PL237467B1 - Sposób odwadniania produktów biologicznych i urządzenie do odwadniania produktów biologicznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób odwadniania produktów biologicznych oraz urządzenie do odwadniania takich produktów, w szczególności przewidziany do utrwalania metodą suszenia miękkich produktów żywnościowych, zwłaszcza owoców i warzyw świeżych lub zamrożonych, przeznaczonych do bezpośredniej konsumpcji, czy też mających stanowić składniki gotowych mieszanek suszonych produktów, tak jak chociażby suszone warzywa jako składnik zup, czy suszone owoce jako składnik „musli” (mieszanki płatków zbożowych, bakalii, orzechów i suszonych owoców, spożywanych przede wszystkim z mlekiem lub jogurtem).

Suszenie jest jednym z najważniejszych procesów podstawowych przemysłu spożywczego i zarazem jedną z najstarszych metod utrwalania żywności. Usuwanie wody z żywności poprzez jej wyparowanie podyktowane jest wieloma korzystnymi efektami suszenia. Przede wszystkim obniżenie zawartości wody do kilku lub kilkunastu procent zwalnia wiele reakcji chemicznych. Zahamowanie rozwoju drobnoustrojów i pleśni otrzymuje się już przy zmniejszeniu zawartości wody w produkcie do około 15%, ale do zahamowania do minimum przemian enzymatycznych i nieenzymatycznych wymagane jest zmniejszenie zawartości wody w surowcu poniżej 5%, a nawet 1-2%.

W efekcie odwodnienia produkt jest trwały. Ponadto następuje zmniejszenie jego masy i objętości, co ułatwia i obniża koszty opakowań, transportu i magazynowania. Możliwe jest również ułatwienie prowadzenia wielu procesów technologii żywności poprzez zastosowanie suchych komponentów oraz nadanie żywności nowych cech, powstanie nowych, zwiększających asortyment dostępnych produktów.

Proces odwadniania produktów nie zabezpiecza jednak przed utlenianiem (zwłaszcza witaminy C lub autooksydacją tłuszczu), zachodzącym nawet w żywności silnie odwodnionej, dlatego konieczne jest stosowanie odpowiednich opakowań, chroniących przed dostępem tlenu, a także chroniących przed dostępem szkodników, czy przed wilgotnieniem i reinfekcją. W odwodnionych produktach mogą zachodzić także inne niekorzystne zmiany tj. denaturacja białka, krystalizacja pektyn i błonnika, ulatnianie się substancji smakowych i zapachowych, zmiany barwy, utrata zdolności do rozpuszczania się w wodzie.

Znane są różne sposoby suszenia produktów biologicznych, w szczególności warzyw i owoców. Najprostszą znaną metodą jest suszenie kontaktowe, które polega na przekazywaniu ciepła do produktu, poprzez bezpośredni kontakt z ogrzanym podłożem - na przykład metalową podłogą lub półkami. Suszenie takie odbywa się w „układzie otwartym”, tj. przez wykorzystanie przepływu ogrzanego powietrza wzdłuż powierzchni odwadnianego produktu, w którym przepływ powietrza nie jest odizolowany od atmosfery otoczenia, ale umożliwiona jest wymiana powietrza między powierzchnią suszarniczą, a powietrzem otoczenia.

Powszechnie używane do odwadniania warzyw, owoców, granulatów, czy ziół są suszarnie kontaktowe komorowe, w których odbywa się suszenie powietrzem o temperaturze od 40 do 140°C. Zasilane one mogą być gazem, olejem, a nawet paliwem typu pellet. Suszenie materiału odbywa się w komorze suszarni na wózkach suszarniczych ustawionych szeregowo na torowisku. Proces suszenia polega na naprzemiennym doprowadzaniu ogrzanego powietrza pod każdą tacę suszarniczą przez nawiewniki dyfuzorów umieszczonych w bocznych ścianach komory suszenia. Przepracowane powietrze zostaje odprowadzone na zewnątrz komory przez kanał wylotowy.

Nagrzewnica oraz wszystkie podzespoły umieszczone są w tylnej części suszarni. Dzięki zautomatyzowanemu układowi pomiarowemu, można zaprogramować proces suszenia według własnych receptur (np. pomiar temperatury, regulację kierunku i natężenia przepływu powietrza, a nawet pomiar temperatury na dowolnej tacy), wprowadzanych do sterownika na dotykowym wyświetlaczu wbudowanym w dowolnym miejscu - przykładowo w ścianę boczną, w drzwi komory lub na skrzynce sterowniczej powieszonej na bocznej ścianie suszarni.

Zastosowanie suszenia kontaktowego nie wymaga budowy klasycznej komory suszarniczej z wieloma jej elementami, systemem dystrybucji powietrza, wrót, izolacji ścian komory suszarniczej itd. Wystarczy pomieszczenie, które jest zabezpieczone przed wiatrem i deszczem, w którym instaluje się regał suszarniczy, wyposażony w poziome tace lub szuflady, na których umieszcza się wilgotny materiał, mający zostać poddany suszeniu. Tego typu regał suszarniczy dodatkowo może być wyposażony w wózek załadowczy, co znacznie przyspiesza proces załadunku i rozładunku materiału do suszenia. Regał suszarniczy może być też uzbrojony w wodny system ogrzewczy zasilany parą wodną lub wodą. Temperatura suszenia regulowana jest wysokością płomienia palnika w piecu oraz natężeniem przepływu wody lub pary wodnej. Nad regałami często umieszcza się okapy odprowadzające przepracowane powietrze z hali.

PL 237 467 B1

W regałach suszarniczych stosuje się także specjalne tace grzewcze z monolitycznym układem labiryntowym w szczelnie zaspawanej powierzchni grzewczej. Mają one bezpośrednio wmontowany czujnik temperatury. Wykonane są one z blachy o grubości od 1 do 2,5 mm i wyposażone są w szybkozłączki do przyłącza wody, umożliwiające sprawne i szybkie wyjęcie oraz wsadzenie tacy do suszarni.

Ich niewątpliwą zaletą jest bezpośredni kontakt materiału poddawanego obróbce suszenia z gorącą powierzchnią, bez pośrednictwa wymienników, jakimi są tace położone na poziomach grzewczych, dzięki czemu pomija się straty na ogrzanie tac.

Zaletą regałów suszarniczych kontaktowych jest przede wszystkim niski koszt budowy i eksploatacji, zwłaszcza niższe zużycie energii elektrycznej podczas pracy instalacji w porównaniu z suszarnią komorową, a także możliwość ciągłego kontrolowania procesu suszenia bez konieczności otwierania wrót jak w przypadku suszarni komorowych. Zaletą jest także praca strefowa niezależna tzn. w zależności od potrzeb może pracować cały regał lub wydzielona jego część, przykładowo tylko jedna taca.

Rozpowszechnionym sposobem odwadniania produktów jest suszenie konwekcyjne, w którym stosuje się owiew (komorowy lub taśmowy) suszonego surowca gorącym czynnikiem gazowym - tj. powietrzem lub innym gazem. Metoda ta polega na czerpaniu czynnika gazowego z zewnątrz, następnie jego podgrzewaniu i traktowaniu nim produktu i jednocześnie na pobieraniu wilgoci z wnętrza ogrzewanego produktu oraz na wymianie powietrza, w wyniku czego zmienia się temperatura produktu oraz zawartość wody.

Typowa, najprostsza suszarka tunelowa do suszenia konwekcyjnego przypomina swą konstrukcją komorę - tunel (szyb) i jest przeznaczona do osuszania powierzchni zewnętrznej wszelkiego typu materiałów, począwszy od produktów spożywczych, owoców, warzyw, ziół, grzybów, poprzez biomasę, aż po lakierowane cegły klinkierowe, lakierowane płytki elewacyjne, lakierowane lub żywicowane elementy karoseryjne. W zależności od typu urządzenia wilgotny surowiec mający zostać poddany obróbce suszenia jest wprowadzany do wnętrza komory na wózkach, mających poziomo umieszczone tace (sita) lub układany jest na szuflady, na ogół perforowane. Suszarka wyposażona jest w nagrzewnicę powietrza i przewód doprowadzający powietrze do wnętrza komory, urządzenie do wytwarzania podciśnienia (opcjonalnie dmuchawę/ekshaustor/ wywietrznik/ pompę próżniową/ ssawę) i przewód odlotowy powietrza zużytego. Proces suszenia w tego typu urządzeniu zachodzi w temperaturze od 40°C do 100°C i polega na przejmowaniu wilgoci z suszonego materiału przez strumień powietrza o odpowiedniej temperaturze.

