專利名稱：生物制品的脫水方法和裝置和脫水的生物制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用一種封閉系統(tǒng)的脫水過程。具體地，涉及采用一種封閉系統(tǒng)對生物制品包括(但不限于)水果、蔬菜、魚和肉制品進(jìn)行脫水的方法和裝置。更具體地，涉及采用一種封閉系統(tǒng)對上述生物制品進(jìn)行脫水的方法和裝置，要使得制品的天然水分基本上全部去除，而制品還基本上保留其原有的調(diào)味和香味。此外，本發(fā)明還涉及對已脫水生物制品再水化時(shí)仍保持其天然風(fēng)味和香味的生物制品進(jìn)行脫水的方法和裝置。本發(fā)明還涉及已脫水生物制品本身以及按本發(fā)明的上述方法加工的制品。
現(xiàn)在已有許多早已眾所周知的貯存生物制品特別是食品的方法和裝置，但是，現(xiàn)有技術(shù)的每種貯存食品的方法都有明顯的和嚴(yán)重缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的就是要克服這些缺點(diǎn)。
冷凍法是貯存食品的常用方法，在現(xiàn)有技術(shù)中有各種冷凍技術(shù)，具體地，有一種包括低壓凍干法的冷凍技術(shù)，在美國專利No.5，059，518已公開過。這種冷凍工藝有若干欠缺之處它必須將整體的冷凍制品破開或割裂，在貯存過程中需要為冷卻制品供給恒定的能量消耗，另外，冷凍制品的運(yùn)輸也較為復(fù)雜，由于在冷凍制品中含有水，使工藝過程的總成本提高。
貯存生物制品特別是食物制品的最古老的方法之一是干燥法或脫水法。從古代起，人們就知道將葡萄經(jīng)過干燥制成葡萄干。當(dāng)然，這種干燥法在今天仍然廣泛應(yīng)用。但是，這些脫水或干燥工藝存在著嚴(yán)重的和重大的缺點(diǎn)，具體說來，由于當(dāng)今采用的干燥工藝是使用“敞開式系統(tǒng)”來實(shí)施的，在干燥過程中，制品的香味、風(fēng)味和芳香常常發(fā)生明顯變化，并與制品原先狀態(tài)的香味、風(fēng)味和芳香很不相同。
“敞開式系統(tǒng)”一詞指的是在一種干燥工藝或裝置中采用加熱的空氣流流過待脫水制品的表面而進(jìn)行干燥，而其中的空氣流并不與周圍環(huán)境隔開，而是允許干燥物與周圍空氣之間發(fā)生空氣交換。雖然在現(xiàn)有技術(shù)的“敞開式系統(tǒng)”中有一些為了節(jié)能目的制成可使空氣循環(huán)流通的結(jié)構(gòu)，但是，這些現(xiàn)有技術(shù)的脫水系統(tǒng)并未采用封閉的系統(tǒng)，在這種封閉系統(tǒng)中，用于干燥制品的全部空氣量是封閉的、密封的或與周圍環(huán)境隔絕的，并且是循環(huán)流通的，在干燥過程中不同周圍環(huán)境的空氣發(fā)生空氣交換。
因此，在現(xiàn)有技術(shù)的干燥過程中，由于從制品中蒸發(fā)水分。故使其香味、風(fēng)味和芳香也從制品中蒸發(fā)出去，而不保留在脫水制品。因此，采用常規(guī)的脫水方法干燥制品的結(jié)果是脫水制品的滋味、纖維、風(fēng)味和香味基本上都變化了。所以，采用現(xiàn)有技術(shù)的脫水工藝制成的脫水制品不能重新構(gòu)成，不能作為天然產(chǎn)品的合格替代品?，F(xiàn)以葡萄干為例，由于葡萄干的風(fēng)味和香味與葡萄大不相同。所以，葡萄干不能在食品加工(如冰淇淋和酸奶酪加工)中作為葡萄的合格替代品。
其他的通過干燥來貯存食品的方法還有添加化學(xué)物質(zhì)(如海藻糖或亞硫酸鹽)的方法。
另外，在干燥過程中加糖的食品貯存法，雖然很古老，但現(xiàn)在仍然被采用。然而，當(dāng)今一般趨勢，特別是為了人們的健康緣故，要避免對食物制品添加化學(xué)物質(zhì)或額外的糖，所以這類工藝已經(jīng)越來越少采用了。
本說明書敘述采用沒有上述缺點(diǎn)的“封閉系統(tǒng)”進(jìn)行脫水的方法和裝置。
本發(fā)明涉及制造基本上保持其風(fēng)味和香味的脫水生物制品的方法。
