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Dokumentenidentifikation DE10128394A1 16.01.2003
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen feuchter Lebensmittel mittels Vakuum
Anmelder Bürger, Heinz-Dieter, 97877 Wertheim, DE
Erfinder Bürger, Heinz-Dieter, 97877 Wertheim, DE
Vertreter Spott Weinmiller & Partner, 82340 Feldafing
DE-Anmeldedatum 12.06.2001
DE-Aktenzeichen 10128394
Offenlegungstag 16.01.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.01.2003
IPC-Hauptklasse A23L 3/36
IPC-Nebenklasse A23L 3/3409   F25B 9/02   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen von feuchten Lebensmitteln mittels Vakuum, wobei die Lebensmittel in eine Vakuumkammer (1) eingebracht werden, die von einer Vakuumpumpe (2) evakuiert wird, so daß Feuchtigkeit als Dampf entweicht und die Verdampfungsenergie die Lebensmittel abkühlt.
Erfindungsgemäß wird die Vakuumpumpe (2) in einer ersten Kühlphase mit geringem Saugvermögen betrieben, bis eventuell in der Vakuumkammer vorher vorhanden gewesene Permanentgase weitgehend abgepumpt sind. In einer zweiten Kühlphase wird dann ein deutlich höheres Saugvermögen eingestellt und so der Kühlvorgang erheblich beschleunigt, damit der für die Bildung von Schadstoffkeimen entscheidende Temperaturbereich von etwa 65°C bis 20°C schnellstmöglich durchlaufen wird. Die abgepumpten Dämpfe gelangen in einen Kondensator (3), wo sie kondensieren und als Wasser bis zum Ende eines Kühlzyklus gesammelt werden.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von feuchten Lebensmitteln mittels Vakuum gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der Druckschrift DE-197 48 362 bekannt.

Gemäß dieser Schrift kann u. a. halbgebackenes Brot in dem als Vakuumkammer ausgebildeten Backofen nach dem Backen gekühlt werden, indem der vom Brot abströmende Wasserdampf in einem der Vakuumpumpe vorgelagerten Zeolithbett adsorbiert wird.

Da der Wassergehalt des halbgebackenen Brots zu hierbei stark abnimmt, muß das Brot anschließend mehrere Tage bei hoher Luftfeuchte im Kühlen gelagert werden, um den Wassergehalt zum Fertigbacken optimieren zu können. Die trockene, vorgebackene Masse wirkt dabei wie ein Sorptionsmittel und nimmt trotz der Kühlung Wasser in Dampfform unter Wärmetönung auf. Außerdem erfordert die Physisorptions- oder Chemisorptionstechnik mindestens zwei Adsorber, die im Wechselbetrieb sorbieren und sich regenerieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art vorzuschlagen, das einfach aufgebaut und robust ist sowie den besonderen Erfordernissen der Kühlung von Lebensmitteln auf einfache und flexible Weise gerecht wird. Zu diesen Erfordernissen zählt insbesondere die möglichst rasche Kühlung der Lebensmittel in dem Temperaturbereich, in dem sich Schadstoffkeime besonders gut entwickeln können und der etwa von 65°C bis 20°C reicht.

Dieses Ziel wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 erreicht. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie von Merkmalen der zur Durchführung dieses Verfahrens erforderlichen Vorrichtung wird auf die abhängigen Ansprüche verwiesen.

Die Erfindung wird nun anhand zweier Ausführungsbeispiele und der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, die diese beiden Ausführungsbeispiele schematisch zeigen.

Gemäß Fig. 1 wird eine Vakuumkammer 1 mit den zu kühlenden feuchten Lebensmitteln beschickt. Bei diesen Lebensmitteln kann es sich beispielsweise um halbfertiges Gemüse oder um halbgebackene Backwaren wie Brot oder Brötchen handeln, wobei dann die Vakuumkammer zugleich der Backofen sein kann.

An diese Kammer ist eine mechanische Vakuumpumpe 2 angeschlossen, vorzugsweise eine Wälzkolbenpumpe (Roots-Pumpe), eine Schraubenpumpe oder Turbopumpe. Wird diese Pumpe in Vorwärtsrichtung betrieben, dann entzieht sie der Vakuumkammer 1 Gase und Dämpfe und fördert diese in einen Kondensator 3. Dieser sammelt das Kondensat und läßt die Permanentgase über ein Überdruckventil 4 entweichen.