Ogrzane powietrze jest rozprowadzane wewnątrz komory za pomocą dyfuzorów z nawiewnikami rozlokowanymi wzdłuż komory. Przepracowane powietrze po wchłonięciu wilgoci odprowadzane jest za pomocą wentylatorów. Ponadto niektóre modele suszarni komorowych konwekcyjnych posiadają zautomatyzowane urządzenia pomiarowe, które monitorują przebieg procesu suszenia, kontrolujące temperaturę powietrza nawiewanego i temperaturę powietrza wylotowego. Opisywane urządzenie pracuje w systemie porcjowym.

Z kolei do suszenia produktów mało wrażliwych na uszkodzenia mechaniczne, znoszących bezpośrednie ogrzewanie za pomocą silnie ogrzanego powietrza lub gazów spalinowych, stosowana jest równie prosta w konstrukcji konwekcyjna suszarka bębnowa, zawierająca bęben obracający się wokół własnej osi, najczęściej pochylonej w stosunku do poziomu, w celu nadania suszonemu materiałowi wzdłużnego ruchu. Bęben ma wewnątrz przegrody o różnym kształcie i ułożeniu. W nich umieszcza się wilgotny surowiec. Ponadto urządzenie posiada otwór do wprowadzania produktów w postaci leja zasilającego, przez który wsypuje się wilgotne produkty oraz ślimak rozładowczy do wyprowadzania na zewnątrz bębna wysuszonego materiału.

Przykładowo z opisu patentowego PL 153870 (B1) znana jest suszarka bębnowa do wytwarzania suszu zwłaszcza owoców, warzyw i grzybów, wyposażona w napęd elektryczny składający się z silnika połączonego poprzez przekładnię i sprzęgło z wałem napędowym, charakteryzująca się tym, że stanowi kosz zasypowy osadzony na wale napędowym i składający się z trzech współśrodkowych cylindrów o powierzchni bocznej siatkowej lub perforowanej, wyposażonych w łopatki zbierakowe, przy czym kosz zasypowy umieszczony jest w obudowie bębnowej posiadającej wlot i wylot materiałów suszonych.

Opisywany system suszenia konwekcyjnego nie przynosi pożądanych efektów - jest nie ekologiczny, a ponadto trudno jest w nim regulować temperaturę. Przy tym produkty spożywcze poddawane suszeniu tą metodą przechodzą duże zmiany. I tak - dostrzegalne są niekorzystne zmiany w teksturze warzyw i owoców, spowodowane kleikowaniem skrobi, krystalizacją celulozy i nierównomiernym odparowywaniem wody w procesie suszenia, które prowadzą do wewnętrznych napięć. Suszenie nadaje takiej żywności zeschnięty, skurczony i pomarszczony wygląd. Ponadto często żywność ma zmieniony

PL 237 467 B1 naturalny aromat i smak (ponieważ w wysokich temperaturach odparowuje nie tylko woda, ale też inne lotne związki), a barwa jest ciemniejsza niż barwa surowca. Produkty poddane suszeniu konwekcyjnemu mają tendencje do ciemnienia i jełczenia. Z kolei ich rehydratacja jest powolna i nigdy nie jest całkowita, bowiem nie odzyskują pierwotnej, jędrnej tekstury, typowej dla świeżego surowca.

Znacznie skuteczniejszą metodą suszenia żywności jest suszenie pod obniżonym ciśnieniem. W przeciwieństwie do suszenia konwekcyjnego odbywa się ono bez udziału powietrza jako czynnika suszącego i dzięki temu produkt charakteryzuje się lepszymi właściwościami niż susz konwekcyjny.

Przykładem suszarki o obniżonym ciśnieniu jest suszarka podciśnieniowo-komorowa, znana z opisu patentowego PL 210973 (B1), przedstawiona na rysunku Pos. I przeznaczona do suszenia produktów żywnościowych roślinnych, rolnych i leśnych, w tym zwłaszcza do owoców, warzyw i grzybów, a posiadająca próżniową komorę, grzejniki oraz półki w postaci sit. Wyposażona jest w podzespół obniżający ciśnienie w postaci turbiny lub pompy ssawnej o dużej wydajności ssawnej, które to urządzenia mogą być integralną częścią suszarki lub mogą stanowić przystawkę do istniejącej suszarki posiadającej komorę hermetyczną.

Wówczas w jednej ze ścian suszarki znajduje się króciec odpowiadający końcówce ssącej pompy obniżającej ciśnienie. Pompa obniżająca ciśnienie połączona jest z komorą suszarki za pośrednictwem zaworu zwrotnego, zapobiegającego gwałtownemu podniesieniu ciśnienia wewnątrz komory. Ponadto suszarka posiada zawór łączący komorę suszarki z atmosferą, umożliwiający gwałtowne podniesienie ciśnienia w komorze, co powoduje skroplenie pary oraz służy do obniżenia stopnia nasycenia pary w komorze. Suszarka posiada dodatkowo specjalny pojemnik (komorę) z chlorkiem wapnia (Calcium chloride - CaCl2), który może być umieszczony w komorze suszenia produktów lub opcjonalnie na zewnątrz tej komory. Przy tym, jeżeli instalacja z chlorkiem wapnia znajduje się poza komorą suszarki, to obie te komory są połączone ze sobą przewodem odprowadzającym wilgoć z komory suszarki do komory z chlorkiem wapnia. Odprowadzenie wilgoci na zewnątrz może odbywać się bezpośrednio z komory suszarki lub za pośrednictwem komory z chlorkiem wapnia. Ten sam chlorek wapnia może być używany wielokrotnie, jeżeli stosuje się jego regenerację poprzez suszenie. Wyżej wymieniona suszarka powoduje wysuszenie wsadu produktów w ciągu dwóch godzin, a przy zastosowaniu komory z chlorkiem wapnia, czas ten jest znacznie skrócony.

Ponadto opisywana suszarka posiada układ ustalająco-sterujący, zawierający regulator temperatury, ustalający temperaturę w komorze w granicach od 0 do 300°C oraz ogranicznik temperatury. Suszarka przy prostej konstrukcji zapewnia wysoką sprawność suszenia i wysoką jakość suszu. Suszone produkty zachowują w większości witaminy, mikroelementy oraz olejki eteryczne. Suszarka znajduje zastosowanie przy suszeniu wszelkich płodów rolnych u drobnych producentów i w gospodarstwach domowych. Może być także zastosowana do suszenia przemysłowego.

Powszechnie znanym sposobem suszenia pod obniżonym ciśnieniem jest suszenie sublimacyjne (liofilizacja), tzn. suszenie w próżni. Po raz pierwszy zastosowano ten proces w latach 50-tych XX wieku w Stanach Zjednoczonych na zlecenie rządu, który zmierzał do wyprodukowania lekkich wagowo i bogatych w niezbędne składniki odżywcze produktów żywnościowych dla wojska i astronautów. Obecnie żywność taka jest produkowana komercyjnie i wykorzystywana szczególnie przez ekstremalnych sportowców (zwłaszcza wspinaczy wysokogórskich, żeglarzy, podróżników), biorących udział w wyprawach do miejsc charakteryzujących się ekstremalnymi warunkami klimatycznymi lub przyrodniczymi (np. góry powyżej 5 500 m n.p.m., tereny lodowcowe, dżungla), w których znacznie utrudniony jest dostęp do żywności i możliwości transportu tej żywności.

Proces liofilizacji polega na wyciągnięciu wilgoci czyli usuwaniu wody z zamrożonego produktu na drodze sublimacji lodu, tzn. bezpośredniego jego przejścia z kryształów lodu w stan pary, z pominięciem fazy ciekłej (bez topnienia lodu). Parowanie takie zachodzi poniżej tzw. punktu potrójnego, w którym woda występuje w trzech fazach: płynnej (ciekłej), stałej i gazowej. Punkt ten osiąga woda w temperaturze 0,01°C i przy ciśnieniu 610 Pa. Może przebiegać pod ciśnieniem atmosferycznym, ale wówczas zachodzi bardzo wolno. W celu uzyskania satysfakcjonujących szybkości usuwania wody, suszenie sublimacyjne przeprowadza się w temperaturze poniżej 0°C i przy bardzo niskim ciśnieniu, w zakresie 15-150 Pa.

