PL173722B1

PL173722B1 - Sposób odwadniania produktów oraz urządzenie do odwadniania produktów

Info

Publication number: PL173722B1
Application number: PL92296843A
Authority: PL
Inventors: Włodzimierz L. Grocholski
Original assignee: Grocholski Wlodzimierz L
Priority date: 1992-12-04
Filing date: 1992-12-04
Publication date: 1998-04-30
Also published as: NZ258246A; CA2150931C; BR9307592A; ATE152580T1; WO1994013146A1; JPH08506172A; PL296843A1; AU5579994A; EP0671884B1; EP0671884A1; CA2150931A1; DE69310541T2; DE69310541D1; AU685764B2

Abstract

1 . Sposób odwadniania produktów, zwla- szcza biologicznych i/lub chemicznych, zna- mienny tym, ze surowiec poddaje sie dzialaniu czynnika gazowego przeplywajacego w sposób wymuszony w ukladzie zamknietym pod cisnie- niem ponad suszonym produktem, przy róznicy temperatur cyrkulujacego w ukladzie czynnika, az do zmniejszenia zawartosci wilgoci w produ- kcie do zadanego poziomu. 4. Urzadzenie do odwadniania produktów, zwlaszcza biologicznych i/lub chemicznych, zna- mienne tym, ze stanowi je fizycznie i termicznie zamkniety zespól skladajacy sie z komory odwad- niania (1) polaczonej przewodami (2) i (3) z wy- miennikiem ciepla (14) oraz z dmuchawy (5), przy czym urzadzenie wyposazone jest w uklad ustalajacy zalozony poziom gradientu temperatury pomiedzy wymiennikiem ciepla (14) a komora od- wadniania (1) i wymuszony przeplyw czynnika gazowego pod okreslonym cisnieniem. F I G . 2 ( 5 4 ) Sposób odwadniania produktów oraz urzadzenie do odwadniania produktów PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób odwadniania produktów biologicznych, zwłaszcza żywności, a także produktów chemicznych i farmaceutycznych oraz urządzenie do odwadniania tych produktów.

Znane technologie odwadniania lub suszenia produktów biologicznych, chemicznych i farmaceutycznych, a w szczególności żywności, można co do istoty sprowadzić do procesu uwalniania z nich wody przez odparowanie w wysokiej temperaturze przy wymuszonym przepływie powietrza oraz ewentualnie przy podwyższonym lub obniżonym ciśnieniu.

Podczas prowadzenia takich procesów, na przykład według opisów patentowych USA Nr 4 207 684, 4 207 685, 4 334 861 uwalniana jest nie tylko woda - odwodniony lub wysuszony produkt jest także pozbawiony zasadniczych biologicznych i chemicznych składników. Co więcej, w zależności od zastosowanych warunków zachodzą procesy chemiczne, odpowiedzialne za nieodwracalne zmiany w poddawanym odwadnianiu produkcie, mające negatywny wpływ na skład i jakość produktu finalnego.

W celu uniknięcia wskazanych niedogodności zastosowano technikę zamrażania, w tym liofilizację na przykład opisaną w amerykańskim patencie Nr 5 059 518. Jednakże i ten sposób ma niepożądane aspekty w postaci niszczenia struktury wewnętrznej mrożonych produktów i konieczności stałych wydatków energii na chłodzenie podczas przechowywania. Transport zamrożonych produktów rodzi dalsze problemy. Dodatkowo obecność wody wpływa bezpośrednio na zwyżkę ogólnych kosztów z tym związanych.

Jednym z najstarszych sposobów konserwacji produktów biologicznych, a zwłaszcza produktów żywnościowych, jest suszenie lub odwadnianie. I tak od dawna znany jest sposób wytwarzania rodzynek przez suszenie winogron. Takie procesy suszenia są oczywiście obecnie ciągle jeszcze szeroko praktykowane. Jednakże znane procesy odwadniania lub suszenia mają poważne i istotne wady. W szczególności w stosowanych obecnie procesach suszenia w 'układzie otwartym smak i aromat produktu znacznie się zmienia w porównaniu z produktem w jego stanie naturalnym.

