tabelle 8: Durchschnitt von zehn repräsentativen Verhältniss in flüssigen Rauchlösungen der schnellen Pyrolyse Säure Konzentration % Gew./Gew. Bräunungsgrad Carbonyle/Phenole Bräuntingsgrad/PhenoleThese results demonstrate that it is advantageous to add enough water to cause sufficient phase separation to reduce the benz[a]pyrene content to less than 0.5 ppb. As can be seen from Tables 7 and 8 below, the resulting solutions have significantly higher carbonyl concentration to phenol concentration and browning to phenol concentration ratios than commercially available solutions prepared by slow pyrolysis processes. Table 7: Relationship between carbonyl concentrations and browning level and phenol concentrations Weight % of liquids from the total solution Browning level Carbonyls/Phenols Browning level/Phenols Table 8: Average of ten representative ratios in liquid smoke solutions of rapid pyrolysis Acid Concentration % w/w Browning Degree Carbonyls/Phenols Browning Degree/Phenols

Wie sowohl aus Tabelle 7 als auch Tabelle 8 zu entnehmen ist, sind die Verhältnisse in verdünnteren Lösungen großer. Dies liegt daran, daß die Löslichkeit von Carbonylen unabhängig von der konzentration gleich bleibt, während Phenole in verdünnterenn Lösungen weniger gut löslich sind. Folglich dient der Vorteil der Wasserzugabe bei der schnellen Pvrolyse dazu, die Phenole zu reduzieren, wodurch die Würzkraft reduziert wird, wohingegen ein hohes Bräunungspotential erhalten bleibt, und um die Löslichkeit des Benz[a]pyrens auf weniger als 0,5 ppb zu reduzieren.As can be seen from both Table 7 and Table 8, the ratios are larger in more dilute solutions. This is because the solubility of carbonyls remains the same regardless of the concentration, while phenols are less soluble in more dilute solutions. Consequently, The advantage of water addition during rapid pyrolysis is to reduce the phenols, thereby reducing the flavor while maintaining a high browning potential, and to reduce the solubility of benz[a]pyrene to less than 0.5 ppb.

Wie der Vergleich der Daten in den Tabellen 7 und 8 zeigt, sind die Verhältnisse von Carbonylkonzentrationen zu Phenolkonzentrationen und dem Bräunungsgrad zu Phenolkonzentrationen bei einem identischen Bräunungsgrad bei Flüssigkeiten aus der schnellen Pyrolyse signifkant größer als bei herkömmlichem flüssigen Rauch. Das höhere Verhältnis bei Produkten der schnellen Pyrolyse ergibt ein dunkleres Produkt bei einer vorgegebenen Aromastärke. Dies erlaubt das Färben von Nahrungsmitteln mit einem geringeren Raucharoma oder im anderen Fall ein dunkleres Produkt bei vergleichbarer Aromaintensität.As shown by comparing the data in Tables 7 and 8, the ratios of carbonyl concentrations to phenol concentrations and browning level to phenol concentrations for an identical browning level are significantly higher for liquids from rapid pyrolysis than for conventional liquid smoke. The higher ratio for rapid pyrolysis products results in a darker product for a given aroma intensity. This allows for coloring foods with a lower smoke aroma or, in the other case, a darker product with a comparable aroma intensity.

Der niedrigste Bräunungsgrad, der zum Räuchern von Fleisch verwendet wird liegt bei ungefähr 3,0. Dieser Bräunungsgrad wird zur direkten Anwendung bei Nahrungsmitteln verwendet. Bezogen auf die obigen Ergebnisse könnte das Produkt aus der schnellen Pyrolyse auf eine 6,1 Gew.%ige Lösung verdünnt werden und noch einen Bräuntingsgrad von über 3,0 haben.The lowest browning level used for smoking meat is approximately 3.0. This browning level is used for direct application to food. Based on the above results, the product from rapid pyrolysis could be diluted to a 6.1 wt% solution and still have a browning level above 3.0.