Proces liofilizacji jest złożony i wieloetapowy. Rozpoczyna się od wstępnego etapu zamrożenia materiału pod ciśnieniem atmosferycznym, w zamrażarce, w temperaturze od -20 do -40 stopni C, podczas którego dochodzi do formowania się kryształów lodu, co wywołuje wzrost stężenia i lepkości pozostałej fazy ciekłej. Po obniżeniu temperatury materiału do określonej wartości (Tg') kończy się wzrost kryształów lodu. Pomiędzy kryształami lodu tworzy się struktura podobna do szkła.

PL 237 467 B1

Następnie - w drugim etapie - zamrożona żywność zostaje umieszczona w komorze niskich ciśnień, na półkach ogrzewanych od wewnątrz, gdzie prowadzone jest suszenie sublimacyjne czyli próżniowa sublimacja lodu (w wysokiej próżni, redukuje się ciśnienie pary wodnej nad powierzchnią żywności poniżej 6-10 Pa), podczas której następuje intensywne odprowadzenie ciepła od produktu i odwodnienie. W tych warunkach kryształy lodu znajdujące się w żywności sublimują, tzn. zamieniają się w parę wodną bez topnienia. Para wodna jest usuwana z komory w sposób ciągły za pomocą skraplacza i pompy próżniowej.

Kolejny etap to dosuszanie materiału do żądanej wilgotności końcowej około 1-2% wody. Jest do tzw. suszenie desorpcyjne polegające na ogrzaniu produktu, tzn. podwyższenia jego temperatury do 40-50°C z zachowaniem niskiego ciśnienia w komorze.

Suszarka sublimacyjna stanowi połączenie zamrażarki z suszarką próżniową. Zawiera ona komorę próżniową z tacami do suszonej żywności, grzejniki dostarczające ciepło zużywane w sublimacji, skraplacz oparów oraz pompę próżniową, przez którą usuwa się gazy nieskraplające się.

Uznaje się, że suszenie sublimacyjne jest metodą usuwania wody, gwarantującą otrzymanie produktu o najlepszej jakości, w porównaniu z innymi sposobami suszenia. Gotowy produkt ma bowiem stosunkowo mało zmienione wartości odżywcze w stosunku do suszonego surowca i ogólnie przyzwoite walory sensoryczne. Ma też bardzo małą zawartość wody (1-2%), co pozwala uchronić produkt przed zepsuciem (zapakowany w szczelne opakowanie pozwala na wieloletnie przechowywanie w każdych warunkach klimatycznych). Ponadto produkty poddane suszeniu sublimacyjnemu mają największą ze znanych szybkość ponownego uwadniania, to znaczy mogą być łatwo odtwarzane do stanu wyjściowego poprzez rehydratację, przy czym stan pierwotny osiągają już po kilku minutach od nasączenia wodą.

Mimo niewątpliwych zalet, suszenie sublimacyjne jest uważane za metodę niepozbawioną wad. Podczas ostatniego etapu procesu sublimacji, czyli etapu dosuszania, może dochodzić do znacznego ubytku składników odżywczych oraz pogorszenia cech sensorycznych suszu, bowiem wysysane są w nim składniki smakowe i następuje utrata związków zapachowych. Sublimacja wpływa też na późniejszą stabilność produktu podczas jego przechowywania. Żywność suszona sublimacyjnie może charakteryzować się zmienionym wyglądem - w tym zmienioną barwą, bowiem najczęściej następuje rozpad barwników tj. karotenoidów i chlorofilu, w wyniku czego produkt osuszony tą metodą jaśnieje. Wadą suszu liofilizowanego jest duża porowatość, ponieważ powstają przestrzenie wolne, pozostałe po odparowaniu kryształów lodu. Dlatego na skutek zachodzących w produkcie procesów utleniania często następuje niszczenie jego struktury. Produkty liofilizowane rzadko zachowują naturalny kształt. Ponadto dochodzi do aglomeracji (zlepiania w większe formy) i zbrylania suszu.

Produkt liofilizowany ma też silną tendencję do jełczenia.

Ponadto do wad tej metody zalicza się: wysoki koszt inwestycyjny urządzeń (około trzykrotnie większy niż innych typów suszarek), wysoki koszt energii (dwu- trzykrotnie wyższy w porównaniu z innymi metodami), długi czas procesu (często około 24 godzin). Produkcja suszonej żywności metodą sublimacji na skalę przemysłową jest zatem mało wydajną technologią. Z tych powodów suszenie sublimacyjne stosuje się rzadko - do produktów drogich, takich ja ekstrakty kawy, herbaty, warzyw przyprawowych - takich jak nać pietruszki, koper, szczypior.

Wynaleziony w latach 50-tych XX wieku sposób utrwalania produktów biologicznych przez suszenie sublimacyjne jest wciąż udoskonalany. Przykładowo z koreańskiego opisu patentowego KR 100806484 (B1) znany jest sposób liofilizacji grzybów z rzędu pieczarkowców z gatunku Twardnik japoński, zwany także twardziakiem jadalnym (Lentinula edodes (shiitake) przez naświetlanie ich światłem ultrafioletowym w celu zabicia szczepów grzybów, a w celu wytworzenia witaminy D i aby dzięki procesowi liofilizacji utrzymały one swój pierwotny kształt, smak i zapach. W tym celu grzyby sterylizuje się przez napromieniowanie promieniowaniem ultrafioletowym przez okres od 20 minut do 1 godziny, a suszy za pomocą gorącego powietrza mającego temperaturę 40°C przez okres od 1 do 2 godzin, zamraża się w temperaturze minus 40°C w ciągu 1 godziny i liofilizuje w temperaturze minus 40°C pod obniżonym ciśnieniem 40 do 50 x 10 ^Λ -3 przez czas od 21 do 48 godzin, aż do uzyskania zawartości wilgoci w grzybach mniejszej niż 12%.

Z kolei z francuskiego opisu patentowego FR 2093123 (A5) znany jest sposób ciągłej obróbki produktu, zwłaszcza produktu żywnościowego, uprzednio zamrożonego i podzielonego na drobne cząstki z wykorzystaniem metody suszenia sublimacyjnego. Znane jest ponadto urządzenie do realizacji tego sposobu. Zgodnie z opisem instalacja ta składa się z umieszczonej poziomo komory próżniowej, sztywno przymocowanej do podłoża, mającej cylindryczny kształt, wewnątrz której umieszczony jest

PL 237 467 B1 podajnik wibracyjny, którym transportowane są cząstki produktu i który poddaje się wibracjom generowanym przez znane urządzenie łopatkowe, a pod podajnikiem umiejscowione są piętrowo tace wibracyjne, lekko nachylone w stosunku do pionu i opierające się na podłożu za pośrednictwem elastycznych zawieszeń, przy czym każda taca wibracyjna odpowiada różnym grubościom cząstek produktu, i grubość rośnie od góry do dołu. Produkt przeznaczony do liofilizacji jest wprowadzany do komory i transportowany za pomocą podajnika wibracyjnego.

W wyniku wibracji cząstki produktu osadzone na podajniku są transportowane z góry do dołu w kierunku wyjścia jako złoże wibracyjne i przesuwają się schodkowo po poszczególnych piętrach, spadając na kolejne tace. Wewnątrz komory rozmieszczone są górna płyta grzejna i dolne płyty grzejne. Para wodna, która wydziela się z suszonego produktu jest usuwana poprzez górny otwór, do skraplacza.

Wiadomo, że zamrożone cząstki wyrobu mogą mieć zróżnicowaną wielkość i że podczas intensywnego przepływu strumienia pary niektóre z tych cząstek, zwłaszcza mniejsze cząstki, mają tendencję do osadzania się na wewnętrznych ściankach obudowy oraz do „latania” i tym samym do szybszego wysychania.

Tymczasem dzięki stopniowanej drgającej płycie według wynalazku, przepływ pary wodnej, która powstaje z produktu jest zasadniczo stały, od góry do dołu. Strumień pary, który powstaje z cząstek suszonego produktu faktycznie zmniejsza się stopniowo w miarę zmniejszania się zawartości wody, od góry do dołu. W związku z tym można uzyskać ciągły przepływ poprzez zmianę grubości warstwy cząstek w odwrotnej zależności od zawartości wody w tych cząstkach.

A zatem, „latanie” cząstek produktu jest niemożliwe.

