Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rohstoffaufbereitung und effektiven Herstellung von Rohdauerwaren auf Fleisch- oder Wurstbasis mittels Trocknungs- und Reifeprozess nebst Zugabe von Starterkulturen, wobei der Rohstoff oder ein bereits vorliegendes Zwischenprodukt einem Vakuum ausgesetzt wird, sowie eine zugehörige Vorrichtung gemäß Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 7.

Insbesondere in der Fleischwarenindustrie werden vielfach Produktionstechniken angewandt, deren Behandlungsschritte letztendlich beim Endprodukt zu einer Qualitätsverminderung führen und sich durch einen hohen Energieverbrauch auszeichnen. Als Beispiel sei hier auf die Produktion von Brühwürstchen verwiesen, die etappenweise erhitzt, gekühlt, erhitzt und wieder gekühlt werden.

Insbesondere der Einsatz von gefriergetrocknetem Fleisch erfordert während der Produktion des Rohmaterials widersprechende Bedingungen, die zu erhöhten Kosten und Belastungen der Rohstoffsubstanz führen. Es hat sich gezeigt, dass im Ergebnis der Gefriertrocknung nicht das gewünschte gesamte Färb- und Eiweißpotential für die Fertigung von Rohwurst zur Verfügung steht bzw. erhalten bleibt. Auch die häufig beobachtete Oxida- tion insbesondere von Fettbestandteilen lässt sich nicht gänzlich ausschließen.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren sowie eine zugehörige Vorrichtung zur Rohstoffaufbereitung und effektiven Herstellung von Rohdauerwaren auf Fleisch- oder Wurstbasis mittels Trocknungs- und Reifeprozess nebst Zugabe von Starterkulturen anzugeben, wobei in an sich bekannter Weise der Rohstoff oder ein bereits vorliegendes Zwischenprodukt zunächst einem Vakuum ausgesetzt wird. Der eigentliche Trocknungsschritt soll dann derart realisierbar sein, dass ohne Gefriervorgang die für die Reifung notwendige Anfangswasseraktivität (aw-Wert) erreichbar ist, ohne dass Oxidationser- scheinungen auftreten oder das Färb- und Eiweißpotential nicht mehr in der gewünschten Weise für das Gelingen eines hochwertigen Fertigprodukts zur Verfügung steht.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt verfahrensseitig durch die Lehre nach Anspruch 1 sowie vorrichtungsseitig mit der Merkmalskombination nach Anspruch 7, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.

Es wird demnach erfindungsgemäß dem Rohprodukt, insbesondere dem Frischfleisch unter Vakuum mit Hilfe von Adsorbentien so viel Wasser entzogen, dass der aw-Wert der Gesamtmischung einen solchen Wert erreicht, dass die Starterkulturen im nachfolgenden Behandlungs- bzw. Produktions- prozess wirksam werden können und die erforderlichen biochemischen Vorgänge ungestört ablaufen.

Die eingesetzten Adsorbentien, wie z.B. Silikagel oder Zeolith, weisen unter Vakuum eine hohe Wasserbindefähigkeit auf und können in einer entsprechenden Vorrichtung erfindungsgemäß genutzt werden.

Es wird demnach bei der Behandlung unter Vakuum freigesetzte Feuchte, insbesondere Wasser oder Wasserdampf, zur Beschleunigung des Trocknungsprozesses des Rohstoffs bzw. eines bereits vorliegenden Zwischenprodukts mittels Adsorbentien gebunden, wobei der Adsorptionsprozess je nach gewünschtem Trocknungsgrad oder aw-Wert des Rohstoffs oder Zwischenprodukts ein- oder mehrstufig abläuft. Die Regeneration eingesetzter Adsorbentien ist bevorzugt durch die Nutzung von Abwärme aus nachfolgenden Rohstoffprozess-Behandlungs- schritten energiesparend möglich.

Freigesetzte Kondensations- und Adsorptionswärme kann zur schonenden Erwärmung des Rohstoffs bzw. des Zwischenprodukts genutzt werden.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Rohstoff oder das Zwischenprodukt teilweise mit einer Umhüllung versehen sein, um eine selektive Trocknung und einen selektiven Feuchteentzug zu bewerkstelligen.

Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Lösung wird z.B. Fleisch als Behandlungsgut in einen doppelwandigen Vakuum-Tumbler oder Vakuum-Mischer eingebracht. Das Behandlungsgut wird regelmäßig umgeschichtet, um eine gleichmäßige Trocknung zu gewährleisten. Um nun den Trocknungsvorgang einzuleiten, wird im Tumbler oder Mischer ein Vakuum gezogen. Durch das Anlegen eines entsprechenden Vakuums wird dem Fleisch Feuchtigkeit entzogen. Das erfindungsgemäße energetische Konzept besteht darin, die beim Vakuumentzug entstehende Verdunstungskälte zum Kühlen der hygroskopisch wirkenden Adsorbentien zu nutzen. Diesbezüglich wird der Erwärmung der Adsorbentien mit der Folge eines schlechteren Wirkungsgrads entgegengewirkt. Bei der Einlagerung der Feuchtigkeit in die Adsorbentien eines eingesetzten Adsorbers entsteht Wärme. Diese Wärme wird zum Erwärmen des doppelwandigen Vakuumbehälters genutzt. Durch diese Erwärmung des Behälters wird gleichzeitig das Behandlungsgut erwärmt, was zu einer schnelleren Wasserabgabe aus dem Behandlungsgut führt.

Durch das unter Vakuum aus dem Behandlungsgut verdampfende Wasser wird infolge der Verdunstungskälte das Behandlungsgut gekühlt. Der Dampfdruck nimmt hierbei mit sinkender Temperatur ab. Aus diesem Grund ist es notwendig und bevorzugt, das zu trocknende Behandlungsgut auf einem möglichst hohen, jedoch nicht produktschädigenden Niveau zu halten. Insofern wird wie vorerwähnt die während der Wassereinlagerung in den Adsorbentien innerhalb einer speziellen Adsorberanordnung entstehende Wärme dem zu trocknenden Gut zugeführt. Die Übertragung auf das Behandlungsgut kann z.B. über Rohrschlangen in dem Behandlungsraum, dem vorerwähnten beheizbaren Doppelmantel und/oder beheizbaren Rührarmen in einem starren bzw. rotierenden Vakuum-Behälter geschehen.

Durch eine Steuerung der jeweiligen Temperaturen in dem Vakuum-Trocknungsbehälter bzw. der Adsorbervorrichtung, durch Austausch von Kühlbzw. Temperiermedien über einen entsprechenden Kreislauf und steuerungstechnische Mittel kann der Wirkungsgrad im Vakuum-Behälter bzw. der Adsorbervorrichtung im Sinne einer schnellen und effektiven Trocknung energiesparend beeinflusst werden.

Im Gegensatz zur bekannten Gefriertrocknung kann das Behandlungsgut erfindungsgemäß in einem sehr kleinen Raum getrocknet werden, wobei die umschichtenden Bewegungen dafür sorgen, dass die Oberfläche des Gutes einer gleichmäßigen Trocknung unterliegt.

Denkbar ist hier auch, dass mit dem Behandlungsgut belegte, doppelwan- dige temperierte Platten zum Einsatz kommen. Während des Trocknungsprozesses oder im Anschluss daran kann eine keimreduzierende Behandlung durch Plasma oder gepulstes Licht vorgenommen werden.

Der Behandlungsraum kann als üblicher Vakuum-Tumbler, Vakuum-Mischer oder sonstiger evakuierbarer Behälter ausgeführt sein, in dem das Behandlungsgut einer langsamen Umschichtung oder Bewegung ausgesetzt ist. Der eingesetzte Behälter soll durch Zuführung von Wärme an das Behandlungsgut während der Vakuum-Trocknung eine hohe Trocknungsrate gewährleisten.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Rohstoffaufbereitung und effektiven Herstellung von Rohdauerwaren auf Fleisch- oder Wurstbasis mittels Trocknungs- und Reifeprozess nebst Zugabe von Starterkulturen, wobei der Rohstoff oder ein bereits vorliegendes Zwischenprodukt einem Vakuum ausgesetzt wird, ist zunächst ein Vakuumbehälter-Trocknungsraum mit Mitteln zum Ein- und Ausbringen des Behandlungsguts vorgesehen. Als Trocknungsraum findet bevorzugt ein Vakuum-Tumbler oder Vakuum-Mischer Anwendung.

Der Vakuumbehälter-Trocknungsraum ist über eine erste Ventilanordnung mit einem evakuierten Adsorber in Verbindung bringbar. Weiterhin ist der Adsorber über eine zweite Ventilanordnung mit einem Kondensator gekoppelt, wobei nach Öffnung der ersten Ventilanordnung der Adsorber im Vakuumbehälter-Trocknungsraum freigesetzten Wasserdampf adsorbiert. Zur Einstellung des Wasserdampfdrucks ist der Adsorber kühl- und heizbar ausgeführt.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung können mehrere Adsorber mit zugehörigen Ventilanordnungen mit einem Vakuumbehälter-Trocknungsraum verbunden sein und phasenverschoben bzw. antizyklisch betrieben werden.

