Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen flüch¬ tiger Substanzen aus festen oder flüssigen Materialien, bei dem das Material zur Abgabe der flüchtigen Substanzen mit einem, gegebenenfalls im Kreislauf geführten trockenen oder feuchten Gasstrom kontaktiert wird.

Zum Tennen flüchtiger von nichtflüchtigen Substanzen sind seit altersher Methoden bekannt, die dieses ausführen, sei es, um einen Stoff von unerwünschten Substanzen zu befrei¬ en, etwa beim Haltbarmachen von tierischen und pflanz¬ lichen Materialien durch Feuchtigkeitsentzug und beim Desodorieren mit Hilfe von Wasserdampf, oder bei der Ab¬ trennung erwünschter Substanzen, etwa beim Strippen von Sto fge ischen zur Aromagewinnung. Auch kennt man die trockene Destillation und die Vakuumdestillation.

Viele empfindliche pflanzliche und' tierische Materialien sowie organische und anorganische Chemikalien, Roh- und Hilfsstoffe werden jedoch bei den konventionellen Trenn¬ methoden empfindlich geschädigt, thermisch und oxidativ angegriffen und denaturiert. Bei den üblichen Trennverfah¬ ren sind unter dem Einfluß von hohen Temperaturen, Sauer¬ stoff und Wasserdampf eine Reihe von unerwünschten Neben¬ reaktionen unvermeidbar. So tritt bei vielen Lebensmitteln "Kochgeschmack" auf, es gibt Schädigungen der Zellstruk¬ tur, enzymatische und oxidative Abbaureaktionen, Aromen werden abgebaut oder reagieren mit anderen Stoffen, Ester werden verseift, und bei Chemikalien, Roh- und Hilfs-

stoffen gibt es eine sehr große Zahl von nichterwünschten Nebenreaktionen.

Viele Materialien wie etwa Frischobst, Frischgemüse oder auch das Fleisch von Schalentieren lassen sich daher ge¬ genwärtig weder durch Heißlufttrocknung, noch durch Ge¬ friertrocknung im Vakuum ohne Qualitätseinbußen trocknen.

Stand der Technik

Es hat bis in neueste Zeit nicht an Versuchen gefehlt, hier Abhilfe zu schaffen.

So ist aus der US-Patentschrift 4 251 923 ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem eine Kombina¬ tion von Vakuumtrocknung und Trocknung mit einem trockenen Gasstrom aufgelöste oder zerkleinert in Wasser dispergier- te Nahrungsmittel bzw. Pharmazeutika Anwendung findet. Der im Kreislauf geführte Gasstrom," beispielsweise Stickstoff-, wird über eine Adsorptionsschicht geleitet, die den Was¬ serdampfgehalt bindet und gleichzeitig aus dem Material entweichende Aromastoffe festhält; diese können dann als Flüssigkeit wieder freigesetzt und rückgeführt werden.

Das Verfahren eignet sich wegen der alternierend einzu¬ schaltenden Evakuierungsstufe praktisch nur für Lösungen oder Dispersionen des Materials in einem Lösungsmittel. Materialien mit e pflindlichen Zellstrukturen lassen sich nach diesem Verfahren nicht ohne Qualitätsverlust behan¬ deln, da sie nicht in eine Dispersion überführt und auch nicht unter Vakuum gesetzt werden können, ohne daß die Zellstruktur schwer geschädigt wird.

Aus der PCT-Anmeldung WO 86/01686 ist ein Vorschlag be¬ kannt, Pflanzenprodukte dadurch zu trocknen, daß sie in herkömmlicher "Weise mit »armer Luft auf einen verringerten Wassergehalt getrocknet und nachfolgend in einer im we¬ sentlichen Sauerstofffreien Atmosphäre gelagert werden. Da bei empfindlicheren Materialien der Qualitätsverlust schon

beim Trocknen mit erwärmter Luft eintritt, kann dieses Verfahren für Sauerstoffempfindliche Materialien nicht eingesetzt werden.

Aus dem US-Patent 3 511 671 ist ein Verfahren zur Entwäs¬ serung von Nahrungsmitteln bekannt, welches ebenfalls eine Vakuum- oder Heißlufttrocknung umfaßt, der eine Behandlung des Materials mit Distickstof monoxid folgt. Dieses Ver¬ fahren macht sich die Tatsache zunutze, daß Distickstoff- monoxid unter Wasserverdrängung ins Pflanzenmaterial' ge¬ bunden wird. Es kommt jedoch ebenfalls nicht ohne konven¬ tionelle, materialschädigende Vor- und Nachtrocknungspro¬ zesse aus und eignet sich daher nicht für empfindliche Materialien.