W jednym z przykładów wykonania opisywane urządzenie do liofilizacji według wynalazku FR 2093123 składa się aż z trzech komór próżniowych przesuniętych w pionie, tj. ułożonych względem siebie piętrami, a połączonych ze sobą za pomocą giętkich połączeń. Każda z komór zawiera płytę wibracyjną i poziome płaszczyzny. Przy tym produkt przeznaczony do liofilizacji wprowadza się przez wlot najpierw do usytuowanej najwyżej pierwszej komory, a odprowadza się go z trzeciej komory przez wylot.

W instalacji tej możliwe jest wprowadzanie w drgania nie tylko płyty wibracyjnej, ale całych obudów komór. I tak - obudowa pierwszej komory jest poddawana wibracjom generowanym przez tradycyjne łopatki, podczas gdy pozostałe dwie komory są ożywiane drganiami niewyważonych silników zewnętrznych (generatorów drgań napędzanych przez silnik). Prędkość posuwu cząstek produktu na tacach zmniejsza się z jednej komory do drugiej, z góry do dołu.

W ten sposób grubość warstwy cząstek zwiększa się od jednej do drugiej komory i jest przystosowana do średniej zawartości wody w tych cząstkach podczas ich pobytu w odpowiedniej komorze.

Znane jest także suszenie promiennikowe (radiacyjne), odbywające się dzięki promieniowaniu podczerwonemu - jako źródłu ciepła uzyskiwanemu za pomocą grzejników lub lamp elektrycznych. Do tej metody stosuje się suszarki tunelowe. Surowiec poddawany osuszaniu bardzo szybko się nagrzewa, a następnie suszy. Przy czym, na czas suszenia promiennikowego wpływa prędkość przepływu powietrza, moc źródła promieniowania i jego odległość od materiału. Wzrost prędkości przepływu powietrza zmniejsza tempo usuwania wilgoci, co z kolei wydłuża czas suszenia. Dzieje się tak w wyniku ochładzania powierzchni suszonego produktu. Stąd wpływ szybkości przepływu powietrza na kinetykę suszenia podczerwonego jest przeciwny niż obserwowany podczas suszenia konwekcyjnego. Stwierdzono, że wzrost mocy źródła promieniowania podczerwonego i zmniejszenie odległości pomiędzy materiałem i lampami podczerwonymi powoduje zwiększenie szybkości suszenia, przy jednoczesnym zmniejszeniu kosztów zużycia energii.

Aparatura stosowana podczas takiego suszenia jest prosta w obsłudze i może być łatwo przystosowana do zmiennych warunków, suszarki zajmują małą przestrzeń. W ten sposób mogą być suszone obiekty o dużej powierzchni lub określone powierzchnie dużych obiektów.

Promieniowanie cieplne wnika bowiem na niewielką głębokość, ogrzewając produkt głównie powierzchniowo. Dlatego metodę tę można używać do cienkich warstw produktu lub do surowców wcześniej suszonych innymi sposobami, np. w połączeniu z suszeniem konwekcyjnym. Przykładowo badania naukowe wskazywały, że czas suszenia promiennikowego połączonego z suszeniem konwekcyjnym warzyw i owoców takich jak marchew, ziemniak, czy jabłko był krótszy o około 50% od czasu suszenia konwekcyjnego.

Wśród innych metod suszenia miękkich produktów żywnościowych, zwłaszcza owoców i warzyw, znane jest suszenie za pomocą promieniowania mikrofalowego (dielektryczne). Sposób ten polega na wykorzystaniu pola elektromagnetycznego o dużej częstotliwości. Pod wpływem zewnętrznego pola

PL 237 467 B1 elektrycznego powstają siły elektrodynamiczne, które powodują obrót i ustawianie się dipoli obecnych w produkcie równolegle do kierunku pola elektrycznego. Dzięki absorpcji energii mikrofalowej przez cząsteczki wody zawarte w produkcie, następuje ruch wody w stanie ciekłym ku powierzchni, ułatwiając jej odparowanie. Gdy pole jest przemienne, następuje ciągłe przemieszczanie się cząsteczek, co wywołuje tarcie międzycząsteczkowe i wydzielanie energii cieplnej w samym produkcie. Przy tym wewnątrz produktu wytwarza się wyższa temperatura niż na jego powierzchni.

Dzięki temu zostają wyeliminowane szkodliwe naprężenia mechaniczne i otrzymuje się produkt charakteryzujący się teksturą wyżej ocenianą przez konsumentów, w porównaniu z teksturą suszu konwekcyjnego. Mikrofalowa obróbka odbywa się w komorach, którymi są najczęściej metalowe wnęki, bębny obrotowe lub metalowe tunele z transporterem przenoszącym obrabiany produkt przez strefę nagrzewania mikrofalami. Zastosowanie w takich urządzeniach mikrofal dużej mocy wymaga, aby konstrukcja komory procesowej zapewniała skuteczne ekranowanie promieniowania elektromagnetycznego.

Niewątpliwą zaletą instalacji mikrofalowych do suszenia żywności jest to, że są one urządzeniami o małych rozmiarach. Ponadto zastosowanie mikrofal powoduje znaczne skrócenie czasu suszenia, szczególnie w połączeniu z suszeniem konwekcyjnym, oraz daje możliwości usunięcia większej ilości wilgoci. Przy suszeniu mikrofalami następuje także często efekt spulchniania (tak zwanego puffingu), poprawiający zdolność suszu do rehydratacji, przy jednoczesnym zachowaniu walorów smakowych.

Sposób ten jest jednak rzadko stosowany, przeważnie do produktów rozdrobnionych (na przykład w postaci kostek czy płatków).

Znane jest także wykorzystanie różnego rodzaju drgań do intensyfikacji przenoszenia pędu, ciepła i masy. Przejawem tej tendencji w suszarnictwie jest zastosowanie suszenia fluidyzacyjnego, polegającego na przepuszczaniu od dołu strumienia ogrzanego powietrza, przez warstwę drobnoziarnistego lub granulowanego materiału umieszczonego na perforowanym dnie. Prędkość przepływu strumienia powietrza powinna być tak dobrana, by spadek ciśnienia był na tyle duży, żeby zrównoważył ciężar złoża, w wyniku czego aby cała masa została uniesiona w górę, a następnie rozproszyła się ona na mniejsze lub większe cząstki, a dalszy ruch gazu odbywał się w postaci pęcherzyków, złoże zaś przypominało wrzącą ciecz, tworząc stan fluidalny.

W stanie tym suszony materiał jest intensywnie mieszany, a wszystkie cząsteczki owiewane są przez gorące powietrze. Temperatura jest taka sama w całej masie suszonego materiału. Metodą tą suszy się np. groch, rzepak, fasolę, zboża, czy owoce jagodowe i proces ten przebiega bardzo szybko.

Suszarki pracujące w warunkach opisanego stanu fluidalnego charakteryzują się najwyższymi współczynnikami przenoszenia ciepła i masy w stosunku do nakładów poniesionych na przetłoczenie gazu. Są zatem stosunkowo tanie w eksploatacji.

Jedną ze skutecznych metod odwadniania produktów biologicznych, dającą bardzo obiecujące rezultaty w postaci odwodnionych produktów wysokiej jakości, zachowujących zasadniczo skład chemiczny surowca oraz jego smak, aromat i kolor, jest rozwiązanie znane z opisu patentowego PL 173722 (B1), publikowanego także jako EP 0671884 (B1) oraz WO9413146 (A1). Przedmiotem tego wynalazku jest także urządzenie do odwadniania produktów biologicznych otrzymywanych tym sposobem, uwidocznione na rysunku Pos. II.

Zgodnie z opisem wskazanego rozwiązania surowiec - zwłaszcza produkt biologiczny i/lub chemiczny - poddaje się działaniu czynnika gazowego przepływającego w sposób wymuszony w układzie zamkniętym pod ciśnieniem ponad suszonym produktem, przy różnicy temperatur cyrkulującego w układzie czynnika, aż do zmniejszenia zawartości wilgoci w produkcie do żądanego poziomu, który może wynosić poniżej 10% wilgotności. Proces odwadniania prowadzi się przy stałej temperaturze atmosfery wokół surowca, korzystnie wyższej od temperatury składowania surowca, lecz niższej od temperatury degradacji jego składników. Dzięki temu odwadnianie produktów biologicznych polega na anabiotycznym przerwaniu procesów życiowych z możliwością ich przywrócenia.