Der oder die Adsorber können als Zeolith-beschichtete Wärmeübertrager ausgebildet sein und durch ein Wärmeträgerfluid gekühlt oder beheizt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind alle potentiell mit dem Behandlungsgut in Kontakt kommenden Bereiche der Vorrichtung mit einer antimikrobiellen Beschichtung, beispielsweise einem antimikrobiellen Pulverlack versehen.

Darüber hinaus können Mittel zum Erzeugen einer dielektrischen Barriereentladung zum Zweck der Inaktivierung von Mikroorganismen vorgesehen werden. Mit Hilfe dieser Wechselspannungs-Gasentladung entsteht ein Niedertemperaturplasma, oder auch kaltes Plasma genannt, welches der Oberflächendesinfektion dient und teilweise üblichen Desinfektionsmitteln, die im Übrigen nicht geschmacks- oder geruchsneutral sind, überlegen ist. Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme einer Figur näher erläutert werden.

Die Figur zeigt hierbei den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen adsorptiven Vakuumtrockners.

Mit Hilfe des in der Figur vom Grundaufbau her dargestellten sorptiv unterstützten Vakuumtrockners können feuchte Substanzen, z.B. Lebensmittel durch Adsorption von Wasserdampf in effektiver Weise getrocknet werden, so dass sich ein schnellerer und energiesparender Trocknungsprozess einstellt.

Insbesondere dann, wenn während folgender oder begleitender Produktionsschritte Abwärme entsteht, kann in energiesparender Weise eine Regeneration des Adsorbens bzw. der Adsorbentien vorgenommen werden.

Die beispielhafte Vorrichtung gemäß Figur geht von einem Adsorber 1 aus, der als Zeolith-beschichteter Wärmeübertrager ausgebildet ist und welcher durch ein Wärmeträgermedium, z.B. Wasser oder Luft, beheizt oder gekühlt werden kann.

Innerhalb eines Vakuumbehälter-Trocknungsraums 3 befindet sich das Trocknungsgut 2. Zur Beschickung kann der diesbezügliche Behälter 3 mit einem einfachen Vakuumflansch, aber auch mit einem Schleusensystem zur Vermeidung einer regelmäßigen Nachevakuierung versehen sein.

Der Vakuumbehälter-Trocknungsraum 3 steht über eine erste Ventilanordnung 5 mit dem Adsorber 1 in Verbindung. Über eine weitere Ventilanordnung 6 ist der Adsorber 1 mit einem Kondensator-Wärmeübertrager 4 gekoppelt, der mittels Wärmeträgermedium, z.B. Wasser oder Luft, gekühlt werden kann.

Die Ventilanordnung bzw. die Behältertrennung 5; 6 kann schaltbar oder selbsttätig als Rückschlagklappe im Sinne eines Flatterventils ausgeführt werden. Die Trennung selbst kann als relativ dünnes, eigenstabiles Blechmaterial realisiert werden, da sowohl der Vakuumbehälter-Trocknungsraum 3 als auch der Adsorber 1 evakuiert sind. Auch die Behältertrennung mit Ventil zwischen Adsorberraum 1 und Kondensatorraum 4 kann schaltbar oder selbsttätig als Rückschlagklappe realisiert werden. Auch hier kann die räumliche Trennung über ein eigenstabiles Blechmaterial realisiert werden, da die Vorrichtungsbestandteile 3 und 1 unter Vakuum stehen. Aufgrund der bei der zweiten Ventilanordnung vorliegenden höheren Wasserdampfdichte ist hinsichtlich der ersten Ventilanordnung ein geringerer Ventilquerschnitt denkbar.

Über eine Schleuse 7 wird Kondensat aus dem Raum mit Kondensator- Wärmeübertrager 4 entfernt. Mit dem Bezugszeichen 8 ist ein Anschluss zu einer Vakuumpumpe dargestellt.

Grundsätzlich kann das Außengehäuse, umfassend Adsorber, Vakuumbehälter-Trocknungsraum sowie Kondensator-Wärmeübertrager, als gemeinsame Umhausung realisiert werden mit entsprechend dünneren Zwischenwänden mit Blick auf die insgesamt unter Vakuum stehende Anordnung.

