DK165722B - Fremgangsmaade til varmestabilisering - Google Patents

Description

DK 165722B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til påføring af mikrobølgeenergi i en kontinuerlig proces til varme-stabilisering af produkter og tilvejebringelse af behandlingstilstande, der garanterer en slutkvalitet nær 5 på kvaliteten af friske eller ubehandlede produkter, altså til produkter, der ikke er særligt modstandsdygtige over for behandling, og som erfaringsmæssigt er vanskelige at behandle.

Interessante produkter er først og fremmest føde-10 vareprodukter, f.eks. kød, fisk, frugt og grøntsager og også farmaceutiske blandinger som dispersioner af næringsmidler.

Det er kendt at påføre mikrobølgeenergi til opvarmningsstabilisering i kontinuerlige processer.

15 Amerikansk patent nr. 3 809 845 repræsenterer te knikkens stade, ud fra hvilket nærværende opfindelse starter.

Indholdet af et andet amerikansk patentskrift nr. 3 263 052 repræsenterer ideen at påføre indbyrdes 20 forskellige effektniveauer langs en transportbåndstunnel i en kontinuerlig proces. I denne forbindelse er ideen at påføre en maksimal energi ved et første trin og derefter reducere energiforsyningen, efterhånden som vandindholdet i produktet aftager.

25 Eftersom den primære ide i nærværende opfindelse er til varmestabilisering at anvende processer, der tillader sterilisering eller pasteurisering, repræsenterer det førstnævnte patentskrift i væsentlig udstrækning også problemet i denne sammenhæng, medens det sidstnævn-30 te patentskrift er mindre relevant, fordi det angår tørreprocesser, der har helt andre forudsætninger.

Den tilsigtede varmestabilisering har til formål at inaktivere enzymer og mikroorganismer uden at indføre en lavere kvalitet, f.eks. smag, af fødevaren. Det har i 35 lang tid været kendt, at en sådan stabilisering skal udføres i meget kort tid for at realisere formålet. Spe-

DK 165722B

2 cielt for fast eller viskøs føde.er mikrobølger det eneste middel til tilstrækkelig hurtig varmning. Imidlertid varmer mikrobølger almindeligvis ikke fødevarer eller lignende produkter særligt ensartet, det er ikke usæd-5 vanligt at en del af det opvarmede produkt gives en tre gange højere temperatur end en anden del. Dette kan imidlertid sjældent accepteres, fordi kvaliteten af produktet reduceres hurtigt, når temperaturen er for høj.

Ved pakning af produkter i plastic er der yderligere en 10 temperaturgrænse, over hvilken pakningsmaterialet smelter, reagerer med det pakkede produkt eller beskadiges på anden måde. Et stort skridt imod en ensartet behandling er omhandlet i amerikansk patentskrift nr.

3 809 845, hvor varmestabilisering udføres i et medium, 15 der omgiver produktet, og hvor mediet har en dielektricitetskonstant, der er tilnærmelsesvis lig med produktets, og hvor temperaturen af det omgivende medium styres således, at mediet køler produktets overflade, for at det ikke skal nå temperaturer højere end den, man 20 ønsker inde i produktet.

Nogle produkter kræver yderligere teknik til varmestabilisering af produktet uden tab af kvalitet, såsom luft, smag, struktur, farve, vitaminindhold osv. En grund hertil er, at flere parametre hver for sig eller 25 tilsammen bevirker en temperaturfordeling ved opvarmning ved hjælp af mikrobølger.

En sådan parameter er inhomogeniteten af produk tet. Produktet kan f.eks. bestå af flere bestanddele, f.eks. kartofler, løg og kød i større eller mindre 30 stykker. Som følge af tabsfaktoren og dielektricitetskonstanten for mikrobølgerne gives de forskellige bestanddele af produktet forskellig opvarmning. Fordelingen og placeringen inden i produktet af de forskellige bestanddele er også vigtig for opvarmningen.

35 Produktet kan også være et produkt af lagdelte

materialetyper, der har forskellige tabsfaktorer osv. I

DK 165722B

3 så tilfælde kan et lag, der består af to materialer A og B med mikrobølgeopvarmning få en højere temperatur i A ved en bestemt lagorientering og i B ved en anden lagorientering. Et stykke af en flæskeside kan re-5 præsentere et lagdelt produkt. En anden faktor, hvis virkning er temperaturfordeling, er eksistensen af stående bølger i mikrobølgefeltet inden i produktet.

