DE4141976A1 - Verfahren und vorrichtung zum keimfreimachen von schuettfaehigen stoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Keimfreimachen von schüttfähigen Stoffen, insbesondere Gewürzen, in loser Form, bei dem die Stoffe anfangs befeuchtet und anschließend mittels Mikrowellenenergie erwärmt werden.

Aus der DE-PS 37 21 762 ist bereits ein Verfahren zur Entkeimung von Lebensmitteln bekannt sowie zwei ver­ schiedene Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. Bei der ersten Ausführungsform wird loses Schüttgut in einem Durchlaufverfahren auf einem Förderband verarbei­ tet. In einer ersten Stufe wird das zu behandelnde Gut temperiert, nämlich gekühlt, in einer zweiten Stufe mit Dampf behandelt und angefeuchtet, und in einer dritten Stufe wird Mikrowellenenergie zugeführt, um das Gut zu erhitzen und zu trocknen. Anschließend erfolgt eine Kühlung in einer vierten Stufe. Bei der zweiten Ausfüh­ rungsform erfolgt die Behandlung in einem geschlossenen Behälter unter Anwendung von Druck und Mikrowellenener­ gie, wobei das zu behandelnde Gut auf einer stationären Platte angeordnet ist.

Bei der Behandlung empfindlicher Stoffe, insbesondere bei Gewürzen, in loser Form, dürfen Behandlungstempera­ tur und Behandlungszeit nicht zu hoch gewählt werden, weil sonst die Qualität der Produkte leidet. So kann es in einem solchen Fall zu Veränderungen des Aussehens und insbesondere zu Aromaverlusten aufgrund der Verluste an Inhaltsstoffen und ätherischen Ölen kommen. Werden die Behandlungszeit jedoch zu kurz und die Temperaturen zu niedrig bemessen, so erfolgt zwar eine Abtötung der in den Stoffen vorhandenen verschiedenen Keimen, die Abtö­ tung von hitzeresistenten Sporen bei Sporenbildnern ist jedoch nicht gewährleistet. Hierzu müßten Temperatur und Behandlungszeit angehoben werden, was jedoch wieder zu einer Qualitätsverschlechterung führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren zum Keimfreimachen von schüttfähi­ gen Stoffen in loser Form, sowie eine entsprechende Vorrichtung, vorzuschlagen, die niedrigere Behand­ lungstemperaturen und kürzere Behandlungszeiten zwecks Schonung der Stoffe zuläßt, obwohl ein sicheres Abtöten bzw. Reduzieren von Keimen und Sporen gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das durch folgende Verfahrensschritte gekenn­ zeichnet ist:

• a) Befeuchten der Stoffe, insbesondere durch Wasser­ dampf;
• b) Erwärmen der Stoffe mittels Mikrowellenenergie auf eine erste, niedrigere Temperatur, bei der ein Aus­ keimen von in den Stoffen enthaltenen Sporen erfolgt und Aufrechterhaltung dieser Temperatur für eine bestimmte Zeit;
• c) Erhitzen der Stoffe mittels Mikrowellenenergie auf eine zweite, höhere Temperatur, bei der die im Schritt b) gebildeten Keime abgetötet werden, bevor sie neue Sporen bilden können.

Bei diesem Verfahren wird gewährleistet, daß durch das Befeuchten der Stoffe und das Erwärmen mittels Mikrowel­ lenenergie auf eine Bruttemperatur ein schnelles und gleichmäßiges Auskeimen von in den Stoffen enthaltenen Sporen erfolgt, und daß in dem sich anschließenden Schritt des Aufheizens auf eine höhere Temperatur die vorher aus den Sporen gebildeten Keime sicher abgetötet werden, bevor sich neue Sporen bilden können. Durch die Anwendung der Mikrowellenenergie ist ein schnelles und gleichmäßiges Durchdringen der schüttfähigen Stoffe gewährleistet, ohne daß es zu partiellen Überhitzungen an der Oberfläche oder zu zu niedrigen Erwärmungen im Innern kommen kann.