Die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung sei nachstehend erläutert.

Zunächst wird das zu behandelnde Gut, d.h. das Trocknungsgut, in den Vakuumbehälter-Trocknungsraum 3 eingeführt. Mit Anlegen eines Vakuums verdampft Feuchtigkeit, insbesondere Wasser. Es erfolgt dann ein Öffnen der ersten Ventilanordnung 5 bzw. das Ventil öffnet sich selbst, und zwar aufgrund der entstehenden Druckdifferenz. Der im Vorfeld regenerierte Adsorber 1 absorbiert den freigesetzten Wasserdampf.

Wenn der Adsorber 1 mit Wasserdampf gesättigt ist, wird die erste Ventilanordnung 5 geschlossen oder schließt sich, da die Druckdifferenz abgebaut wird. Um eine maximale Kapazität zu erreichen, wird der Adsorber 1 gekühlt. Über die Wahl der Kühltemperatur kann der minimal erreichbare Wasserdampfdruck eingestellt werden, so dass für den Fall, dass ein bestimmter Trocknungsgrad nicht überschritten werden darf, sich ein entsprechendes Gleichgewicht quasi automatisch einstellt.

Mittels Aufheizen des Adsorbers 1 wird der adsorbierte Wasserdampf freigesetzt. Es findet hierbei eine Regeneration des Adsorbers bzw. der Ad- sorbentien statt. Nach Öffnen der zweiten Ventilanordnung 6 bzw. einer entsprechenden dort vorgesehenen Rückschlagklappe gelangt der Wasserdampf in den Kondensator 4.

Durch Kühlung des Kondensators 4 erfolgt eine Kondensation des freigesetzten Wasserdampfs. Das Kondensat wird durch die Vakuumschleuse 7 entfernt.

Der vorstehend erläuterte Prozess kann so lange wiederholt werden, bis der entsprechende Trocknungsgrad des Behandlungsguts 2 erreicht ist.

Wenn eine schnellere Trocknung erwünscht ist, können auch mehrere Ad- sorber 1 mit zugehörigen Ventilanordnungen 5 und 6 mit dem Trocknungsraum 3 und dem Kondensatorraum 4 verbunden werden und diesbezüglich antizyklisch oder phasenverschoben betrieben werden. Durch eine dann sinnvolle Wärmerückgewinnung zwischen den eingesetzten Adsorbern kann der Energieaufwand für die Regeneration der Adsorbentien weiter reduziert werden.

Die während des Prozesses bei einer niedrigeren Temperatur freiwerdende Kondensations- und Adsorptionswärme kann erfindungsgemäß zur schonenden Erwärmung des Trocknungsguts eingesetzt werden.

Durch die Einstellung der Temperaturen bei der Regeneration und/oder der Adsorption können minimal zu erreichende Dampfdrücke vorgegeben werden, die nicht unterschritten werden können. Dieser Vorgabewert kann auch während der Trocknungsphase durch Änderung der Temperaturen an- gepasst werden. Hierdurch ist eine besonders schonende Trocknung des Trocknungs- bzw. Behandlungsguts möglich.

Bei der eingesetzten Vorrichtung kann es sich um einen wie bereits erwähnten Vakuum-Tumbler oder Vakuum-Mischer oder ähnlichen zu evakuierenden Behälter handeln, in dem das Behandlungsgut einer langsamen Bewegung ausgesetzt werden kann oder in sehr dünnen Schichten lagerbar ist.

Diesbezüglich verfügt der Behandlungsraum über eine vakuumdicht verschließbare Öffnung, über die das Behandlungsgut ein- und ausgebracht werden kann. Durch diese Öffnung besteht dann die Möglichkeit der entsprechenden Reinigung der Vorrichtung.

Wenn eine kontinuierliche Behandlung gewünscht wird, kann über eine Vakuumschleuse das Behandlungsgut in den Vakuumbehälter-Trocknungsraum ein- und ausgefahren werden.

Die Behandlungsvorrichtung steht mit Rohrverbindungen und Ventilanordnungen mit ihren speziellen evakuierten Adsorbern in Verbindung, die Adsorbentien enthalten.