Eine Abfolge von Vakuumkammer, Vakuumpumpe und Kondensator mit Vorpumpe ist an sich bekannt. Die Besonderheit der Erfindung liegt in der Anwendung dieser Abfolge auf die Kühlung von Lebensmitteln. Hierbei erfolgt nämlich das Kühlen der Lebensmittel in drei Phasen entsprechend drei Temperaturbereichen.

Der erste Temperaturbereich reicht von der Koch- oder Backtemperatur bis zu etwa 65°C. In dieser Phase übernimmt die Vakuumpumpe 2 den gesamten Transport des Gemisches aus Dampf und Permanentgasen zum Kondensator und Überdruckventil, bis Kammer 1 praktisch nur noch Wasserdampf strömt. Der zweite Bereich reicht bis etwa 20°C und der dritte bis zu der gewünschten Endtemperatur knapp über oder auch unter dem Nullpunkt.

In der ersten Phase wird die Pumpe 2 mit sehr geringem Pumpvermögen betrieben, um bevorzugt die in der Vakuumkammer ursprünglich enthaltenen Permanentgase abzusaugen, ohne daß dabei das Vakuum nennenswert zunimmt. Der entnommene Dampf wird überwiegend im Kondensator 3 zur Kondensation gebracht und dort gesammelt, während die Permanentgase durch das Überdruckventil 4 entweichen. Der Totaldruck sinkt in dieser Phase langsam auf etwa 250 mbar.

Sobald die Permanentgase zum größten Teil entfernt sind, was durch eine Temperatur- oder Totaldruckmeßsonde in der Vakuumkammer 1 oder über den Laststrom der Pumpe ermittelt wird, erhöht man in einer zweiten Phase das Saugvermögen der Vakuumpumpe 2 durch Steigerung ihrer Drehzahl deutlich, sodaß das Vakuum in der Kammer 1 rasch zunimmt, wodurch die Feuchtigkeit im Kühlgut zunehmend in Dampfform übergeht. Diese Umwandlung ist mit einem Kühleffekt für das Kühlgut verbunden, der wesentlich wirksamer ist als eine Kühlung durch Konvektion. Daher wird der kritische Temperaturbereich von etwa 65°C bis 20°C, in dem sich Schadstoffkeime bevorzugt entwickeln, sehr rasch, im Zeitraum von 1 bis 2 Minuten, durchlaufen, während für eine Konvektionskühlung unter vergleichbaren Bedingungen eine fünf- bis zehnmal längere Zeit erforderlich wäre. Der dabei abgepumpte Wasserdampf wird wieder im Kondensator 3 gesammelt. Die wenigen nach der ersten Kühlphase im Kühlgut verbliebenen Permanentgase können bei Bedarf durch eine kleine Leckgaspumpe 6 nach dem Öffnen eines Ventils 7 parallel zum Überdruckventil 4 entfernt werden. Der Totaldruck sinkt dabei auf Werte um 15 mbar. Das Saugvermögen dieser Leckgaspumpe wird 100 bis 1000 mal kleiner gewählt als das der Vakuumpumpe 2.

Es sei bemerkt, daß die Pumpe 6 nicht als Vorvakuumpumpe im üblichen Sinn wirksam wird, da ihr Saugvermögen nur einen winzigen Bruchteil des Saugvermögens der Vakuumpumpe 2 ausmachen muß. Beispielsweise handelt es sich um eine Wasserstrahlpumpe, die an den Kühlwasserkreislauf 8 des Kondensators 3 angeschlossen ist. Prinzipiell könnte auf diese Pumpe 6 sogar ganz verzichtet werden. Der Gasausstoß würde dann durch das Ventil 4 erfolgen.

Die dritte Phase reicht von etwa 20°C bis zu der gewünschten Endtemperatur und kann mit demselben hohen Saugvermögen der Pumpe 2 wie in der zweiten Phase durchgeführt werden oder auch langsamer ablaufen.

