WO2007132014A2 - Hochfrequenzgestützte vakuumtrocknung - Google Patents

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Definitions

  • the invention generally relates to devices and methods for treating substances having electromagnetic radio frequency energy.
  • devices or methods it is for example possible to treat substances in the form of lumpy, free-flowing, sprayable or pumpable substances, wherein a change in the properties of the material can be caused.
  • a structural change, targeted warming, an acceleration / favoring of various chemical reactions, a gentle one can be achieved Drying, impregnation, etc. are in the foreground.
  • the invention in this context relates to a method and an apparatus for producing a product from fruits and / or vegetables with a certain special, desired property as well as the product itself.
  • the method in this case comprises a convective predrying of the starting products or product pieces to a water content about 20% to 40% of the total mass and subsequent treatment by means of electromagnetic high-frequency energy in a vacuum.
  • Another aspect relates to a device for feeding the high-frequency energy into the vacuum of the treatment chamber for puffing and drying the convectively predried products or product pieces (water content about 20% to 40% of the total mass) by means of electromagnetic high-frequency energy in a vacuum.
  • electromagnetic radio frequency energy in particular microwaves, thereby enables the simultaneous heating of the entire product volume, so that the drying process becomes more efficient and thus the duration of action of elevated temperatures on the product can be reduced.
  • the product to be dried is transported either with the aid of a continuous conveyor or with the aid of conveying containers which run continuously behind one another in the high-frequency treatment chamber and during this time are exposed to the high-frequency radiation and possibly to the vacuum.
  • the substances to be treated are introduced or removed via sluices on a belt circulating in the high-frequency treatment chamber under vacuum.
  • the high-frequency radiation is limited by suitably designed and provided with electromagnetically transparent coupling windows waveguide in the evacuated and electrically well conductive metallic walls Treatment room introduced. Due to the reduced electrical breakdown field strength in a vacuum, the high frequency power that can be supplied per injection point is comparatively low during vacuum drying, since glow discharges and flashovers must be avoided as much as possible for safety reasons as well as considerations of product quality.
  • the waveguide supplying the high-frequency power to larger round or rectangular cross-sections (for example, designed as horns) and an additional tapering of the waveguides, the feedable power can be increased to avoid undesired wave types, but the circumference is to which this is possible, unsatisfactory.
  • the product may be desirable for the product to behave in a somewhat opposite manner when in contact with water, i. remains in its dry state for a defined time and retains its crispy or crunchy character, i. crispy and when chewing quickly, possibly with a simultaneous crash noise, as e.g. when chewing dry rusk occurs, disintegrates.
  • the crispiness or crunchiness of a foodstuff can be assessed here by way of the noise occurring when chewing the piece of foodstuff as well as the nature of its deformation.
  • the invention is accordingly an object of the invention to provide a device and a method to from a suitable starting high moisture content (eg 75% to 95%), in particular using a high-frequency-based treatment, a product with "crispy” or “crunchy” properties produce.
  • a suitable starting high moisture content eg 75% to 95%)
  • Another object of the invention is to enable the introduction of a higher microwave power into a system for high frequency assisted drying.
  • a third object of the invention is to achieve the most uniform possible heating of the products to be dried, so that the high-frequency treatment can be carried out effectively.
  • this may be a food product consisting of individual product pieces or whole fruits
  • the method according to the invention comprises the following steps:
  • Predrying on a convection dryer reduces the high water content of many food products (usually between 75% and 95% of the product mass in fruit and vegetables) to levels appropriate to the microwave vacuum puffing process, with water fractions between 15% and 60%. , in particular between 20% and 40% of the product mass are advantageous.
  • the high water content can be removed in a cost effective manner.
  • the product After introduction into vacuum, the product is fed to the microwave vacuum puffing, where the residual water contained in the product (water content, for example, between 20% and 40% of the product mass) is vaporized by dielectric heating with the aid of high-frequency radiation.
  • water content for example, between 20% and 40% of the product mass
  • the product of the microwave vacuum drying is supplied. There, a portion of the remaining water is evaporated by the product is preferably finally dried in low vacuum at low and controlled by the product surface temperature high frequency power.
  • the product leaves this processing step after removal from the vacuum with a typical residual water content of up to 10%, preferably about 6% of the product mass, which allows its long-term storage.
  • a typical residual water content of up to 10%, preferably about 6% of the product mass, which allows its long-term storage.
  • the foam-like layer formed during their Puffung / drying can be broken before the discharge from the vacuum to a granulate.
  • a pre-treatment and / or, after drying, a post-treatment of the crude product or of the product produced can be carried out before predrying.
  • the product pretreatment may include the cleaning of the delivered raw product, the removal of unpalatable or unwanted portions of the raw product (eg dewatering, de-kerning, peeling), the cutting (eg cutting) of the raw product into product pieces and the preparation of the product for subsequent drying and include the consumption.
  • These include e.g. also the blanching of the raw product (s) and the addition of food grade excipients, e.g. for the preservation of the product color, for the improvement of the drying process or the consumption properties of the dried final product.
  • the additives used in this case may advantageously be obtained from the product itself (for example, home sugar).
  • drying of the e.g. make sense by a possibly pre-treated wet fruit surfaces can be achieved, for example, by circulating the pieces of fruit with moving air at room temperature or slightly above it, preferably at temperatures between 0 ° and 40 ° C. ("cold blowing"), for which an unheated or only with low power heated drying stage is sufficient. which precedes the actual predryer, which may also be suitable for thawing frozen fruits.
  • the product pieces are singulated, sorted or packaged, the packaging preferably being vapor-tight in order to prevent possible absorption of moisture.
  • the predrying of the product or the Arts Glachen begins by flowing around with air at temperatures between 60 0 C and 100 0 C.
  • the reduction of the air temperature as the drying progresses advantageously monotonically, but other temperature gradients, such as gradual discontinuous reduction are conceivable , Also, in the course of predrying the temperature could be briefly increased even again, if this should be necessary to achieve the desired product properties.
  • the electromagnetic high frequency irradiation in the process steps of Puffung and / or drying with frequencies in the range between 800 MHz and 8000 MHz, in particular in the range between 2000 MHz and 3000 MHz, preferably in the ISM band between 2400 MHz and 2500 MHz.
  • the power introduced into the product or the product particles by means of the electromagnetic high-frequency radiation is preferably controlled by measuring the surface temperature of the product or of the product particles.
  • the conventional methods of contactless temperature measurement such as radiation thermometers, are preferably used as measuring methods.
  • thermodynamic properties of the respective product or the product pieces are preferably determined experimentally.
  • the product or the pieces of product during puffing and / or drying by means of a continuous conveyor (eg a conveyor belt) or with the aid of preferably seamless consecutively running conveyor containers each for high frequency treatment transported used high-frequency treatment chamber.
  • a continuous conveyor eg a conveyor belt
  • preferably seamless consecutively running conveyor containers each for high frequency treatment transported used high-frequency treatment chamber.
  • the conveying speed and the layer thickness of the product or the product pieces are adjusted taking into account the constructively predetermined length of the respective high-frequency treatment chamber so that the product-dependent predetermined values for the exposure time of the high-frequency radiation to the product or the product pieces and the thereof when passing through the Treatment chamber absorbed by dissipation energy density can be maintained.
  • a uniform dissipation of the radiated power to the product to be treated or in the entire product volume and thus uniform heating thereof is achieved according to a preferred embodiment of the method according to the invention by the treatment in the process steps Puffung and / or drying not as usual using is made of high frequency radiation of a constant frequency, but rather a high frequency radiation of different frequencies, which are used simultaneously or in rapid change, is used.
  • a frequency modulation or a frequency spread of the radiated electromagnetic high-frequency radiation is preferably performed around an average value.
  • the system for coupling the radiation into the high-frequency treatment chamber comprising coupling waveguide, wave filter and coupling window can then be tuned to the center frequency of the frequency band used and used in combination with a variable frequency high frequency wave generator.
  • the bandwidth of the frequency modulation or the frequency spread should in this case preferably have a maximum value of ⁇ 10% about a center frequency.
  • the electromagnetic radio-frequency radiation is preferably generated with the aid of a source from the group traveling-wave tubes, klystrons, cross-field amplifiers, gyrotrons, frequency-constant or frequency-agile coaxial magnetrons or Twystrons.
  • FM Frequency modulation
  • DSSS direct sequence spread spectrum
  • the device according to the invention for the drying treatment of products in particular in the context of the previously described method, has two on treatment chambers, which are each shielded from the electromagnetic environment and each comprising systems for coupling electromagnetic high frequency radiation to introduce by dielectric dissipation in the product to be treated energy for heating the same.
  • the treatment chambers are housed in a common, acted upon with vacuum space, the products to be treated in this space via locks on or be discharged from this.
  • the sluices for the introduction and discharge of the products to be treated in or out of the space acted upon with vacuum are designed as flap valves fed in the vertical direction.
  • the locks are designed here as a rotary flap locks.
  • the locks are each equipped with up to two additional product retention flaps. These prevent direct contact of the product with the lock flaps. In this way, the product pieces are kept away from the vacuum flaps so that no product pieces adhere to them and can be trapped between the flap and the lock wall when closing the respective vacuum flap. Without the use of product retention flaps, damage to the product and the lock mechanism could result,
  • the product retaining flaps can be designed, for example, as butterfly flaps and in the closed state have a sufficiently narrow gap between the flap edge and the lock wall.
  • the closed product retention flap effectively retains product chips without interfering with the gas exchange in the vacuum lock.
  • the lock takes place in such a way that the respective product retaining flap is always opened only when the associated vacuum flap is also open, so that no product piece passes directly to the vacuum flap.
  • every vacuum flap thus requires exactly one product retention flap.
  • a product retaining flap is dispensable if the conveying device feeding the product from the pre-dryer according to the invention can be controlled in such a way that no product is supplied when the upper vacuum flap is closed. Consequently, in one embodiment of the device according to the invention, the lock for the product entry via a product retaining flap only above the lower vacuum flap, while the lock for the product discharge each has a product retaining flap above the upper and lower lock flap.
  • the process step of the puffing takes place in the first treatment chamber and the drying process step in the second treatment chamber.
  • the high-frequency power required for drying is generally much smaller than the power required for the previously occurring puffing, it must be ensured that the drying area in the second treatment chamber is sufficient with respect to the puffing area in the first treatment chamber is well shielded to prevent the product supplied to the drying from overheating due to irradiation from the puffing area.
  • the two treatment chambers are sufficiently shielded from each other with regard to the introduced electromagnetic high-frequency radiation.
  • the products to be dried are each guided by a conveyor belt through the respective treatment chamber.
  • the conveying speeds of the conveyor belts of the two treatment chambers can advantageously be adjusted independently of one another.
  • the two treatment chambers are preferably separated from each other by a transfer area, in which the high-frequency radiation passes through known shielding only in attenuated form. In this are then advantageously the band position control and / or the deflection rollers of the products transporting conveyor belts are arranged.
  • the second problem to be solved according to the invention relates to the achievement of higher coupled powers to high-frequency radiation without disturbing glow discharges occurring.
  • the coupling system consisting of the coupling waveguide, the electromagnetically transparent but pressure-tight coupling window and the socket of the coupling window is designed with respect to its geometry so that the standing wave ratio occurring therein causes a minimum of the electric field strength on the vacuum-side surface of the coupling window, so that the electric field strength values in the treatment chamber are below a predetermined maximum value for a given power. This maximum value lies in particular below the breakthrough value resulting from the applied vacuum.
  • This configuration can preferably be effected as a function of the geometry of the vacuum treatment chamber.
  • One possibility for lowering the electric field strength values occurring on the vacuum side of the coupling window according to the invention is to use a convexly curved window in the treatment chamber, which is transparent to high-frequency radiation and has as low a loss as possible dielectric material as a coupling window. Due to the divergence of the radiation, smaller field strengths are obtained at the convex surface of the window exposed to the vacuum than when a plane window were still arranged within the coupling waveguide.
  • the coupling-in window can preferably have the shape of a hemisphere projecting into the treatment chamber, in which case the coupling-in waveguide preferably has an approximately circular cross-section, at least in the region adjoining the coupling window.
  • the coupling window in particular in another cross section of the coupling waveguide, also have a different geometric shape, as long as the reduction of the field strength according to the invention on the treatment chamber side of the window is ensured due to a divergence of the coupled radiation due to the specific shape of the window.
  • the electric field intensity values occurring on the vacuum side of the coupling-in window can be lowered according to the invention by selecting the propagation modes and the geometry of the coupling waveguide, in particular its length and cross section, and the coupling window so that the vacuum-facing surface of the coupling window is at a minimum the electric field strength coincides.
  • the next maximum field strength occurring in the vacuum chamber is already so far weakened by the divergence of the radiation that it does not or only insignificantly exceeds the value occurring at the window surface.
  • the two alternatives above are combined, ie the propagation modes and the geometry of the coupling waveguide and of the coupling chamber arched into the treatment chamber are selected such that the vacuum-facing, convex surface of the coupling window coincides with a minimum of the electric field strength.
  • the dimensioning of the system consisting of coupling window and coupling waveguide depending on the geometry of the vacuum treatment chamber leading to the standing wave ratio according to the invention and distribution of the minima and maxima of the electric field strength can hereby be estimated with the aid of the analytical calculation methods known from high-frequency technology. Examples of corresponding calculation methods can be found e.g. in Meinke / Gundlach, "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik” or David Pozar: "Microwave Engineering”. In order to refine the geometries calculated using these methods, corresponding numerical methods of electromagnetic field simulation known to the person skilled in the art can be used by means of finite element methods.
  • the coupling-in waveguide is preferably designed in such a way that only a certain mode can propagate in it. In this way it can be achieved that in the region of the coupling window, a desired field distribution according to the invention is achieved.
  • the coupling-in waveguide is constructed as an axially symmetrical circular waveguide.
  • the coupling-in waveguide has the mode TM O i, which is selected for coupling, while the here also capable of spreading but unwanted mode TEn is largely suppressed by suitable Wellentypfilter, for example in the form of a ⁇ / 2-locking pot.
  • suitable Wellentypfilter for example in the form of a ⁇ / 2-locking pot.
  • the flange required for mechanical reasons for clamping the radio-frequency-transparent dielectric coupling window is dimensioned in particular as a function of the geometry of the coupling window and the coupling waveguide so that the electric field strength at the clamping point becomes minimal.
  • the depth of the window flange engaging into a groove of the metallic socket of the coupling-in window has an electrical length of approximately ⁇ / 2, where ⁇ is the wavelength of the high-frequency radiation used in the respective medium.
  • the manufacturing tolerances of the flange are set so that its treatment chamber facing and thus exposed to the vacuum surfaces can have no air gap to the chamber wall.
  • the risk of glow discharges, especially in the present low-level vacuum, due to the higher electric field strengths can be avoided, which are to be expected in the air gap than the dielectrically thinner medium.
  • the means described in DE 196 43 989 A1 can be used to achieve a substantial homogenization of the MW energy absorbed by the product during the passage of the puffing or drying region over the product layer width.
  • regions of higher dissipation density act on the product only during a product-specific maximum period of time. This can be achieved, for example, by avoiding areas that are too extensive and thus triggering overheating due to the long cycle time with the aid of the shutters described in DE 196 43 989 A1 and suitably arranged.
  • the process steps puffing and drying are carried out using the described device according to the invention for the drying treatment of products.
