DE3105623C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schonenden Gefriertrocknung und Pulverisierung von empfindlichen Trocknungsgütern wie wasserhaltigen Lebensmitteln sowie von Emulsionen und Suspensionen aus Nahrungsgütern. Zu diesen Gütern gehören alle Lebensmittel tierischen oder pflanzlichen Ursprungs wie Heilpflanzen.

Es ist bekannt, Flüssigkeiten wie Milch durch Zerstäu­ bung in heißer Luft zu Trockenpulver zu verarbeiten. Derartige Verfahren sind für die Herstellung von Pulvern aus wärme- und oxidationsempfindlichen Lebensmitteln oder Heilpflanzen, wie sie vorstehend beispielsweise ge­ nannt sind, ungeeignet. Bei der hohen Lufttemperatur wer­ den diese Stoffe schnell ihres biostrukturellen Eigen­ schutzes beraubt. Die daraus resultierenden oxidativen Abbauprozesse zerstören wichtige Wirk-, Aroma- und Ge­ schmackstoffe. Durch die Wirkung des Luftsauerstoffes verfärbt sich das Fruchtfleisch und die gütebestimmenden Gehaltsstoffe erfahren eine so weitgehende Qualitäts­ einbuße, daß sie für die Herstellung vollwertiger, pul­ verförmiger Erzeugnisse nicht mehr geeignet sind.

Man hat daher inerte Gase wie Stickstoff zum Schutz vor­ geschlagen, z. B. für die Konservierung von Lebensmitteln. Bekannt ist auch, kristalline rieselfähige Fettpulver durch Zerstäuben von flüssiger Fettschmelze herzustellen (DE-OS 26 50 821 und D-AS 20 02 169). Bei diesem Verfahren wird zur Behinderung der Oxidation Stickstoff als Inert­ gas auf die sich bildenden Tröpfchen aufgesprüht. Die an­ schließende Berieselung des Fettpulvers mit flüssigem Stickstoff soll die Bildung der erwünschten Kristall- Modifikationen begünstigen. Auf eine solche Weise wäre eine Pulverherstellung aus den der Erfindung zugrunde­ liegenden Ausgangsstoffen nicht möglich; denn diese sind in ihrem vielschichtigen Aufbau so differenziert, daß nur aus der Summe aller stofflichen Eigenschaften eine gezielt angesetzte Verfahrenstechnik zu einwandfreien Ergebnissen führt.

Bekannt ist ein Gefriertrockner, bei dem der feuchte zu trocknende Stoff durch Vakuum abgekühlt wird, wonach die Feuchtigkeit durch den Unterdruck aus dem Stoff sub­ limiert (US 36 21 587). Nachteilig dabei ist aber, daß die durch das Vakuum erreichte Temperatur von etwa -30°C nicht ausreicht, um die wertvollen Aroma- und Ge­ schmacksstoffe wie Vitamine in dem Stoff zu erhalten und zu verhindern, daß sie mit dem Dampf abgesaugt werden. Bekannt ist weiterhin (Windhorst, K.: Die Herstellung von Fruchtpulvern und Gewürzextrakten in Pulverform. "Milchwissenschaft" Jahrgang 24, Heft 9/1969, Seiten 548-550) ein Verfahren zur Gefriertrocknung im Hochvakuum, bei dem die auf -30°C tiefgefrorenen gemahlenen oder ganzen Früchte in eine unter hohem Vakuum stehende Kammer eingebracht werden, in der das zu Eis gefrorene Wasser der Früchte sublimiert. Aber auch bei diesem Verfahren reicht die Temperatur der Früchte nicht aus, um zu verhindern, daß Aroma- und Geschmacksstoffe beim Anlegen des Vakuums nicht mit dem Wasserdampf zusammen abgesaugt werden und daß eine Oxidation verhindert wird.