Określenie układ otwarty odnosi się do procesu lub urządzenia do suszenia, działającego przez wykorzystanie przepływu ogrzanego powietrza wzdłuż powierzchni odwadnianego produktu, w którym przepływ powietrza nie jest odizolowany od atmosfery otoczenia, ale umożliwiona jest wymiana powietrza miedzy komorą suszarniczą a powietrzem otoczenia. Chociaż w wielu znanych układach otwartych może być stosowana recyrkulacja pewnej części powietrza dla celów efektywności wykorzystania energii, to jednakże w znanych układach do dehydratacji nie stosuje się układu zamkniętego, w którym cała objętość powietrza wykorzystywanego do suszenia jest zamykana, izolowana lub uszczelniana od atmosfery otoczenia i recyrkulowana, bez wymiany powietrza z atmosferą otoczenia podczas cyklu suszenia.

A zatem w znanych procesach suszenia wraz z odparowywaną z produktu wodą odparowywane są również substancje smakowe oraz zapachowe, brak ich jest więc w odwodnionym produkcie. W związku z tym smak, tekstura i aromat produktu odwodnionego konwencjonalnym sposobem są zmienione w istotny sposób. Dlatego też produkty odwodnione znanymi sposobami nie mogą być odtwarzane i stosowane jako dopuszczalne substytuty produktu naturalnego. Wykorzystując, przykład rodzynek, powszechnie wiadomo, że smak, zapach i kolor winogron różni się znacznie od smaku, zapachu i barwy rodzynek, rodzynki nie mogą być zatem substytutem winogron w przetworzonych produktach żywnościowych, takich jak na przykład lody i jogurt.

173 722

Stąd też obecnie jesteśmy świadkami badań nad konserwowaniem środków żywnościowych poprzez suszenie, z uniknięciem niepożądanych zmian jakości odwodnionych produktów.

Stosowanie dodatku związków chemicznych podczas suszenia jest wspólnym podejściem do przedstawionego powyżej problemu znanym z opisów patentowych USA Nr 4153 549, 4 975 293,5 000 974. Przykładem takiego związku jest trehaloza (np. opis patentowy USA Nr 5 026 566). W niektórych przypadkach stosuje się siarczyny na przykład w opisach patentowych USA Nr 4 959 230, 4 988 523, 4 988 522.

Stary sposób konserwowania owoców przez dodanie cukru jest nadal stosowany (opis patentowy USA Nr 4 889 730). Względy zdrowotne decydują jednak, że unika się dodawania cukru do produktów owocowych.

Odwadnianie wykorzystywane jest także w przemyśle chemicznym i farmaceutycznym, przykładowo przy suszeniu aminokwasów (opis patentowy USA Nr 4 734 401), tabletkowanych leków (opis patentowy USA Nr 4 820 627) i polimerów (opis patentowy USA Nr 4 319 409). Wyżej wskazane niepożądane zmiany obserwowane w produktach żywnościowych zachodzą także w przypadku suszenia leków.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i urządzenia do odwadniania produktów umożliwiającego zachowanie zasadniczego składu chemicznego surowca, a także jego smaku, aromatu i koloru.

Istota wynalazku polega na tym, że surowiec zwłaszcza produkt biologiczny i/lub chemiczny, poddaje się działaniu czynnika gazowego przepływającego w sposób wymuszony w układzie zamkniętym 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 stanowi fizycznie i termicznie zamknięty zespół składający się z komory odwadniania połączonej przewodami z wymiennikiem ciepła oraz z dmuchawy. Urządzenie jest wyposażone w układ ustalający założony poziom temperatury w komorze odwadniania i wymuszający przepływ czynnika gazowego pod określonym ciśnieniem. Urządzenie wyposażone jest także w układ stałej kontroli procesu technologicznego umożliwiający monitorowanie parametrów procesu odwadniania oraz pobieranie próbek produktu podczas trwania procesu. Stałemu monitorowaniu poddawana jest temperatura, wilgotność względna i bezwzględna w różnych rejonach urządzenia, a w szczególności wokół odwadnianego produktu i w pobliżu wymiennika ciepła, a także szybkość przepływu środowiskowej atmosfery w układzie, w szczególności wokół odwadnianego produktu i w pobliżu dmuchawy. Monitorowanie faktycznej wartości wskazanych parametrów realizowane jest przy użyciu czujników temperatury, czujników szybkości cyrkulacji atmosfery wewnątrz urządzenia, czujników wilgotności względnej i bezwzględnej oraz czujników ciśnienia, z których dane wprowadzane są do komputera kontrolującego i optymalizującego przebieg procesu odwadniania. Urządzenie wyposażone jest ponadto w zespół zapewniający czystość mikrobiologiczną produktu, na przykład w postaci iniektorów, przez które są wprowadzane do komory środki bakteriostatyczne i/lub wymagane gazy.