  • the treatment chambers in this case may be injection systems using the above described NEN device for coupling high frequency radiation high power have.
  • 1 is a flow chart illustrating one embodiment of the process of the invention for producing "crispy” or “crunchy” products using high frequency assisted drying;
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the construction of a coupling according to the invention in which the electric field intensity values occurring on the vacuum side of the coupling-in window remain as small as possible;
  • FIG. 3 shows a detail of the flange of the coupling-in window from FIG. 2;
  • FIG. 4a shows a geometric overview sketch for the arrangement of the coupling with respect to the treatment chamber and the product layer conveyed through it in an embodiment of the device according to the invention for the drying treatment of products in cross-section with respect to the transport direction;
  • 4b shows a geometric overview sketch for the arrangement of the coupling with respect to the treatment chamber and the product layer conveyed through it in an embodiment of the device according to the invention for the drying treatment of products in longitudinal section with respect to the transport direction;
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention for the high frequency-assisted drying treatment of products with medium and low water content for use in the method according to the invention for producing a product piece or whole fruit.
  • food product with a crispy or crunchy character
  • FIG. 1 shows the process sequence according to an embodiment of the inventive method for producing a "crispy” or “crunchy” product with the aid of high-frequency-based vacuum drying as a flow chart.
  • a crude product in the form of fruits and vegetables usually has humicities in the range between 75% and 95% of the product mass.
  • the crude product is first subjected to product preparation, which can be divided into mechanical and chemical-chemical preparation.
  • the mechanical preparation includes the cleaning and sorting of the delivered products as well as the removal of inedible or unwanted parts. These include stalks, woody parts, cores or stones, core casings, shells and under-maturity, rotten or otherwise unsuitable for eating fruits and vegetables or parts thereof, overripe.
  • the mass flow supplied to the drying process is reduced relative to the raw mass flow, and waste is formed which can possibly be otherwise recycled.
  • the mechanical preparation is also the division of the product to assign, for example, cutting into cubes, slices or segments whose size depends on the desired use of the final product.
  • the chemical-thermal product preparation may comprise thermal processes for breaking up the product, for example blanching, cooking or other processes customary in the food preparation.
  • Chemical product preparation refers to the addition of excipients approved for food production in order to improve the taste, eg by adding sugar, acid or spices and / or to maintain the color of the product beyond drying or, for example, adhesions or changes in shape during the subsequent drying process (especially pre-drying) to avoid.
  • the product auxiliary substances (possibly also as additives to Blanchierbad) are supplied, which may be obtained wholly or partly from the same fruits and vegetables as the food to be processed.
  • the product leaves the process step of product preparation with almost the same water content, with which it is fed.
  • the mechanical and in whole or in part the chemical-thermal preparation may be separated in time and space from the remaining process steps.
  • frozen fruits and vegetables are prepared immediately after harvest in a manner similar to that described and then frozen.
  • the correspondingly pretreated product is fed to the predrying, where it is removed by far the greater part of the water content.
  • the product is placed on the convective pre-dryer (eg air belt dryer) with the aid of a suitable product distributor.
  • a method suitable for the treatment of most fruits is described in document EP 1 092 353 A3.
  • the water content of the treated product decreases on average to about 20% to 40% of the product mass, wherein the moisture concentrates on the inside of the product pieces in the case of lumpy products, while the surface is stronger due to the relatively dry warm air passing over it dries out and hardens more or less strongly.
  • the withdrawn water content is released into the atmosphere in the form of vapor or precipitated in a condenser in liquid form.
  • the operating parameters of the convective predrying and the subsequent microwave vacuum puffing further determine whether the product will assume the characteristic "crispy" or "crunchy” after passing through the entire puffing and drying process according to the invention.
  • the residual moisture in the interior of the product must be adjusted by predrying so that on the one hand there is sufficient moisture to generate the steam needed for puffing during the microwave vacuum puffing; on the other hand, it must be reduced to such an extent that the product is sufficiently viscous that the vapor produced by the volumetric absorption of high frequency radiation throughout the product interior can form a multitude of small voids during its release.
  • the product pieces here recover largely their original shape and obtain a porous structure, which during the subsequent micro- stabilized wave vacuum drying and thus causes the "crispy" character of the dried end product.
  • the microwave vacuum puffing station must be able to produce in the product to be treated by high-frequency irradiation a sufficiently high dissipated power density that the resulting vapor volume flow is able to inflate the product pieces in the desired manner (Puffung) and in the interior to create the porous bubble structure and finally break up the keratinized surface.
  • the pre-drying may possibly be omitted completely.
  • the product is then immediately subjected to the following treatment step, the high-frequency treatment in the microwave vacuum processor fed.
  • This treatment can be subdivided into the two steps of microwave vacuum puffing and microwave vacuum drying.
  • the product After being introduced into the vacuum, the product is distributed in a suitable manner on a conveyor belt and fed to the microwave vacuum puffing, in which the product shreds shrunk during the predrying by the dehydration by the short-term (about 4 to 8 minutes) application particularly high dissipated power densities and therefore rapid release of large amounts of steam are again approximately expanded to their original volume.
  • the product feed can be fed via a tube which can be pivoted for the purpose of more uniform product distribution.
  • the product arrives at a residual moisture content of about 10% to 20% of the product mass for microwave vacuum drying as the second step supported by the use of high-frequency radiation.
  • the remaining water contained in the product is largely discharged up to a residual water content of about 6% of the product mass, for which only small dissipated power densities are used in comparison to Puffung, in order to avoid a quality overheating of the product.
  • Puffing and drying are advantageously combined with each other, so that a discharge and re-entrainment in the vacuum between these process steps can be omitted. Since water vapor escapes during the microwave vacuum treatment, the product mass flow is also reduced here, albeit to a much lesser extent than during pre-drying. Finally, the product is discharged and subjected to aftertreatment. Viscous or pasty applied products are usually present after the microwave vacuum treatment as a continuous layer with frothy structure (such as meringue). For this purpose, a crusher can be connected upstream of the discharge lock, which granulates this layer and thus enables further treatment similar to a lumpy product.
  • the product After the product has cooled and thereby lost its possibly existing thermoplastic properties, it becomes, e.g. with the help of a cluster crusher, isolated, sorted and finally vapor-tight packed, so that the finished product is moisture-proof and thus storable for a long time.
  • the ejection from the microwave vacuum drying and the aftertreatment are advantageously carried out in a room with a dry climate (low air humidity) in order to exclude rewetting as far as possible.
  • drying parameters for obtaining a "crispy" end product are explained below using the example of the treatment of fresh strawberry cubes with an edge length of about 10 mm, as well as deviating parameters for producing a "crunchy" end product.
  • convective pre-drying is treated with a monotonically decreasing temperature profile during drying, which starts at 85 ° C air temperature and ends at 75 ° C ,
  • the treatment time is adjusted so that the product reaches a high-frequency treatment with a residual water content of 30% to 35% of the product mass.
  • the supplied high-frequency power is adjusted such that the dissipated power density in the product chips is at least about 4 W / g and the desired puffing occurs.
  • the high-frequency power is reduced to such an extent that the product surface temperature does not exceed about 60 ° C.
  • the duration of the product passage through the microwave vacuum drying is adjusted so that the desired final moisture of present 6% of the product mass is maintained and the product has "crispy" properties.
  • the predrying is further extended to fall below the above residual water content of 30% to 35% of the product mass.
  • FIGS. 2 and 3 show an embodiment of the device according to the invention for coupling in high-frequency radiation of high power.
  • the radiant energy generated in a high-frequency generator such as, for example, a magnetron or a frequency-variable microwave source passes through the feed waveguide 1 designed in the form of a rectangle in the present embodiment into the device according to the invention.
  • the feed hollow conductor 1 opens into the cylindrical coupling 3 to the treatment chamber 12.
  • the coupling 3 in this case consists of the cylindrical coupling waveguide 4, in which the waveguide mode TM O i is to propagate in the present example.
  • a Wellentypfilter 5 is provided.
  • this is a ⁇ / 2-Sperrtopf for suppressing the TE 11 -WeIIe, which is always also able to propagate because of their compared to the desired TM 01 -WeIIe lower cutoff frequency in the circular waveguide 4 of the coupling 3.
  • both the circular cross section and the length of the coupling waveguide 4 and the geometry of the coupling window 6 have been selected according to the invention such that the electric field strength at the window surface 6a on the treatment chamber 12 side passes through a minimum.
  • the product 16 to be treated passes through the cylindrical treatment chamber 12 on a conveyor 15 running centrally in the axial direction, which is a conveyor belt or conveyor containers running continuously one behind the other.
  • the treatment chamber 12 is hereby divided by intermediate and end panels 13 in a number of segments having openings 14 to allow the conveyor 15, the transport of the product 16. Due to the higher high-frequency power density required there, the length 17 of the segments in the area of the microwave vacuum puffing is smaller, for example, half as long as the segment length in the area of microwave vacuum drying.
  • the conveying means 15 is supported if necessary by bilateral metallic Aufschadorelonne 18, by the lower edges of the apertures 14 and by additional traverses between the Aufschdorflache 18.
  • the couplings 19 for coupling the high-frequency electromagnetic radiation are mounted in pairs radially on suitable container flanges 19 a of the cylindrical treatment chamber 12 flanged.
  • the axes of the couplings are each in the median plane between adjacent intermediate or end caps 13.
  • the container flanges 19a are as close as possible structurally approximated to the cylindrical surface of the wall of the treatment chamber 12.
  • the coupling window 6 has been designed to project convexly into the treatment chamber 12.
  • the coupling window 6 in the present case has a shape which substantially corresponds to the shape of a hemisphere projecting into the treatment chamber.
  • the coupling-in window 6 consists essentially of a half-sphere, which initially continues at its edge in a hollow cylinder 8 and is closed off by a brim 7 formed as a circular ring.
  • the coupling window 6 consists of PTFE (trade name: Teflon). At its brim 7, the coupling-in window 6 is clamped between the flange 4a of the waveguide 4 and the flange 9a of the metallic chamber wall 9, which is in electrical contact therewith, and is thereby held stationary in its position.
  • PTFE trade name: Teflon
  • the cylindrical continuation 8 makes it possible here to design the chamber flange 9a such that it bears tightly along its contact surface 8a with respect to the coupling window 6 and thus has no air gap on the surface 6a of the window 6 facing the vacuum.
  • the electrical length of the 10 surrounded by the metal of the flanges 4a and 9a brim 7 of the dielectric window 6 and the material thickness 11 of the spherical part of the window 6 have been optimized in the present case with respect to the used frequency of 2450 MHz with the methods mentioned in the general description part.
  • the mean electrical length 10 in the present case is approximately ⁇ ⁇ / 2
  • the material thickness of the flange is approximately 0.12 ⁇ ⁇
  • the material thickness 11 of the spherical window 6 is approximately 0.18 ⁇ ⁇
  • the wavelength ⁇ ⁇ itself at the frequency used of 2450 MHz in the material PTFE to 0.085 m results.
  • the design of the flange construction thus fulfills the criterion of the lowest possible electric field strength in the area of the contact point between the spherical window and the edge of the window flange facing the vacuum. The exact design was further refined by simulation calculations.
  • the thickness of the spherical window 6 differs in the illustrated embodiment from the required for reflection freedom material thickness of ⁇ ⁇ / 4. As a result of this and due to the transition between the cylindrical coupling hollow conductor 4 into the chamber volume 12 bounded by the chamber wall 9, standing waves are formed in the region of the coupling-in waveguide 4.
  • its length is chosen according to the invention so that an electric field maximum of the standing wave is established within the semispherical dome of the spherical window 6, while at its vacuum-facing surface 6a minimum electric field strengths are established for a given power input.
  • FIG. 5 there is shown a schematic representation of one embodiment of the apparatus of the present invention for high frequency assisted drying treatment of medium and low water content products for use in the process of the present invention to produce a food consisting of individual product pieces or whole fruits. tel.s, which has a crispy or crunchy character.
  • the device according to the invention comprises a microwave vacuum processor 20, which consists of a combination of microwave vacuum puffing station 21, microwave vacuum drier 23 and an intermediate transfer region 22 and serves to treat lumpy products.
  • the microwave vacuum booster station 21 and the microwave vacuum drier 23 are each provided with a conveyor belt 25 and 25a, respectively.
  • the conveyor belts 25 and 25a are hereby independently adjustable.
  • the product to be dried passes through an entry lock 24 in the vacuum applied vacuum vacuum processor 20, more precisely in the microwave vacuum puffing station 21. From the lock 24 falls the product to be dried on the first conveyor belt 25 and is using an adjustable product distributor 26 distributed to a continuous and uniformly thick layer.
  • the product passes through an aperture device 27 and enters the microwave treatment chamber 28 which is acted upon with a high dissipated power density.
  • the aperture device 27 serves to shield the high-frequency radiation within the microwave treatment chamber 28 to the outside.
  • the high-frequency power in the present case adjustable up to max. 48 kW at 2450 MHz, the treatment chamber 28 is supplied via a number of couplings 29.
  • the high power density causes the supplied high frequency power rapid evaporation of a Part of the moisture contained in the product and thus an expansion (puffing) of the product pieces (eg fruit or vegetable cubes).
  • the couplings 29 are formed in this case according to the embodiment shown in FIG. 2, i. that due to the adaptation according to the invention of the treatment chamber side, electric field strength immediately after the coupling 29, a higher performance compared to the prior art in the vacuum of the treatment chamber 28 can be introduced.
  • the treatment chamber 28 is, as described for example in the publication DE 196 43 989 A1, provided with a system of transversely and longitudinally to the product flow direction arranged apertures 30, of which only the intermediate and end panels are shown in Figure 5 for reasons of clarity.
  • the geometry of this diaphragm system 30 is chosen so that a distribution of the dissipated power density is achieved.
  • the puffing station 21 is equipped with radiation thermometers (pyrometers) 31.
  • Glow detectors 32 monitor the chamber 28 in order to extinguish immediately despite the possibly used special couplings 29 from FIGS. 2 and 3 due to the process-related high electric field strengths possibly occurring glow discharges.
  • the product exits the treatment chamber 28 through the aperture 33 attenuating the high frequency radiation introduced in the chamber 28, which may be a simplified version of the substantially microwave-tight aperture device 27.
  • the product is in a transfer region 22, which is characterized by a low exposure to high-frequency radiation.
  • the weak application of area 22 is based on the range 28 and 28a acting microwave attenuating aperture 33 and 33a.
  • the product already having a low water content of 10% to 20% of the product mass but still to be dried passes into the treatment chamber 28a of the microwave vacuum dryer 23.
  • the individual segments separated from one another by intermediate and end shutters of the diaphragm system 34 are twice as long as in the microwave puffing station 21, while the maximum power that can be introduced per segment is halved.
  • the high-frequency power in the present case adjustable up to max. 36 kW at 2450 MHz, the treatment chamber 28a via a number of couplings 37, in the present case six Einkopplungsploe, of which in Figure 5, however, only schematically four are shown, fed and causes the substantial evaporation of the residual moisture contained in the product.
  • the product is transferred to a second belt 25a before drying, so that the product residence times in the microwave puffing station 21 and in the microwave vacuum drier 23 can be set independently of one another within certain limits.
  • thermometers 35 are also present in the area of the treatment chamber 28a of the microwave vacuum dryer 23 for temperature monitoring.