Zur Regeneration der Adsorber ist eine Abtrennung unter Vakuum von dem Behandlungsraum von Vorteil, damit das in den Adsorbentien eingelagerte Wasser durch ein Wärmeträgerfluid ausgetrieben werden kann. Zu diesem Zweck wird eine ebenfalls evakuierte Kältefalle an den Adsorber angeschlossen, so dass durch die nachfolgende Erhitzung innerhalb des Adsor- bers entstehender Dampf sich auf kalten Flächen der Kältefalle so lange niederschlagen kann, bis die Wiederverwendung des entsprechenden Ad- sorbers zur Entfeuchtung möglich ist.

Das in der Kältefalle gesammelte Wasser wird nach der unter Vakuum erfolgten Trennung bzw. Abkopplung vom Adsorber entfernt. Zur Vermeidung unnötiger Evakuierungsmaßnahmen sollen die Adsorben- tien in den Adsorberboxen ständig unter Vakuum gehalten werden. Dies bedeutet, dass der Behandlungsraum bzw. die Kältefalle vor Anschluss bzw. Kopplung mit dem entsprechenden Adsorber über ein gleiches Vakuumniveau verfügen.

Zur Verbesserung des Transports von Wasser aus dem Behandlungsgut heraus kann Salz zugefügt werden. Das Salz wirkt, obwohl wasserbindend, als Transporthilfe. Bei einer Ausführungsform des Vakuumbehälter-Trocknungsraums ohne keimreduzierende Vorrichtungen kann bereits während der Trocknungsphase die Zugabe von Starterkulturen und Gewürzmischungen für die Aufbereitung von insbesondere Rohwurstbrät erfolgen. In diesem Fall ist es anzustreben, eine möglichst zügige Weiterverarbeitung wie Zerkleinern, Füllen, Reifen und so weiter sicherzustellen.

Die nachfolgende tabellarische Übersicht zeigt das Ergebnis eines Adsorptionsversuchs Rohwurst / Silicagel mit Silicagel als Adsorbens. Als Grundbrät stand Schweinefleisch in der Zusammensetzung 75:25, d.h. relativ mager und gewolft zur Verfügung, welches mit 28g/kg Nitratpökelsalz versetzt wurde. Das vorzerkleinerte Brät wurde exakt abgewogen in einen Eksikkator gegeben. Als Adsorbens wird abgewogenes trockenes Silicagel eingesetzt.

Das Gesamtsystem wird dann evakuiert und das Vakuum über die gesamte Behandlungszeit aufrechterhalten.

Im Versuchsaufbau wurde der Eksikkator in ein kaltes Wasserbad gestellt, damit das eingesetzte Silicagel zur Aufrechterhaltung der Wasseraufnahmebereitschaft einer Kühlung unterliegt. Die beispielhafte Prozedur beschränkte sich auf vier Stunden.

Im Ergebnis wurden die veränderten Gewichtsdaten des Brätes und des Silicagels ermittelt. Das Ergebnis bei kühlem Silicagel zeigt besonders positive Resultate und bestätigt damit die prinzipielle vorteilhafte Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Weiterbildung der Erfindungslehre besteht die Möglichkeit, die Aufnahme und Speicherung von Feuchtigkeit, insbesondere Wasser dadurch zu optimieren, dass sogenannte poröse Gläser eingesetzt werden. Über die Einstellung der Porengröße, des Porenvolumens und der Partikelform lässt sich ein Optimum an Feuchtespeicherkapazität realisieren. Eingesetzte poröse Gläser sind in der Lage dampfförmiges Wasser aufzunehmen, zu speichern und die Feuchtigkeit nach gegebener Zeit wieder abzuführen. Der Vorteil poröser Gläser liegt im Übrigen in der Ungiftigkeit und der Tatsache, dass diese nicht brennbar sind.

Adsorptionsversuch Rohwurst/Silicagel

Grundbrät: Schweinefleisch 75/25 gewolft und mit 28g/kg NPS versetzt

Exsikkator: Raumtemperatur

Fleischeinwaage: 250,80 g

Silicageleinwaage: 50,20 g

Ergebnis nach 4h bei 20°C:

Fleischgewicht: 249,60 g

Silicagelgewicht: 51,20 g

Verlust beim Fleisch: 0,48 %

Zunahme Silicagel: 1,99 %

Vakuumschrank:

Fleischeinwaage: 401,80 g

Silicageleinwaage: 80,00 g

Ergebnis nach 4h bei 20°C: (Silicagel befand sich auf gefrorenen Akkus) Fleischgewicht: 381,00 g

Silicagelgewicht: 91,20 g

Verlust beim Fleisch: 5,18 %

Zunahme Silicagel: 14,00 %