Komora odwadniania urządzenia, mająca postać tunelu o przekroju prostokątnym, trójkątnym lub okrągłym, połączona jest za pomocą przewodu wlotowego i przewodu wylotowego z wymiennikiem ciepła. Ściany komory odwadniania oraz ściany przewodów są izolowane termicznie. Wymie'nnik 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.

173 722

Produkt chemiczny otrzymany sposobem według 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.

Odwadnianie produktów prowadzi się w układzie zamkniętym, w którym utrzymuje się założony poziom i gradient temperatury oraz wymuszony przepływ atmosfery pod odpowiednim ciśnieniem. To skutkuje z jednej strony szybkim osiągnięciem lokalnie pełnej wilgotności względnej, a z drugiej strony występowaniem gradientu wilgotności bezwzględnej. Cząstkowe ciśnienia lotnych substancji chemicznych z odwadnianych produktów osiąga poziom pełnego nasycenia co, zgodnie z zasadą Le Chatellier’a, przeciwdziała istotnym zmianom chemicznym w odwadnianym produkcie. Odwodnienie następuje w wyniku stałego dopływu energii cieplnej i odbioru wilgoci z produktu.

Od początku procesu odwadniania, w całym układzie, a w szczególności w komorze odwadniania, utrzymywana jest określona wyjściowa temperatura. Temperatura ta korzystnie jest wyższa od temperatury składowania surowca. Dodatkowo, utrzymuje się gradient temperatury między odwadnianym produktem i otaczającą go atmosferą. Ten gradient temperatury ma najwyższą wartość w pobliżu wymiennika ciepła. Wymiennik ciepła stanowi także odbiornik wilgoci. Wynika stąd, że w obrębie układu gradient wilgotności bezwzględnej jest równoległy do gradientu temperatury i utrzymuje względnie stałą wilgotność względną. W tych warunkach surowiec wprowadza się do komory odwadniania i rozpoczyna się proces. Po zadanym okresie czasu i przy wymaganych wynikach analizy jakości pobieranych próbek przerywa się odwadnianie partii materiału i, jeśli zachodzi taka potrzeba, do komory wprowadza się nową porcję surowca.

Urządzenie według wynalazku wyposażone jest w dwa układy kontroli - stałego monitorowania parametrów procesu odwadniania i stałego pobierania próbek produktu do kontroli jakości podczas każdego etapu procesu. Kontrolę parametrów technologicznych realizuje się przez właściwe ustawienie odpowiednich czujników i zapis graficzny ich wskazań, podczas gdy pobieranie próbek produktu do kontroli jakości w trakcie trwania procesu prowadzi się na drodze okresowego pobierania próbek i kierowania ich do analizy laboratoryjnej.

Stałemu monitorowaniu poddawana jest temperatura, wilgotność względna i bezwzględna w różnych rejonach urządzenia - wokół odwadnianego produktu i w pobliżu wymiennika ciepła, a także szybkości przepływu środowiskowej atmosfery w układzie wokół odwadnianego produktu i w pobliżu dmuchawy.

Wymienione czujniki, poza tym, że służą monitorowaniu faktycznej wartości wskazanych parametrów, wykorzystywane są do utrzymywania gradientu temperatury wewnątrz urządzenia.

Według wynalazku odwadniać można takie produkty biologiczne jak owoce, warzywa, mięso, owoce morza, produktu 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 wynalazku znajduje zastosowanie do odwadniania świeżych owoców i warzyw takich, jak jabłka, ananasy, arbuzy, winogrona, marchew, brokuły, zawierających 75-90% wody. W tym celu po wstępnym przygotowaniu, polegającym na myciu wodą pod wysokim ciśnieniem, po którym następuje obróbka bakteriostatyczna i przeciwgrzybowa, obiera się je ze skórki, ewentualnie usuwa rdzeń i kroi w plastry, po czym umieszcza się na pasie transmisyjnym i przenosi do komory odwadniania. Po kilku godzinach odwadniania produkt zawiera około 8% wody i 92% suchej masy o składzie, ustalonym w wyniku analizy chromatograficznej, analogicznym jak produkt świeży. Analogicznie można odwadniać arbuzy, winogrona i uzyskuje się analogiczne wyniki. Wysuszone produkty po nasączeniu wodą mają smak i strukturę świeżych produktów.