  • a process control (not shown), in particular based on the values determined by radiation thermometers 31 and 35, calculates essential process parameters, e.g. the maximum product surface temperature during puffing and drying, and adjusts the power of the RF generators (not shown) feeding the couplers 29 and 37 accordingly.
  • Tasks of the process control are further compliance with the predetermined residual pressure in the vacuum chamber 20 and the triggering of countermeasures when glow discharges occur.
  • the inventively by means of high frequency in the microwave vacuum dryer 23 finished dried product leaves the treatment chamber 28a through the largely microwave-tight aperture device 38 and reaches the product discharge lock 39, through which it leaves the combined microwave vacuum processor 20 again.
  • the vacuum locks 24 and 39 are designed for the introduction and discharge of the product as vertically operating rotary flap locks with the flaps 24a and 39a.
  • the locks 24 and 39 have additional product retention flaps 24b and 39b, respectively.
  • the product retaining flaps 24b and 39b have the task, as described above, of keeping the product pieces away from the vacuum flaps 24a and 39a, respectively.
  • the product retaining flaps 24b and 39b are designed as butterfly flaps and designed so that they have a sufficiently narrow gap between the flap edge and the lock wall in the closed state, so that the closed product retaining flap effectively retains product pieces without the gas exchange in the vacuum lock 24 or 39 to hinder.
  • each vacuum flap 24a or 39a thus requires a product retention flap.
  • microwave vacuum processor 20 in both the puffing station 21 and in the dryer 23 high frequency radiation of different frequencies or a center frequency modulated high frequency radiation fed in order to achieve even more even distribution of power and better avoidance of hot spots.
  • FM Frequency Modulation
  • DSSS direct sequence spread spectrum
  • the respective dwell times in the individual treatment chambers 28 and 28a and the resulting power consumption by the respective product can be achieved in the present case by adjusting the running speed of the treadmills 25, 25a.
  • the substantially independent treadmills 25, 25a allow greater flexibility.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus einzelnen Produktstückchen oder ganzen Früchten bestehenden Lebensmittelprodukts, das einen knusprigen (,,crispy') oder knackigen (,,crunchy') Charakter aufweist, eine insbesondere auch zur Anwendung dieses Verfahrens verwendbare Vorrichtung zur trocknenden Behandlung von Produkten sowie eine Vorrichtung zur Einkopplung von Hochfrequenzstrahlung hoher Leistung, insbesondere Mikrowellen, aus einem Einkopplungshohlleiter über ein elektromagnetisch transparentes, aber druckdichtes Einkopplungsfenster in eine teilevakuierte Behandlungskammer. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst hierbei die Verfahrensschritte Vortrocknung des Produkts bzw. der Produktstückchen mittels eines Konvektionstrockners sowie Puffung und Trocknung des Produkts bzw. der Produktstückchen im Vakuum mit Hilfe dielektrischer Energiedissipation im Produkt bzw. in den Produktstückchen durch elektromagnetische Hochfrequenzbestrahlung.

Description

Hochfrequenzgestützte Vakuumtrocknung
I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Vorrichtungen und Verfahren zur Behand- lung von Substanzen mit elektromagnetischer Hochfrequenzenergie. Mittels derartiger Vorrichtungen bzw. Verfahren ist es beispielsweise möglich, Substanzen in Form stückiger, rieselfähiger, sprühbarer oder pumpbarer Stoffe zu behandeln, wobei eine Veränderung der Stoffeigenschaften hervorgerufen werden kann. Je nach Anwendung (z. B. für die Papier-, Textil-, chemische, pharmazeutische, Ab- fallbehandlungs-, Umwelt- oder Nahrungsmitteltechnologie) kann hierbei eine strukturelle Veränderung, eine gezielte Erwärmung, eine Beschleunigung/Begünstigung verschiedener chemischer Reaktionen, eine schonende Trocknung, Imprägnierung usw. im Vordergrund stehen.
Insbesondere betrifft die Erfindung in diesem Zusammenhang ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Erzeugnisses aus Früchten und/oder Gemüse mit einer bestimmten speziellen, erwünschten Eigenschaft sowie das hergestellte Erzeugnis selbst. Das Verfahren umfasst hierbei eine konvektive Vortrocknung der Ausgangsprodukte bzw. Produktstückchen auf einen Wasseranteil ca. 20% bis 40% der Gesamtmasse und eine anschließende Behandlung mit Hilfe von elektromagnetischer Hochfrequenzenergie im Vakuum.
Ein weiterer Aspekt betrifft eine Vorrichtung zur Einspeisung der Hochfrequenzenergie in das Vakuum der Behandlungskammer zur Puffung und Trocknung der konvektiv vorgetrockneten Produkte bzw. Produktstückchen (Wassergehalt ca. 20% bis 40% der Gesamtmasse) mit Hilfe von elektromagnetischer Hochfrequenzenergie im Vakuum. II. Technischer Hintergrund
Insbesondere aus der Lebensmittelindustrie sind bereits eine beträchtliche Zahl von Anwendungen und Anwendungsversuchen, Instantprodukte in einem kontinuierlich arbeitenden Mikrowellen-Vakuumbandtrockner aus Früchten und Gemüse, Saftkonzentraten usw. herzustellen, bekannt. Eine entsprechende Vorrichtung ist beispielsweise in Microwave Energy Applications Newsletter, Band XII, Nr.6, 1979, Seiten 4 bis 6, beschrieben und umfasst einen evakuierbaren Behand- lungstunnel als Behandlungskammer, in dem mehrere Ankopplungsfenster für so genannte Hörner zur Mikrowelleneinspeisung unter Verwendung von Magnetrons vorgesehen sind. Strahlungsthermometer (Pyrometer) dienen zur Messung der Produkttemperatur der auf ein Umlaufband eingetragenen Produkte, und die Mikrowellenleistung wird abhängig von der erfassten Temperatur ein- bzw. nachge- stellt. In diesem Artikel ist insbesondere auf die Herstellung von Instantfruchtpul- ver eingegangen.
Die Anwendung von elektromagnetischer Hochfrequenzenergie, insbesondere Mikrowellen, ermöglicht hierbei die gleichzeitige Erwärmung des gesamten Pro- duktvolumens, so dass der Trocknungsvorgang effizienter wird und damit die Einwirkdauer erhöhter Temperaturen auf das Produkt verringert werden kann.
Will man ganze Früchte oder Fruchtstücke (dasselbe gilt für Gemüse) zu In- stantprodukten verarbeiten, so erwies es sich als vorteilhaft, zunächst in einem konvektiven Luftbandtrockner für eine Trocknung der Früchte verbunden mit einer Schrumpfung bis zu einem gewissen Grad zu sorgen, anschließend in einer evakuierten Mikrowellenkammer ein "Wiederaufpuffen" der Früchte zu bewirken und abschließend durch nochmaliges Trocknen in einem Vakuumbandtrockner beispielsweise unter Verwendung einer Infrarotlichtquelle eine Nachbehandlung und Strukturstabilisierung vorzunehmen. Eine solche Anordnung ist aus einem Prospekt "Vacuum BeIt Drying", Franco Ferrari, der Firma MEPROTEC, Bachenbü- lach, Schweiz, entnehmbar. Ein völlig anderes Anwendungsgebiet für die Vakuumtrocknung mit Mikrowellen in z. B. röhrenartigen Kammern findet sich in Buchentsäuerungsverfahren, bei denen erfolgreich insbesondere nicht wässrige Lösemittel für Papierbehandlungsre- agenzien verschiedenster Art auf schonende Weise wieder aus den zuvor getränkten Büchern und anderen Papiererzeugnissen entfernt werden können.
Neben den mit Vakuumbeaufschlagung arbeitenden Anlagen, die üblicherweise im Bereich von 1 bis 200 mbar betrieben werden, gibt es auch Anlagen, in denen die Produkte ohne ein Anlegen von Vakuum mit elektromagnetischer Hochfrequenzenergie behandelt werden.
Jedoch ist es durch die Anwendung eines Vakuums und die damit gegebene weitgehende Abwesenheit von Sauerstoff möglich, eine unerwünschte Oxidation des zu behandelnden Produkts zu verhindern. Gleichzeitig kann die erforderliche Trocknungstemperatur aufgrund des im Vakuum niedrigeren Siedepunkts von Wassers reduziert werden.
Üblicherweise wird das zu trocknende Produkt entweder mit Hilfe eines kontinu- ierlichen Förderers oder mit Hilfe von in der Hochfrequenzbehandlungskammer lückenlos hintereinander laufenden Förderbehältern transportiert und währenddessen der Hochfrequenzstrahlung und ggf. dem Vakuum ausgesetzt. Bei den evakuierten Anlagen werden die zu behandelnden Substanzen hierbei über Schleusen auf ein in der unter Vakuum stehenden Hochfrequenzbehandlungs- kammer umlaufendes Band ein- bzw. ausgetragen.
Die bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Behandlung von Substanzen mit elektromagnetischer Hochfrequenzenergie weisen hierbei diverse Nachteile auf.
Üblicherweise wird die Hochfrequenzstrahlung durch geeignet gestaltete und mit elektromagnetisch transparenten Einkopplungsfenstern versehene Hohlleiter in den evakuierten und durch elektrisch gut leitende metallische Wände begrenzten Behandlungsraum eingebracht. Aufgrund der verringerten elektrischen Durch- bruchfeldstärke im Vakuum ist bei der Vakuumtrocknung die je Einkopplungsstelle zuführbare Hochfrequenzleistung vergleichsweise gering, da Glimmentladungen und Funkenüberschläge sowohl aus Sicherheitsbetrachtungen als auch aus Über- legungen hinsichtlich der Produktqualität möglichst vermieden werden müssen. Zwar kann in diesem Zusammenhang durch eine Erweiterung der die Hochfrequenzleistung zuführenden Hohlleiter auf größere runde oder rechteckige Querschnitte (z. B. als Hörner ausgeführt) und einer zusätzlichen Taperung der Hohlleiter zur Vermeidung unerwünschter Wellentypen die zuführbare Leistung ver- größert werden, jedoch ist der Umfang, bis zu welchem dies möglich ist, nicht zufrieden stellend.
Ferner besteht auch trotz diverser Lösungsansätze nach wie vor das Problem einer ungleichmäßigen Einwirkung des Hochfrequenzfeldes auf die behandelten Substanzen. So beobachtete man im behandelten Produkt auch bei weitgehend gleichmäßiger Verteilung der Leistungsdichte des umgebenden Feldes stärker erwärmte Stellen, so genannte Hot Spots, die auf lokale Feldresonanzen im Produktinneren zurückzuführen sind. Bedingt durch den Mitnahmeeffekt des lokalen Feldes bewirkt hier selbst die Bewegung des Produkts im Feld keine wesentliche Verbesserung. Diese Problematik kann gegebenenfalls nicht nur zu einer ungleichmäßigen Trocknung des zugeführten Produkts bewirken, sondern auch zu einer örtlichen Überhitzung des Produkts mit entsprechender Verschlechterung der Qualität führen. Wenn das Produkt darüber hinaus eine mit steigender Temperatur zunehmende Absorptionsfähigkeit besitzt, kann es dabei zu örtlichen Pro- duktverbrennungen kommen (Run Away Effekt).
In der Patentanmeldung DE 196 43 989 A1 der Anmelderin wird ein Lösungsansatz zur Vergleichmäßigung der Erwärmung der zu behandelnden Substanz beschrieben. Allerdings wird in diesem Zusammenhang auf den Eintrag einer für die schnelle Puffung und Trocknung größerer Substanzmengen hinreichend hohen Leistung nicht näher eingegangen. Weiterhin führt das oben beschriebene Verfahren einer Trocknung von Früchten in einem Luftbandtrockner, anschließendem "Wiederaufpuffen" der Früchte in einer evakuierten Hochfrequenzbehandlungskammer und nochmaliges Trocknen in einem Vakuumbandtrockner hinsichtlich des Endproduktes zu nicht befriedigen- den Ergebnissen. Dies liegt unter anderem daran, dass in der der Behandlung mit Mikrowellen folgenden Nachtrocknung nur eine oberflächennahe Trocknung stattfindet, was zur Folge haben kann, dass innerhalb des zu trocknenden Produkts Zonen mit verhältnismäßig hohem Wassergehalt verbleiben. Derartige Zonen könnten wiederum die Lagerfähigkeit negativ beeinträchtigen.
Schließlich werden die aus dem Stand der Technik beschriebenen Verfahren bisher im Wesentlichen nur zur Erzeugung von Instantprodukten, d.h. Produkten, die bei Kontakt mit Wasser möglichst schnell wieder rückbefeuchten sollen, verwendet.
Bei besonderen Anwendungen kann es jedoch erwünscht sein, dass das Produkt sich bei Kontakt mit Wasser gewissermaßen entgegengesetzt verhält, d.h. für eine definierte Zeit in seinem trockenen Zustand verbleibt und seinen knusprigen („crispy") oder knackigen („crunchy") Charakter behält, d.h. knusprig bleibt und beim Zerkauen schnell, ggf. mit einem gleichzeitigen krachenden Geräusch, wie es z.B. beim Zerkauen von trockenem Zwieback auftritt, zerfällt.
Die Knusprigkeit oder Knackigkeit eines Lebensmittels kann hierbei über das beim Zerkauen des Lebensmittelstückchens auftretende Geräusch sowie die Art seiner Verformung beurteilt werden.
Lebensmittel mit einem „crispy" bzw. „crunchy" Charakter liegen demzufolge vor, wenn folgende Eigenschaften gegeben sind:
a) Verursachen hörbarer Geräusche beim Zerkauen b) Ausschließliches Zerbrechen ohne gleichzeitige plastische Verformung beim Zerkauen (vor dem Aufweichen durch Kontakt mit dem Speichel) Die sich prinzipiell ähnelnden Eigenschaften „crispy" und „crunchy" lassen sich tendenziell dadurch unterscheiden, dass die Struktur „knuspriger" (also „crispy") Lebensmittel während des Kauvorgangs in vielen kleinen aufeinander folgenden Brüchen zerbricht, wobei Kaugeräusche mit höherer Frequenz entstehen als bei „knackigen" (also „crunchy") Lebensmitteln, da die Struktur "knackiger" Lebensmittel während des Kauvorgangs in wenigen heftigeren Brüchen zerbricht ("zersplittert"), wobei Kaugeräusche mit niedrigerer Frequenz entstehen.
Als zu den Begriffen „knusprig" ("crispy") und „knackig" („crunchy") gegensätzliche Eigenschaften können beispielsweise „cremig" („creamy"), „weich" („soft") oder „zäh" („chewy") genannte werden.
Ob das erzeigte Produkt nach der Puffungs- und Trocknungsbehandlung eine der beiden Eigenschaften („crispy" oder „crunchy") annimmt, hängt wesentlich von der Parametrierung der konvektiven Vortrocknung (z.B. im Luftbandtrockner) und der eingebrachten Leistungsdichte in den ersten Zonen der Hochfrequenzbehandlungskammer ab. Durch eine geeignete Wahl dieser Parameter kann dann auch festgelegt werden, welche der beiden Eigenschaften („crispy" oder „crunchy") das Produkt letztendlich aufweist.
IM. Darstellung der Erfindung
a) Aufgabe
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zu schaffen, um aus einem dafür geeigneten Ausgangsprodukt hohen Feuchtigkeitsgehalts (z.B. 75% bis 95%) insbesondere unter Verwendung einer hochfrequenzgestützten Behandlung ein Produkt mit „crispy" oder „crunchy" Eigenschaften zu erzeugen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Einbringen einer höheren Mikrowellenleistung in ein System zur hochfrequenzgestützten Trocknung zu ermöglichen.