AIlgemeine Beschreibung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren zur Ab¬ trennung flüchtiger Substanzen aus festen oder flüssigen, insbesondere tierischen und pflanzlichen Materialien der eingangs genannten Art anzugeben, das eine einfache und unaufwendige Behandlung von empfindlichem Material ohne Qualitätseinbußen gestattet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren der eingangs genannten Art er indungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom aus einem sauerstof armen oder im wesentli¬ chen Sauerstof freien Gas oder Ga&gemisch besteht, welches Wasserdampf bis zum Sättigungswert enthalten kann, mit dem Material kontaktiert wird und das Aufnehmen der flüchtigen Substanzen in den Gasstrom bei einem Druck erfolgt, der durch den Arbeitsdruck des Gases gegeben ist, der im Be¬ reich >1 bar bis 30 bar, vorzugsweise bis 16 bar, liegt.

Detail1ierte Beschreibung der Er indung Im einfachsten Fall besteht das Verfahren darin, das flüchtige Stoffe enthaltende Material mit einem hinrei¬ chend sauerstof armen Gasstrom zu kontaktieren, welcher die flüchtigen Stoffe aufnimmt, um sie nachfolgend durch

Druck- oder Temperaturabsenkung oder durch Adsorption oder chemische Reaktion abzuscheiden. Die gewünschte Proze߬ temperatur wird durch Heizen des Gases oder durch Strah- lungs- oder Konvektionswär e erhalten. Der Gasdruck wird in dem zumeist geschlossenen System durch den Druck des zugeführten Gases oder Gasgemisches geregelt. Evakuiert wird nicht.

Die Art des verwendeten Prozeßgases und seine Mischung rl.ch.tet sich nach der Emp indlichkeit der zu behandelnden Stoffe. Allgemein werden solche Gase verwendet, die chemi¬ sche, enzymatische oder andere unerwünschte Reaktionen im Material bei der Behandlung unterbinden bzw. vermindern. Solche Gase sind insbesondere Kohlendioxid, Kohlen onoxid, Schwefeldioxid oder Distickstoffmonoxid oder deren Gemische.

Bei weniger empfindlichem Gut kann ein Teil des Gases auch aus Luft oder Stickstoff bestehen. Der Anteil an Luft und/oder Stickstoff ist dabei nicht größer als 80 , vorzugsweise nicht größer als 50 % und besonders bevorzugt etwa 20 % . Das Gas bzw. Gasgemisch kann trocken sein oder Wasserdampf bis hin zum Sättigungswert enthalten.

Bevorzugt wird Kohlendioxid verwendet. Es kann jedoch vor¬ teilhaft sein, Kohlenmonoxid. Schwe eldioxid oder Distick¬ stoffmonoxid zuzusetzen, wenn eine ^• 'reduzierende oder stär¬ ker bakterizide Atmosphäre erwünscht ist. Im Falle von Schwefeldioxid beträgt dieser Zusatz max. 50 % (V/V), vor¬ zugsweise nicht mehr als 20 % , insbesondere bis zu etwa 5 . Bei sehr vielen emp indlichen Materialien und abzu¬ trennenden Stoffen erweist sich überraschenderweise, daß gegenüber konventionellen Trennmethoden das beschriebene Verfahren beachtliche Qualitätsvorteile bringt.

Die Behartdlungstemperatur, die im Normalfalle höher als 0 'C ist, kann für wenig empfindliche Stoffe verhältnis¬ mäßig hoch liegen und sogar 120 °C erreichen. Bevorzugt

sind Bereiche von 30 bis 80 ^* C, für die meisten empfindlichen Söffe sollte jedoch die Temperatur zwischen 30 und 50 ^* C liegen. Hier ist je nach Anwendungsgebiet des Verfahrens ein Kompromiß zwischen Schonung des Materials und Geschwindigkeit des Abtrennvorgangs zu wählen. Es kann sich empfehlen, die Prozeßtemperatur zunächst niedriger zu halten, um damit Stoffe mit höherer Flüchtigkeit zuerst abzuscheiden. Danach werden bei höherer Temperatur auch die schwer flüchtigen Stoffe abgetrennt.

Beim Abtrennen von Wasser kann es vorteilhaft sein, anfangs bei höherer Temperatur zu arbeiten, um schnell möglichst viel Wasser abzutrennen und erst anschließend die Restfeuchte möglichst schonend zu entfernen.