Urządzenie do odwadniania według tego rozwiązania stanowi fizycznie i termicznie zamknięty zespół składający się z komory odwadniania (1) mającej postać tunelu o przekroju prostokątnym, trójkątnym lub okrągłym, połączonej przewodami (2) i (3) - tj. za pomocą przewodu wlotowego i przewodu wylotowego - z wymiennikiem ciepła (14) oraz z dmuchawą (5). Ściany komory odwadniania oraz ściany przewodów są izolowane termicznie. Wymiennik ciepła jest połączony z usytuowanym na zewnątrz układu generatorem ciepła. Generator ciepła stanowi grzejnik lub chłodnica, przy czym może być on zasilany na przykład gazem, elektrycznością lub energią słoneczną, może stanowić także urządzenie elektrofotonapięciowe lub urządzenie kondensatorowe.

PL 237 467 B1

Urządzenie jest wyposażone w układ ustalający założony poziom gradientu temperatury pomiędzy wymiennikiem ciepła (14), a komorą odwadniania (1) i wymuszający przepływ czynnika gazowego pod określonym ciśnieniem. Urządzenie wyposażone jest także w układ stałej kontroli procesu technologicznego umożliwiający monitorowanie parametrów procesu odwadniania oraz pobierania próbek produktu podczas trwania procesu.

Produkt chemiczny otrzymany sposobem według omawianego wynalazku ma ilościowy skład suchej masy zasadniczo taki jak skład chemiczny suchej masy produktu poddawanego suszeniu.

Zaś produkt biologiczny ma ponadto strukturę biologiczną taką jak produkt świeży. Natomiast produkt stanowiący wysuszoną mieszaninę surowców biologicznych ma ilościowy skład suchej masy i strukturę biologiczną taką jak mieszanina świeżych produktów.

Zgodnie z treścią opisu patentowego odwadniać tym sposobem można takie produkty biologiczne jak owoce, warzywa, mięso, owoce morza, produkty nabiałowe takie, jak mleko i jajka, zioła, przyprawy i nasiona, herbatę, kawę i kakao, tytoń, pasze, drewno, torf; a takie materiały biologiczne takie, jak krew i sperma; szczepionki, bakterie, kancerogeny (substancje rakotwórcze), różnego rodzaju związki chemiczne i substancje farmaceutyczne.

Sposób według tego wynalazku znajduje zastosowanie do odwadniania świeżych owoców i warzyw takich, jak jabłka, ananasy, arbuzy, winogrona, marchew, brokuły, zawierających 75-90% wody.

Badania nad opracowaniem takiej techniki odwadniana, która będzie łączyła zalety sublimacji (liofilizacji), czyli wysoką jakość produktu, i technik konwekcyjnych, które charakteryzują się niskimi kosztami procesu, trwają od wielu lat. Celem wynalazku było opracowanie takiego rozwiązania suszenia, aby produkt utrwalany za pomocą nowej technologii przede wszystkim nie tracił swoich naturalnych właściwości - smakowych, zapachowych, bogactwa witamin, swojej tekstury.

Przedmiotem wynalazku jest sposób odwadniania produktów biologicznych, wykorzystujący metodę suszenia pod ciśnieniem, w którym produkt poddaje się działaniu czynnika gazowego przepływającego w sposób wymuszony w układzie zamkniętym pod odpowiednim ciśnieniem ponad suszonym produktem, przy różnicy temperatur cyrkulującego w układzie czynnika i suszonego produktu, aż do zmniejszenia zawartości wilgoci w produkcie do żądanego poziomu, przy czym proces odwadniania prowadzi się przy stałej temperaturze atmosfery wokół surowca, korzystnie wyższej od temperatury składowania surowca, lecz niższej od temperatury degradacji jego składników.

Zgodnie z istotą wynalazku proces prowadzi się w komorze odwadniania, w której suszony produkt umieszcza się na suszarniczych tacach ułożonych na co najmniej jednym regale z półkami posiadającymi powierzchnie grzejne, przy czym na początku procesu suszenia jako czynnik gazowy stosuje się azot o temperaturze od 30°C do 50°C, przy ciśnieniu od 1,1 do 1,4 Pa we wnętrzu komory odwadniania, natomiast surowiec poddaje się jednocześnie dwóm procesom - procesowi owiewania czynnikiem gazowym, który przepływa poprzez złoże produktu biologicznego w warunkach nadciśnienia i w ustalonej temperaturze od 30° do 50° oraz procesowi suszenia desorpcyjnego wywołanego przez powierzchnie grzejne półek.

Proces odwadniania prowadzi się w kilku etapach polegających na tym, że:

- we wstępnym etapie następuje przygotowanie produktów do suszenia, przy czym w tym celu produkt biologiczny segreguje się na klasy, wyodrębniając produkty ze względu na posiadaną przez nie cechę wspólną, następnie posegregowany produkt o określonej klasie nakłada się na odpowiednie tace suszarnicze, tak, aby otwory tworzące perforacje na tacach były dopasowane wielkością do wielkości nałożonego produktu, a następnie poszczególne tace suszarnicze umieszcza się na powierzchniach grzejnych półek regału, po czym szczelnie zamyka się drzwi komory odwadniania;

- w kolejnym etapie uruchamia się iniektory i poprzez nie wpuszcza się do komory odwadniania azot, po czym odczekuje się określony czas, jednak nie mniejszy niż 9 minut, poprzedzający kolejny etap;

- uruchamia się wszystkie elementy urządzenia, a za pomocą układu ustalająco-sterującego reguluje się automatycznie wszystkie parametry procesu odwadniania, takie jak temperaturę, wilgotność i odpowiednie ciśnienie wewnątrz komory odwadniania, rozpoczynając proces odwadniania produktu biologicznego, który za pośrednictwem układów owiewowego oraz grzewczego - poddaje się jednocześnie dwóm procesom - procesowi owiewania suszonego surowca czynnikiem gazowym, który przepływa poprzez złoże produktu biologicznego w warunkach nadciśnienia i w odpowiedniej temperaturze oraz procesowi suszenia

PL 237 467 B1 desorpcyjnego, które polega na podgrzewaniu produktu do temperatury 40-50°C przez ciepło uwalniane z układu grzewczego;

- po zakończeniu procesu odwadniania, za pomocą układu ustalająco-sterującego stabilizuje się automatycznie wszystkie parametry, w tym reguluje temperaturę i poziom ciśnienia wewnątrz komory, wyłącza się całe urządzenie, otwiera się drzwi komory odwadniania i wyciąga się tace suszarnicze z gotowym wysuszonym wsadem.

Ciecz grzewcza płynąca w układzie grzewczym nagrzewa powierzchnie grzejne półek stykające się z tacami suszarniczymi, a te z kolei podgrzewają znajdujący się na nich produkt biologiczny aż do momentu zmniejszenia zawartości wilgoci w produkcie do żądanego poziomu.

Parę wodną, pochodzącą z odwadnianego produktu usuwa się z komory odwadniania w sposób ciągły, poprzez górny otwór, do skraplacza, a skropliny w warunkach sterylnych skierowane zostają do specjalnego zbiornika umieszczonego na zewnątrz, poza komorą odwadniania.

Produkty biologiczne przeznaczone do suszenia rozdrabnia się do postaci, na przykład połówek, ćwiartek, kostek, plastrów lub słupków i układa się je na suszarniczych tacach pojedynczymi warstwami.

Korzystnie, jeśli produkty biologiczne mające zostać poddane procesowi odwodnienia, są w stanie świeżym, surowym (w temperaturze do około plus 10°C) lub jeszcze lepiej - w stanie zamrożonym (w temperaturze do minus 30°C), co zabezpiecza surowiec przed zmianami enzymatycznymi.

Regał z powierzchniami grzejnymi półek przed rozpoczęciem procesu odwadniania znajduje się na zewnątrz komory odwadniania i tam następuje umieszczenie tac suszarniczych na powierzchniach grzejnych, a dopiero potem, już załadowany regał wprowadza się do środka komory odwadniania.

Czynnik gazowy przepływa przez złoże suszonego surowca w kierunku od dołu do góry, przez otwory w tacach suszarniczych.