Analogicznie odwadnia się mięso wołowe i wieprzowe, drób oraz owoce morza, a także produkty nabiałowe - mleko i jajka - uzyskując analogiczne rezultaty.

Przeprowadzono również próby z odwadnianiem ziół, przypraw i nasion, herbaty, kawy i kakao, tytoniu, paszy. Próby te dały pozytywne wyniki. Odwadniane przez kilka godzin produkty miały znakomitą jakość. Natomiast suszone przez kilka godzin sposobem według wynalazku drewno miało jakość analogiczną jak drewno sezonowane i suszone przez kilka lat metodami tradycyjnymi.

Według wynalazku uzyskano także pozytywne wyniki odwadniania materiałów biologicznych takich, jak krew, szczepionki i bakterie oraz związków chemicznych i substancji farmaceutycznych.

Konstrukcja urządzenia do odwadniania winna być dostosowana do rodzaju odwadnianego produktu i jego końcowej objętości. Oczywiście jednak jakość odwodnionego produktu finalnego zależy także od użycia pomocniczych czujników i ciągłej analizy surowca podczas procesu odwadniania.

Wynalazek uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy procesu odwadniania produktów biologicznych, zwłaszcza spożywczych, fig. 2 - schemat urządzenia do odwadniania.

Zgodnie z fig. 1 technologia odwadniania na skalę przemysłową obejmuje pierwszą selekcję surowca wyjściowego, oczyszczanie, obróbkę wstępną, drugą selekcję, załadunek wstępnie wyselekcjonowanego surowca, odwadnianie, usunięcie wysuszonego produktu z komory, trzecią selekcję i produkt końcowy. I tak, dla przykładu proces odwadniania owoców ananasa obejmuje następujące, kolejne etapy: podstawową wizualną i fizyczną selekcję owoców, mycie ich wodą pod wysokim ciśnieniem, poddanie działaniu roztworu bakteriostatycznego i przeciwgrzybowego, obieranie ze skórki i usuwanie korony owocu, plasterkowanie według parametrów podanych w zamówieniu, badanie laboratoryjne masy owocowej, załadowanie do komory odwadniania produktu w plasterkach, suszenie, wyładowanie z komory, selekcję, kontrolę laboratoryjną ważenie, konfekcjonowanie.

W najprostszym przypadku urządzenie do odwadniania według wynalazku można ograniczyć do komory odwadniania 1, przewodów 2 i 3 oraz wymiennika ciepła 14 z dmuchawą 5. W skrajnym zaś przypadku produkt poddawany odwadnianiu można umieścić wewnątrz pojemnika-komory, szczelnie go zamknąć i całość podgrzewać.

Urządzenie wyposażone jest w układ ustalający założony poziom gradientu temperatury pomiędzy wymiennikiem ciepła 14 a komorą odwadniania 1 i wymuszony przepływ czynnika gazowego pod określonym ciśnieniem.

Komora odwadniania 1 - zależnie od praktycznych potrzeb szczególnego procesu odwadniania w postaci tunelu o przekroju kwadratowym, trójkątnym lub okrągłym - połączona jest za pomocą przewodu wlotowego 2 i przewodu wylotowego 3 z wymiennikiem ciepła 14.

W układzie umieszczonych jest kilka dmuchaw 5, czujniki temperatury 6, czujniki szybkości przepływu powietrza 7 wewnątrz komory 1, czujniki wilgotności względnej 8 i czujniki wilgotności bezwzględnej 9 oraz czujniki ciśnienia 10.

Odczyty czujników zapisywane są graficznie i stanowią zestaw danych wyjściowych wprowadzanych do komputera 11 kontrolującego przebieg procesu i optymalizującego kombinację tych parametrów w zależności od konkretnego produktu poddawanego odwadnianiu.

Dodatkowo, urządzenie wyposażone jest korzystnie w kilka iniektorów 12 do wprowadzania do komory odwadniania 1 środków bakteriostatycznych i/lub wymaganych gazów.