Eine dritte Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine möglichst gleichmäßige Erwärmung der zu trocknenden Produkte zu erreichen, so dass die Hochfrequenzbehandlung wirksam durchgeführt werden kann.
b) Lösung der Aufgaben
Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der Ansprüche 1 , 20, 32 und 43 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Gemäß der ersten Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Produkten mit einem „crispy" oder „crunchy" Charakter unter Verwendung einer hochfrequenzgestützten Trocknung geschaffen. Insbesondere kann es sich hierbei um ein aus einzelnen Produktstückchen oder ganzen Früchten bestehendes Lebensmittelprodukt handeln
Das Verfahren umfasst hierbei erfindungsgemäß die folgenden Schritte:
• Vortrocknung des Produkts bzw. der Produktstückchen mittels eines Kon- vektionstrockners, wobei der Wasseranteil des Produkts bzw. der Pro- duktstückchen mit anfänglich hohen und im Verlauf der Trocknung fallenden Temperaturen auf einen Wert zwischen 15% und 60% der Produktmasse reduziert wird, so dass die Früchte bzw. Produktstückchen oberflächlich verhornen und in ihrem Inneren feuchter als an der Oberfläche bleiben; • Puffung des Produkts bzw. der Produktstückchen im Vakuum mit Hilfe dielektrischer Energiedissipation im Produkt bzw. in den Produktstückchen durch elektromagnetische Hochfrequenzbestrahlung, wobei ein Anteil des im Inneren des Produkts bzw. der Produktstückchen verbliebenen Wassers bei vakuumbedingt reduzierter Temperatur schnell bis zu einem Restwassergehalt zwischen 10% und 30% der Produktmasse verdampft und das Produkts bzw. die Produktstückchen dabei aufbläht, • Trocknung des Produkts bzw. der Produktstückchen im Vakuum mit Hilfe dielektrischer Energiedissipation im Produkt bzw. in den Produktstückchen durch elektromagnetische Hochfrequenzbestrahlung, wobei sich ein Restwassergehalt von bis zu 10% der Produktmasse einstellt.
Durch die auf einem Konvektionstrockner erfolgende Vortrocknung wird der bei vielen Lebensmittelprodukten hohe Wasseranteil (bei Obst- und Gemüsefrüchten meistens zwischen 75% und 95% der Produktmasse) auf die dem Mikrowellen- Vakuum-Puffungsprozess angemessenen Werte reduziert, wobei Wasseranteile zwischen 15 % und 60 % , insbesondere zwischen 20% und 40% der Produkt- masse vorteilhaft sind. Durch die Verwendung einer Konvektionstrocknung können die hohen Wasseranteile auf kostengünstige Weise entfernt werden.
Da die konvektive Trocknung insbesondere auf die Oberfläche der Produktstückchen wirkt, fällt die damit erzielte Restfeuchtigkeit vom Zentrum des jeweiligen Produktstückchens zu dessen Oberfläche hin ab. Hierdurch wird eine oberflächliche Verhornung der während der Vortrocknung schrumpfenden Produktstückchen erzielt.
Nach dem Einschleusen oder Eintragen ins Vakuum wird das Produkt der Mikro- wellen-Vakuum-Puffung zugeführt, wo das im Produkt enthaltene Restwasser (Wasseranteil z.B. zwischen 20% und 40% der Produktmasse) durch dielektrische Erwärmung mit Hilfe von Hochfrequenzstrahlung verdampft.
Durch das vorliegende Grobvakuum im Bereich von 5 - 100 mbar, wobei Rest- drucke von ca. 10 - 50 mbar besonders vorteilhaft sind, ist der Siedepunkt des Wassers so weit reduziert, dass eine durch das Sieden sonst mögliche hitzebedingte Produktschädigung vermieden wird. Die auf das gesamte Produktvolumen wirkende Hochfrequenzstrahlung bewirkt eine rasche Verdampfung von einem Teil des im Innern der Produktstückchen verbliebenen Restwassers. Aufgrund der während der Vortrocknung erreichten Verhornung der Produktoberfläche entsteht dort eine Dampfsperre, die das Entweichen des Wasserdampfs behindert. Folglich baut sich ein Überdruck im Innern der Produktstückchen auf, aufgrund dessen diese wieder expandieren (Puffung) und somit in etwa ihre ursprüngliche Form erhalten.
Durch die Dampfentwicklung wird gleichzeitig die vorher kompakte Struktur der Produktstückchen aufgebrochen, so dass sie eine blasig-schaumige Struktur erhalten, wodurch der nach Abschluss des Prozesses angestrebte „crispy" oder „crunchy" Charakter des Produkts erreicht werden kann.
Mit dem nach der Puffung vorliegenden Restwassergehalt von 10% bis 30%, vorzugsweise 10 % bis 20 % der Produktmasse wird das Produkt der Mikrowellen- Vakuum-Trocknung zugeführt. Dort wird ein Teil des restlichen Wassers verdampft, indem das Produkt vorzugsweise bei geringer und durch die Produkt- Oberflächentemperatur geregelter Hochfrequenzleistung im Vakuum endgetrock- net wird.
Durch eine Trocknung des Produkts bzw. der Produktstückchen im Vakuum mit Hilfe elektromagnetischer Hochfrequenzbestrahlung kann sichergestellt werden, dass nicht, wie bei den bisher zur Trocknung verwendeten Verfahren, lediglich eine oberflächennahe Trocknung der Produkte bewirkt wird, sondern vielmehr ein gleichmäßiger Energieeintrag über das gesamte Volumen der Produkte erfolgt.
Das Produkt verlässt diesen Bearbeitungsschritt nach dem Ausschleusen aus dem Vakuum mit einem typischen Restwassergehalt von bis zu 10 %, vorzugs- weise ca. 6% der Produktmasse, der seine Langzeitlagerung gestattet. Soweit viskose oder pastöse Produkte verarbeitet werden, kann die bei deren Puffung/Trocknung entstehende schaumartige Schicht noch vor dem Ausschleusen aus dem Vakuum zu einem Granulat gebrochen werden.
In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vor der Vortrocknung eine Vorbehandlung und/oder nach der Trocknung eine Nachbehandlung des Rohprodukts bzw. des erzeugten Produkts erfolgen.
Die Produktvorbehandlung kann hierbei das Reinigen des angelieferten Rohpro- dukts, das Entfernen nicht genießbarer oder unerwünschter Anteile des Rohprodukts (z.B. Entstrunken, Entkernen, Schälen), das Zerteilen (z.B. Schneiden) des Rohprodukts in Produktstückchen sowie die Vorbereitung des Produkts für die nachfolgende Trocknung und den Verzehr umfassen. Hierzu gehören z.B. auch das Blanchieren des Rohprodukts bzw. der Produktstückchen und der Zusatz von lebensmitteltauglichen Hilfsstoffen, z.B. für den Erhalt der Produktfarbe, zur Verbesserung des Trocknungsprozesses oder der Verzehreigenschaften des getrockneten Endprodukts. Die hierbei verwendeten Zusatzstoffe können vorteilhafterweise ggf. aus dem Produkt selbst gewonnen werden (z.B. Eigenzucker).
Für einige Produkte, insbesondere empfindliche Früchte, kann hierbei vor der eigentlichen Vortrocknung auch ein Abtrocknen der z.B. durch eine ggf. erfolgte Vorbehandlung feucht gewordenen Fruchtoberflächen sinnvoll sein. Dies kann man beispielsweise erreichen, indem man die Fruchtstückchen mit bewegter Luft bei Raumtemperatur oder wenig darüber, vorzugsweise mit Temperaturen zwi- sehen 0° und 40° umströmen lässt („Kaltblasen"). Hierfür genügt eine unbeheizte oder nur mit geringer Leistung beheizte Trocknungsstufe, die dem eigentlichen Vortrockner vorausgeht. Dieser Behandlungsschritt kann auch für das Auftauen gefrorener Früchte geeignet sein.
In der Produktnachbehandlung werden die Produktstückchen beispielsweise vereinzelt, sortiert oder verpackt, wobei das Verpacken vorzugsweise dampfdicht erfolgt, um eine mögliche Feuchtigkeitsaufnahme zu unterbinden. Vorzugsweise beginnt die Vortrocknung des Produkts bzw. der Produktstückchen durch Umströmung mit Luft bei Temperaturen zwischen 600C und 1000C. Die Reduzierung der Lufttemperatur bei fortschreitender Trocknung erfolgt vorteilhafter- weise monoton, wobei jedoch auch andere Temperaturverläufe, beispielsweise schrittweise unstetige Reduzierung denkbar sind. Auch könnte im Verlauf der Vortrocknung die Temperatur kurzzeitig sogar wieder erhöht werden, falls dies zum Erreichen der erwünschten Produkteigenschaften erforderlich sein sollte.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die elektromagnetische Hochfrequenzbestrahlung bei den Verfahrensschritten der Puffung und/oder der Trocknung mit Frequenzen im Bereich zwischen 800 MHz und 8000 MHz, insbesondere im Bereich zwischen 2000 MHz und 3000 MHz, vorzugsweise im ISM- Band zwischen 2400 MHz und 2500 MHz.
Da der Restwassergehalt des Produkts bzw. der Produktstückchen bei der Puffung höher liegt als bei der Trocknung und weiterhin die Puffung erfindungsgemäß schnell erfolgen soll, wird bei der Puffung eine höhere dissipierte Strahlungsleistungsdichte verwendet als bei der Trocknung.
Vorzugsweise wird bei der Puffung und/oder der Trocknung die mittels der elektromagnetischen Hochfrequenzstrahlung in das Produkt bzw. die Produktstückchen eingebrachte Leistung über eine Messung der Oberflächentemperatur des Produkts bzw. der Produktstückchen geregelt. Als Messmethoden finden hierbei vorzugsweise die üblichen Verfahren einer kontaktlosen Temperaturmessung Anwendung, wie beispielsweise Strahlungsthermometer.
Hierbei wird in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ausgenutzt, dass sich die Temperatur im Innern der Produktschicht unter Anwendung der vor- her bekannten thermodynamischen Eigenschaften des jeweiligen Produkts bzw. der Produktstückchen aus der Oberflächentemperatur ableiten lässt. Die thermo- dynamischen Eigenschaften des jeweiligen Produkts bzw. der Produktstückchen werden vorzugsweise experimentell bestimmt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Produkt bzw. werden die Produktstückchen während der Puffung und/oder der Trocknung mit Hilfe eines kontinuierlichen Förderers (z. B. eines Transportbands) oder mit Hilfe von vorzugsweise lückenlos hintereinander laufenden Förderbehältern durch eine jeweils zur Hochfrequenzbehandlung genutzte Hochfrequenzbehandlungskammer transportiert.
Hierbei werden die Fördergeschwindigkeit und die Schichtdicke des Produkts bzw. der Produktstückchen unter Berücksichtigung der konstruktiv vorgegebenen Länge der jeweiligen Hochfrequenzbehandlungskammer so eingestellt, dass die produktabhängig vorgegebenen Werte für die Einwirkdauer der Hochfrequenz- Strahlung auf das Produkt bzw. die Produktstückchen und die davon beim Durchlaufen der Behandlungskammer durch Dissipation aufgenommene Energiedichte eingehalten werden.
Eine gleichmäßige Dissipation der eingestrahlten Leistung auf das zu behandeln- de Produkt bzw. im gesamten Produktvolumen und eine somit gleichmäßige Erwärmung desselben wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht, indem die Behandlung in den Verfahrensschritten Puffung und/oder Trocknung nicht wie üblich unter Verwendung von Hochfrequenzstrahlung einer konstanten Frequenz erfolgt, sondern vielmehr eine Hochfrequenzstrahlung unterschiedlicher Frequenzen, die gleichzeitig oder in schnellem Wechsel eingesetzt werden, verwendet wird.
Vorzugsweise wird hierbei eine Frequenzmodulation oder eine Frequenzsprei- zung der eingestrahlten elektromagnetischen Hochfrequenzstrahlung um einen Mittelwert durchgeführt. In diesem Zusammenhang kann dann gegebenenfalls das zur Einkopplung der Strahlung in die Hochfrequenzbehandlungskammer aus Einkopplungshohlleiter, Wellentypfilter und Einkopplungsfenster bestehende System auf die Mittenfrequenz des benutzten Frequenzbandes abgestimmt und in Kombination mit einem Hochfrequenzwellengenerator mit variabler Frequenz eingesetzt werden.
Auf diese Weise kann eine große Anzahl von unabhängigen Ausbreitungsmoden in dem Multimoden-Hohlraum der Behandlungskammer gewährleistet werden, so dass sich keine einzelnen Moden mit stationären Maxima und Minima und damit verbundenen, zu Hot Spots führenden lokalen Resonanzen in der Behandlungskammer ergeben können. Weiterhin kann durch eine Modulation der Frequenz erreicht werden, dass sich die durch Ausbildung stehender Wellen bedingten Feldmaxima und Minima fortwährend verlagern und damit örtliche Überhitzungen („Hot Spots") des zu behandelnden Produkts vermieden werden.
Die Bandbreite der Frequenzmodulation oder die Frequenzspreizung sollte hierbei vorzugsweise einen Wert von maximal ±10 % um eine Mittenfrequenz aufweisen.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die elektromagnetische Hochfrequenzstrahlung vorzugsweise mit Hilfe einer Quelle aus der Gruppe Wanderfeldröhren, Klystronen, Kreuzfeldverstärker, Gyrotronen, frequenzkonstante oder frequenzagile koaxiale Magnetronen oder Twystronen erzeugt.
Als Modulationsverfahren kommen hierbei z.B. Frequenzmodulation (FM) sowie Frequenzspreizverfahren durch schnelles Umschalten der Frequenz (Frequenzsprungverfahren, frequency hopping) oder durch schnelle digitale Modulation (di- rect sequence spread spectrum, DSSS) des Trägers mit PN-Codes (pseudo noise codes) in Frage.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur trocknenden Behandlung von Produkten, insbesondere im Rahmen des zuvor geschilderten Verfahrens, weist zwei Be- handlungskammern auf, die jeweils gegenüber der Umwelt elektromagnetisch abgeschirmt sind und die jeweils Systeme zur Einkopplung elektromagnetischer Hochfrequenzstrahlung umfassen, um durch dielektrische Dissipation in das zu behandelnde Produkt Energie zur Erwärmung desselben einzubringen.
Vorzugsweise sind die Behandlungskammern in einem gemeinsamen, mit Vakuum beaufschlagten Raum untergebracht, wobei die zu behandelnden Produkte in diesen Raum über Schleusen ein- bzw. aus diesem ausgetragen werden.