Yderligere kan der iagttages tendens til kraftig opvarmning af kanterne af produktet, hvis produktets 10 dielektricitetskonstant adskiller sig for meget fra det omgivende mediums.

En fjerde faktor, der kan give koldere og varmere lag inde i produktet, er at mikrobølger dæmpes, når de udbredes inden i et produkt, men også modtræk imod virk-15 ningerne af en sådan dæmpning i form af en kompenseret opvarmning eller køling ved hjælp af passende medier, der berører ydersiden af produktet, f.eks. ifølge amerikansk patentskrift nr. 3 809 845.

Endvidere giver også meget vel afstemte applika-20 torer for mikrobølger visse resterende diskontinuiteter i mikrobølgefeltet, hvad der resulterer i varmere og koldere områder inden i produktet, almindeligvis parallelt med transportretningen forbi applikatorerne.

Hver enkelt af de nævnte kilder, der bevirker 25 temperaturfordeling, kan desuden samvirke eller interfererer med resten af kilderne og resultere i en opvarmningsproces, der giver produktet temperaturspidser her og der, og som vil bevirke alvorlige lokale kvalitetsforringelser eller bevirke dannelse af damp, hvad der 30 betyder sabotering af processen, samtidigt med at der på andre steder inden i produktet vil være områder, der er opvarmet netop mærkbart.

Det nævnte temperaturfordelingsfænomen er af moderat størrelse i et materiale, der har lav mikrobølge-35 absorption, f.eks. plastic, gummi, brød og tørre produkter i almindelighed, men er betragtelig i farmaceu-

DK 165722B

4 tiske produkter og i fødevarer, der har stort vandindhold, såsom kød, fisk, grøntsager, bær, stuvninger og supper.

I en kontinuerlig mikrobølgeproces, hvor en kon-5 tinuerlig strøm af produktenheder passerer mikrobølge-applikatorer, er problemet nu at øge temperaturen af de områder af sådanne vandholdige produkter, der er mest u-villige til opvarmning på den kortest mulige tid, således at den ønskede stabiliserende effekt kan opnås uden 10 ødelæggelse af produktkvaliteten.

For at belyse den store interesse for opvarmning, i visse tilfælde varmestabilisering, af produkter ved at påføre mikrobølgeenergi, vil det være korrekt at henvise til følgende publikationer, der imidlertid fuldstændigt 15 undgår at beskæftige sig med kontinuerlig procesteknik, men som stadig kan være af interesse:

Amerikansk patentskrift nr. 4 370 535 angår en husholdningsovn, hvor en magnetron er indrettet til at optø fødevarer således, at udgangseffekten varierer- af-20 hængigt af produktets temperatur. Denne temperatur måles i diskrete målepunkter.

I amerikansk patentskrift nr. 4 506 127, der også angår en husholdningsovn, reduceres udgangseffekten hen-imod slutningen af opvarmningsprocessen.

25 US 4 508 948 angår en mikrobølgeovn, der har en variabel udgangseffekt. En mikrocomputer anvendes til at styre udgangseffekten på grundlag af vægten af produktet og empirisk bestemte optimale parametre.

I GB 963 473 findes et vandbuffersystem, der kom-30 penserer for et formindsket vandindhold i produktet, når dette forsynes med mikrobølgeenergi, der holdes på et konstant niveau.

Europæisk patentansøgning med publikationsnummeret 64 082 angår et mikrocomputerstyret mikrobølgeovn-35 anlæg, hvor en "naturlig defrostning" opnås i løbet af en kort tidsperiode.

DK 165722B

5

Mikrobølgeanvendelser i forbindelse med fødevarer findes også i et antal sammendrag af japanske patentansøgninger. F.eks. japansk patentansøgning med publikationsnummeret 53-77360 angår et styresystem for en mi-5 kroovn, hvor der for at afhjælpe virkningerne af forskellige oprindelige temperaturer af produkterne, der er placeret i ovnen til opvarmning, udføres en stadig måling af temperaturen for at afslutte opvarmningen ved et ønsket temperaturniveau, uden at der kræves yderlige-10 re tid.

I den japanske publikation nr. 57-150371 er der beskrevet et steriliseringssystem for fødevarer, hvor mikrobølgeenergi føres til produktet, der kan være under tryk, medens det strømmer i et rør.

15 Den japanske publikation nr. 57-189674 angår til bagebøjning ved anvendelse af mikrobølgeenergi og et specielt formstabilt lukke til en pakningsbeholder.