Przedmiotem wynalazku jest także urządzenie do odwadniania produktów biologicznych, zwłaszcza spożywczych sposobem według wynalazku, stanowiące zamknięty fizycznie i termicznie zespół, posiadający hermetyczną komorę odwadniania zaopatrzoną w drzwi i połączoną przewodami z wykraplaczem, we wnętrzu której jest umieszczony wymiennik ciepła połączony z usytuowanym na zewnątrz zespołu generatorem ciepła oraz poziome tace suszarnicze w układzie piętrowym, przy czym urządzenie jest wyposażone w środki doprowadzające do komory odwadniania wymagane gazy i/lub środki bakteriostatyczne oraz w układ wymuszający przepływ czynnika gazowego pod określonym ciśnieniem, a nadto urządzenie posiada zautomatyzowany układ ustalająco-sterujący, pozwalający kontrolować parametry przebiegającego procesu odwadniania.

Zgodnie z wynalazkiem urządzenie posiada wymiennik ciepła w postaci wypełnionej cieczą grzewczą całej konstrukcji nośnej regalu, który połączony jest rozłącznie rurociągami zasilającym i odpływowym z nagrzewnicą, umieszczoną na zewnątrz komory odwadniania. Regał ma półki z powierzchniami grzewczymi, na których układa się tace suszarnicze wypełnione odwadnianym surowcem. Nadto, urządzenie posiada instalację wprowadzania azotu do wnętrza komory odwadniania, zawierającą pojemnik azotu rozmieszczony poza komorą odwadniania. Pojemnik jest połączony przewodami z iniektorami rozmieszczonymi przy podłodze komory odwadniania. W tylnej ścianie komory odwadniania, na wysokości każdej półki z tacami, są rozmieszczone wentylatory, korzystnie turbinowe, z indywidualną regulacją wydajności, wdmuchujące czynnik gazowy do wnętrza komory odwadniającej, w przestrzenie między tacami suszarniczymi.

Połączenie regału z rurami zasilającymi i odpływowymi jest rozłączne, za pomocą sprzęgła, korzystnie samozamykającego.

Tace suszarnicze są perforowane, przy czym perforacja może mieć postać elementów dziurkowanych, ażurowych, siatkowych lub tym podobnych.

Dodatkowo tace suszarnicze pokryte są warstwą osłonową i obramowane są elementem izolacyjnym.

Cała komora odwadniania posiada izolację cieplną, którą stanowi warstwa pianki poliuretanowej albo warstwa styropianu. Ponadto izolowana jest warstwą przeciwwilgociową, natomiast od środka wyłożona jest elementami wodoszczelnymi.

Zaletą urządzenia do odwadniania produktów biologicznych według wynalazku jest to, że dzięki zastosowaniu dwóch układów - owiewowego oraz grzewczego umożliwia ono równomierne, a zarazem najbardziej optymalne i skuteczne suszenie produktów biologicznych w całej komorze odwadniania, tak, by nie dopuścić do wystąpienia częstego problemu przegrzania produktów, co stanowi od lat istotny problem techniczny, a skutkuje zawsze utratą wartości odżywczych produktu, zachwianiem zasadniczego składu chemicznego surowca, a także zmianą jego smaku, aromatu i koloru.

PL 237 467 B1

Wiadomym jest bowiem, że intensywność suszenia jest zmienna i zależna od danej fazy cyklu suszenia. Podczas, gdy w pierwszej fazie odprowadzana jest wilgoć powierzchniowa produktu (z warstw blisko powierzchni), to w dalszej fazie cyklu suszy się środek produktu i wówczas para wodna musi dyfundować przez grube warstwy produktu i przy zbyt szybkim i intensywnym suszeniu, dyfuzja wody z głębszych warstw nie nadąża za dyfuzją z powierzchni produktu, co skutkuje tworzeniem się rodzaju twardej, nieprzepuszczalnej skorupki na powierzchni suszonych produktów i jednocześnie niedostatecznie wysuszonego środka tego produktu.

Dla uzyskania właściwej szybkości suszenia należy intensywnie dostarczać ciepło, zachowując jednocześnie małe (niskie) różnice temperatur, co zapobiegać ma przegrzaniu i utracie wartości odżywczych produktu.

Ponadto znacznym usprawnieniem procesu suszenia produktów biologicznych w układzie zamkniętym okazało się wprowadzenie dodatkowego grzania pomiędzy powierzchniami grzejnymi regału, dzięki któremu uzyskano intensywne suszenie miękkich produktów przy małych różnicach temperatur. Ponadto do niewątpliwych zalet urządzenia według wynalazku należy możliwość stosowania różnych tac suszarniczych, o różnych perforacjach i kształtach, które pozwalają na suszenie produktów sortowanych, a w efekcie pozwalają na uzyskanie intensywnego suszenia.

Dzięki zastosowaniu innowacyjnego sposobu odwadniania produktów biologicznych z wykorzystaniem urządzenia do odwadniania według wynalazku, osiągnięto bardzo dobre parametry suszu. Konstrukcja urządzenia pozwala suszyć de facto każdy rodzaj surowców spożywczych aż do suchej masy. Wysuszony surowiec ma bardzo małą zawartość wody (nawet na poziomie 1-2%, co daje parametry identyczne jak przy liofilizacji), a to pozwala uchronić produkt przed zepsuciem. Cechuje się on brakiem higroskopijności (nie chłonie wilgoci z otoczenia), nie atakują go pleśnie. Zachowuje także swój naturalny kształt, strukturę i wszelkie wartości - witaminowe, aromatyczne i niewątpliwe walory smakowe przede wszystkim charakteryzuje się chrupiącą skórką i nieco wilgotnym wnętrzem z miękką i zarazem chrupką, porowatą strukturą miękiszu, a przy tym dłużej zatrzymuje wilgotność, co daje wrażenie świeżości produktu nawet po upływie wielu dni, czy tygodni. Jedynie nieznacznej zmianie ulega odcień barwy wysuszonego produktu w porównaniu z barwą produktu świeżego. Otrzymany wysuszony produkt cechuje też szybkość ponownego uwadniania, to znaczy może być łatwo odtwarzany do stanu wyjściowego poprzez rehydrację, przy czym stan pierwotny osiąga już po kilku minutach od nasączenia wodą.

Suszarka według wynalazku znajduje zastosowanie przy suszeniu wszelkich płodów rolnych u drobnych producentów i w gospodarstwach domowych, zwłaszcza do odwadniania owoców i warzyw miękkich, czyli owoców mających owocnię zmięśniałą w całości, tak jak jagody lub też owocnię przynajmniej częściowo z miękiszu, jak pestkowce czy też miękkich warzyw, takich jak psiankowe, dyniowate, kapustowate czy cebulowe. Opracowana metoda suszenia pozwala na bardzo skuteczne odwadnianie takich owoców jak przykładowo żurawina, czarna i czerwona porzeczka, aronia, borówka, winogrono, gruszka, jabłko, ananas, arbuz, czereśnia, wiśnia, śliwka, jeżyna, malina, truskawka, brzoskwinia, morela oraz tak różnorodnych warzyw jak dynia, pomidor, ogórek, oliwka, ziemniak, papryka, brokuł, kalafior, brukselka, groszek, cebula, pory itp. Metoda ta sprawdza się także doskonale przy suszeniu ziół (przykładowo pokrzywy, szczypioru, kopru) i grzybów. Nie można jednak zastosować tego urządzenia do produkcji taśmowej o dużej wydajności, w cyklu produkcji wielkoprzemysłowej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia urządzenie do odwadniania według wynalazku w widoku z przodu, fig. 2 - to samo urządzenie do odwadniania w widoku z boku, fig. 3 - przedstawia przekrój urządzenia wzdłuż linii A-A na Fig. 1, fig. 4 - urządzenie w częściowym widoku i częściowym przekroju wzdłuż linii B-B na fig. 2 oraz fig. 5 przedstawia regał w widoku z boku.

Wynalazca zbudował urządzenie do odwadniania produktów biologicznych składające się z trzech układów: układu owiewowego, grzewczego oraz ustalająco-sterującego. Urządzenie posiada komorę odwadniania 1 ze stali kwasoodpornej, posiadającą nieuwidocznioną na rysunku izolację cieplną w postaci warstwy styropianu. Ponadto komora odwadniania 1 jest izolowana nieuwidocznioną na rysunku warstwą przeciwwilgociową, a od wewnątrz wyłożona jest również nieuwidocznionymi na rysunku elementami wodoszczelnymi. Komorę odwadniania 1 otwiera się i zamyka hermetycznie za pomocą drzwi 2. W tylnej ścianie 3 komory odwadniania 1, znajdują się wentylatory 4 typu turbinowego, z indywidualną regulacją wydajności, kierujące ruchem gazów w układzie owiewowym.