Grundsätzlich muß ein Unterschied zwischen Stoffen gemacht werden, die sich durch Pressung ergeben haben, z. B. Fruchtsaft, und solchen, die durch Vermusung der Ausgangs­ produkte entstanden sind. Erstere führen vorwiegend wasser­ lösliche oder in Flüssigkeit durch Druck ausfällbare Stof­ fe mit sich, während im Mus die stoffliche Ganzheit des jeweiligen Ausgangsproduktes enthalten ist. Da Fruchtsaft nur einen Teil jener Gehaltsstoffe aufweist, die im orga­ nisch nicht gebundenen Wasseranteil vorliegen, ist eine verfahrenstechnische Behandlung an keine besonderen Regeln gebunden. Dies gilt daher für Vorrichtungen zur Gefriertrocknung von Getränken, bei denen diese, z. B. Oran­ gensaft, in einen Gefrierturm eingesprüht und dort mit einem gekühlten Inertgasstrom zum Gefrieren gebracht wer­ den, wonach in einer Sublimationskammer die Abscheidung der gefrorenen Flüssigkeit als Dampf erfolgt (DE-PS 19 08 830).

Das Mus enthält, nebem dem reinen Saftanteil, eine Fülle von weiteren, meist sehr empfindlichen Substanzen, die an die organisch gebundene Feuchtigkeit gekoppelt und daher nicht auspreßbar sind. Saft besitzt also nur einen Teil­ wert, während das Mus den Vollwert des entsprechenden Nahrungsgutes darstellt. Diesen Ordnungswerten sind alle jene Lebensmittel-Kompositionen einzugliedern, die unter dem Gesichtspunkt ernährungs-physiologischer Vollwertig­ keit zusammengesetzt sind und voll dem Einsatzzweck entsprechen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur schonenden Gefriertrocknung und Pulverisierung von empfindlichen Trocknungsgütern, wie wasserhaltigen Lebensmitteln sowie von Emulsionen und Suspensionen aus Nahrungsgütern vorzuschlagen, um aus diesen ein trockenes Pulver herzustellen. Das Pulver sollte so beschaffen sein, daß in ihm alle gütebestimmenden Bestandteile der Aus­ gangsprodukte, wie z. B. Wirk-, Aroma- und Geschmack­ stoffe, erhalten geblieben sind und das Erzeugnis für längere Zeit, ohne große Kosten und ohne Verschlechterung der Ursprungseigenschaften, lagerfähig ist.

Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zu trocknende Gut in einer Stickstoff- Atmosphäre homogenisiert, unter Druck gestellt, gekühlt, zweistufig zerstäubt und in Kontakt mit flüssigem Stick­ stoff gebracht und das so erhaltene gefrorene kristalline Pulver in einen Vakuumraum eingeführt wird, wobei die in dem Pulver vorhandene Feuchtigkeit als Dampf abge­ saugt wird und daß danach das trockene Pulver in einer Stickstoff-Atmosphäre unter Vakuum verpackt wird, während der verdampfte Stickstoff abgesaugt und gefiltert wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Zuführeinrichtung für das zu trocknende Gut, ein Homogenisiergerät, eine nach außen abgeschlossene und isolierte Zerstäuberkammer mit einer Trennwand und mit Düsen zum Zerstäuben des zu trocknenden Gutes in einer ersten Stufe und mit einer drehbaren, motorisch angetriebenen Parabolschale mit Rillen zum Zerstäuben in einer zweiten Stufe, Stickstoffdüsen unterhalb des oberen Deckels der Zerstäuber­ kammer zur Zufuhr von flüssigem Stickstoff und Bil­ dung von Mänteln oder Vorhängen aus flüssigem Stickstoff in der Zerstäuberkammer vor den Düsen zum Gefrieren der entstandenen Tröpfchen zu Pulver, eine erste Schleuse zur druckdichten Ausbringung des Pul­ vers aus der Zerstäuberkammer in eine Vakuumkammer, Transportbänder in der Vakuumkammer zum Transport des Pulvers von der ersten Schleuse zu einer zweiten Schleuse am unteren Ende der Vakuumkammer, Heizungen zum Beheizen der Transportbänder, Stutzen zum Absaugen der Dämpfe aus der Vakuumkammer, eine Vorrichtung zum Verpacken des trockenen, kristallinen Pulvers unter Vakuum, einen Ventilator zum Absaugen des kalten Stickstoffgases aus der Zerstäu­ berkammer über eine Leitung, eine Filtereinheit in der Leitung zur Abscheidung von mitgerisse­ nem feinem Pulver, einen von dem kalten Stickstoffgas beaufschlagten Kühler zur Vorkühlung der Flüssigkeit vor dem Zerstäuben, eine Leitung zur Zufuhr des Stickstoff-Gases zum Kühler sowie durch Ventile in den Leitungen.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gefriertrocknung von z. B. Früchten ist gekennzeichnet durch eine Mühle zum Zermahlen der Früchte in einer Stick­ stoff-Atmosphäre zu Mus, eine erste Druckpresse zur Druckerhöhung des Muses, ein mit einer Reinigungsvor­ richtung ausgestattetes, motorisch angetriebenes Passiersieb vor der Zerstäuberkammer zur Homo­ genisierung des Muses und zur Bildung einer sprühbaren Flüssigkeit in eine zweite Druckpresse.