Den japanske publikation nr. 57-202275 angår et yderligere anlæg til mikrobølgeopvarmning af et føde-20 vareprodukt under tryk.

I japansk publikation nr. 58-13372 er der beskrevet et pakkeanlæg, hvor vand, der har en acceptabel dielektricitetskonstant, anvendes som et medium til absorption af mikrobølgeenergi for at hindre dampdannelse 25 i en forseglet pakning.

Japansk publikation nr. 58-23774 angår også en fremgangsmåde til hindring af "eksplosion" af en forseglet pakning som følge af dampdannelse. Et pulver, der har høj dielektricitetskonstant, tilføjes langs et for-30 seglingsområde.

I schweizisk patent nr. 647 131 er der beskrevet en fremgangsmåde til behandling af et produkt, der har bestanddele med forskellige egenskaber. Fremgangsmåden er baseret på, at faste bestanddele adskilles fra fly-35 dende bestanddele.

I en yderligere europæisk patentansøgning med publikationsnummeret 70 728 er der beskrevet en fler-

DK 165722B

6 trinsprocedure til optøning, hvor der anvendes en mikrocomputer til styring af leveringen af energi i forhold til vægten.

Som tidligere nævnt er det grundlæggende formål 5 med opfindelsen at tilvejebringe en fremgangsmåde, der er anvendelig til en kontinuerlig proces, og som betyder en samlet varmetid, der er så kort, at kvaliteten af produktet ikke forringes hvad angår smag og andre egenskaber. Opvarmningstiden skal minimeres i forhold til 10 den tid, der tillades af de kontinuerlige processer og naturligvis med behørigt hensyn til produktets egenskaber.

Den anførte omfattende litteraturliste løser ikke dette problem.

15 Opfindelsen anvender derfor en fremgangsmåde til opvarmning, hvor opvarmningen fortsættes til en ønsket temperatur til stabilisering af vandholdige fødeprodukter og farmaceutiske produkter, der er indeholdt i mik-robølgegennemtrængeligt pakningsmateriale, og som varme-20 behandles kontinuerligt ved at transporteres gennem en varmebehandlingskanal, hvor mikrobølger af forskellig styrke påføres til opvarmning af produktet, og hvor produktet, når det føres gennem mikrobølgekanalen først påvirkes af et mikrobølgefelt, der har en vis kraftig var-25 mevirkning, hvorefter produktet føres ud af dette kraftige felt og bevæges ind i et felt med en mindre varme-virkning.

Fremgangsmåden er ejendommelig ved, at mikrobølgeenergien, der overføres til produktet i feltet, der 30 har kraftig opvarmningseffekt, vælges således, at en hurtigt opvarmet del af produktet når en forud fastlagt temperatur, der er højere end den ønskede temperatur, og ved at styrken af feltet, der har lavere opvarmningseffekt, vælges således, at den nævnte del af produktet op-35 retholder den forud fastlagte temperatur eller en temperatur umiddelbart under, og at opvarmningen i feltet med

DK 165722B

7 en lavere opvarmningseffekt gives i det mindste en sådan varighed, at en del af produktet, der opvarmes langsomt, når den nævnte ønskede temperatur.

I en praktisk udførelsesform vælges den forud 5 fastlagte temperatur almindeligvis lig med den maksimalt tilladte produkttemperatur.

I de fleste tilfælde vælges den ønskede temperatur almindeligvis lig med den temperatur, der kræves til varmesterilisering, f.eks. sterilisering eller pasteuri-10 sering, af produktet.

I en udførelsesform for opfindelsen er produktet indesluttet i et mikrobølgegennemtrængeligt materiale omgivet af et flydende medium, f.eks. vand, der har en dielektricitetskonstant af samme størrelsesorden som 15 produktet. Temperaturen af det flydende medium styres således, at mediet køler produktets overflade, og temperaturen af mediet tillades at nå den temperatur, der ønskes for produktet ved slutningen af opvarmningen.

Kendskab til temperaturfordelingen i produktet, 20 der behandles i den kontinuerlige proces, opnås ifølge en udførelsesform for opfindelsen ved hjælp af et antal temperaturfølere, der stikkes ind i produktet på empirisk fundne egnede steder i prøver af produktet, hvorved den kontinuerlige opvarmningsproces kan indstilles suc-25 cessivt og manuelt i henhold til opfindelsens grundlæggende principper.

I en yderligere udførelsesform for opfindelsen fås information om temperaturen ved måling af ultralydhastighed, hvilket letter automatiseringen af varmebe-30 handlingsmetoden.