Beispiel 5Example 5 Ergebnisse der Anwendung von Flüssigkeiten aus einer schnellen Pyrolyse bei Wiener WürstchenResults of using liquids from rapid pyrolysis on Vienna sausages 1. Ausschuß zur Prüfung der Farbe/Bräunung1. Committee for testing colour/tanning

Ungefähr 2,5 lb Stränge von Wiener Würstchen ohne Haut, die von Cher-Make Sausage Co. (Manitowoc, WI) erhalten wurden, wurden 60 Sekunden lang in folgende Flüssigkeiten getaucht:Approximately 2.5 lb strands of skinless Vienna sausages obtained from Cher-Make Sausage Co. (Manitowoc, WI) were immersed for 60 seconds in the following liquids:

A. Wasser (Vergleich)A. Water (comparison)

B. Eine 10 gew.%ige Lösung einer Flüssigkeit aus einer schnellen Pyrolyse (Wirbelschicht)B. A 10 wt.% solution of a liquid from a rapid pyrolysis (fluidized bed)

Die Wiener Würstchen wurden nach folgendem Schema bis auf eine Innentemperatur von 70ºC erhitzt:The Vienna sausages were heated to an internal temperature of 70ºC according to the following scheme:

- 10 Minuten lang bei 43.3ºC- 10 minutes at 43.3ºC

- 45 Minuten lang bei 60,0ºC- 45 minutes at 60.0ºC

- 25 Minuten lang bei 71,1ºC- 25 minutes at 71.1ºC

- und bei 82,2ºC bis die Innentemperatur 70ºC betrug.- and at 82.2ºC until the internal temperature reached 70ºC.

Nach dem Erhitzen wurden die Wiener Würstchen über Nacht bei 4,4ºC in einen kühler gelegt um sie anschließend auszuwerten und zu untersuchen.After heating, the Vienna sausages were placed in a cooler at 4.4ºC overnight for subsequent evaluation and examination.

Am folgenden Tag wurden die Wiener Würstchen gepellt und ein Ausschuß von neun Begutachtern wurde befragt, welche Reihe die ansprechendste Braunfärbung zeige. Alle Neun gaben an, daß die Probe B merklich brauner war als die in Wasser getauchte Vergleichsprobe (und daher ansprechender war).The following day, the Vienna sausages were peeled and a panel of nine assessors were asked which row showed the most appealing brown color. All nine stated that sample B was noticeably browner than the control sample submerged in water (and therefore more appealing).

Die Ergebnisse zeigen die Fähigkeit der wäßrigen Lösungen von Flüssigkeiten aus der schnellen Pyrolyse, mit Fleischoberflächen zu reagieren, um das gewünschite Rauchaussehen zu ergeben.The results demonstrate the ability of aqueous solutions of liquids from rapid pyrolysis to react with meat surfaces to produce the desired smoke appearance.

2. Prüfungsausschuß für den Geschmacksvergleich2. Taste comparison committee

Ungefähr 2,5 lb Stränge von Wiener Würstchen ohne Haut, die von Cher-Make Sausage Co. (Manitowoc, WI) erhalten wurden. wurden 60 Sekunden lang in folgende Flüssigkeiten getaucht:Approximately 2.5 lb strands of skinless Vienna sausages obtained from Cher-Make Sausage Co. (Manitowoc, WI) were immersed for 60 seconds in the following liquids:

A. Eine 10 gew.%ige Lösung einer Flüssigkeit aus einer schnellen Pyrolyse (Wirbelschiclit)A. A 10 wt.% solution of a liquid from a rapid pyrolysis (fluid pyrolysis)

B. Eine Lösung, die aus flüssigem Rauch aus der langsamen Pyrolyse gemäß U.S. Patent 3 106 473 hergestellt wurde und einen Bräunungsgrad von 3,9 besaß.B. A solution prepared from liquid smoke from slow pyrolysis according to U.S. Patent 3,106,473 and having a browning index of 3.9.