Ściany komory odwadniania 1 oraz ściany przewodów 2 i 3 są zaopatrzone w izolację termiczną 13. W ścianach komory 1 przewidziano otwory do pobierania próbek odwadnianego produktu w trakcie trwania procesu. Próbki te poddawane są analizie stopnia odwodnienia, czystości mikrobiologicznej i jakości według parametrów jakości podlegających stałemu monitorowaniu podczas procesu.

173 722

Generator ciepła 4, połączony z wymiennikiem ciepła 14, stanowić może dowolnego rodzaju źródło ciepła, takie jak grzejnik gazowy Diesla, grzejnik elektryczny, bezpośrednie lub pośrednie grzejniki na energię słoneczną, w tym urządzenia elektrofotonapięciowe i kondensatorowe. Generatorem ciepła 4 może także być dowolnego rodzaju chłodnica. W przypadku zastosowania generatora ciepła 4 na paliwo przewidziano układ gazów odlotowych.

	SELEKCJAi
	MYCIE	\

OBIERANIE

Kohtrolr SUR 0HC8

DRYL OMANIE

KONTROLA

PRODUKTU

SELEKCJRU

ŁRB.

TESTOWANIE

RN/tUZY

KROJENIE

R OZE OZENIE NA PÓŁKACH

SUSZENIE

SEL EKCJfi tn

MRZENIE

PR K OMANIE

FIG.1

FiB.2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób odwadniania produktów, zwłaszcza biologicznych i/lub chemicznych, znamienny tym, że surowiec 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:
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces prowadzi się przy stałej temperaturze atmosfery wokół surowca.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że czynnik gazowy wokół surowca ma stałą temperaturę wyższą od temperatury składowania surowca lecz niższą od temperatury degradacji jego składników.
4. Urządzenie do odwadniania produktów, zwłaszcza biologicznych i/lub chemicznych, znamienne tym, że stanowi je fizycznie i termicznie zamknięty zespół składający się z komory odwadniania (1) połączonej przewodami (2) i (3) z wymiennikiem ciepła (14) oraz z dmuchawy (5), przy czym urządzenie wyposażone jest w układ ustalający założony poziom gradientu temperatury pomiędzy wymiennikiem ciepła (14) a komorą odwadniania (1) i wymuszony przepływ czynnika gazowego pod określonym ciśnieniem.
5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że wyposażone jest w układ stałej kontroli procesu technologicznego umożliwiający monitorowanie w różnych rejonach urządzenia, a w szczególności wokół odwadnianego produktu i w pobliżu wymiennika ciepła (14), temperatury przy użyciu czujników temperatury (6), wilgotności przy użyciu czujników wilgotności względnej (8) i czujników wilgotności bezwzględnej (9), a także szybkości przepływu środowiskowej atmosfery w układzie przy użyciu czujników szybkości przepływu powietrza (7) wewnątrz komory (1), ciśnienia przy użyciu czujników ciśnienia (10), z których dane wprowadzane są do komputera (11) kontrolującego i optymalizującego przebieg procesu odwadniania, a także w zespół do pobierania próbek produktu podczas trwania procesu.
6. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że wyposażone jest w iniektory (12) do wprowadzania do komory (1) środków bakteriostatycznych i/lub wymaganych gazów.
7. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że ściany komory odwadniania (1) oraz ściany przewodów (2) i (3) są zaopatrzone w izolację termiczną (13).
8. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że komora odwadniania (1) ma postać tunelu o przekroju prostokątnym.
9. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że komora odwadniania (1) ma postać tunelu o przekroju trójkątnym.
10. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że komora odwadniania (1) ma postać tunelu o przekroju okrągłym.
11. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że wymiennik ciepła (14) jest połączony z usytuowanym na zewnątrz układu generatorem ciepła (4), który stanowi grzejnik lub chłodnica.
12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że generator ciepła (4) stanowi grzejnik gazowy Diesla z układem gazów odlotowych.
13. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że generator ciepła (4) stanowi grzejnik elektryczny.
14. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że generator ciepła (4) stanowi grzejnik zasilany energią słoneczną.

173 722
15. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że generator ciepła (4) stanowi urządzenie elektrofotonapięciowe.
16. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że generator ciepła (4) stanowi urządzenie kondensatorowe.