W czasie pracy urządzenia, we wnętrzu komory odwadniania 1 jest umieszczony regał 5 o konstrukcji rurowej, posiadający sześć półek 6 z grzejnymi elementami 7, składającymi się z równolegle ułożonych rur, przez które przepływa woda. Na każdej z półek 6 umieszcza się niepokazane na rysunku

PL 237 467 B1 perforowane tace suszarnicze, na których układa się wilgotny surowiec mający zostać poddany procesowi suszenia. Tace suszarnicze zostały wykonane z miedzi, pokryte warstwą osłonową i obramowane elementem izolacyjnym.

Regał 5 wraz z grzejnymi elementami 7 półek 6 jest rozłącznie, za pomocą nieuwidocznionych na rysunku sprzęgieł samozamykających, połączony przewodami 8 z nagrzewnicą 9 usytuowaną na zewnątrz układu. Regał 5 spełnia w urządzeniu podwójną rolę - wózka suszarniczego i wymiennika ciepła w układzie grzewczym.

Wewnątrz komory odwadniania 1 znajdują się również elementy instalacji doprowadzającej azot do wnętrza komory, a mianowicie iniektory 10, połączone przewodem 11 z pojemnikiem azotu 12 usytuowanym na zewnątrz układu.

Podczas procesu odwadniania, wilgotny czynnik gazowy wydostaje się przewodem wylotowym 13 do skraplacza 14, umieszczonego nad komorą odwadniania 1, po czym wraca w obiegu zamkniętym przewodem wlotowym 15 do układu i jest wtłaczany wentylatorami 4 z powrotem do komory odwadniania 1.

Skraplacz 14 połączony jest także za pomocą węża ze zbiornikiem wody 16, który magazynuje wodę powstałą ze skraplania pary wodnej. Na zbiorniku wody 16 znajduje się nieuwidoczniona na rysunku podziałka, pozwalająca kontrolować ilość odparowanej wody z produktu biologicznego poddawanego odwadnianiu.

Urządzenie posiada także układ ustalająco-sterujący 17, umiejscowiony na jednej z zewnętrznych ścian bocznych komory odwadniania 1, a pozwalający kontrolować wilgotność oraz ciśnienie wewnątrz komory odwadniania 1.

Opisane urządzenie do odwadniania produktów biologicznych zostało wykorzystane do suszenia partii 100 kg aronii w stanie surowym, zamrożonym, mających temperaturę około minus 10°C.

W tym celu po wstępnym przygotowaniu, obsługujący urządzenie posegregował aronię na dwie klasy, według średnicy jagód, jedna o średnicy jagód w przedziale od 8-10 mm, druga - o średnicy poniżej 8 mm. Następnie nałożył owoce aronii, bez rozdrabniania, na odpowiednie tace suszarnicze pojedynczymi warstwami, tak, aby otwory tworzące perforacje na tych tacach odpowiadały wielkością średnicy nałożonego produktu, po czym poszczególne tace suszarnicze umieścił na elementach grzejnych 7 półek 6 mobilnego regału 5, mającego zamocowane kółka, który stał w pomieszczeniu poza urządzeniem. Po tej czynności wprowadził załadowany regał 5 do środka komory odwadniania 1 i szczelnie zamknął drzwi 2 komory odwadniania 1. W dalszej kolejności uruchomił iniektory 10, które zaczęły wpuszczać do wnętrza komory odwadniania 1 azot zgromadzony w butli 12, po czym odczekał 10 minut po to, by nastąpiła zmiana atmosfery w komorze odwadniania 1 powodująca zanik bakterii tlenowych. Temperatura azotu wynosiła plus 40°C.

W kolejnym etapie obsługujący urządzenie uruchomił wszystkie elementy urządzenia, a układ ustalająco-sterujący 17 wyregulował automatycznie wszystkie parametry procesu odwadniania, w tym temperaturę, wilgotność i ciśnienie wewnątrz komory odwadniania 1, które zgodnie z zamierzeniem osiągnęło pułap 1,2 Pa. Rozpoczął się proces odwadniania wilgotnej aronii, która za pośrednictwem dwóch układów (układu owiewowego oraz układu grzewczego) poddawana była jednocześnie dwóm procesom - procesowi owiewania najpierw azotem, później powietrzem, przy jednocześnie przebiegającym procesie suszenia desorpcyjnego, które polegało na podwyższeniu temperatury aronii do plus 45°C przez energię cieplną uwalnianą z układu grzewczego przez elementy grzejne 7 półek 6 stykające się z tacami suszarniczymi. W następstwie tego podwójnego oddziaływania postępowało odwadnianie aronii, aż do momentu zmniejszenia zawartości wilgoci w suszonych owocach do żądanego poziomu poniżej 2% wilgotności.

Podczas całego cyklu odwadniania następowało wyparowywanie wody z aronii i para wodna, która pochodziła z odwadnianego produktu, była usuwana z komory 1 w sposób ciągły poprzez system wykraplania wody składający się z górnego otworu i przewodu wylotowego 13 oraz skraplacza 14, a skropliny w warunkach sterylnych skierowywane były do specjalnego zbiornika 16 umieszczonego na zewnątrz, poza komorą odwadniania 1. Natomiast odwodniony czynnik gazowy powrócił z powrotem do komory odwadniającej 1 przez przewód wlotowy 15.

Kiedy zakończył się proces odwadniania, obsługujący urządzenie za pomocą układu ustalająco-sterującego 17 ustabilizował wszystkie parametry, w tym wyregulował temperaturę i poziom ciśnienia wewnątrz komory 1, następnie wyłączył całe urządzenie, po czym otworzył drzwi 2 komory odwadniania 1, wyprowadził regał 5 z wnętrza komory 1 i wyciągał po kolei tace suszarnicze z gotowym wysuszonym wsadem aronii.

PL 237 467 B1

W innym cyklu produkcyjnym urządzenie do odwadniania produktów biologicznych według wynalazku zostało wykorzystane do suszenia partii 50 kg marchwi w stanie surowym, świeżym, o temperaturze około plus 8°C.

W tym celu po wstępnym przygotowaniu, polegającym na myciu wodą pod ciśnieniem, po którym nastąpiła obróbka bakteriostatyczna i przeciwgrzybowa, obsługujący urządzenie rozdrobnił marchew w krajarce do warzyw na kostki o wymiarach 7 x 7 mm. Następnie rozłożył rozdrobnioną marchew na tace suszarnicze pojedynczymi warstwami. Poszczególne tace suszarnicze umieścił na elementach grzejnych 7 półek 6 mobilnego regału 5, mającego zamocowane kółka, który stał w pomieszczeniu poza urządzeniem. Po tej czynności wprowadził załadowany regał 5 do środka komory odwadniania 1 i szczelnie zamknął drzwi 2 komory. W dalszej kolejności uruchomił iniektory 10, które zaczęły wpuszczać do wnętrza komory odwadniania 1 azot zgromadzony w butli 12, po czym odczekał 9 minut po to, by nastąpiła zmiana atmosfery w komorze odwadniania 1 powodująca zanik bakterii tlenowych. Temperatura azotu wynosiła plus 35°C.

Kolejne etapy procesu odwadniania przebiegały w podobny sposób jak w poprzednim przykładzie, przy czym ciśnienie wewnątrz komory odwadniania 1 osiągnęło pułap 1,4 Pa, a temperatura marchwi osiągnęła wartość plus 40°C. Zawartość wilgoci w suszonym warzywie spadła poniżej 3%.