Den Prozeßdruck wird man vorzugsweise im oberen Bereich wählen, da bei höheren Drücken der Gasstrom pro Volumen eine größere Masse- aller Komponenten, auch des Wasser¬ dampfanteils besitzt und damit Wärme- und Sto ftransporte verstärkt werden. Aus Gründen der höheren Kosten für druckfeste Apparate ist ein Arbeiten bei mittleren Drücken zu empfehlen. Bevorzugte Prozeßdrücke sind 2 bis 10 bar, insbesondere 2 bis 6 bar.

Zum Aufnehmen der flüchtigen Bestandteile in das Gas durchströmt man das zu behandelnde Material in der ange¬ gebenen Weise für einen Zeitraum, der zur weitgehenden Abtrennung der flüchtigen Substanzen ausreicht. Bevorzugt erstreckt sich diese Behandlung über 1 bis 48 Stunden, insbesondere über 4 bis 24 Stunden.

Aus Kostengründen sollte man den Gasstrom im Kreislauf führen und die darin aufgenommenen flüchtigen Stoffe an geeigneter Stelle des Kreislaufs abscheiden. Hierzu eignen sich Kühlen und/oder Entspannen, letzteres vor allem, wenn bei höheren Drücken gearbeitet wird, da sich dabei das Gas an einer einfachen Düse abkühlt und vom kondensierten

flüchtigen Stoff getrennt werden kann. Durch anschließen¬ des- Komprimieren wird es wieder erwärmt.

Zum Aufnehmen der flüchtigen Stoffe aus dem Gaskreislauf eignen sich in dafür geeigneten Fällen auch Adsorber und Wäscher.

Beim Führen des Gasstroms im Kreislauf kann es vorteilhaft sein, nur einen Teil des beladenen Gases der Abtrennbe- han l-urrg: ZI unterziehen. Dadurch wird die Geschwindigkeit am Gut erhöht und eine bessere Beladung des Gases mit flüchtigen Substanzen erhalten.

In einer Variante betrifft das Verfahren die Gewinnung von wertvollen Inhaltssto en oder die Entfernung von nicht erwünschten Begleitstoffen aus organischen oder anorgani¬ schen Chemikalien, Roh- und Hilfsstoffen sowie Baustoffen. Beispielsweise kann Wasser aus verschiedensten Materialien abgetrennt werden. Es können aber auch Begleitstof e aus Kunststo f-Materialien abgetrennt werden, wie z.B. Acet- aldehyd aus Terylen-Granulat.

In einer anderen Variante betrifft das Verfahren die Gewinnung von wertvollen Inhaltsstof en oder die Entfernung von nicht erwünschten Begleitstof en aus tierischem oder pflanzlichem Material. Als solche Materialien können insbesondere eingesetzt werden Obst, Gemüse, Pilze, Beeren, Knollenfrüchte, Cerealien, Nüsse, Weintrauben, Kräuter und andere Pflanzen und deren Früchte, oder auch Fleisch und anderes Zellmaterial von Warmblütern, Fischen, Schalen- und Weichtieren, Mikroorga¬ nismen und anderes Zellmaterial.

Als gewinnbare wertvolle Inhaltsstoffe sind insbesondere zu nennen Aromen oder Aromafraktionen sowie Geschmacks¬ sto fe.

Begleitstoff, der aus den genannten Einmsatzmaterialien abgetrennt werden kann, ist insbesondere Wasser. In dieser Variante dient das er indungsgemäße Verfahren insbesondere zur Haltbarmachung pflanzlicher oder tierischer Materia¬ lien, die als solche oder rehydratisiert vorzugsweise für die Zubereitung von Lebensmitteln oder Pharmazeutika Ver¬ wendung finden.

Bei sehr vielen, auch empfindlichen Materialien erweist sich dabei überraschenderweise, daß keine Qualitätsvermin¬ derung eintritt. Selbst bei erhöhter Temperatur, etwa bei 50 ^* C, werden oxidative wie auch auch enzymatische Abbau¬ reaktionen praktisch völlig unterbunden. Auch tritt trotz der bei diesen Temperaturen rasch voranschreitenden Trocknung erstaunlicherweise praktisch kein Qualitätsver¬ lust durch Zellzerstörung ein. Die getrockneten Materi¬ alien lassen sich ohne Aromaverlust und Einbuße an natür¬ lichem Geschmack ausgezeichnet lagern und anschließend wieder rehydratisieren. Ein Hartwerden der Außenschichten - wird nicht beobachtet.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren 'in der Variante "Wasserabtrennung" anhand der Beschreibung der Funktionsweise einer zu seiner Durchführung geeigneten Vorrichtung näher erläutert. Dabei wird auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen, die schematisch diese Vorrich¬ tung zeigt. "