Endnu en anden udførelsesform for opfindelsen er baseret på indsamling af den nødvendige temperaturinformation til også at udføre varmebehandlingsmetoden ved afføling og computerbehandling af fra produktets over-35 flade og dets inderside udgående elektromagnetisk stråling på en måde, der er kendt inden for meteorologien.

DK 165722B

8

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, hvor der som specielt problem er valgt sterilisering af fødevarer, der har en neutral pH og et højt vandindhold, f.eks. en koncentre-5 ret kødstuvning, der indeholder grøntsager.

Pig. 1 viser en temperatur/tidskurve for en konventionel proces til opvarmning ved hjælp af mikrobølger, og fig. 2 viser en temperatur/tidskurve for proces-10 sen ifølge opfindelsen.

Kurvedelen, der er betegnet med henvisningsbetegnelsen 10 i fig. 1, repræsenterer den hurtigt opvarmede del af produktet, f.eks. dennes overflade. Henvisningsbetegnelsen 11 henfører til temperaturen af 15 den del af produktet, der er "sen" til at opvarmes.

Niveauet 12 repræsenterer den maksimalt tilladte temperatur. Niveauet 13 repræsenterer den temperatur, der skal opnås af hele produktet, i dette tilfælde den temperatur der er nødvendig til sterilisering.

20 Kurven 10's tangent i begyndelsespunktet, der er vist ved en punkteret linie 14, repræsenterer mikrobølgeopvarmningen af den hurtigt opvarmede del, medens tangenten, der er betegnet med henvisningsbetegnelsen 15, repræsenterer den tilsvarende parameter for 25 den del, der er sen til at opvarmes.

Den ved henvisningsbetegnelsen 16 angivne kurve repræsenterer gennemsnitstemperaturen af produktet. Den tilførte mikrobølgeenergi som funktion af tiden er vist ved en impuls 17.

30 I begyndelsestilstanden antages det, at produk tet, der skal mikrobølgeopvarmes, har en bestemt ensartet temperatur, i eksemplet 60°C.

Når forsyningen af mikrobølgeenergi startes, hæver den hurtigt opvarmede del af produktet sin tempera-35 tur ifølge kurve 14 flere gange hurtigere end delen 15, der er sen til at opvarmes. Så snart temperaturen

DK 165722B

9 af de to dele begynder at afvige fra hinanden, overføres varme ved ledning og muligvis ved konvektion inden i produktet fra den varme del eller de varme dele til den kolde del eller de kolde dele. Man får derfor kurven 10 5 i stedet for kurven 14 for den del, der opvarmes hurtigt, og kurven 11 i stedet for kurven 15 for den koldere del. Mellem disse kurver findes gennemsnitstemperaturkurven 16. Hældningen af kurven 16 står grundlæggende direkte i forhold til mikrobølgeenergien 10 17. For at få kurven 11' for den koldere del til at nå den forud fastlagte temperatur 13, må gennemsnitstemperaturen passerer dette niveau. Dette betyder, at et vist fladeindhold af mikrobølgeimpulsen 17 er nødvendigt, dvs. der kræves en vis tilført energi.

15 Når gennemsnitstemperaturen 16 har passeret ni veauet 13 i den konventionelle proces, er det almindeligvis uundgåeligt, at temperaturen 10,10' af de hurtigt opvarmede dele overskrider det tilladte niveau 12 i en vis tidsperiode. Dette betyder kvalitetsforringelse 20 af denne del og visse risici. Pakningsmaterialet kan blive beskadiget, hvis det påvirkes af spidstemperatu rer. Der kan dannes damp i produktet, hvis processen ikke udføres i omgivelser, der har et overdimensioneret overtryk. Damp ødelægger umiddelbart processen, idet 25 varmeoverføringen ændrer dennes egenskaber i produktet, og mikrobølgerne løber løbsk som følge af geometriske ændringer i deres belastning, dvs. produktet. Hvad der er sagt er en forklaring på, at der findes så mange fejl inden for mikrobølgesteriliseringsfeltet til trods for, 30 at der er gjort et dyrt udviklingsarbejde.