Eine besonders vorteilhafte Variante des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt b) derart modifiziert wird, daß die Stoffe zu­ nächst für etwa 5 bis 10 Minuten auf eine Temperatur von über 60° bis 80°C aufgeheizt werden und die Temperatur dann anschließend auf die erste Temperatur reduziert wird. Hierdurch wird erreicht, daß schon am Anfang weni­ ger resistente Keime, insbesondere von Pilzen und Hefen, abgetötet werden, so daß sich die nachfolgenden Schritte nur noch auf die stärker resistenten Keime und Sporen konzentrieren können. Diese Vorerhitzung kann durch den vorzugsweise zum Befeuchten der Stoffe verwendeten Was­ serdampf erfolgen und/oder durch entsprechendes Vorhei­ zen eines Behälters, in dem das Verfahren abgewickelt wird.

Die in den Schritten b) und c) des erfindungsgemäßen Verfahrens angewandten Temperaturen und Einwirkzeiten hängen stark von den zu behandelnden Stoffen und deren Sensibilität ab. Für den Schritt b) hat sich eine Tempe­ ratur von 50° bis 65°C bei einer Einwirkzeit von 30 bis 120 Minuten bewährt, vorzugsweise beträgt die Einwirk­ zeit jedoch 45 bis 70 Minuten. Im Schritt c) liegt die entsprechende Temperatur zweckmäßigerweise bei 70° bis 100°C, vorzugsweise bei 75° bis 95°C. Die Einwirkzeit beträgt hier zweckmäßigerweise 3 bis 15 Minuten, vor­ zugsweise 5 bis 10 Minuten, um keine merkbaren Quali­ tätsverluste auftreten zu lassen.

Nachdem die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte a), b) und c) abgelaufen sind, werden die Stoffe zweckmäßiger­ weise im Vakuum und unter weiterer Anwendung von Mikro­ wellenenergie getrocknet. Um auch hier keine Qualitäts­ einbußen zu haben, wird das Vakuum zweckmäßigerweise so eingestellt, daß sich eine Verdampfungstemperatur von ca. 50° bis 60°C ergibt.

Um zu gleichmäßigen Ergebnissen der Behandlung zu kom­ men, werden die losen Stoffe vorzugsweise während der Behandlung umgewälzt, um zum einen eine gleichmäßige Befeuchtung im Verfahrensschritt a) zu gewährleisten, und um in den Schritten b) und c) ein gleichmäßiges Durchdringen der Stoffe mit Mikrowellenenergie zu ge­ währleisten.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch entsprechende Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine entsprechende Vorrichtung ist gekenn­ zeichnet durch einen geschlossenen, druckdichten Behäl­ ter, der mit Einfüll- und Entleerungsöffnungen für die zu behandelnden Stoffe, einem Dampfanschluß und einer oder mehreren Mikrowellen-Einheiten ausgerüstet ist; sowie eine Steuerung zum Steuern des Ablaufs der einzel­ nen Schritte. In diesem Behälter ist vorzugsweise ein Mischwerk zum Umwälzen der Stoffe angeordnet. Damit in einem letzten Schritt die behandelten Stoffe getrocknet werden können, ist der Behälter nicht nur druckdicht, sondern auch vakuumdicht ausgebildet und mit einem ent­ sprechenden Vakuumanschluß ausgestattet.

Der Behälter ist vorzugsweise doppelwandig ausgebildet und mit zusätzlichen Heizungsanschlüssen zum Vorheizen und/oder unterstützendem Heizen mittels Heizwasser oder Heizdampf ausgestattet. Dies hat den Vorteil, daß ein Vorheizen in der Anfangsphase deutlich schneller erfol­ gen kann als wenn nur Mikrowellenenergie angewendet würde. Die in den Verfahrensschritten b) und c) sowie gegebenenfalls d) vorgesehenen Behandlungstemperaturen werden entweder durch entsprechendes Regeln der Mikro­ wellenenergie eingestellt, oder - was mit deutlich weni­ ger Aufwand verbunden ist - durch wahlweises Einschal­ ten einer entsprechenden Anzahl von Mikrowellen-Einhei­ ten erzeugt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Steue­ rung für die Vorrichtung; und

Fig. 4 eine Darstellung der bei dem erfindungsge­ mäßen Verfahren auftretenden Variablen.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Vorrichtung enthält einen zylindrischen Behälter 1, der liegend angeordnet ist. An den Stirnwänden 2 sind Tragkonsolen 3 befestigt, auf denen der Behälter 1 auf dem Boden steht bzw. befe­ stigt werden kann. Auf der Oberseite des zylindrischen Behälters 1 sind mehrere Mikrowellen-Einheiten 6 vorge­ sehen, deren Mikrowellenenergie über entsprechende Ein­ speiseöffnungen bzw. Hohlleiter in den zylindrischen Innenraum des Behälters 1 eingespeist werden können. Die Einspeiseöffnungen sind durch Verschlußstücke (nicht gezeigt) aus dielektrischem Material druck- und vakuum­ dicht verschlossen.