Die Vorrichtung weist einen Konditionierbehälter 1 auf, in dem Lochbleche 2 in Strömungsrichtung des Gasstromes hin¬ tereinander angeordnet sind. Im gezeigten Ausführungsbei¬ spiel strömt das trockene Schutzgas an der Unterseite des Konditionierbehälters 1 ein und verläßt diesen wasser- da pfbeladen an seiner Oberseite; die Lochbleche 2 liegen jeweils horizontal quer zur Strömungsrichtung des Schutz¬ gases und folgen vertikal aufeinander in Strömungsrich¬ tung.

Au£ den Lochblechen 2 liegt, wie in der Zeichnung schema¬ tisch angedeutet, das zu trocknende Material, so daß der durch die Löcher der Lochbleche 2 durchtretende Schutz¬ gasstrom es überstreicht.

Der Schutzgasstrom kommt trocken über eine Kreislauflei- tung 3 und wird vor Eintritt in den Konditionierbehälter 1 durch eine Heizung 10 auf die gewünschte Konditionierungs- temperatur gebracht. Nach seinem Eintritt in den Kondi¬ tionierbehälter 1 durch einen Einlaß 4 führt er Wasser¬ dampf von der Oberfläche des Materials ab und verläßt, mit dem Wasserdampf beladen, den Konditionierbehälter 1 durch einen Auslaß 5. über die Kreislau leitung 3 gelangt der wasserdampfbeladene Schutzgasstrom zu einem Wasserabschei¬ der 6, indem er sich über eine Düse 8 entspannen kann. Durch die dabei auftretende Abkühlung kondensiert das Was¬ ser an den Innenflächen des Wasserabscheiders 6 aus; ein Wasserablaßhahή 7 dient dazu,, den Wasserabscheider 6 zu geeigneten Zeitpunkten zu entleeren.

Der so entspannte und von einem großen Teil des mitge¬ führten Wasserdampfes befreite Schutzgasstrom wird von einer Pumpe 9 aus dem Wasserabscheider 6 abgesaugt und komprimiert, wobei er sich erwärmt. Die Pumpe 9 drückt den Schutzgasstrom nachfolgend in den zum Konditionierbehäl¬ ter 1 führenden Teil der Kreislau itung 3, ^" so daß der Schutzgasstrom sich dort erneut mit- Wasserdampf beladen kann.

Verfahrensbeispiele

In einen stehenden zylindrischen Druckbehälter von 0,5 m Durchmesser und einer Höhe von 3,0 m werden 0,5 vom oberen zentralen Auslaß entfernt 200 1/h flüssige Pulpe aus frischen Erdbeeren über ein Einlaßrohr konti nuierlich eingespeist, wobei der Behälter und sein Inhalt unter Druck gehalten werden. Aus dem bis auf d oberen Gasraum mit der Pulpe gefüllten Behälter wird einem unteren Auslaß die Pulpe wieder entlassen. Kurz oberhalb dieser Stelle wird mittels einer Ringdüse ei Gemisch von 50 % Kohlendioxid und 50 % Stickstoff gas¬ förmig eingeleitet und durch die fließende Masse im Gegenstrom nach oben geschickt, es sammelt sich in dem freien Raum oberhalb des Einlaßrohrs. Gasmenge 600 1/h bei einem ^" Systemdruck von 6 bar und der Temperatur von Gas und Pulpe von 50 ^* C.

Aus dem oberen Gasraum wird das beladene Gasgemisch entnommen, auf Normaldruck entspannt, mit Eiswasser gekühlt und vom wäßrigen Kondensat getrennt. Das Gasge misch wird in einem Kompressor auf 6 bar verdichtet, auf Prozeßtemperatur erwärmt und wieder dem Entaromati siervorgang zugeführt.

Das Aromakondensat wird aufgearbeitet, die von flüchti gen Aromastoffen befreite Pulpe wird anschließend auf¬ konzentriert und nach dem Zusatz von löslicher Stärke sprühgetrocknet.