Nach dem Ende eines Kühlzyklus wird das Kondensat durch Öffnen eines Ventils 5 abgelassen, während zugleich das Kühlgut aus der Kammer 1 entnommen wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vakuumpumpe 2 eine Pumpe mit einer elektronischen Drehzahlregelung, sodaß der Kühlprozeß durch eine nicht dargestellte bekannte Programmsteuerung automatisch abgewickelt werden kann. In bekannter Weise ist der Getriebe- und Lagerraum der Pumpe 2 so vom Schöpfraum getrennt, daß kein Kondensat in das Getriebe und kein Schmieröl in den Schöpfraum gelangen kann.

In manchen Anwendungen möchte man gegen Ende des Kühlprozesses das Kühlgut rückbefeuchten. Dies kann auf zweierlei Arten erfolgen: In einer ersten Variante sprüht man einfach über Sprühköpfe 9 vorgekühltes Wasser oder Wasserdampf in die Vakuumkammer ein. Wird in dieser Phase nicht weiter stark abgepumpt, dann führt diese Rückbefeuchtung zu fast keiner Temperaturerhöhung im Kühlgut. Durch Steuerung der Drehzahl der Pumpe 2 kann man so insbesondere lokale Vereisungen des Kühlguts vermeiden. In einer anderen Variante wird die Drehrichtung der Vakuumpumpe 2 im Fall einer Wälzkolben- oder Schraubenpumpe 2 umgekehrt, und man speist von einer Quelle 10 über ein Ventil 11 an den nunmehrigen Einlaß dieser Pumpe auf Seiten des Kondensators Wasser ein. Durch die Verdichtung in der Pumpe 2 verdampft dieses Wasser und der Dampf strömt in die Kammer 1.

In manchen Fällen möchte man am Ende der zweiten Kühlphase, also der Schnellkühlphase bis auf etwa 20°C, eine kurzzeitige Keimreduzierung durch Einleiten von Wasserstoff- Peroxid H2O2 oder von Ozon O3 durchführen. Hierzu wird dieses Mittel einige Sekunden lang von einer Quelle 12 über ein Ventil 13 in die Kammer 1 eingeblasen und anschließend wieder abgepumpt.

Will man am Ende der dritten Kühlphase eine zusätzliche Tiefkühlphase bis zu Temperaturen von z. B. -20°C durchführen, dann verwendet man hierfür vorzugsweise eine großvolumige evakuierte Wärmeabsorptionsfalle 14, die unmittelbar über ein Ventil 15 an die Vakuumkammer 1 angeschlossen wird und dann nach Stillegung der Pumpe 2 durch Absorption oder Adsorption weitere aus den Lebensmitteln austretende Dämpfe bindet.

Im Fall der Verwendung einer Wälzkolbenpumpe muß dafür gesorgt werden, daß die Pumpe in der ersten Phase sehr langsam läuft, um Mikro-Explosionen in den Lebensmitteln zu verhindern. Bereits bei den ersten Umdrehungen der Wälzkolbenpumpe gelangt ein Gemisch aus Wasserdampf und Luft zum Kondensator 3. Da in der ersten Phase kaum Dampf neu gebildet wird, werden die Permanentgase sehr schnell weitgehend entfernt. Günstig ist für diese Phase ein mehrpoliger Motor, der sich bei niedrigen Drehzahlen von etwa 200 U/min noch gut regeln läßt. Die Drehgeschwindigkeit in der zweiten Kühlphase sollte dagegen etwa 3600 U/min betragen.

Der Kondensator 3 ist vorzugsweise ein Parallelrohrkondensator mit senkrechtem Rohrverlauf. Dadurch wird das sich bildende Kondensat durch Schwerkraft abgeführt, was die Gefahr eines "Verschluckens" mindert. Rohre mit sich zum Ausgang hin verengenden Durchmessern einzusetzen, ist in Hinblick auf ein hohes Kompressionsverhältnis für Permanentgase besonders günstig, wenn auch etwas teurer.

In Fig. 2 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, die zu einem besonders bei der Konservierung von vorgekochtem Gemüse gewünschten niedrigen Feuchtegehalt von z. B. nur 8% führt. Die Vorrichtung kann alle Elemente von Fig. 1 enthalten. Soweit diese Elemente in Fig. 2 dargestellt sind, tragen sie die gleichen Bezugszeichen.