Auf der Oberseite des zylindrischen Behälters 1 befindet sich eine Einfüllöffnung 9 und an der Unterseite eine Entleerungsöffnung 10 für die behandelnden Stoffe. So­ wohl die Einfüllöffnung 9 als auch die Entleerungsöff­ nung 10 sind im Betrieb verschließbar. Die zu behandeln­ den Stoffe liegen in loser Form vor, d. h. sie sind nicht in Behältern oder Gebinden enthalten.

Innerhalb des zylindrischen Behälters 1 ist ein Misch­ werk 16 vorgesehen, das im vorliegenden Beispiel als Doppelschnecken-Gegenstrommischwerk ausgebildet ist, um eine wirksame Umwälzung der zu behandelnden Stoffe in­ nerhalb des Behälters 1 zu ermöglichen. Dies führt zu einer besonders gleichmäßigen und schonenden Behandlung. Das Mischwerk 16 ist an den Stirnseiten des Behälters 1 gelagert, und die Lagerwelle 18 ist durch druck- und vakuumdichte Stopfbuchsen 8 herausgeführt. An das eine Ende der Lagerwelle 18 ist über ein Getriebe 13 ein Antriebsmotor 12 angeschlossen, mit dem das Mischwerk 16 mit geeigneter Geschwindigkeit angetrieben werden kann. Die Drehzahl des Mischwerkes 16 ist durch eine entspre­ chende Verstell- oder Regelvorrichtung variierbar.

Da der Behälter 1 allseits verschlossen ist, aber gele­ gentlich eine Reinigung oder Inspektion des Inneren, insbesondere des Mischwerkes 16, erforderlich werden kann, ist eine seitliche Reinigungsöffnung 7 vorgesehen, die über einen druck- und vakuumdichten Verschluß ver­ schlossen ist.

Im oberen Bereich des Behälters 1 ist ein in einen Dom mündender Vakuumanschluß 15 vorgesehen, über den das Innere des Behälters 1 evakuiert werden kann. Außerdem sind im unteren Bereich des Behälters 1 Dampfanschlüsse 19 vorgesehen, über die zum Befeuchten der zu behandeln­ den Stoffe Wasserdampf unter Druck eingeleitet werden kann. Der Behälter 1 ist sowohl druckdicht als vakuum­ dicht ausgebildet; dies gilt auch für die anderen Bau­ teile wie Stopfbuchsen 8, Verschlüsse usw. Anstelle des im Ausführungsbeispiel verwendeten Doppelschnecken-Ge­ genstrommischwerkes 16 können auch andere Mischwerksar­ ten oder Umwälzvorrichtungen verwendet werden, z. B. ein Schlagschaufel-Mischwerk.

Um die Heizung durch die Mikrowellen-Einheiten 6 zu ergänzen, ist der Behälter 1 zweckmäßigerweise doppel­ wandig ausgeführt. Mit dem entsprechenden Zwischenraum stehen Heizungsanschlüsse 20 in Verbindung, über die Heizdampf oder Heizwasser zur Beheizung des Behälters 1 eingeleitet werden kann. Diese Zusatzheizung ist insbe­ sondere beim Anfahren zweckmäßig, um die gesamte Auf­ heizenergie nicht durch die Mikrowellen-Einheiten 6 auf­ bringen zu müssen.

Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Steuerung 4 ist in der Lage, über einen Ausgang 406 das Ein- und Aus­ schalten bzw. die Leistung der Mikrowellen-Einheiten 6 zu steuern, über einen Ausgang 412 den Antriebsmotor 12 für das Mischwerk 16 zu steuern, über einen Ausgang 415 das Evakuieren über den Vakuumanschluß 15 zu steuern, über einen Ausgang 419 die Zuleitung von Wasserdampf über die Dampfanschlüsse 19 zu steuern und schließlich über einen Ausgang 420 eine Zusatzheizung über die Hei­ zungsanschlüsse 20 zu aktivieren. Die Steuerung ist außerdem mit Eingängen 400 versehen, über die die Vor­ richtung eingeschaltet wird bzw. weitere Steuer- und Regelvorgänge durchgeführt werden.