Efter tidspunktet tj er mikrobølgeimpulsen 17 afsluttet, og temperaturkurverne 10 og 11 begynder at konvergere. Til tiden t2 skærer temperaturkurven 11 for den koldere del temperaturniveauet 13, der er 35 nødvendigt for sterilisering. Efter en vis ventetid ved eller umiddelbart over dette niveau har produktet opnået 10

DK 165722 B

den ønskede sterile tilstand. Produktet køles derpå til tiden t3. En mindre forøgelse af niveauet 13 vil betyde, at den ønskede sterile tilstand vil blive nået betydeligt hurtigere, hvad der medfører en bedre opret-5 holdelse af produktets oprindelige kvalitet. Men niveauet 13 kan ikke øges, tværtimod er det alt for højt i eksemplet, hvad der angiver, at temperaturen af den hurtigt opvarmede del stiger et betragteligt stykke over den tilladte temperatur, med de ovenfor påpegede resul-10 tater.

Faktisk må niveauet 13 formindskes drastisk, eller mikrobølgeenergien 17 må fordeles over en væsentlig længere tid for at være tilladt af den hurtigt varmede del af produktet. For at nå den sterile tilstand 15 må tiden i en opvarmet tilstand imidlertid øges drastisk, hvilket fører til en forlænget varmebehandling af hele produktet og som resultat heraf en lavere kvalitet.

Under henvisning til fig. 2 skal den forbedrede proces ifølge opfindelsen nu beskrives. Henvisningsbe-20 tegneiserne 10, 10', 11, 11' osv. til 16, 16' og 17 har tilsvarende betydning som i fig. 1.

To vigtige trin er klart angivet i den nye proces. Det ene er, at energien af mikrobølgeimpulsen 17 er valgt således, at temperaturen 10 af den hurtigt 25 opvarmede del netop når den tilladte temperatur 12. I dette tilfælde kan gennemsnitstemperaturen 16' efter energitilførslen få lov at forblive under steriliseringstemperaturen 13, hvilket ikke er tilladt ved den konventionelle proces.

30 Det andet trin betyder en mikrobølgeopvarmning 18 således, at den hurtigt opvarmede del af produktet ikke falder under 10', men forbliver ved niveauet 12 ifølge 10''. Grunden til at 10" falder er, at den hurtigt opvarmede del af produktet køles af de dele, der 35 opvarmes langsomt. Det er således et spørgsmål om at påføre mikrobølgeenergi i en sådan udstrækning, at de hur- 11

DK 165722 B

tigt opvarmede deles varmetab til de koldere dele kompenseres .

Hvad der imidlertid er interessant er en hurtig hævning af temperaturen af de dele af produktet, der op-5 varmes langsomt, til steriliseringstemperaturen. Dette er imidlertid nøjagtigt hvad der sker, når man anvender fremgangsmåden ifølge opfindelsen. De langsomt opvarmede dele opvarmes nemlig på to måder og begge er optimale.

De langsomt opvarmede dele opvarmes dels af mikrobølger 10 proportionalt med mikrobølgernes energi 18. Den energi holdes så højt som muligt, idet man erindrer, at de hurtigt opvarmede dele af produktet ikke må nå en temperatur, der ligger over den tilladte temperatur. Desuden varmes de langsomt opvarmede dele af varmen fra de hur-15 tigt opvarmede dele. Denne overføring af varme er mere effektiv, jo højere temperaturforskellen er. Temperaturforskellen holdes på et maksimum, hvis den hurtigt opvarmede del ifølge opfindelsen holdes på den højeste temperatur.

20 Opvarmningen 11'' af de langsomme dele vil, som det fremgår, ske så hurtigt som muligt, fordi den er summen af to opvarmningsfænomener, der begge er maksimale på samme tid og begge er et resultat af en og samme foranstaltning. Det skal bemærkes, at energien ved mik-25 robølgeopvarmningen 18 er langt under energien ved mikrobølgeopvarmningen 17. Forskellen er repræsenteret ved forskellen mellem hældningerne af kurvedelene 16'' og 16. Ved sammenligningen bemærkes det, at til tiden ti sker der en virkelig drastisk reduktion af energien, 30 en fundamental diskontinuitet.

Hvor mikrobølgeopvarmningen 18 afsluttes går kurvedelene 10'', 11'', 16'' over i nye kurvedele 10''', 11' ' ', 16 ' ' ', hvoraf den sidst nævnte er vandret. Delen 11''' vokser stadig til angivelse af, at 35 opvarmningen 18 kunne være afsluttet noget før 11'' nåede steriliseringsniveauet 13. I dette tilfælde når