Die Wiener Würstchen wurden nach folgendem Schema bis auf eine Innentemperatur von 70ºC erhitzt:The Vienna sausages were heated to an internal temperature of 70ºC according to the following scheme:

- 10 Minuten lang bei 43,3ºC- 10 minutes at 43.3ºC

- 45 Minuten lang bei 60,0ºC- 45 minutes at 60.0ºC

- 25 Minuten lang bei 71,1ºC- 25 minutes at 71.1ºC

- und bei 82,2ºC bis die Innentemperatur 70ºC betrug.- and at 82.2ºC until the internal temperature reached 70ºC.

Am folgenden Tag wurde ein Ausschuß von neun Begutachtern gebeten, die Wiener Würstchen, die gepellt und auf 49ºC erwärmt worden waren, zu prüfen. Ein Dreiecksverfahren (d.h, es wurden drei Proben eingesetzt von denen zwei dieselbe Behandlung erfahren haben und eine die andere) wurde angewendet, um zu beurteilen, ob die Ausschußmitglieder zwischen den beiden Behandlungsweisen unterscheiden konnten.The following day, a panel of nine assessors was asked to examine the Vienna sausages that had been peeled and heated to 49ºC. A triangular procedure (i.e., three samples were used, two of which had received the same treatment and one the other) was used to assess whether the panel members could distinguish between the two treatments.