Vorzugsweise sind die Schleusen für den Ein- und Austrag der zu behandelnden Produkte in den oder aus dem mit Vakuum beaufschlagten Raum als in vertikaler Richtung beschickte Klappenschleusen ausgestaltet. Besonders vorteilhafterweise sind die Schleusen hierbei als Drehklappenschleusen ausgestaltet.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schleusen mit jeweils bis zu zwei zusätzlichen Produktrückhalteklappen ausgerüstet. Diese verhindern einen direkten Kontakt des Produkts mit den Schleusenklappen. Auf diese Weise werden die Produktstückchen von den Vakuumklappen ferngehalten, so dass keine Produktstückchen an diesen anhaften und beim Schließen der jeweiligen Vakuum- klappe zwischen Klappe und Schleusenwand eingeklemmt werden können. Ohne den Einsatz von Produktrückhalteklappen könnte es hierdurch zur Schädigung des Produkts sowie der Schleusenmechanik kommen,
Die Produktrückhalteklappen können beispielsweise als Schmetterlingsklappen ausgeführt sein und im geschlossenen Zustand einen hinreichend schmalen Spalt zwischen Klappenrand und Schleusenwand aufweisen. Somit hält die geschlossene Produktrückhalteklappe Produktstückchen wirksam zurück, ohne den Gasaustausch in der Vakuumschleuse zu behindern.
Vorteilhafterweise erfolgt die Schleusung so, dass die jeweilige Produktrückhalteklappe immer nur dann geöffnet ist, wenn die zugehörige Vakuumklappe ebenfalls offen ist, so dass kein Produktstückchen direkt zur Vakuumklappe gelangt. In der Regel benötigt jede Vakuumklappe somit genau eine Produktrückhalteklappe. An der oberen Vakuumklappe des Produkteintrags ist eine Produktrückhalteklappe entbehrlich, wenn die das Produkt aus dem erfindungsgemäßen Vortrockner zuführende Fördereinrichtung derart gesteuert werden kann, dass bei geschlosse- ner oberer Vakuumklappe keine Produktzufuhr erfolgt. Folglich verfügt in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Schleuse für den Produkteintrag über eine Produktrückhalteklappe nur oberhalb der unteren Vakuumklappe, während die Schleuse für den Produktaustrag jeweils eine Produktrückhalteklappe oberhalb der oberen und unteren Schleusenklappe besitzt.
Im Fall der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt in der ersten Behandlungskammer der Verfahrensschritt der Puffung und in der zweiten Behandlungskammer der Verfahrensschritt der Trocknung.
Da wie weiter oben bereits ausgeführt wurde, die zur Trocknung erforderliche Hochfrequenzleistung in der Regel viel kleiner ist als die für die vorher stattfindende Puffung erforderliche Leistung, muss sichergestellt sein, dass der Trocknungsbereich in der zweiten Behandlungskammer gegenüber dem Puffungs- Bereich in der ersten Behandlungskammer hinreichend gut abgeschirmt ist, um zu verhindern, dass sich das der Trocknung zugeführte Produkt durch Einstrahlung aus dem Puffungs-Bereich überhitzt.
Folglich sind in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung die beiden Behandlungskammern bezüglich der eingebrachten elektromagnetischen Hochfrequenzstrahlung ausreichend voneinander abgeschirmt.
Vorzugsweise werden die zu trocknenden Produkte jeweils mit einem Transportband durch die jeweilige Behandlungskammer geführt. Hierbei können die För- dergeschwindigkeiten der Transportbänder der beiden Behandlungskammern vorteilhafterweise unabhängig voneinander eingestellt werden. Um zu verhindern, dass die Mechaniken der Transportbänder durch die eingestrahlte Hochfrequenzstrahlung beschädigt werden, sind die beiden Behandlungskammern vorzugsweise durch einen Übergabebereich voneinander getrennt, in den die Hochfrequenzstrahlung durch bekannte Abschirmungsmaßnahmen nur in abgeschwächter Form gelangt. In diesem sind dann vorteilhafterweise die Bandlageregelung und/oder die Umlenkrollen der die Produkte transportierenden Transportbänder angeordnet sind.
Entsprechend erfolgt die Übergabe der Produkte von dem Transportband der ers- ten Behandlungskammer an das Transportband der zweiten Behandlungskammer in dem Übergabebereich.
Die zweite erfindungsgemäß zu lösende Aufgabe betrifft das Erreichen höherer einkoppelbarer Leistungen an Hochfrequenzstrahlung, ohne dass störende Glimmentladungen auftreten.
Erfindungsgemäß wird hierzu das aus dem Einkopplungshohlleiter, dem elektromagnetisch transparenten, aber druckdichten Einkopplungsfenster und der Fassung des Einkopplungsfensters bestehende Einkopplungssystem hinsichtlich sei- ner Geometrie so gestaltet, dass das darin auftretende Stehwellenverhältnis ein Minimum der elektrischen Feldstärke auf der vakuumseitigen Oberfläche des Einkopplungsfensters bedingt, so dass die elektrischen Feldstärkewerte in der Behandlungskammer bei vorgegebener Leistung unter einem vorgegebenem Maximalwert liegen. Dieser Maximalwert liegt insbesondere unter dem bei dem anlie- genden Vakuum sich ergebenden Durchbruchswert.
Diese Gestaltung kann vorzugsweise in Abhängigkeit von der Geometrie der Vakuumbehandlungskammer erfolgen.
Auf der dem Vakuum abgewandten Seite des Einkopplungsfensters, d.h. innerhalb des luftgefüllten Einkopplungshohlleiters können hierbei problemlos höhere Feldstärken auftreten, da die Durchbruchfeldstärke entsprechend höher liegt. Eine Möglichkeit zur erfindungsgemäßen Absenkung der auf der Vakuumseite des Einkopplungsfensters auftretenden elektrischen Feldstärkewerte besteht darin, dass als Einkopplungsfenster ein konvex in die Behandlungskammer hinein gewölbtes Fenster aus für Hochfrequenzstrahlung transparentem und möglichst verlustarmem dielektrischen Material benutzt wird. Durch die Divergenz der Strahlung erhält man an der dem Vakuum ausgesetzten konvexen Oberfläche des Fensters kleinere Feldstärken, als wenn ein ebenes Fenster noch innerhalb des Einkopplungshohlleiters angeordnet wäre.
Insbesondere kann das Einkopplungsfenster vorzugsweise die Form einer in die Behandlungskammer hineinragenden Halbkugel aufweisen, wobei in diesem Fall der Einkopplungshohlleiter vorzugsweise zumindest in dem an das Einkopplungsfenster angrenzenden Bereich einen näherungsweise kreisförmigen Querschnitt aufweist. Natürlich kann das Einkopplungsfenster, insbesondere bei einem anderen Querschnitt des Einkopplungshohlleiters, auch eine andere geometrische Form aufweisen, solange die erfindungsgemäße Absenkung der Feldstärke auf der Behandlungskammerseite des Fensters aufgrund einer durch die konkrete Form des Fensters bedingten Divergenz der eingekoppelten Strahlung gewähr- leistet ist.
Weiterhin können die auf der Vakuumseite des Einkopplungsfensters auftretenden elektrischen Feldstärkewerte erfindungsgemäß abgesenkt werden, indem die Ausbreitungsmoden sowie die Geometrie des Einkopplungshohlleiters, insbeson- dere dessen Länge und Querschnitt, und des Einkopplungsfensters so gewählt werden, dass die dem Vakuum zugewandte Oberfläche des Einkopplungsfensters mit einem Minimum der elektrischen Feldstärke zusammenfällt. Das nächste in der Vakuumkammer auftretende Feldstärkemaximum ist durch die Divergenz der Strahlung bereits so weit abgeschwächt, dass es den an der Fensteroberfläche auftretenden Wert nicht oder nur unwesentlich übersteigt. Vorzugsweise werden die beiden vorstehenden Alternativen kombiniert, d.h. dass die Ausbreitungsmoden sowie die Geometrie des Einkopplungshohlleiters und des in die Behandlungskammer gewölbten Einkopplungsfensters so gewählt werden, dass die dem Vakuum zugewandte, konvexe Oberfläche des Einkopplungs- fensters mit einem Minimum der elektrischen Feldstärke zusammenfällt.
Die zum erfindungsgemäßen Stehwellenverhältnis und Verteilung der Minima und Maxima der elektrischen Feldstärke führende Dimensionierung des aus Einkopp- lungsfenster und Einkopplungshohlleiter bestehenden Systems in Abhängigkeit von der Geometrie der Vakuumbehandlungskammer kann hierbei mit Hilfe der aus der Hochfrequenztechnik bekannten analytischen Rechenverfahren abgeschätzt werden. Beispiele für entsprechende Rechenverfahren finden sich z.B. in Meinke/Gundlach, „Taschenbuch der Hochfrequenztechnik" oder David Pozar: „Microwave Engineering". Zur Verfeinerung der mit diesen Verfahren berechneten Geometrien können entsprechende, dem Fachmann bekannte numerische Methoden der elektromagnetischen Feldsimulation mittels Finite-Elemente-Verfahren verwendet werden.
Da die Lage der Extrema der Feldstärkeverteilung vom Ausbreitungsmode ab- hängt, wird der Einkopplungshohlleiter vorzugsweise derart gestaltet, dass sich in ihm nur ein bestimmter Mode ausbreiten kann. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass im Bereich des Einkopplungsfensters eine erfindungsgemäß erwünschte Feldverteilung zustande kommt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Einkopplungshohlleiter als axialsymmetrischer Rundhohlleiter aufgebaut. Vorzugsweise weist der Einkopplungshohlleiter den Mode TMOi auf, der zur Einkopplung ausgewählt wird, während der hier ebenfalls ausbreitungsfähige, aber unerwünschte Mode TEn durch geeignete Wellentypfilter, beispielsweise in Form eines λ/2-Sperrtopfs, weitestgehend un- terdrückt wird. Die einzelnen Methoden zur Festlegung der bei vorgegebener Betriebsfrequenz ausbreitungsfähigen Moden durch geeignete Formgebung des Einkopplungshohl- leiters und zum Ausfiltern unerwünschter Moden sind dem Fachmann ebenfalls aus der entsprechenden Fachliteratur bekannt. Als Beispiel kann hier wieder Meinke/Gundlach, „Taschenbuch der Hochfrequenztechnik" angeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der aus mechanischen Gründen erforderliche Flansch zum Einspannen des für Hochfrequenzstrahlung transparenten, dielektrischen Einkopplungsfensters insbesondere in Abhängigkeit von der Geometrie des Einkopplungsfenster und des Einkoppelhohlleiters so dimensioniert, dass die elektrische Feldstärke an der Einspannstelle minimal wird.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Tiefe des in eine Nut der metallischen Fassung des Einkopplungsfensters greifenden Fensterflanschs eine elektrische Län- ge von ca. λ/2 besitzt, wobei λ die Wellenlänge der verwendeten Hochfrequenzstrahlung im jeweiligen Medium ist. Hierdurch transformiert sich der Kurzschluss am Nutboden in eine Kurzschlussbedingung an der Einspannstelle und minimiert die dort auftretende elektrische Feldstärke, womit sich auch die Gefahr von Glimmentladungen im Bereich der Fensterfassung verringert.
Auch diese Dimensionierung erfolgt wieder unter Zuhilfenahme der dem Fachmann geläufigen Rechenverfahren und wird unter Verwendung der entsprechenden Software verfeinert.
Vorzugsweise werden die Fertigungstoleranzen des Flanschs so festgelegt, dass seine der Behandlungskammer zugewandten und damit dem Vakuum ausgesetzten Flächen keinen Luftspalt zur Kammerwand aufweisen können. Auf diese Weise kann die insbesondere im hier vorliegenden Grobvakuum bestehende Gefahr von Glimmentladungen aufgrund der höheren elektrischen Feldstärken vermieden werden, die im Luftspalt als dem dielektrisch dünnerem Medium zu erwarten sind. Durch eine Kombination dieses erfindungsgemäßen Aspekts, d.h. der erfindungsgemäßen Verteilung der elektrischen Feldstärke, mit der oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Modulation bzw. Spreizung der Frequenz der eingestrahlten Hochfrequenzstrahlung kann auf beson- ders wirksame Weise ein Entstehen von Glimmentladungen vermieden werden und gleichzeitig eine gleichmäßige Erwärmung des zu trocknenden Produkts gewährleistet werden.
Vorzugsweise können alternativ oder zusätzlich zu der Modulation bzw. Sprei- zung der Frequenz der eingestrahlten Hochfrequenzstrahlung zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Erwärmung zusätzlich auch bereits aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren/Vorrichtungen zum Einsatz kommen.
So können beispielsweise die in der Druckschrift DE 196 43 989 A1 beschrieben Mittel verwendet werden, um eine weitgehende Vergleichmäßigung der vom Produkt während des Durchlaufs des Puffungs- oder Trocknungsbereichs durch Dis- sipation aufgenommenen MW-Energie über die Produktschichtbreite zu erreichen.
Weiterhin wirken in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bereiche höherer Dissipationsdichte nur während einer produktspezifischen maximalen Zeitdauer auf das Produkt ein. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem zu weit ausgedehnte und damit aufgrund der langen Durchlaufzeit eine Überhitzung auslösende Bereiche mit Hilfe der in DE 196 43 989 A1 be- schrieben und in geeigneter Weise angeordneten Blenden vermieden werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Verfahrensschritte Puffung und Trocknung unter Verwendung der beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung zur trocknenden Behandlung von Produkten durchgeführt. Insbesondere können die Behandlungskammern in diesem Fall Einkopplungssysteme unter Verwendung der vorstehend beschriebe- nen Vorrichtung zur Einkopplung von Hochfrequenzstrahlung hoher Leistung aufweisen.
c) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Produkten mit einem „crispy" oder „crunchy" Charakter unter Verwendung einer hochfrequenzgestützten Trocknung darstellt;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau einer erfindungsgemäßen Ein- kopplung bei der die auf der Vakuumseite des Einkopplungsfensters auftretenden elektrischen Feldstärkewerte möglichst klein bleiben; Fig. 3 ein Detail des Flansches des Einkopplungsfensters aus Fig. 2; Fig. 4a eine geometrische Übersichtsskizze zur Anordnung der Einkopplung bezüglich der Behandlungskammer und der durch diese beförderten Produktschicht in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur trocknenden Behandlung von Produkten im Querschnitt bzgl. der Transportrichtung gesehen;
Fig. 4b eine geometrische Übersichtsskizze zur Anordnung der Einkopplung bezüglich der Behandlungskammer und der durch diese beförderten Produktschicht in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur trocknenden Behandlung von Produkten im Längsschnitt bzgl. der Transportrichtung gesehen; und
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hochfrequenzgestützten trocknenden Be- handlung von Produkten mit mittlerem und geringem Wassergehalt für eine Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines aus einzelnen Produktstückchen oder ganzen Früchten be- stehenden Lebensmittelprodukts mit einem knusprigen („crispy") oder knackigen („crunchy") Charakter.
In Fig. 1 ist der Verfahrensablauf gemäß einer Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens zur Herstellung eines „crispy" oder „crunchy" Produkts mit Hilfe der hochfrequenzgestützten Vakuumtrocknung als Flussdiagramm dargestellt. Einige durch den Charakter des zu behandelnden Produkts bedingte Abweichungen von diesem Verfahrensablauf werden im Folgenden beispielhaft angegeben.
Ein Rohprodukt in der Form von Früchten und Gemüse weist üblicherweise Feuchten im Bereich zwischen 75% und 95% der Produktmasse auf.
Das Rohprodukt wird in der dargestellten Ausführungsform zunächst einer Pro- duktvorbereitung unterzogen, die sich in eine mechanische und eine chemischthermische Vorbereitung unterteilen lässt.