DK 165722B

12 kurvedelen 11''' efter kort tid steriliseringstempera-turen. Det vigtige træk er tilsyneladende, at opvarmningen ikke afsluttes så tidligt, at den ikke tillader kurvedelen 111 * eller 11''' at nå steriliseringstempe-5 raturen uden unødvendig tidsforsinkelse. Specielt ville det være en ulykke at afbryde opvarmningen 18 allerede på det tidspunkt, hvor gennemsnitstemperaturen for produktet 16' 1 når steriliseringsniveauet 13. I så fald ville det være nødvendigt at vente lang tid, før den se-10 ne produktdel ville være steriliseret. Det er muligt at fortsætte opvarmningen 18 i nogen tid efter at kurvedelen 11'1 har nået niveauet 13. I det koldeste område af produktet vil der meget hurtigt opnås en temperatur noget over det forud fastlagte niveau 13. Dette 15 betyder muligheden for en ekstra hurtig sterilisering, hvilket er ønskeligt for de fleste produkter, der er. egnet til mikrobølgesterilisering.

I figuren vises tilfældet, hvor opvarmningen 18 afsluttes, netop når kurvedelen 11’' når steri- 20 liseringsniveauet 13. Dette udelukker ikke en afslutning af opvarmningen 18 noget før dette sker i et tilfælde, hvor kurvedelen 11''' stiger således, at steriliseringsniveauet 13 ikke desto mindre nås uden nogen mærkbar forsinkelse.

25 Efter mikrobølgeopvarmningen 18 efterlades produktet uden nogen termisk påvirkning i en vis beredskabstid, således at den ønskede sterile værdi Fq nås også i de dele, der har den laveste temperatur. Dette sker til tiden t3, hvor produktet er klar til at af-30 køles.

Som følge af at den laveste temperatur af produktet ifølge 11''1 i fig. 2 er noget højere end den tilsvarende temperatur 11' i fig. 1 kræves der væsentligt kortere beredskabstid i fig. 2 for at opnå en og 35 samme steriliseringsværdi F0. Desuden har temperetur-niveauet 12 ikke været overskredet, som det var til-

DK 165722B

13 fældet i fig. 1. Begge de nævnte fænomener samvirker til opretholdlelse af produktkvaliteten, ved processen på en måde, der er enestående i sammenligning med kendte processer. På samme tid betyder det absolutte hensyn til 5 temperaturniveauet 12, at den nye proces giver sikkerhed for så vidt angår beskadigelser af pakningsmaterialet, imod dampdannelse, der kunne ødelægge bakteriesikkerheden eller kræve et procesudstyr indrettet til alt for højt tryk og derfor et dyrt udstyr.

10 Der har været opremset et antal parametre, der hver for sig eller sammen bidrager til temperaturfordelingen, der er repræsenteret ved den lodrette afstand mellem kurverne 10 og 11 i fig. 1 og 2.

Hvis en af de nævnte faktorer har en dominerende 15 betydning, kan det være ekstra lønnende, når metoden udføres efter at have identificeret denne parameter og indført modforanstaltninger netop for denne parameter. Belønningen er en stadig øget produktkvalitet beroende på den kortere opvarmningstid. Dette beror på, at op-20 varmningen 18 som resultat af modforanstaltningen gives en bedre begyndelsestilstand i en sådan grad, at kurvedelen 11'' til placeres nærmere ved kurve delen 10'' ved niveauet 12 end uden denne modforanstaltning. Niveauet såvel som varigheden af den nød-25 vendige opvarmning 18 ifølge opfindelsen vil blive reduceret betragteligt. Som en kompensation vil mikrobølgeopvarmningen 17 blive udført under anvendelse af en noget forøget energi. Processen vil ikke være længere af den grund uden nogen modforanstaltninger.

30 I tilfælde, hvor en kraftig dæmpning i produktet nødvendiggør en for kraftig mikrobølgeopvarmning af produktets overflade for at give dettes indre den nødvendige opvarmning, består en passende modforanstaltning i afkøling af produktets overflade ved hjælp af et omgi-35 vende medium, f.eks. vand, i så god tid, at virkningen også vil være tilstrækkelig et stykke inde i produktet.

DK 165722B

14

Temperaturen, af det omgivende medium må ikke overskride den ønskede temperatur i produktet, men styres således, at den når denne temperatur ved slutningen af mikrobølgebehandlingen eller processen, hvilket betyder at 5 også overfladelag når en sådan behandlingsgrad.