Wykaz oznaczeń

- komora odwadniania

- drzwi komory

- tylna ściana komory odwadniania

- wentylator

- regał

- półka

- element grzejny

- przewód systemu grzewczego

- nagrzewnica

- iniektor

- przewód instalacji azotu

- pojemnik z azotem

- przewód wylotowy wilgotnego czynnika gazowego

- skraplacz

- przewód wlotowy odwodnionego czynnika gazowego

- zbiornik wody

- układ ustalająco-sterujący

Claims (21)

1. Sposób odwadniania produktów biologicznych, wykorzystujący metodę suszenia pod ciśnieniem, w którym produkt poddaje się działaniu czynnika gazowego przepływającego w sposób wymuszony w układzie zamkniętym pod odpowiednim ciśnieniem ponad suszonym produk tem, przy różnicy temperatur cyrkulującego w układzie czynnika i suszonego produktu, aż do zmniejszenia zawartości wilgoci w produkcie do żądanego poziomu, przy czym proces odwadniania prowadzi się przy stałej temperaturze atmosfery wokół surowca, korzystnie wyższej od temperatury składowania surowca, lecz niższej od temperatury degradacji jego składników, znamienny tym, że proces prowadzi się w komorze odwadniania, w której suszony produkt umieszcza się na suszarniczych tacach ułożonych na co najmniej jednym regale z półkami posiadającymi powierzchnie grzejne, przy czym na początku procesu suszenia jako czynnik gazowy stosuje się azot o temperaturze od 30°C do 50°C, przy ciśnieniu od 1,1 do 1,4 Pa we wnętrzu komory odwadniania, natomiast surowiec poddaje się jednocześnie dwóm procesom - procesowi owiewania czynnikiem gazowym, który przepływa poprzez złoże produktu biologicznego w warunkach nadciśnienia i w ustalonej temperaturze od 30° do 50° oraz procesowi suszenia desorpcyjnego wywołanego przez powierzchnie grzejne półek.

PL 237 467 B1

2. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że prowadzi się go w kilku etapach polegających na tym, że:

a) we wstępnym etapie następuje przygotowanie produktów do suszenia, przy czym w tym celu produkt biologiczny segreguje się na klasy, wyodrębniając produkty ze względu na posiadaną przez nie cechę wspólną, następnie posegregowany produkt o określonej klasie nakłada się na odpowiednie tace suszarnicze, tak, aby otwory tworzące perforacje na tacach były dopasowane wielkością do wielkości nałożonego produktu, a następnie poszczególne tace suszarnicze umieszcza się na powierzchniach grzejnych półek regału, po czym szczelnie zamyka się drzwi komory odwadniania;

b) w kolejnym etapie uruchamia się iniektory i poprzez nie wpuszcza się do komory odwadniania azot, po czym odczekuje się określony czas, jednak nie mniejszy niż 9 minut, poprzedzający kolejny etap;

c) uruchamia się wszystkie elementy urządzenia, a za pomocą układu ustalająco-sterującego reguluje się automatycznie wszystkie parametry procesu odwadniania, takie jak temperaturę, wilgotność i odpowiednie ciśnienie wewnątrz komory odwadniania, rozpoczynając proces odwadniania produktu biologicznego, który za pośrednictwem układów owiewowego oraz grzewczego - poddaje się jednocześnie dwóm procesom - procesowi owiewania suszonego surowca czynnikiem gazowym, który przepływa poprzez złoże produktu biologicznego w warunkach nadciśnienia i w odpowiedniej temperaturze oraz procesowi suszenia desorpcyjnego, które polega na podgrzewaniu produktu do temperatury 40-50°C przez ciepło uwalniane z układu grzewczego;

d) po zakończeniu procesu odwadniania, za pomocą układu ustalająco-sterującego stabilizuje się automatycznie wszystkie parametry, w tym reguluje temperaturę i poziom ciśnienia wewnątrz komory, wyłącza się całe urządzenie, otwiera się drzwi komory odwadniania i wyciąga się tace suszarnicze z gotowym wysuszonym wsadem.

3. Sposób odwadniania według zastrz. 1, znamienny tym, że ciecz grzewcza płynąca w układzie grzewczym nagrzewa powierzchnie grzejne półek stykające się z tacami suszarniczymi, a te z kolei podgrzewają znajdujący się na nich produkt biologiczny aż do momentu zmniejszenia zawartości wilgoci w produkcie do żądanego poziomu.

4. Sposób odwadniania według zastrz. 1 znamienny tym, że parę wodną, pochodzącą z odwadnianego produktu usuwa się z komory odwadniania w sposób ciągły, poprzez górny otwór, do skraplacza, a skropliny w warunkach sterylnych skierowane zostają do specjalnego zbiornika umieszczonego na zewnątrz, poza komorą odwadniania.

5. Sposób odwadniania według zastrz. 1 znamienny tym, że produkty biologiczne przeznaczone do suszenia rozdrabnia się do postaci, na przykład połówek, ćwiartek, kostek, plastrów lub słupków.

6. Sposób odwadniania według zastrz. 1 znamienny tym, że produkty biologiczne układa się na suszarniczych tacach pojedynczymi warstwami.

7. Sposób odwadniania według zastrz. 1 znamienny tym, że regał z powierzchniami grzejnymi półek przed rozpoczęciem procesu odwadniania znajduje się na zewnątrz komory odwadniania i tam następuje umieszczenie tac suszarniczych na powierzchniach grzejnych, a dopiero potem regał wprowadza się do środka komory odwadniania.

8. Sposób odwadniania według zastrz. 2 znamienny tym, że czynnik gazowy przepływa przez złoże suszonego surowca w kierunku od dołu do góry, przez otwory w tacach suszarniczych.

9. Urządzenie do odwadniania produktów biologicznych, zwłaszcza spożywczych, stanowiące zamknięty fizycznie i termicznie zespół, posiadający hermetyczną komorę odwadniania zaopatrzoną w drzwi i połączoną przewodami z wykraplaczem, we wnętrzu której jest umieszczony wymiennik ciepła połączony z usytuowanym na zewnątrz zespołu generatorem ciepła oraz poziome tace suszarnicze w układzie piętrowym, przy czym urządzenie jest wyposażone w środki doprowadzające do komory odwadniania wymagane gazy i/lub środki bakteriostatyczne oraz w układ wymuszający przepływ czynnika gazowego pod określonym ciśnieniem, a nadto urządzenie posiada zautomatyzowany układ ustalająco-sterujący, pozwalający kontrolować parametry przebiegającego procesu odwadniania, znamienne tym, że posiada wymiennik ciepła w postaci wypełnionej cieczą grzewczą całej konstrukcji nośnej regału (5), który połączony jest rozłącznie rurociągami zasilającym i odpływowym z nagrzewnicą (9), umieszczoną na zewnątrz komory odwadniania (1), a nadto posiada instalację wprowadzania azotu

PL 237 467 B1 do wnętrza komory odwadniania (1), zawierającą pojemnik azotu (12) rozmieszczony poza komorą odwadniania (1), który jest połączony przewodami (11) z iniektorami (10) rozmieszczonymi przy podłodze komory odwadniania (1), przy czym wewnątrz komory odwadniania (1) posiada wentylatory (4) rozmieszczone w tylnej ścianie komory na wysokości każdej półki (6) z tacami suszarniczymi.

10. Urządzenie według zastrz. 9 znamienne tym, że komora odwadniania (1) posiada izolację cieplną, którą stanowi warstwa pianki poliuretanowej.

11. Urządzenie według zastrz. 9 znamienne tym, że komora odwadniania (1) posiada izolację cieplną, którą stanowi warstwa styropianu.

12. Urządzenie według zastrz. 9 znamienne tym, że komora odwadniania (1) izolowana jest warstwą przeciwwilgociową, natomiast od środka wyłożona jest elementami wodoszczelnymi.

13. Urządzenie według zastrz. 9 znamienne tym, że posiada wentylatory (4) z indywidualną regulacją wydajności.

14. Urządzenie według zastrz. 9 znamienne tym, że połączenie regału (5) z rurami zasilającymi i odpływowymi jest rozłączne, za pomocą sprzęgła.

15. Urządzenie według zastrz. 14 znamienne tym, że sprzęgło jest samozamykające.

16. Urządzenie według zastrz. 9 znamienne tym, że tace suszarnicze są perforowane.

17. Urządzenie według zastrz. 16 znamienne tym, że perforacja tac suszarniczych ma postać elementów dziurkowanych.

18. Urządzenie według zastrz. 16 znamienne tym, że perforacja tac suszarniczych ma postać elementów ażurowych.

19. Urządzenie według zastrz. 16 znamienne tym, że perforacja tac suszarniczych ma postać elementów siatkowych.

20. Urządzenie według zastrz. 9 lub 16, lub 17, lub 18, lub 19, znamienne tym, że tace suszarnicze pokryte są warstwą osłonową.

21. Urządzenie według zastrz. 9 lub 16, lub 17, lub 18, lub 19, znamienne tym, że tace suszarnicze obramowane są elementem izolacyjnym.