Die mechanische Vorbereitung umfasst das Reinigen und Sortieren der angelieferten Produkte sowie das Entfernen ungenießbarer oder unerwünschter Anteile. Hierzu gehören Strünke, holzige Anteile, Kerne oder Steine, Kerngehäuse, Schalen sowie zu wenig gereifte, überreife, faule oder aus anderen Gründen für den Verzehr ungeeignete Früchte und Gemüse oder Teile davon.
Bei diesem Prozessschritt verringert sich der dem Trocknungsprozess zugeführte Massenstrom gegenüber dem Rohmassenstrom und es entsteht Abfall, der ggf. anderweitig restverwertet werden kann.
Abschließend ist der mechanischen Vorbereitung auch das Zerteilen des Produkts zuzuordnen, z.B. das Schneiden in Würfel, Scheiben oder Segmente, deren Größe von der gewünschten Verwendung des Endprodukts abhängt. Die chemisch-thermische Produktvorbereitung umfasst produktabhängig ggf. thermische Verfahren zum Aufschließen des Produkts, z.B. das Blanchieren, Kochen oder sonstige in der Lebensmittelzubereitung übliche Verfahren. Die chemische Produktvorbereitung bezieht sich auf das Hinzufügen von zur Lebensmittel- Produktion zugelassenen Hilfsstoffen, um den Geschmack zu verbessern, z.B. durch Zucker-, Säure- oder Gewürzzusatz und/oder um die Farbe des Produkts über die Trocknung hinaus zu erhalten oder z.B. Verklebungen oder Formveränderungen während des nachfolgenden Trocknungsprozesses (insbesondere der Vortrocknung) zu vermeiden.
Hierzu werden dem Produkt Hilfsstoffe (ggf. auch als Zusätze zum Blanchierbad) zugeführt, die ggf. ganz oder teilweise aus den gleichen Früchten und Gemüsen gewonnen werden wie die zu verarbeitenden Lebensmittel.
Das Produkt verlässt den Prozessschritt der Produktvorbereitung mit nahezu dem gleichen Wassergehalt, mit dem es ihm zugeführt wird.
Bei bestimmten Produkten (z.B. Tiefkühlware) kann die mechanische und ganz oder teilweise auch die chemisch-thermische Vorbereitung zeitlich und räumlich von den restlichen Verfahrensschritten abgetrennt sein. So werden tiefgekühlte Früchte und Gemüse bereits unmittelbar nach der Ernte auf ähnliche Weise wie beschrieben vorbereitet und anschließend eingefroren.
In Abhängigkeit vom Produkt müssen diese dann ggf. einer speziellen chemi- sehen Vorbereitung unterzogen werden, um einen zu hohen Saftverlust beim Auftauen vor oder während der Vortrocknung zu vermeiden. Ein mögliches Verfahren hierfür ist in der Druckschrift EP 1 174 038 A1 beschrieben.
Das entsprechend vorbehandelte Produkt wird der Vortrocknung zugeführt, wo ihm der weitaus größte Teil des Wassergehalts entzogen wird. Das Produkt wird hierbei mit Hilfe eines geeigneten Produktverteilers auf den kon- vektiven Vortrockner (z.B. Luftbandtrockner) aufgegeben. Ein für die Behandlung der meisten Früchte geeignetes Verfahren ist in der Druckschrift EP 1 092 353 A3 beschrieben. Durch die Vortrocknung vermindert sich der Wassergehalt des be- handelten Produkts im Mittel auf ca. 20% bis 40% der Produktmasse, wobei sich die Feuchtigkeit bei stückigen Produkten auf das Innere der Produktstückchen konzentriert, während die Oberfläche durch die darüber streichende relativ trockene Warmluft stärker abtrocknet und dabei mehr oder weniger stark verhornt. Der entnommene Wasseranteil wird in Form von Dampf in die Atmosphäre freige- setzt oder in einem Kondensator in flüssiger Form ausgeschieden.
Durch die Betriebsparameter der konvektiven Vortrocknung sowie der danach folgenden Mikrowellen-Vakuum-Puffung wird weiter festgelegt, ob das Produkt nach dem Durchlaufen des gesamten Puffungs- und Trocknungsprozesses erfin- dungsgemäß die Eigenschaft „crispy" oder „crunchy" annehmen wird.
Damit ein Produktstückchen nach Durchlaufen des gesamten Prozesses die Charakterisierung „crispy" annimmt, muss seine Oberfläche während der Vortrocknung ausreichend verhornen, um durch den damit einhergehenden Aufbau einer ausreichend dichten oberflächlichen Dampfsperre während der nachfolgenden Mikrowellen-Vakuum-Puffung einen hinreichenden Aufbläheffekt zu erzielen.
Gleichzeitig muss die Restfeuchte im Produktinnern durch die Vortrocknung so eingestellt werden, dass einerseits ausreichend viel Feuchtigkeit vorhanden ist, um während der Mikrowellen-Vakuum-Puffung den für das Aufblähen erforderlichen Dampf zu erzeugen; andererseits muss sie so weit reduziert sein, dass das Produkt hinreichend viskos ist, damit der durch die volumetrische Absorption der Hochfrequenzstrahlung im gesamten Produktinnern entstehende Dampf während seiner Freisetzung eine Vielzahl von kleinen Hohlräumen (Bläschen) bilden kann.
Die Produktstückchen gewinnen hierbei wieder weitgehend ihre ursprüngliche Form und erhalten eine poröse Struktur, die während der nachfolgenden Mikro- wellen-Vakuum-Trocknung stabilisiert wird und damit den „crispy" Charakter des getrockneten Endprodukts bewirkt.
Hierzu ist eine produktabhängige Einstellung der Vortrocknungsdauern und Tem- peraturen erforderlich wie sie weiter unten für ein konkretes Beispielprodukt beschrieben wird.
Darüber hinaus muss die Mikrowellen-Vakuum-Puffungsstation in der Lage sein, im zu behandelnden Produkt durch Hochfrequenzeinstrahlung eine hinreichend hohe dissipierte Leistungsdichte zu erzeugen, dass der entstehende Dampf- Volumenstrom in der Lage ist, die Produktstückchen auf die gewünschte Weise aufzublähen (Puffung) und in deren Inneren die poröse Bläschenstruktur zu erzeugen und schließlich auch die verhornte Oberfläche aufzubrechen.
Die zu fordernde hohe und gleichmäßige Qualität des Endprodukts setzt weiter eine hinreichend gleichmäßige Dissipation der Hochfrequenzenergie während der Puffung und Trocknung voraus, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ebenfalls gewährleistet werden kann.
Wird eine gegenüber den oben genannten Bedingungen geringere Produktrestfeuchte oder eine geringere dissipierte Leistungsdichte während der Mikrowellen- Vakuum-Puffung gewählt, so hat dies zur Folge, dass die Produktstückchen aufgrund der geringeren Dampffreisetzung weniger stark expandieren.
Folglich ist die poröse Struktur weniger stark ausprägt, während die oberflächliche Verhornung kaum aufgebrochen wird. Das getrocknete Endprodukt wird dichter und nimmt dabei „crunchy" Eigenschaften an.
Soweit das zu trocknende Produkt nur einen mittleren bis geringen Feuchtigkeits- gehalt in der Größenordnung 20% bis 40% der Produktmasse besitzt und keine
„crispy" oder „crunchy" Eigenschaft angestrebt wird, kann die Vortrocknung ggf. komplett entfallen. Das Produkt wird dann unmittelbar dem nachfolgenden Be- handlungsschritt, der Hochfrequenzbehandlung im Mikrowellen-Vakuum- Prozessor, zugeführt.
Diese Behandlung lässt sich in die beiden Schritte der Mikrowellen-Vakuum- Puffung und der Mikrowellen-Vakuum-Trocknung untergliedern.
Nach dem Einschleusen in das Vakuum wird das Produkt auf geeignete Weise auf einem Transportband verteilt und der Mikrowellen-Vakuum-Puffung zugeführt, bei der die während der Vortrocknung durch den Wasserentzug geschrumpften Produktstückchen durch die kurzzeitige (ca. 4 bis 8 Minuten) Anwendung besonders hoher dissipierter Leistungsdichten und daher rascher Freisetzung großer Dampfmengen wieder annähernd auf ihr ursprüngliches Volumen expandiert werden.
Im Falle viskoser oder pastöser Produkte kann die Produktaufgabe über ein zum Zwecke der gleichmäßigeren Produktverteilung schwenkbares Rohr zugeführt werden.
Nach diesem Verfahrensschritt gelangt das Produkt mit einer Restfeuchte von ca. 10% bis 20% der Produktmasse zur Mikrowellen-Vakuum-Trocknung als dem zweiten durch den Einsatz von Hochfrequenzstrahlung unterstützten Schritt. Hier wird das restliche im Produkt enthaltene Wasser bis auf einen Rest-Wassergehalt von ca. 6% der Produktmasse weitgehend ausgetragen, wofür im Vergleich zur Puffung nur geringe dissipierte Leistungsdichten angewandt werden, um eine qualitätsschädliche Überhitzung des Produkts zu vermeiden.
Puffung und Trocknung sind vorteilhafterweise miteinander kombiniert, so dass ein Aus- und Wiedereinschleusen in das Vakuum zwischen diesen Verfahrensschritten entfallen kann. Da während der Mikrowellen-Vakuum-Behandlung Was- serdampf entweicht, reduziert sich auch hier der Produkt-Massenstrom, wenn auch in viel geringerem Maße als während der Vortrocknung. Abschließend wird das Produkt ausgeschleust und der Nachbehandlung unterzogen. Viskos oder pastös aufgetragene Produkte liegen nach der Mikrowellen- Vakuum-Behandlung üblicherweise als zusammenhängende Schicht mit schaumiger Struktur (wie Baiser) vor. Hierfür kann der Austragsschleuse ein Brecher vorgeschaltet werden, der diese Schicht granuliert und damit die weitere Behandlung ähnlich einem stückigen Produkt ermöglicht.
Nachdem das Produkt abgekühlt ist und dadurch seine möglicherweise vorhandenen thermoplastischen Eigenschaften verloren hat, wird es, z.B. mit Hilfe eines Clusterbrechers, vereinzelt, sortiert und abschließend dampfdicht verpackt, so dass das Fertigprodukt feuchtigkeitsgeschützt und damit für längere Zeit lagerfähig ist.
Die Ausschleusung aus der Mikrowellen-Vakuum-Trocknung sowie die Nachbe- handlung werden vorteilhafterweise in einem Raum mit trockenem Klima (wenig Luftfeuchtigkeit) durchgeführt, um die Rückbefeuchtung weitestgehend auszuschließen.
Die Trocknungsparameter zur Gewinnung eines „crispy" Endprodukts werden nachfolgend am Beispiel der Behandlung von frischen Erdbeerwürfeln mit einer Kantenlänge von ca. 10 mm erläutert. Auch auf davon abweichende Parameter zur Herstellung eines „crunchy" -Endprodukts wird kurz eingegangen:
Um eine Verhornung der Würfeloberflächen zu erreichen, ohne das bei fortschrei- tender Trocknung empfindlicher werdende Produkt zu schädigen, wird die kon- vektive Vortrocknung mit einem während der Trocknung monoton fallenden Temperaturprofil behandelt, das bei 85°C Lufttemperatur beginnt und bei 75°C endet.
Die Behandlungsdauer wird dabei so eingestellt, dass das Produkt mit einem Rest-Wassergehalt von 30% bis 35% der Produktmasse zur Hochfrequenzbehandlung gelangt. Nach Einschleusung in den bei 20 bis 30 mbar betriebenen Mikrowellen-Vakuum- Prozessor wird die eingespeiste Hochfrequenzleistung so eingestellt, dass die dissipierte Leistungsdichte in den Produktstückchen mindestens etwa 4 W/g beträgt und die gewünschte Puffung eintritt.
Mit fortschreitender Trocknung wird die Hochfrequenzleistung so weit abgeregelt, dass die Produktoberflächentemperatur etwa 600C nicht überschreitet.
Durch Einstellen der Geschwindigkeit des Fördermittels in dem Behandlungsraum zur Trocknung wird die Zeitdauer des Produktdurchlaufs durch die Mikrowellen- Vakuum-Trocknung so eingestellt, dass die gewünschte Endfeuchte von vorliegend 6% der Produktmasse eingehalten wird und das Produkt „crispy" Eigenschaften besitzt.
Wenn man stattdessen „Crunchy" Eigenschaften anstrebt, wird die Vortrocknung weiter ausgedehnt, um den oben genannte Rest-Wassergehalt von 30 % bis 35 % der Produktmasse zu unterschreiten.
Durch eine reduzierte Leistungsdichte zu Beginn der Behandlung im Mikrowellen- Vakuum-Prozessor und gleichzeitig länger ausgedehnte Trocknung wird der Puffungseffekt verringert, so dass das Endprodukt schließlich „crunchy" Eigenschaften annimmt.
In den Figuren 2 und 3 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich- tung zur Einkopplung von Hochfrequenzstrahlung hoher Leistung dargestellt. Die in einem (nicht näher dargestellten) Hochfrequenzgenerator wie beispielsweise einem Magnetron oder einer frequenzvariablen Mikrowellenquelle erzeugte Strahlungsenergie gelangt durch den in der vorliegenden Ausführungsform in Rechteckform gestalteten Speisehohlleiter 1 in die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Mit Hilfe eines Abstimmgliedes 2, vorliegend in Form eines 3-Stub-Tuners wird die zum Generator reflektierte Strahlung minimiert. Der Speisehohlleiter 1 mündet in die zylindrische Einkopplung 3 zur Behandlungskammer 12. Die Einkopplung 3 besteht hierbei aus dem zylindrischen Einkopplungshohlleiter 4, in dem sich im vorliegenden Beispiel der Hohlleitermode TMOi ausbreiten soll.
Um die gleichzeitige Ausbreitung des vorliegend unerwünschten Modes TE11 zu unterbinden, ist ein Wellentypfilter 5 vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich hierbei um einen λ/2-Sperrtopf zur Unterdrückung der TE11-WeIIe, die aufgrund ihrer im Vergleich zur erwünschten TM01-WeIIe geringeren Grenzfrequenz im Rundhohlleiter 4 der Einkopplung 3 stets ebenfalls ausbrei- tungsfähig ist.
Vorliegend wurden sowohl der kreisrunde Querschnitt und die Länge des Ein- kopplungshohlleiters 4 als auch die Geometrie des Einkopplungsfensters 6 erfindungsgemäß so gewählt, dass an der Fensteroberfläche 6a auf der Seite der Be- handlungskammer 12 die elektrische Feldstärke ein Minimum durchläuft.
Da die erfolgte Optimierung auch von der Form der Behandlungskammer 12 abhängt werden im Folgenden auch deren in den Figuren 4a und 4b schematisch dargestellten geometrischen Eigenschaften kurz wiedergegeben.
Das zu behandelnde Produkt 16 durchläuft auf einem zentral in axialer Richtung laufenden Förderer 15, bei dem es sich um ein Transportband oder lückenlos hintereinander laufende Förderbehälter handelt, die zylindrische Behandlungskammer 12.