I den netop anførte beskrivelse og i fig. 2 har opvarmningen 17 og 18 været repræsenteret ved en kontinuerlig opvarmning. Dette er ikke tilfældet i praksis. Mikrobølger som sådan giver ikke nøjagtigt betrag-10 tet en kontinuerlig opvarmning. Analog med almindelig vekselstrøm i en modstand giver mikrobølgerne maksimal varme ved bølgetoppene. Hvis der f.eks. anvendes mikrobølger ved en frekvens på 2450 MHz vil opvarmningen være periodisk og have en frekvens på 4900 MHz. Hvis mikro-15 bølgerne frembringes af magnetroner, der forsynes med en ensrettet enkelt fase 50 Hz strøm, indeholder mikrobølgeopvarmningen udtalte maksima, der hver især optræder med et interval på en hundrededel af et sekund.

Hvis produktet opvarmes under sin transport ved 20 hjælp af et antal mikrobølgeapplikatorer, og applikato-rerne er indrettet i en vis afstand fra hinanden, opnås der også en vis modulation eller impuls virkning. Dette betyder, at hver enkelt af de simple energikurver 17, 18 faktisk skulle erstattes med et antal på hinanden 25 følgende impulser, der har et fladeindhold og en fordeling, der som helhed gør den ækvivalent med 17 og 18.

De karakteristiske detaljer ved mikrobølgeopvarmningen 17 er imidlertid ikke vigtige, men det er den samlede energi og varighed.

30 For mikrobølgeopvarmningen 18 gælder det samme med den tilføjelse, at den udglattede energi af sidestillede bidrag skal variere med tiden i henhold til hovedkravets kendetegn. Grunden til at 17 og 18 i fig. 2 ikke er splittet op i impulser, som det som regel 35 vil være tilfældet i praksis, er ønsket om ikke yderligere at bidrage til figurens kompleksitet. Opfindelsen

DK 165722B

15 ifølge kravene skal derfor gælde i det tilfælde, hvor mikrobølgerne leveres til produktet i form af impusler eller som kontinuerlig energi.

Fremgangsmåden ifølge de efterfølgende krav er 5 eksemplificeret ved en anvendelse, hvor den startes ud fra et produkt ved 60°C, og som tager sigte på at opnå en ikke destruktiv sterilisering ved en temperatur noget over 123°C. Som nævnt er fremgangsmåden også egnet til andre former for varmebehandling eller behandling, 10 hvor man ønsker hurtighed, f.eks. pasteurisering. I sådanne tilfælde kan de ønskede temperaturer være f.eks.

70 til 90°C.

En tredje anvendelse er forvarmning forud for sterilisering, der derefter grundlæggende udøves i hen-15 hold til eksemplet i fig. 2. Også i dette tilfælde er problemet at varme hurtigt op og således, at sluttempe-raturen af produktet gives en ikke mærkbar fordeling. I et sådant tilfælde kan begyndelsestemperaturen f.eks. være 10 til 20°C og den ønskede temperatur ca. 60°C.

20 Det kan også være værdifuldt at nå denne forvarmnings-temperatur hurtigt. Ikke mindst hvad angår fødevarer, der indeholder såvel fedt som protein. I sådanne produkter er det fordelagtigt, hvis den proteindenaturering, der trods alt finder sted ved visse temperaturer, sker 25 så hurtigt, at fedtet, der smelter ved denne temperatur, ikke har tid til at forlade fødevaren, men spærres inde i en dispergeret form.

Det er naturligvis væsentligt at fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan tages i praktisk brug. I dette 30 tilfælde er det nødvendigt med information om temperaturer, der kan opstå i produktet under dettes behandling.

En fremgangsmåde, der har været prøvet i stor udstrækning, og som har vist sig at fungere er at måle temperaturen i visse passende dele på valgte tidspunk-35 ter. Et passende tidspunkt er tæt ved thvor målingen udføres i det punkt, der ifølge erfaringen vil være

DK 165722B

16 varmest. Derefter er det hensigtsmæssigt at måle nogle yderligere gange i løbet af en skønsmæssig tid for opvarmningen 18. Det varmeste punkt måles og ved slutningen af behandlingen også det koldeste. For visse produk-5 ter vil de nøjagtige tider til sporing af målepunkterne hurtigt etableres, og områderne, der antager ekstreme temperaturer vil blive identificeret. Hvis målingen udføres ved hjælp af termoelementer, der er placeret inden i produktet, kan målingen lettes ved at standse trans-10 porten af produktet og afbryde mikrobølgerne under sådanne meget korte måletider. Hvis målingen udføres ved hjælp af ikke ledende måleelementer, f.eks. en optisk fiber, ved enden af hvilken en passende temperaturføler er anbragt, behøver mikrobølgerne ikke at afbrydes under 15 målingen.