Auf diese Weise ist es möglich, Früchte mit hohem Fest­ stoffgehalt zu einem gut lagerfähigen Pulver umzuwandeln, das sich leicht weiterverarbeiten läßt. Mit den bisher bekannten Verfahren war diese Art der Verarbeitung nicht möglich.

Ausführungsbeispiele der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Verarbeitung des trocknenden Gutes.

Die zu verarbeitenden Stoffe werden einer Zuführeinrich­ tung 1 zugeführt und von hier in ein Homogenisiergerät 2 gebracht, in welchem sie für die spätere Verdüsung zu einer feinen Flüssigkeit aufbereitet werden. Das Homo­ genisiergerät 2 steht unter Stickstoff, welcher durch eine Zuleitung 3 eingeführt wird und eine Schädigung durch Oxidation verhindert. Die homogene Flüssigkeit gelangt zur Vorkühlung durch eine Leitung 4 zu einem Kühler 5 und danach in eine aus Düsen 7 und einer Parabolschale 8 bestehende, motorisch angetriebene Zerstäubungs-Einrich­ tung, die im oberen Teil einer Zerstäuberkammer 6 ange­ bracht ist. Die Zerstäuberkammer 6 ist nach außen abge­ schlossen und isoliert.

Hier wird die eingebrachte Flüssigkeit durch die Düsen 7 in einer ersten Stufe grob zerstäubt. Als Strahl aus gro­ ben Tröpfchen gelangt die zerstäubte Flüssigkeit auf die rotierende Parabolschale 8, wie sie in der CH-PS 5 64 978 (Zerstäubungs­ vorrichtung für flüssige und pastöse Stoffe) näher beschrieben ist. Die Tröpfchen prallen mit großer Ge­ schwindigkeit auf die sich entgegengesetzt drehende, mit Rillen versehene Parabolschale 8 auf und werden so in einer zweiten Stufe fein zerstäubt. Diese feinen Tröpf­ chen fallen als zylindrischer Schleier allmählich nach unten. Dabei werden sie in Kontakt gebracht mit einem Mantel oder Vorhang 9 aus flüssigem Stickstoff, der aus Stickstoffdüsen 10 im Deckel 11 der Zerstäuberkammer 6 strömt. Durch die Berührung mit dem kalten Stickstoff er­ starren die feinen Tröpfchen zu einem festen Pulver. Die­ ses fällt weiter nach unten und sammelt sich in dem unteren Kegel­ teil 12 der Zerstäuberkammer 6. Der verdampfte Stickstoff wird durch einen Ventilator 13 aus der Zerstäuberkammer 6 abgesaugt und durch eine Leitung 18 abgeführt. Zur besseren Trennung der heruntergefallenen Teilchen von dem abzusaugenden Gas besitzt die Zerstäuberkammer 6 eine Trennwand 15. Die überschüssige Menge an Gas wird über ein Ventil oder eine Klappe 16 in der Leitung 18 abgeführt, soweit sich nicht zur Vorkühlung der Flüssig­ keit vor der Zerstäuberkammer 6 benutzt wird. Dieser Anteil des kalten Gases wird über eine abzweigende Lei­ tung 1 dem Kühler 5 zugeführt. Zur Regelung dieser Gas­ menge ist in der Leitung 18 hinter dem Kühler 5 ein Ven­ til 19 angebracht.