Anhand der Fig. 4 soll nun das erfindungsgemäße Verfah­ ren im einzelnen beschrieben werden. In dieser Darstel­ lung sind über der Zeitachse der Temperaturverlauf T, in zwei Varianten T₁ und T₂, die Anzahl der Mikroorganismen als Wert KBE in logarithmischer Darstellung und die Was­ seraktivität a_w dargestellt.

In einem ersten Verfahrensschritt wird durch Einleiten von Wasserdampf über die Anschlüsse 19 des Behälters 1 die Wasseraktivität a_w auf einen hohen Wert gebracht, damit zum einen die zu behandelnden Stoffe Mikrowellen­ energie absorbieren können, und zum anderen die in die­ sen Stoffen enthaltenen Sporen auskeimen können. Zum Auskeimen wird in einem zweiten Schritt, der jedoch zeitgleich mit dem ersten Schritt beginnen kann, die Temperatur T entsprechend dem Verlauf T₁ auf einen Wert angehoben, der ein Ausbrüten der Sporen ermöglicht. In Fig. 4 ist zu sehen, daß diese Temperatur über 50°C liegt. Anschließend wird in einem dritten Schritt die Temperatur T auf einen höheren Wert, nämlich fast 100°C, angehoben, wodurch die aus den Sporen ausgebrü­ teten vegetativen Keime abgetötet werden. Der entspre­ chende Verlauf der Anzahl der in den Stoffen enthaltenen Mikroorganismen ist in Fig. 4 gezeigt. Es ist zu sehen, daß der Wert KBE von einem hohen Anfangswert zunächst abfällt, was durch den steilen Temperaturanstieg der Kurve T₁ herrührt. Anschließend steigt die Anzahl der Mikroorganismen im Verlaufe des zweiten Schrittes (Aus­ brüten) auf einen hohen Wert an und fällt dann im Ver­ lauf des dritten Schrittes durch Abtöten auf einen sehr niedrigen Wert ab.

In Fig. 4 ist gezeigt, daß der Temperaturverlauf T₁ einen steilen Anstieg aufweist und dann erst später auf einen stabilisierten Wert für das Auskeimen abfällt. Dieser steile Abstieg hat den Vorteil, daß bereits am Anfang die weniger resistenten Keime, insbesondere Pilze und Hefen abgetötet werden, während die in den Stoffen enthaltenen Sporen zunächst ausgebrütet und dann an­ schließend abgetötet werden müssen. Den steilen Anstieg der Temperatur T im Verlaufe von T₁ wird dadurch er­ zeugt, daß heißer Wasserdampf über die Dampfanschlüsse 19 in den Behälter 1 eingeleitet werden und die zu be­ handelnden Stoffe kurzfristig auf eine hohe Temperatur bringen. Es ist auch möglich, diesen steilen Temperatur­ anstieg durch Vorheizen über die Heizungsanschlüsse 20 zu erzielen. Der in Fig. 4 eingezeichnete Temperaturver­ lauf T₂ (gestrichelt gezeichnet) weist einen solchen schnellen Anstieg über die Bruttemperatur hinaus nicht auf. Dieser Verlauf kann dadurch erzeugt werden, daß z. B. nur Mikrowellenenergie der Mikrowellen-Einheiten 6 zum Aufheizen herangezogen wird und der am Anfang einge­ leitete Wasserdampf nicht überhitzt ist.

In Versuchen wurde gefunden, daß folgende Werte für Temperaturen und Zeiten in den einzelnen Verfahrens­ schritten zweckmäßig sind: Die erste Temperatur zum Ausbrüten der Sporen sollte zweckmäßigerweise bei 50° bis 65°C liegen und für 30 bis 120 Minuten, vorzugswei­ se 45 bis 70 Minuten aufrechterhalten werden. Zum Abtö­ ten der ausgebrüteten, vegetativen Keime sollte die zweite Temperatur bei 70° bis 100°C, vorzugsweise 75° bis 95°C liegen und für ca. 3 bis 5 Minuten, vorzugs­ weise 5 bis 10 Minuten, aufrechterhalten werden. Diese Werte hängen in erster Linie davon ab, welche Stoffe behandelt werden und inwieweit diese in ihren Eigen­ schaften durch Wärmeeinwirkung geschädigt werden.