Die Ergebnisse zeigen, daß nur einer der neun Mitglieder einen Unterschied zwischen den wäßrigen Lösungen der Flüssigkeiten aus der schnellen Pyrolyse und herkömmlichen aromatisierenden Rauchlösungen feststellen konnte, wenn Wiener Würstchen mit ihnen behandelt wurden. Dies ist statistisch nicht signifikant und es zeigt sich der Nutzen der Erfindung bei der Räucherung von Fleisch.The results show that only one of the nine members could detect a difference between the aqueous solutions of the liquids from the rapid pyrolysis and conventional flavoring smoke solutions when they were used on Vienna sausages. This is not statistically significant and shows the usefulness of the invention in smoking meat.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Rauchlösung zur Verwendung in Nahrungsmitteln mit:1. Process for the preparation of an aqueous smoke solution for use in foodstuffs comprising: a) Erhitzen von Holzschliff oder Cellulose in Abwesenheit von Sauerstoff auf eine Temperatur zwischen 400 und 650º C innerhalb von einer Sekunde;a) Heating wood pulp or cellulose in the absence of oxygen to a temperature between 400 and 650ºC within one second; b) Halten des Holzes oder der Cellulose zusammen mit den aus dem Holz oder der Cellulose gebildeten Pyrolyseprodukten bei einer Temperatur zwischen 400 und 650º C über einen Zeitraum zwischen 0,03 und 2,0 Sekunden;(b) maintaining the wood or cellulose together with the pyrolysis products formed from the wood or cellulose at a temperature of between 400 and 650ºC for a period of between 0,03 and 2,0 seconds; c) Senken der Temperntur der Pyrolyseprodukte auf unterhalb 350º C innerhalb von 0,6 Sekunden zur Erzielung eines flüssigen Extraktes; undc) lowering the temperature of the pyrolysis products to below 350ºC within 0.6 seconds to obtain a liquid extract; and d) Isolieren des flüssigen Extraktes.d) Isolating the liquid extract. 2. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem das Holz oder die Cellulose und die Pyrolyseprodukte zwischen 400 und 650º C über einen Zeitraum zwischen 0,03 und 0,6 Sekunden gehalten werden.2. Process according to claim 1, in which the wood or cellulose and the pyrolysis products are kept between 400 and 650ºC for a period of between 0.03 and 0.6 seconds. 3. Verfahren nach jedem der Ansprüche 1 und 2, in welchem der flüssige Extrakt ein Verhältnis von Hydroxyacetaldehydkonzentration zu Acetolkonzentration größer als 5,5 zu 1 aufweist.3. A process according to any one of claims 1 and 2, in which the liquid extract has a ratio of hydroxyacetaldehyde concentration to acetol concentration greater than 5.5 to 1. 4. Verfahren nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem der flüssige Extrakt ein Verhältnis von Bräunungsgrad zur Phenolkonzentration größer 8,9 zu 1 aufweist.4. A process according to any preceding claim, in which the liquid extract has a ratio of browning to phenol concentration greater than 8.9 to 1. 5. Verfahren nach Anspruch 2, in welchem der erhaltene flüssige Extrakt abgetrennt, vereinigt und mit Wasser verdünnt wird, um eine teilweise Phasentrennung zu erreichen und eine wässrige Lösung mit einer Benz[a]pyrenkonzentration von weniger als 1.0 ppb, ein Verhältnis von Bräunungsgrad zur Phenolkonzentration größer als 8,9 zu 1 und ein Verhältnis von Hydroxyacetaldehydkonzentration zur Acetolkonzentration größer als 5,5 zu 1 zu erzielen.5. The process of claim 2 wherein the resulting liquid extract is separated, combined and diluted with water to achieve partial phase separation and to obtain an aqueous solution having a benz[a]pyrene concentration of less than 1.0 ppb, a ratio of browning to phenol concentration greater than 8.9 to 1 and a ratio of hydroxyacetaldehyde concentration to acetol concentration greater than 5.5 to 1. 6. Aus schneller Pyrolyse erhaltene flüssige Rauchlösung mit einer wässrigen Lösung, welche nach einer Methode nach jeder der votergehenden Ansprüche erhalten wurde mit einer Benz[a]pyrerkorzentintion von weniger als 0,5 ppb.6. Liquid smoke solution obtained from rapid pyrolysis with an aqueous solution obtained by a method according to any of the appended claims having a benz[a]pyre concentration of less than 0.5 ppb. 7. Verfahren zum Würzen und Färben von Nahrungsmitteln, welches umfaßt:7. A process for seasoning and colouring foodstuffs, which comprises: a) Erhitzen von Holzschliff oder Cellulose in Abwesehheit von Sauerstoff auf eine Temperatur von mindestens 400º C innerhalb einer Sekunde;a) heating wood pulp or cellulose in the absence of oxygen to a temperature of at least 400ºC within one second; b) Halten des Holzschliffes oder der Cellulose und der aus dem Holz oder der Cellulose gebildeten Pyrolyseprodukte bei einer Temperatur von mindestens 400º C über einen Zeitraum zwischen 0,03 und 2 Sekunden;(b) maintaining the groundwood or cellulose and the pyrolysis products formed from the wood or cellulose at a temperature of at least 400ºC for a period of between 0.03 and 2 seconds; c) Senken der Temperatur der Pyrolyseprodukte auf mindestens 300º C innerhalb 0,6 Sekunden, um einen flüssigen Extrakt zu erhalten;c) reducing the temperature of the pyrolysis products to at least 300ºC within 0.6 seconds to obtain a liquid extract; d) Isolieren des flüssigen Extraktes; undd) isolating the liquid extract; and e) das Holz mit dem flüssigen Extrakt in Berührung bringen.e) bring the wood into contact with the liquid extract. 8. Verfahren nach Anspruch 7, in welchem der flüssige Extrakt eine Benz[a]pyrenkorzentration von mindestens 0,05 ppb aufweist.8. A process according to claim 7, in which the liquid extract has a benz[a]pyrene concentration of at least 0.05 ppb. 9. Nahrungsmittelprodukt mit einem proteinähnlichen, mit einem flüssigen Extrakt gewürzten Nahrungsmittelsubstrat welches nach einem Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt wurde.9. A food product comprising a proteinaceous food substrate flavored with a liquid extract, prepared by a process according to any one of claims 1 to 4. 10. Nahrungsmittelprodukt gemäß Anspruch 9, in welchem das Nahrungsmittelsubstrat ausgewählt ist aus der Gruppe Fleisch, Geflügel oder Fisch.10. Food product according to claim 9, in which the food substrate is selected from the group meat, poultry or fish.
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