Die Behandlungskammer 12 ist hierbei durch Zwischen- und Abschlussblenden 13 in eine Anzahl von Segmenten gegliedert, die Durchbrüche 14 aufweisen, um dem Förderer 15 den Transport des Produkts 16 zu ermöglichen. Aufgrund der dort höheren notwendigen Hochfrequenz-Leistungsdichte ist die Länge 17 der Segmente im Bereich der Mikrowellen-Vakuum-Puffung geringer, beispielsweise halb so lang, wie die Segmentlänge im Bereich der Mikrowellen-Vakuum- Trocknung. Das Fördermittel 15 wird ggf. durch beidseitige metallische Aufschüsselungen 18, durch die Unterkanten der Blendenöffnungen 14 und durch zusätzliche Traversen zwischen den Aufschüsselungen 18 unterstützt. Die Ausgestaltung und Lage der Aufschüsselungen 18, Traversen und weiterer sich längs der zylindrischen Kammer 12 erstreckender metallischer Blenden sind unter Einbeziehung des in der Druckschrift DE 196 43 989 A1 der Anmelderin beschriebenen Verfahrens so gewählt, dass die entstehende Verteilung der elektrischen Feldkomponente einen quer zur Produkt-Transportrichtung gleichmäßigen Energieeintrag in das Produkt ermöglicht.
Zwischen- und Abschlussblenden, Aufschüsselungen 18, Traversen und weitere sich längs der zylindrischen Kammer 12 erstreckende metallische Blenden bilden gemeinsam ein Blendensystem, das im Sinne der DE 196 43 989 A1 eine gleich- mäßige Verteilung der dissipierten Leistungsdichte im zu behandelnden Produkt ermöglicht.
Die Einkopplungen 19 zur Einkopplung der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung sind paarweise radial an passende Behälterflansche 19a der zylindri- sehen Behandlungskammer 12 angeflanscht. Hierbei liegen die Achsen der Einkopplungen jeweils in der Mittelebene zwischen benachbarten Zwischen- oder Abschlussblenden 13. Die Behälterflansche 19a sind so dicht wie konstruktiv möglich an die zylindrische Oberfläche der Wand der Behandlungskammer 12 angenähert.
Erneut Bezug nehmend auf die Figuren 2 und 3 wurde das Einkopplungsfenster 6 in der dargestellten Ausführungsform als konvex in die Behandlungskammer 12 hineinragend ausgebildet. Insbesondere weist das Einkopplungsfenster 6 vorliegend eine Form auf, die im Wesentlichen der Form einer in die Behandlungs- kammer hineinragenden Halbkugel entspricht. Durch Optimierung der Abmessungen der Bestandteile der Einkopplung 3 kann eine erfindungsgemäße Minimierung der elektrischen Feldstärke auf der behand- lungskammerseitigen Oberfläche 6a des Einkopplungsfensters 6 bei der benutzten Frequenz oder Mittenfrequenz der verwendeten Hochfrequenzstrahlung er- reicht werden.
In der vorliegenden Ausführungsform besteht das Einkopplungsfenster 6 im Wesentlichen aus einer Halbsphäre, die sich an ihrem Rand zunächst in einem Hohl- zylinder 8 fortsetzt und durch eine als Kreisring ausgebildete Krempe 7 abge- schlössen wird.
Vorliegend besteht das Einkopplungsfenster 6 aus PTFE (Handelsname: Teflon). An seiner Krempe 7 wird das Einkopplungsfenster 6 zwischen dem Flansch 4a des Hohlleiters 4 und dem damit elektrisch kontaktierten Flansch 9a der metalli- scher Kammerwandung 9 eingespannt und hierdurch ortsfest in seiner Position gehalten.
Die zylindrische Fortsetzung 8 ermöglicht es hierbei, den Kammerflansch 9a so auszubilden, dass er entlang seiner Berührungsfläche 8a zum Einkopplungsfens- ter 6 dicht anliegt und somit auf der dem Vakuum zugewandten Oberfläche 6a des Fensters 6 keinerlei Luftspalt aufweist.
Die elektrische Länge 10 der vom Metall der Flansche 4a und 9a umgebenen Krempe 7 des dielektrischen Fensters 6 und die Materialstärke 11 des sphäri- sehen Teils des Fensters 6 sind vorliegend hinsichtlich der verwendeten Frequenz von 2450 MHz mit den im allgemeinen Beschreibungsteil genannten Methoden optimiert worden.
Demzufolge beträgt die mittlere elektrische Länge 10 vorliegend ca. λε/2, die Ma- terialstärke des Flanschs ca. 0,12 λε und die Materialstärke 11 des sphärischen Fensters 6 ca. 0,18 λε, wobei die Wellenlänge λε sich bei der verwendeten Frequenz von 2450 MHz im Material PTFE zu 0,085 m ergibt. Die Ausbildung der Flanschkonstruktion erfüllt somit das Kriterium einer möglichst geringen elektrischen Feldstärke im Bereich der Berührungsstelle zwischen dem sphärischen Fenster und der dem Vakuum zugewandten Kante des Fensterflan- sches. Die genaue konstruktive Ausprägung wurde durch Simulationsrechnungen weiter verfeinert.
Die Dicke des sphärischen Fensters 6 weicht in der dargestellten Ausführungsform von der für Reflexionsfreiheit zu fordernden Materialstärke von λε/4 ab. Hier- durch und durch den Übergang zwischen dem zylindrischen Einkopplungshohllei- ter 4 in das durch die Kammerwand 9 begrenzte Kammervolumen 12 kommt es zur Ausbildung stehender Wellen im Bereich des Einkopplungshohlleiters 4.
Dessen Länge ist vorliegend erfindungsgemäß so gewählt, dass sich ein elektri- sches Feldmaximum der stehenden Welle innerhalb der halbsphärischen Kalotte des sphärischen Fensters 6 einstellt, während sich an seiner dem Vakuum zugewandten Oberfläche 6a bei gegebenem Leistungseintrag minimale elektrische Feldstärken einstellen.
Vorliegend besitzt der zylindrische Einkopplungshohlleiter 4, gemessen zwischen dem Übergang zum Sperrtopf 5 und dem Scheitel der dem Vakuum zugewandten Oberfläche 6a des Einkopplungsfensters 6, eine Länge von 3,1 A0, wenn A0 die Freiraum-Wellenlänge der verwendeten Hochfrequenzstrahlung bezeichnet, die sich bei der verwendeten Frequenz von 2450 MHz zu 0,1224 m ergibt. Die lichte Weite des Hohlleiters beträgt 0,9 A0.
Bezugnehmend auf Figur 5 wird dort eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hochfrequenzgestützten trocknenden Behandlung von Produkten mit mittlerem und geringem Wassergehalt für eine Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines aus einzelnen Produktstückchen oder ganzen Früchten bestehenden Lebensmit- telprodukts, das einen knusprigen („crispy") oder knackigen („crunchy") Charakter aufweist, dargestellt.
In der gezeigten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Mikrowellen-Vakuum-Prozessor 20, der aus einer Kombination aus Mikrowellen-Vakuum-Puffungsstation 21 , Mikrowellen-Vakuum-Trockner 23 und einem dazwischen liegenden Übergabebereich 22 besteht und der Behandlung stückiger Produkte dient.
In dem dargestellten Beispiel sind die Mikrowellen-Vakuum-Puffungsstation 21 und der Mikrowellen-Vakuum-Trockner 23 jeweils mit einem Transportband 25 bzw. 25a ausgestattet. Die Transportbänder 25 und 25a sind hierbei unabhängig voneinander einstellbar.
Das zu trocknende Produkt gelangt durch eine Eintragschleuse 24 in den mit Vakuum beaufschlagten Mikrowellen-Vakuum-Prozessor 20, genauer gesagt in die Mikrowellen-Vakuum-Puffungsstation 21. Von der Schleuse 24 fällt das zu trocknende Produkt auf das erste Transportband 25 und wird mit Hilfe eines einstellbaren Produktverteilers 26 zu einer kontinuierlichen und gleichmäßig dicken Schicht verteilt.
Das Produkt durchläuft eine Blendeneinrichtung 27 und gelangt in die mit hoher dissipierter Leistungsdichte beaufschlagte Mikrowellen-Behandlungskammer 28. Die Blendeneinrichtung 27 dient vorliegend dazu die Hochfrequenzstrahlung in- nerhalb der Mikrowellen-Behandlungskammer 28 nach außen abschirmen.
Die Hochfrequenzleistung, vorliegend regelbar bis max. 48 kW bei 2450 MHz, wird der Behandlungskammer 28 über eine Anzahl von Einkopplungen 29 zugeführt. Vorliegend werden vier Einkopplungspaare verwendet, von denen in Fig. 5 schematisch jedoch nur drei dargestellt sind. Aufgrund der hohen Leistungsdichte bewirkt die zugeführte Hochfrequenzleistung eine rasche Verdampfung eines Teils der im Produkt enthaltenen Feuchtigkeit und damit ein Expandieren (Puffen) der Produktstückchen (z.B. Obst- oder Gemüsewürfel).
Vorzugsweise sind die Einkopplungen 29 hierbei gemäß der in Fig. 2 dargestell- ten Ausführungsform ausgebildet, d.h. dass aufgrund der erfindungsgemäßen Anpassung der behandlungskammerseitigen, elektrischen Feldstärke unmittelbar nach der Einkopplung 29 eine im Vergleich zum Stand der Technik höhere Leistung in das Vakuum der Behandlungskammer 28 eingebracht werden kann.
Die Behandlungskammer 28 ist, wie beispielsweise in der Druckschrift DE 196 43 989 A1 beschrieben, mit einem System von quer und längs zur Produktflussrichtung angeordneten Blenden 30 versehen, von dem in Figur 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die Zwischen- und Abschlussblenden dargestellt sind. Die Geometrie dieses Blendensystems 30 ist hierbei so gewählt, dass eine Verteilung der dissipierten Leistungsdichte erreicht wird.
Um das Produkt im optimalen Temperaturbereich trocknen zu können, ist die Puffungsstation 21 mit Strahlungsthermometern (Pyrometern) 31 ausgerüstet. Glimmdetektoren 32 überwachen die Kammer 28, um trotz der ggf. verwendeten speziel- len Einkopplungen 29 aus den Figuren 2 und 3 aufgrund der prozessgemäß hohen elektrischen Feldstärken möglicherweise auftretende Glimmentladungen sofort zu löschen.
Nach der Behandlung verlässt das Produkt die Behandlungskammer 28 durch die die in der Kammer 28 eingebrachte Hochfrequenzstrahlung abschwächende Blendeneinrichtung 33, die eine vereinfachte Ausführung der im Wesentlichen mikrowellendichten Blendeneinrichtung 27 sein kann.
Nun befindet sich das Produkt in einem Übergabebereich 22, der durch eine schwache Beaufschlagung durch Hochfrequenzstrahlung gekennzeichnet ist. Die schwache Beaufschlagung des Bereichs 22 beruht hierbei auf den die in den Be- reichen 28 und 28a wirkenden Mikrowellen abschwächenden Blenden 33 bzw. 33a.
In dem Übergabebereich 22 können folglich mechanische Teile der Bandförder- Vorrichtungen 25, 25a untergebracht werden, die eine möglichst geringe Mikrowellenbelastung aufweisen sollten. Weiterhin findet in dem Bereich 22 in der dargestellten Ausführungsform eine Übergabe der zu trocknenden Produkte von dem ersten Transportband 25 der Mikrowellen-Vakuum-Puffungsstation 21 auf das zweite Transportband 25a des Mikrowellen-Vakuum-Trockners 23 statt.
Nach dem Durchlaufen einer weiteren Hochfrequenzstrahlung abschwächenden Blendeneinrichtung 33a gelangt das nun bereits einen geringen Wassergehalt von 10% bis 20% der Produktmasse aufweisende, aber noch weiter zu trocknende Produkt in die Behandlungskammer 28a des Mikrowellen-Vakuum-Trockners 23.
Dieser ist vorliegend ähnlich aufgebaut wie die Mikrowellen-Puffungs-Station 21. Das eine gleichmäßige Verteilung der eingebrachten Leistung bewirkende Blendensystem 34, auch hier sind in Figur 5 nur die Zwischen- und Abschlussblenden dargestellt, weist aufgrund der durch die vorausgegangene Trocknung des Produkts und der daraus resultierenden veränderten dielektrischen Eigenschaften jedoch eine andere Hochfrequenzleistung und eine andere Geometrie auf.
So sind die durch Zwischen- und Abschlussblenden des Blendensystems 34 von- einander getrennten Einzelsegmente hier doppelt so lang wie in der Mikrowellen- Puffungs-Station 21 , während die je Segment maximal einbringbare Leistung halbiert ist.
Die Hochfrequenzleistung, vorliegend regelbar bis max. 36 kW bei 2450 MHz, wird der Behandlungskammer 28a über eine Anzahl von Einkopplungen 37, vorliegend sechs Einkopplungspaare, von denen in Figur 5 jedoch schematisch nur vier dargestellt sind , zugeführt und bewirkt die weitgehende Verdampfung der im Produkt enthaltenen Restfeuchtigkeit.
Vorliegend wird das Produkt vor der Trocknung auf ein zweites Band 25a überge- ben, so dass die Produkt-Verweildauern in der Mikrowellen-Puffungs-Station 21 und im Mikrowellen-Vakuum-Trockner 23 innerhalb gewisser Grenzen voneinander unabhängig einstellbar sind.
Aufgrund der für die Trocknung gegenüber der Puffung deutlich niedrigeren elekt- rischen Feldstärkewerte kann eine Glimmüberwachung im Mikrowellen-Vakuum- Trockner 23 ggf. entfallen. Dennoch wäre es denkbar, auch hier die Einkopplun- gen 37 in Art der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Einkopplungen auszubilden, um auch im Bereich der Trocknung möglichst hohe Leistungen einkoppeln zu können, falls ein besonderer Anwendungsfall dies erforderlich machen sollte.
Um eine Überhitzung des bereits recht trockenen Produkts während der Trocknung zu vermeiden, sind auch im Bereich der Behandlungskammer 28a des Mikrowellen-Vakuum-Trockners 23 zur Temperaturüberwachung Strahlungsthermometer 35 vorhanden.
Anhand der experimentell ermittelten oder aus geeigneten Quellen entnommenen thermodynamischen Eigenschaften des jeweils zu behandelnden Produkts und weiterer produktspezifischer Kenngrößen errechnet in der dargestellten Ausführung eine nicht dargestellte Prozesssteuerung, insbesondere auf Basis der von den Strahlungsthermometern 31 und 35 ermittelten Werten, wesentliche Prozessparameter, z.B. die maximale Produktoberflächentemperatur während der Puffung und Trocknung, und regelt die Leistung der die Einkopplungen 29 und 37 speisenden (nicht dargestellten) Hochfrequenzgeneratoren entsprechend nach.
Aufgaben der Prozesssteuerung sind weiter die Einhaltung des vorgegebenen Restdrucks in der Vakuumkammer 20 sowie die Auslösung von Gegenmaßnahmen bei auftretenden Glimmentladungen. Das erfindungsgemäß mittels Hochfrequenz in dem Mikrowellen-Vakuum- Trockner 23 fertig getrocknete Produkt verlässt die Behandlungskammer 28a durch die weitgehend mikrowellendichte Blendeneinrichtung 38 und gelangt zur Produktaustragschleuse 39, durch die es den kombinierten Mikrowellen-Vakuum- Prozessor 20 wieder verlässt.
Vorliegend sind die Vakuumschleusen 24 und 39 für den Ein- bzw. Austrag des Produkts als vertikal arbeitende Drehklappenschleusen mit den Klappen 24a bzw. 39a ausgeführt. Die Schleusen 24 und 39 verfügen erfindungsgemäß über zusätzliche Produktrückhalteklappen 24b bzw. 39b.