Während der Temperaturverlauf T₂ kein Überschwingen über die erste Temperatur (Bruttemperatur) zeigt, wird bei dem Temperaturverlauf T₁ zunächst für etwa 5 bis 10 Minuten eine Temperatur von 60° bis 80°C erreicht und anschließend auf den ersten Temperaturwert (50° bis 60°C) reduziert.

Sobald die wesentlichen Schritte (Ausbrüten und Abtöten) abgeschlossen sind, schließt sich ein (in Fig. 4 nicht gezeigter) Verfahrensschritt an, bei dem durch Evakuie­ ren über den Vakuumanschluß 15 und weiterer Anwendung von Mikrowellenenergie eine Trocknung der Stoffe durch­ geführt wird. Für diese Trocknung kann die in den Stof­ fen gespeicherte Wärme aus dem zweiten Schritt (Abtötung der Keime) ausgenutzt werden. Damit bei dieser Trocknung die behandelten Stoffe in ihren Eigenschaften nicht weiter beeinträchtigt werden, erfolgt der Trockenvorgang vorzugsweise im Bereich von 50° bis 60°C, wozu das Vakuum entsprechend eingestellt werden muß, damit sich eine Verdampfungstemperatur von 50° bis 60°C ergibt.

Während des Ablaufs der einzelnen Verfahrensabschnitte werden die zu behandelnden, schüttfähigen Stoffe in loser Form durch das Mischwerk 16 laufend umgewälzt, so daß sich eine sehr gleichmäßige Behandlung ohne örtliche Überhitzungen ergibt.

Claims (12)

1. Verfahren zum Keimfreimachen von schüttfähigen Stoffen, insbesondere Gewürzen, in loser Form, bei dem die Stoffe anfangs befeuchtet und anschließend mittels Mikrowellenenergie erwärmt werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) Befeuchten der Stoffe, insbesondere durch Wasser­ dampf;
• b) Erwärmen der Stoffe mittels Mikrowellenenergie auf eine erste, niedrigere Temperatur, bei der ein Aus­ keimen von in den Stoffen enthaltenen Sporen erfolgt und Aufrechterhaltung dieser Temperatur für eine bestimmte Zeit;
• c) Erhitzen der Stoffe mittels Mikrowellenenergie auf eine zweite, höhere Temperatur, bei der die im Schritt b) gebildeten Keime abgetötet werden, bevor sie neue Sporen bilden können.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt b) derart modifiziert wird, daß die Stoffe zunächst für etwa 5 bis 10 Minuten auf eine Tem­ peratur von 60° bis 80°C aufgeheizt werden und die Temperatur dann anschließend auf die erste Temperatur reduziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die im Schritt b) angewandte erste Tempe­ ratur bei 50° bis 65°C liegt und für 30 bis 120 Minu­ ten, vorzugsweise 45 bis 70 Minuten, angewandt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Schritt c) angewandte zweite Temperatur bei 70° bis 100°C, vorzugsweise bei 75° bis 95°C, liegt und für 3 bis 15 Minuten, vorzugsweise 5 bis 10 Minuten, angewandt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Verfahrens­ schritt d) Trocknen der Stoffe im Vakuum und unter weiterer Anwendung von Mikrowellenenergie.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum so eingestellt wird, daß sich eine Ver­ dampfungstemperatur von ca. 50° bis 60°C ergibt.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffe während der Be­ handlung umgewälzt werden.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen geschlossenen, druckdichten Behälter (1), der mit Einfüll- und Entleerungsöffnungen (9, 10) für die zu behandelnden Stoffe, einem Dampfan­ schluß (19) und einer oder mehreren Mikrowellen-Einhei­ ten (6) ausgerüstet ist; sowie eine Steuerung (4) zum Steuern des Ablaufs der einzelnen Schritte.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein in dem Behälter (1) angeordnetes Mischwerk (16) zum Umwäl­ zen der Stoffe.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Behälter (1) auch vakuumdicht ausgebildet und mit einem Vakuumanschluß (15) ausgestattet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) doppelwan­ dig ausgebildet und mit zusätzlichen Heizungsanschlüssen (20) zum Vorheizen und/oder unterstützenden Heizen mit­ tels Heizwasser oder Heizdampf ausgestattet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Verfahrensschrit­ ten b) und c) sowie gegebenenfalls d) vorgesehenen Be­ handlungstemperaturen durch wahlweises Einschalten einer entsprechenden Anzahl von Mikrowellen-Einheiten (6) erzeugt werden.