En anden fremgangsmåde er baseret på det.kendte faktum, at temperaturen i et medium indvirker på lydhastigheden i mediet. Ved mål af gennemløbstiden for lydimpulser i passende retninger gennem produktet, vil 20 der under visse omstændigheder opnås en mulighed for at omsætte de målte værdier til temperaturinformation.

En tredje fremgangsmåde anvender elektromagnetiske bølger fra produktets overflade og fra lag længere inde i produktet til identificering af temperaturforde-25 lingen inden i produktet. Der kræves kun en passiv føling. Der observeres flere frekvenser. Computerbehandling, der oversætter karakteren af strålingsfelter til en temperaturfordeling inde i produktet, er kompleks, men grundlæggende kendt fra meteorologien.

30 I det tilfælde, hvor lydbølger eller elektromag netiske bølger anvendes til temperaturmåling, kan en sådan måling være kontinuerlig og uden noget behov for gennembrydning af produktets pakningsmateriale. Dette betyder, at styringen af mikrobølgevarmen ifølge opfin-35 delsen kan opnås automatisk ved simple servokredsløb og afbrydere.

Claims (7)

1. Fremgangsmåde til opvarmning ved hjælp af mi krobølger, hvor opvarmningen af et produkt skal ske til en vis ønsket temperatur, og produktet indeholder i det mindste en del, der opvarmes hurtigt, og i det mindste en del, der opvarmes langsomt, f.eks. vandholdige føde-15 varer eller farmaceutiske produkter, pakket i et mikro-bølgegennemtrængeligt pakningsmateriale og kontinuerligt varmebehandlet ved at blive transporteret gennem en varmebehandlingskanal, hvor mikrobølger af forskellig styrke påføres til opvarmning af produktet, og produktet ved 20 sin transport gennem mikrobølgekanalen først behandles med et mikrobølgefelt med en kraftig opvarmningseffekt og derefter med et felt, der har en lavere opvarmningseffekt, kendetegnet ved, at mikrobølgeenergien, der overføres til produktet i feltet med kraftig 25 opvarmningseffekt vælges således, at den hurtigt opvarmede del af produktet når en forud fastlagt temperatur, der er højere end den ønskede temperatur, at effekten af feltet med lavere opvarmningseffekt vælges således, at den nævnte del af produktet bevarer en temperatur ved 30 eller umiddelbart under den nævnte forud fastlagte temperatur, og at opvarmningen i feltet med lavere opvarmningseffekt gives i det mindste en sådan varighed, at den produktdel, der opvarmes langsomt, når den nævnte ønskede temperatur.

2. Fremgangsmåde til varmebehandling ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den forud fastlagte DK 165722B 18 temperatur er valgt i hovedsagen lig med den maksimalt tilladte produkttemperatur.

3. Fremgangsmåde til varmebehandling ifølge krav 2, kendetegnet ved, at den nævnte ønskede 5 temperatur vælges i hovedsagen lig med den varmestabili-seringstemperatur, der er nødvendig for produktet, til f.eks. sterilisering eller pasteurisering.

4. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, hvor produktet indesluttet i mikrobølgegennemtræn- 10 geligt materiale omsluttes af et væskemedium, f.eks. vand, der har en dielektricitetskonstant af samme størrelsesorden som produktet, kendetegnet ved, at temperaturen af det flydende medium styres således, at produktets overflade er koldt og temperaturen af me- 15 diet først ved slutningen af opvarmningen får lov at nå op på den ønskede temperatur for produktet.

5. Fremgangsmåde til varmebehandling ifølge ethvert af kravene 1-4, kendetegnet ved, at temperaturfordelingen inde i produktet bestemmes ved en 20 kontinuerlig proces ved hjælp af et antal temperaturfølere, der er anbragt inde i produktet på steder, der erfaringsmæssigt er hensigtsmæssige, hvorved den kontinuerlige opvarmningsproces successivt kan indstilles manuelt til at skride frem som i krav 1.

6. Fremgangsmåde til varmebehandling ifølge ethvert af kravene 1-4, kendetegnet ved, at temperaturinformation til lettelse af en automatisk var-mebehandlingsproces opnås ved hjælp af ultralyd ved måling af lydhastighed.

7. Fremgangsmåde til varmebehandling ifølge krav 1 til 4, kendetegnet ved, at temperaturin-formation til en automatisk varmebehandlingsproces fås ved detektering og computerbehandling af elektromagnetisk stråling fra overfladen og de indre områder af pro- 35 duktet på en måde, der er kendt fra meteorologien.