In einem gasdicht konstruierten horizontalen Rohr von 1,3 m Durchmesser und 4,0 m Länge befindet sich ein Endlossieb, welches eine Auflage läche von 3 m Länge und 1 m Breite hat. Dieses Sieb bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min. In einer möglichst reinen Atmosphäre von 80 ^* C heißem Kohlendioxid wird der grob

gemahlene Arabicateil einer für Extrakt bestimmten Röstkaffeemischung gleichmäßig auf den Anfang des Sieb¬ bandes gegeben und beim Weitertransport sowohl durch Leitbleche mehrfach umgewendet als auch unter einer Kette von Wärmestrahlern auf 80 bis 100 ^β C erhitzt. Nach dem Auslauf wird der Kaffee rasch gekühlt und in die Vorratssilos der Extraktanlage gegeben.

Im Gegenstrom gegen die Bandbewegung werden 3 m ³ /min 80 ^* C heißes Kohlendioxidgas bei leichtem Überdruck Cl,05 bar) gefördert, an der Eingangsstelle des Kaffees aus dem System gezogen, auf 10 ^β C gekühlt, vom zumeist wäßrigen Kondensat befreit und anschließend durch eine Füllkörpersäule aufsteigend gegen herablaufendes Kaffeeöl geleitet. Danach wird das Gas indirekt wieder erwärmt und im Kreislauf in den Apparat gespeist. Die Aromabestandteile werden aufgearbeitet und als Konzen¬ trat dem gefriergetrockneten Extrakt zugemischt.

3. In einen zylindrischen Druckbehälter von 2 m ³ Inhalt und gedrungener Form befindet sich dicht über dem Boden ein fester Siebeinsatz. Vom oberen Teil des Behälters führt zum Bereich unterhalb des Siebes eine Rohrleitung von etwa 20 cm Durchmesser, in die eine Gasumlau pumpe eingebaut ist.

In den Behälter wird oberhalb ά s Siebes eine Charge von 1000 kg Terylengranulat gegeben, welches herstel¬ lungsbedingt mit Acetaldehyd behaftet ist. Nach dem Entlüften und Befüllen mit Kohlendioxid und Erwärmen des Gases auf 70 ^* C und 12 bar unter Umlauf, wird so¬ viel Warmwasser in das umlaufende Gas gespritzt, daß der Wasserdamp Sättigungsdruck fast erreicht ist. Die Gasumlaufmenge beträgt jetzt 20 m ³ /min.

Im Nebenstrom werden dem System 200 1/min heißes feuch¬ tes Gas entnommen und ohne Druckänderung in einem Kühl¬ system auf Werte nahe 0 °C gekühlt, wobei mit dem Was-

ser auch der Acetaldehyd abgeschieden wird. Das gerei¬ nigte Gas wird zurückgeführt, zugleich auch eine dem abgeschiedenen Kondensat entsprechende Frischwassermen¬ ge, um das umlaufende Gas konstant feucht zu halten.

Nach etwa 6 Stunden wird der beschriebene Vorgang zu¬ nächst durch Abstellen der Wasserzufuhr und anschlie¬ ßendes Trocknen des Systems durch den reinen Gasumlauf über eine Stunde beendet. Jetzt wird das Gas entspannt und das: gereinigte Granulat entnommen.

4. In einem stehenden, zylindrischen Konditionierbehälter von 1 m Durchmesser und einer Höhe von 1.5 m, der in seinem Boden einen zentralen Gaseinlaß besitzt, befin¬ det sich ein Lochblecheinsatz mit 5 übereinander ange¬ ordneten Lochblechen zur Aufnahme von stückigem Gut. Der Behälter wird nach dem Befüllen mit zu trocknendem Material durch einen Deckel druckfest verschlossen und mit Gas zunächst gespült und dann unter Druck gesetzt. Vom Deckel führt eine Gasleitung zu einer Düse, die in einen Entspannungsbehälter mündet, der es erlaubt, das durch die Entspannung abgekühlte Gemisch in Kondensat, welches abgelassen wird, und Gas zu trennen. Von dort führt die Gasleitung zu einem Kompressor, in dem es auf die Konditionierungste peratur gebracht wird. Das trockene Gas gelangt nun über den schon erwähnten Bodeneinlaß des Konditionierbehalters zurück in den Kreislauf, es durchströmt das Gut und nimmt dabei dessen Feuchte auf.

In der beschriebenen Anordnung können 150 kg von kleingewür eltem, gekochtem Schweine leisch bei 70 'C innerhalb von 6 h bei einem Druck von 8 bar und einer Kompressoransaugleistung von 500 1/min. in einem 1:1 Gemisch von Kohlendioxid und Stickstoff getrocknet werden.

Zum besonders schonenden Trocknen von 100 kg zerklei¬ nerten frischen Paprikaschoten braucht man in Kohlen¬ dioxid bei 50 °C und 4 bar ca. 24 Stunden.