Das Pulver gelangt aus dem Kegelteil 12 der Zerstäuber­ kammer 6 über eine druckdicht abschließende erste Schleuse 20 in eine Vakuumkammer 21. Das Vakuum in ihr wird durch Absaugen über einen Stutzen 22 erzeugt. In der Vakuumkammer 21 wird das Pulver auf ein erstes Trans­ portband 23 gegeben und von diesem zu einem zweiten Trans­ portband 24 transportiert, welche es einer zweiten Schleu­ se 25 zuführt. Zur Beheizung der Transportbänder 23 und 24 sind an ihnen Heizungen 26 und 27 angebracht. Diese geben die Wärme ab, die zum Sublimieren der Feuchtigkeit aus dem Pulver und damit zur Bildung der überhitzten Dämpfe nötig ist. Die Dämpfe werden durch den Stutzen 22 abgesaugt. Das trockene Pulver gelangt nach dem Passieren der Schleuse 25 zu einer Vorrichtung zum Verpacken 28 und wird hier unter Vakuum verpackt. Um die mitgerissenen feinsten Pulverteilchen vom Gas zu trennen, ist in der Leitung 30 hinter der Zerstäuberkammer 6 und vor der Abzweigung zur Leitung 17 eine Filtereinheit 14 vorge­ sehen, die von außen gereinigt werden kann. Der für das Gefrieren nötige flüssige Stickstoff wird den Stickstoff­ düsen 10 über eine Leitung 29 zugeführt.

In Fig. 2 ist eine Abwandlung der Vor­ richtung zur Verarbeitung von Produkten wie Früchten, Gemüse oder Pflanzen dargestellt. Die zu verarbeitenden Früchte werden hier nach der Reinigung einer Mühle 41 zugeführt und unter Stickstoff zu einem Mus zermahlen. Das Mus wird von einer ersten Druckpresse 42 durch ein motorisch angetriebenes Passiersieb 43 zu einer Flüs­ sigkeit gepreßt. Der dabei entstehende übrigbleibende Abfall, der nicht durchgepreßt werden kann, wird von dem Passiersieb 43 abgeschieden und über eine Reinigungs­ vorrichtung 44 abgeführt. Das flüssig gewordene Mus wird als Flüssigkeit einer zweiten Druckpresse 45 zugeführt, hier auf einen erhöhten Druck gebracht und in der Zer­ stäuberkammer 6 zersprüht. Die weiterer Verarbeitung er­ folgt danach gemäß dem in Fig. 1 angegebenen Schema. Sollte es zweckmäßig sein, so kann auch bei der Vorrich­ tung nach Fig. 2 hinter der zweiten Druckpresse 45 ein Kühler eingebaut werden.

Wichtig für die Herstellung eines gebrauchsfähigen Pulvers ist, daß das Mus sehr fein gesiebt wird, da davon die Pulverfeinheit und die schnelle Trocknung abhängig sind, und daß alle Verfahrensschritte in einer Stickstoff- Atmosphäre durchgeführt werden. So kann man Oxidations­ vorgänge im Mus, in der Flüssigkeit und im trockenen Pul­ ver bis zum Verbrauch vermeiden.

Bei der Zerstäubung in der Zerstäuberkammer 6 wird die Flüssigkeit durch einen Düsenkopf, der mit Bohrungen in Form von Venturidüsen versehen ist, hindurchgepreßt. Die Achsen der Düsen 7 sind auf das zweite Drittel der Parabolschale 8 gerichtet. Diese ist in diesem Bereich mit einem Rillenkranz versehen, dessen Rillen in einem Winkel von etwa 45° zum austretenden Flüssigkeits­ strahl angeordnet sind. Der hohe Druck in der Flüssig­ keit erzeugt eine große Geschwindigkeit der aus den Venturidüsen austretenden groben Tröpfchen und so eine primäre Zerstäubung und an der Parabolschale 8 eine sekundäre Zerstäubung, die feiner ist. Dabei wird durch die parabolische Oberfläche eine Bündelung der Tröpfchen erreicht. Diese bewegen sich gegen den Vorhang 9 aus kaltem flüssigem Stickstoff, der aus den Stickstoff­ düsen 10 im oberen Deckel 11 der Zerstäuberkammer 6 aus­ tritt. Durch den Kälteschock werden die feinen Tröpfchen in eine kristalline Zustandsform überführt. Der ursprüng­ lich pastöse, dann flüssige Stoff wird durch die Zerstäu­ bung in dem gekühlten Bereich der Zerstäuberkammer 6 in ein feines Pulver umgewandelt. Er besitzt danach jene große Oberfläche, die nötig ist, um während des kontinu­ ierlichen Transportes die vorhandene Feuchtigkeit austre­ ten zu lassen. Hierzu werden die Kristalle, die von in­ ertem Gas ummantelt sind, im Bereich der Vakuumkammer 21 den beheizten Transportbändern 23 und 24 zugeführt. Diese sind, je nach dem vorgegebenen Stoff, in größeren Ab­ ständen übereinander angeordnet, um die große Oberfläche des feinkörnigen Pulvers im freien Fall für eine ausrei­ chend schnelle Trocknung zu nutzen und die Verdampfung zu beschleunigen. Zur raschen Trocknung können die Bänder auch beschichtet werden, beispielsweise mit Silika-Gel. Dieses bindet die Feuchtigkeit und kann durch weiter angeordnete Heizungen wieder bis zu der Stelle getrocknet werden, an der das Pulver aufgeschüttet wird. Da im Vakuum unter Stickstoff verpackt wird, ist sichergestellt, daß das trockene Pulver längere Zeit lagerfähig bleibt. Je nach dem Feuchtigkeitsgehalt und dem Trockengut können auch mehr als zwei Bänder übereinander angeordnet werden.