Die Produktrückhalteklappen 24b und 39b haben wie oben beschrieben die Aufgabe, die Produktstückchen von den Vakuumklappen 24a bzw. 39a fernzuhalten.
Vorliegend sind die Produktrückhalteklappen 24b und 39b als Schmetterlingsklappen ausgeführt und so gestaltet, dass sie im geschlossenen Zustand einen hinreichend schmalen Spalt zwischen Klappenrand und Schleusenwand aufweisen, so dass die geschlossene Produktrückhalteklappe Produktstückchen wirk- sam zurückhält, ohne den Gasaustausch in der Vakuumschleuse 24 bzw. 39 zu behindern.
Die Schleusung erfolgt wie oben beschrieben in der Weise, dass die Produktrückhalteklappe 24b bzw. 39b immer nur dann geöffnet ist, wenn die darunter be- findliche Vakuumklappe 24a bzw. 39a ebenfalls offen ist, so dass kein Produktstückchen direkt zur Vakuumklappe 24a bzw. 39a gelangt. In der Regel benötigt jede Vakuumklappe 24a bzw. 39a somit eine Produktrückhalteklappe.
In der dargestellten Ausführungsform wird im Falle der Eintragsschleuse 24 davon abgewichen. Da die Produktzufuhr vom Vortrockner so gesteuert ist, dass Produkt stets nur dann in die Schleuse 24 gelangt, wenn die obere Vakuumklappe 24a geöffnet ist eine Produktrückhaltung oberhalb dieser Klappe 24a nicht erforderlich.
Zusätzlich zu den eine gleichmäßige Dissipation der eingestrahlten Leistung be- wirkenden Blendensysteme 30 und 34 wird in dem dargestellten Mikrowellen- Vakuum-Prozessor 20 sowohl in der Puffungs-Station 21 , als auch in dem Trockner 23 Hochfrequenzstrahlung unterschiedlicher Frequenzen bzw. um eine Mittenfrequenz modulierte Hochfrequenzstrahlung eingespeist, um eine noch gleichmäßigere Verteilung der Leistung und eine bessere Vermeidung von Hot Spots zu erreichen.
Als Modulationsverfahren werden hierbei z.B. Frequenzmodulation (FM) oder Frequenzspreizverfahren durch schnelles Umschalten der Frequenz (Frequenzsprungverfahren, frequency hopping) oder durch schnelle digitale Modulation (di- rect sequence spread spectrum, DSSS) des Trägers mit PN-Codes (pseudo noise codes) verwendet.
Die jeweiligen Verweildauern in den einzelnen Behandlungskammern 28 bzw. 28a und die sich ergebende Leistungsaufnahme durch das jeweilige Produkt kann vorliegend durch eine Anpassung der Laufgeschwindigkeit der Laufbänder 25, 25a erreicht werden. Hierbei ermöglichen die im Wesentlichen voneinander unabhängigen Laufbänder 25, 25a eine größere Flexibilität.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Speisehohlleiter 5 Wellentypfilter
2 Abstimmglied 6 Einkopplungsfenster 3 Einkopplung 35 6a Vakuumseite von 6
4 Einkopplungshohlleiter 7 Krempe
4a Flansch 8 zyl. Fortsetzung 8a Berührungsfläche 24a Vakuumklappe
9 Kammerwandung 24b Produkt-Rückhalteklappe
9a Flansch 25 erstes Förderband
10 elektrische Länge 25 25a zweites Förderband
11 Materialstärke von 6 26 Produktverteiler
12 Behandlungskammer 27 Blendeneinrichtung
13 Zwischen- / Abschlussblenden 28 Mikrowellen-
14 Durchbrüche Behandlungskammer
15 Fördermittel 30 29 Einkopplungen
16 Produkt 30 Zwischen-/Abschlussblenden
17 Segmentlänge 31 Strahlungsthermometer
18 Aufschüsselung 32 Glimmdetektoren
19 Einkopplung 33 Blendeneinrichtung
19a Behälterflansche 35 33a Blendeneinrichtung
20 Mikrowellen-Vakuum- 34 Zwischen-/Abschlussblenden
Prozessor 35 Strahlungsthermometer
21 Mikrowellen-Vakuum- 37 Einkopplungen
Puffungsstation 38 Blendeneinrichtung
22 Übergabebereich 40 39 Austrag-Vakuumschleuse
23 Mikrowellen-Vakuum-Trockner 39a Vakuumklappe
24 Eintrag-Vakuumschleuse 39b Produktrückhalteklappe

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines aus einzelnen Produktstückchen oder ganzen Früchten bestehenden Lebensmittelprodukts, das einen knusprigen („crispy") oder knackigen („crunchy") Charakter aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
• Vortrocknung des Produkts bzw. der Produktstückchen mittels eines Kon- vektionstrockners, wobei der Wasseranteil des Produkts bzw. der Pro- duktstückchen mit anfänglich hohen und im Verlauf der Trocknung fallenden Temperaturen auf einen Wert zwischen 15% und 60% der Produktmasse reduziert wird, so dass die Früchte bzw. Produktstückchen oberflächlich verhornen und in ihrem Inneren feuchter als an der Oberfläche bleiben; • Puffung des Produkts bzw. der Produktstückchen im Vakuum mit Hilfe dielektrischer Energiedissipation im Produkt bzw. in den Produktstückchen durch elektromagnetische Hochfrequenzbestrahlung, wobei ein Anteil des im Inneren des Produkts bzw. der Produktstückchen verbliebenen Wassers bei vakuumbedingt reduzierter Temperatur schnell bis zu einem Restwas- sergehalt zwischen 10% und 30% der Produktmasse verdampft und das
Produkts bzw. die Produktstückchen dabei aufbläht,
• Trocknung des Produkts bzw. der Produktstückchen im Vakuum mit Hilfe dielektrischer Energiedissipation im Produkt bzw. in den Produktstückchen durch elektromagnetische Hochfrequenzbestrahlung, wobei sich ein Rest- Wassergehalt von bis zu 10% der Produktmasse einstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Vortrocknung eine Vorbehandlung erfolgt, im Rahmen derer einer oder mehrere aus der Gruppe der folgenden Vorgänge durchgeführt wird:
• Reinigen des angelieferten Rohprodukts;
• Entfernen nicht genießbarer oder unerwünschter Anteile des Rohprodukts; • Zerteilen des Rohprodukts in Produktstückchen;
• Blanchieren des Rohprodukts bzw. der Produktstückchen; und
• Zusatz lebensmitteltauglicher Hilfsstoffe zur Erhaltung der Produktfarbe und / oder zur Verbesserung des Trocknungsprozesses und / oder der Ver- zehreigenschaften des Endprodukts.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Trocknung eine Nachbehandlung erfolgt, im Rahmen derer einer oder mehrere aus der Gruppe der folgenden Vorgänge durchgeführt wird:
• Vereinzelung der Produktstückchen;
• Sortierung der Produktstückchen; und
• Verpackung der Produktstückchen.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Rahmen der Vorbehandlung gegebenenfalls verwendeten Zusatzstoffe zumindest teilweise aus dem Produkt selbst gewonnen werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt vor der Vortrocknung durch Umströmung mit Luft bei Temperaturen zwischen 00C und 400C oberflächlich angetrocknet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vortrocknung durch Umströmung mit Luft bei Temperaturen zwischen 600C und 100°C beginnt.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Vortrocknung die Lufttemperatur bei fortschreitender Trocknung monoton reduziert wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Puffung und/oder die Trocknung unter einem Druck im Bereich von 5- 100 mbar erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Hochfrequenzbestrahlung bei der Puffung und/oder der Trocknung mit Frequenzen im Bereich zwischen 800 und 8000 MHz erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Puffung mit einer höheren dissipierter Strahlungsleistungsdichte erfolgt als die Trocknung.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der elektromagnetischen Hochfrequenzstrahlung in das Produkt bzw. die Produktstückchen eingebrachte Leistung über eine Messung der Oberflächentemperatur des Produkts bzw. der Produktstückchen geregelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Innern des Produkts bzw. der Produktstückchen unter Anwendung von bekannten thermodynamischen Eigenschaften des jeweiligen Produkts bzw. der Produktstückchen aus der Oberflächentemperatur abgeleitet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die thermodynamischen Eigenschaften des jeweiligen Produkts bzw. der Produktstückchen experimentell bestimmt werden.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt bzw. die Produktstückchen während der Puffung und/oder der Trocknung mit Hilfe eines kontinuierlichen Förderers (25,25a) oder mit Hilfe von lückenlos hintereinander laufenden Förderbehältern durch eine Hochfrequenzbehandlungskammer (20) transportiert wird/werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass
Fördergeschwindigkeit und Schichtdicke des Produkts bzw. der Produktstückchen unter Berücksichtigung der konstruktiv vorgegebenen Länge der Hochfrequenz- behandlungskammer (20) so eingestellt werden, dass die produktabhängig vorgegebenen Werte für die Einwirkdauer der Hochfrequenzstrahlung auf das Produkt bzw. die Produktstückchen und die davon beim Durchlaufen der Behandlungskammer (20) durch Dissipation aufgenommene Energiedichte eingehalten werden.
16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung in den Verfahrensschritten Puffung und / oder Trocknung mit elektromagnetischer Hochfrequenzstrahlung unterschiedlicher Frequenzen er- folgt, die gleichzeitig oder in schnellem Wechsel eingesetzt werden, um eine gleichmäßige Dissipation der eingestrahlten Leistung im gesamten Produktvolumen zu erreichen.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenzmodulation oder eine Frequenzspreizung der eingestrahlten elektromagnetischen Hochfrequenzstrahlung um einen Mittelwert durchgeführt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbreite der Frequenzmodulation oder die Frequenzspreizung einen Wert von maximal ±10% um eine Mittenfrequenz aufweist.
19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Hochfrequenzstrahlung mit Hilfe einer Quelle aus der Gruppe Wanderfeldröhren, Klystronen, Kreuzfeldverstärker, Gyrotronen, frequenzkonstante oder frequenzagile koaxiale Magnetronen oder Twystronen erzeugt wird.
20. Vorrichtung zur trocknenden Behandlung von Produkten, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zwei Behandlungskammern (21,23) aufweist, die jeweils gegenüber der Umwelt elektromagnetisch abgeschirmt sind und die jeweils Systeme (29,37) zur Einkopplung elektromagnetischer Hochfrequenzstrahlung umfassen, um durch dielektrische Dissipation in das zu behandelnde Produkt Energie zur Erwärmung desselben einzubringen.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungskammern (21,23) in einem gemeinsamen, mit Vakuum beauf- schlagten Raum (20) untergebracht sind, wobei die zu behandelnden Produkte in diesen Raum (20) über Schleusen (24,39) ein- bzw. aus diesem ausgetragen werden.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusen (24,39) für den Ein- und Austrag der zu behandelnden Produkte in den oder aus dem mit Vakuum beaufschlagten Raum (20) als in vertikaler Richtung beschickte Klappenschleusen ausgestaltet sind.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappenschleusen (24,39) als Drehklappenschleusen ausgestaltet sind.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 - 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusen (24,39) mit jeweils bis zu zwei zusätzlichen Produktrückhalteklappen (24b, 39b) ausgerüstet sind, um den direkten Kontakt des Produkts mit den Schleusenklappen (24a, 39a) zu verhindern.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleuse (24) für den Produkteintrag über eine Produktrückhalteklappe (24b) oberhalb der unteren Schleusenklappe (24a) verfügt.
26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleuse (39) für den Produktaustrag über jeweils eine Produktrückhalteklappe (39b) oberhalb der oberen und unteren Schleusenklappe (39a) verfügt.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die zu trocknenden Produkte jeweils mit einem Transportband (25,25a) durch die jeweilige Behandlungskammer (21,23) geführt werden, wobei die Fördergeschwindigkeiten der Transportbänder (25,25a) der beiden Behandlungskammern (21 ,23) unabhängig voneinander einstellbar sind.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Behandlungskammern (21,23) bezüglich der eingebrachten elektromagnetischen Hochfrequenzstrahlung weitgehend voneinander abgeschirmt sind.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Behandlungskammern (21,23) durch einen Übergabebereich (22) mit abgeschwächter Hochfrequenzstrahlung voneinander getrennt sind.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandlageregelung und/oder die Umlenkrollen der die Produkte transportierenden Transportbänder (25,25a) in dem Übergabebereich (22) angeordnet sind.
31. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Produkte in dem Übergabebereich (22) von dem Transportband (25) der ersten Behandlungskammer (21) an das Transportband (25a) der zweiten Behand- lungskammer (23) übergeben werden.
32. Vorrichtung zur Einkopplung von Hochfrequenzstrahlung hoher Leistung, insbesondere Mikrowellen, aus einem Einkopplungshohlleiter (4) über ein elektromagnetisch transparentes, aber druckdichtes Einkopplungsfenster (6) in eine teilevakuierte Behandlungskammer (12), dadurch gekennzeichnet, dass das aus Einkopplungshohlleiter (4), Einkopplungsfenster (6) und der Fassung des Einkopplungsfensters (7,8,9,9a) bestehende Einkopplungssystem (3) hinsichtlich seiner Geometrie so gestaltet ist, dass das darin auftretende Stehwellenverhältnis ein Minimum der elektrischen Feldstärke auf der vakuumseitigen Oberfläche (6a) des Einkopplungsfensters (6) bedingt, so dass die elektrischen Feldstärkewerte in der Behandlungskammer (12) bei vorgegebener Leistung unter einem vorgege- benem Maximalwert, insbesondere unter dem bei dem anliegenden Vakuum sich ergebenden Durchbruchswert, liegen.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Einkopplungshohlleiter (4) als axial-symmetrischer Rundhohlleiter aufgebaut ist und den Mode TMOi aufweist.
34. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Einkopplungshohlleiter (4) Wellentypfilter (5) zum Ausfiltern unerwünschter Moden, insbesondere des Mode TEn aufweist.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellentypfilter (5) als λ/2-Sperrtopf ausgebildet ist.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkopplungsfenster (6) sich konvex in die Behandlungskammer (12) hinein wölbt.
37. Vorrichtung nach Anspruch 36, das Einkopplungsfenster (6) im Wesentlichen die Form einer in die Behandlungs- kammer (12) hineinragenden Halbkugel aufweist.
38. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 32 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkopplungsfenster (6) in einen Flansch (9a) eingespannt ist, der in Abhän- gigkeit von der Geometrie des Einkopplungsfenster (6) und des Einkoppelhohlleiters (4) so dimensioniert ist, dass die elektrische Feldstärke an der Einspannstelle minimal wird.
39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die der Behandlungskammer (12) zugewandten Flächen des Flansches so aus- gebildet sind, dass sie zur Wand (9) der Behandlungskammer (12) im Wesentlichen keinen Luftspalt aufweisen.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte Puffung und Trocknung unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 31 durchgeführt werden.
41. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19 oder nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte Puffung und Trocknung unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 39 durchgeführt werden.
42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Systeme (29,37) zur Einkopplung elektromagnetischer Hochfrequenzstrahlung eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 39 umfasst.
43. Lebensmittelprodukt aus einzelnen Produktstückchen oder ganzen Früchten, das einen knusprigen („crispy") oder knackigen („crunchy") Charakter aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es mit Hilfe eines Verfahrens oder einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche hergestellt ist.
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