Der wesentliche Unterschied liegt in der Ausbildung der Vakuumkammer 16: Diese besitzt hier einen Heizmantel 19 und enthält eine Trommel 17 für das Kühlgut, die durch einen außerhalb der Vakuumkammer montierten Motor 18 angetrieben wird. Alternativ könnte auch ein anderer Umwälzapparat oder eine Knetvorrichtung vorgesehen sein. In der ersten oder (vorzugsweise) der dritten Kühlphase wird dann der von der Pumpe 2 angesaugte Wasserdampf in den Heizmantel 19 der Vakuumkammer 16 gedrückt, welche nun als Brüdenverdichter wirkt, der etwa 90% der Verdampfungswärme zurückgewinnt. Die von der Wälzkolbenpumpe 2 angesaugten Dämpfe werden von ihr isochor verdichtet und erfahren so eine Temperaturerhöhung. Die dem Gut entzogene Verdampfungswärme sowie die Energie aus der mechanischen Verdichtung stecken nun im Dampf. Dieser gibt beide Energiebeträge sehr wirkungsvoll im Augenblick der Kondensation im Heizmantel dem Gut wieder zurück. Über einen nicht dargestellten Feuchtesensor in einer Abgasleitung 20 des Heizmantels 19 wird das Ende der Trocknung bestimmt. Die Trocknung bei niedriger Temperatur in der dritten Kühlphase schont die Lebensmittel und erhält ihnen ihre Aromastoffe. Die Entkeimung erfolgt vorzugsweise im trockenen Zustand.

Die Erfindung ist nicht auf die beiden dargestellten Ausführungsbeispiele in allen Einzelheiten beschränkt. So eignet sich die Vorrichtung nicht nur zum Kühlen von Lebensmitteln, sondern kann auch beispielsweise zur Eiserzeugung herangezogen werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Kühlen von feuchten Lebensmitteln mittels Vakuum, wobei die Lebensmittel in eine Vakuumkammer (1) eingebracht werden, die von einer Vakuumpumpe (2) evakuiert wird, sodaß Feuchtigkeit als Dampf entweicht und die Verdampfungsenergie die Lebensmittel abkühlt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumpumpe (2) in einer ersten Kühlphase mit geringem Saugvermögen betrieben wird, bis eventuell in der Vakuumkammer vorher vorhanden gewesene Permanentgase weitgehend abgepumpt sind, und daß dann in einer zweiten Kühlphase ein deutlich höheres Saugvermögen eingestellt wird, wobei die abgepumpten Dämpfe in einem Kondensator (3) zur Kondensation gebracht und gesammelt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lebensmittel in der Vakuumkammer (1) nach der Kühlung mit Wasserdampf oder Wasser rückbefeuchtet werden.
  3. 3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gegen Ende des Kühlprozesses zur Keimtötung kurzzeitig Wasserstoff-Peroxiddampf (H2O2) oder Ozon (O3) in die Vakuumkammer (1) eingeleitet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 zum schnellen Tiefkühlen unterhalb einer Temperatur von -2°C, dadurch gekennzeichnet, daß nach der zweiten Kühlphase die weiter aus der Vakuumkammer austretenden Dämpfe in einer evakuierten Wärmeabsorptiosfalle (14) gebunden werden.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder nach der zweiten Kühlphase ein Heizmantel (19) der Vakuumkammer (16) mit den abgesaugten Dämpfen beaufschlagt wird, sodaß dieser Mantel sich durch Kondensation erwärmt und zugleich den Lebensmitteln Restfeuchtigkeit entzogen wird.
  6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer (1) über die Vakuumpumpe (2) an den Kondensator angeschlossen ist, wobei die Vakuumpumpe als mechanische Wälzkolbenpumpe, Schraubenpumpe oder Turbopumpe mit Frequenzregelung der Drehzahl ausgebildet ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Kondensators (3) über ein Überdruckventil (4) in die Atmosphäre führt.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leckgaspumpe (6) mit dem Ausgang des Kondensators (3) verbindbar ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckgaspumpe (6) eine Wasserstrahlpumpe ist, die über den Kühlwasserkreislauf des Kondensators betrieben wird.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (3) ein Parallelrohrkondensator mit senkrechtem Rohrverlauf und mit sich konisch in Richtung zum Ausgang verengenden Rohren ist.






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