Claims (3)

1. Verfahren zu schonenden Gefriertrocknung und Pulverisierung von empfindlichen Trocknungsgütern wie wasserhaltigen Lebens­ mitteln sowie von Emulsionen und Suspensionen aus Nahrungs­ gütern, dadurch gekennzeichnet, daß das zu trocknende Gut in einer Stickstoff-Atmosphäre homogenisiert, unter Druck gestellt, gekühlt, zweistufig zerstäubt und in Kontakt mit flüssigem Stickstoff gebracht und das so erhaltene gefrorene kristalli­ ne Pulver in einen Vakuumraum eingeführt wird, wobei die in dem Pulver vorhandene Feuchtigkeit als Dampf abgesaugt wird und daß danach das trockene Pulver in einer Stickstoff- Atmosphäre unter Vakuum verpackt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zuführeinrichtung (1) für das zu trocknende Gut, ein Homogenisiergerät (2), eine nach außen abgeschlossene und isolierte Zerstäuberkammer (6) mit einer Trennwand (15) und mit Düsen (7) zum Zerstäuben des zu trocknenden Gutes in einer ersten Stufe und mit einer dreh­ baren, motorisch angetriebenen Parabolschale (8) mit Rillen zum Zerstäuben in einer zweiten Stufe, Stickstoff­ düsen (10) unterhalb des oberen Deckels (11) der Zerstäu­ berkammer (6) zur Zufuhr von flüssigem Stickstoff und Bildung von Mäntels oder Vorhängen (9) aus flüssigem Stickstoff in der Zerstäuberkammer (6) vor den Düsen (7) zum Gefrieren der entstandenen Tröpfchen zu Pulver, eine erste Schleuse (20) zur druckdichten Ausbringung des Pul­ vers aus der Zerstäuberkammer (6) in eine Vakuumkammer (21), Transportbänder (23, 24) in der Vakuumkammer (21) zum Trans­ port des Pulvers von der ersten Schleuse (20) zu einer zweiten Schleuse (25) am unteren Ende der Vakuumkammer (21), Heizungen (26, 27) zum Beheizen der Transportbänder (23, 24), Stutzen (22) zum Absaugen der Dämpfe aus der Vakuumkammer (21), eine Vorrichtung (28) zum Verpacken des trockenen kristallinen Pulvers unter Vakuum, einen Ventilator (13) zum Absaugen des kalten Stickstoffgases aus der Zerstäu­ berkammer (6) über eine Leitung (18), eine Filtereinheit (14) in der Leitung (18) zum Abscheiden von mitgerisse­ nem feinem Pulver, einen von dem kalten Stickstoffgas beaufschlagten Kühler (5) zur Vorkühlung der Flüssigkeit vor dem Zerstäuben, eine Leitung (17) zur Zufuhr des Stickstoffgases zum Kühler (5) sowie durch Ventile (16, 19) in den Leitungen (17, 18).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 zur Gefriertrocknung von z. B. Früchten, gekennzeichnet durch eine Mühle (41) zum Zermahlen der Früchte in einer Stickstoff-Atmosphäre aus Mus, eine erste Druckpresse (42) zur Druckerhöhung des Muses, ein mit einer Reinigungsvorrichtung (44) ausgestattetes, motorisch angetriebenes Passiersieb (43) vor der Zerstäuberkammer (6) zur Homogenisierung des Muses und zur Bildung einer sprüh­ baren Flüssigkeit und eine zweite Druckpresse (45).