該方法包含將要脫水的生物制品置入到一個(gè)組成封閉系統(tǒng)的封閉室內(nèi)，并在該封閉系統(tǒng)中強(qiáng)制氣流流過生物制品，在到生物制品的含水量減少至預(yù)定的含水量為止，該含量可低于10%左右。
按照本發(fā)明，對氣流加壓的步驟包括對封閉系統(tǒng)中的氣流進(jìn)行加熱，加熱步驟是采用交換器進(jìn)行的，也就是通過熱交換器使封閉系統(tǒng)內(nèi)的氣流加熱，對氣流加壓是采用吹風(fēng)機(jī)進(jìn)行的，使加熱過的氣流通過生物制品。另外，本發(fā)明的方法還包括將一種預(yù)定的氣流注入封閉系統(tǒng)中的步驟。
另外，本發(fā)明的方法還可包括從封閉系統(tǒng)中抽出預(yù)定氣流的步驟，而強(qiáng)制氣流流動的步驟可包含監(jiān)控系統(tǒng)的工藝參數(shù)。本發(fā)明方法還包括在制品脫水過程中，可從封閉系統(tǒng)取出脫水制品的樣品，并且可以在不損害封閉系統(tǒng)的完整性的情況下將生物制品送入封閉系統(tǒng)和從封閉系統(tǒng)取出脫水制品。
本發(fā)明還涉及按本發(fā)明的方法制成的脫水生物制品。
本發(fā)明要達(dá)到脫水生物制品保持著其原有的香味和風(fēng)味而且，按照本發(fā)明，上述的生物制品可以是兩種性質(zhì)不同的生物制品。
本發(fā)明涉及生物制品的脫水裝置，其特征是該脫水裝置包含一個(gè)支承要脫水的生物制品的機(jī)構(gòu)，一個(gè)包圍該支承機(jī)構(gòu)形成封閉系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)，和一個(gè)對封閉系統(tǒng)內(nèi)的氣流加熱的加熱機(jī)構(gòu)。
另外，本發(fā)明包括一個(gè)使封閉系統(tǒng)的加熱氣流流過上述支承機(jī)構(gòu)的裝置，啟動上述加熱機(jī)構(gòu)將封閉系統(tǒng)的氣流加熱到低于80℃左右的溫度。
形成上述氣流的裝置包含至少一個(gè)吹風(fēng)機(jī)，而加熱機(jī)構(gòu)包含一個(gè)熱交換器。
此外，按照本發(fā)明的一個(gè)特征，啟動加熱機(jī)構(gòu)和形成氣流的裝置要在封閉系統(tǒng)內(nèi)得到一個(gè)溫度差和一個(gè)加壓的氣流，本發(fā)明還包括一個(gè)從封閉系統(tǒng)中排出氣流的機(jī)構(gòu)，以及一個(gè)在基本上不破壞封閉系統(tǒng)的完整性的情況下送入生物制品和從封閉系統(tǒng)取出脫水生物制品的機(jī)構(gòu)，具體地，可用一個(gè)雙門鎖氣室送入和取出生物制品。
本發(fā)明包括一種將預(yù)定的物質(zhì)注入封閉系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)構(gòu)，所述的預(yù)定物質(zhì)可以是一種抑菌劑。
另外，還設(shè)有監(jiān)控封閉系統(tǒng)內(nèi)的工藝參數(shù)的機(jī)構(gòu)和使封閉系統(tǒng)絕熱的機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明涉及一種生物制品脫水裝置，該裝置包含一個(gè)支承待脫水的生物制品的機(jī)構(gòu)，一個(gè)圍繞上述支承機(jī)構(gòu)形成一種物理和熱學(xué)的封閉系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)，和一個(gè)形成和保持上述封閉系統(tǒng)中的溫度差和濕度差的機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明還涉及一種已基本上全部去除天然水分而基本上保留著生物制品的全部天然風(fēng)味以及全部天然香味的脫水生物制品。此外，該制品再水化時(shí)仍然保持制品的天然風(fēng)味和天然香味。
下面通過本發(fā)明的非限定性最佳實(shí)施例參看附圖進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，附圖中相同的標(biāo)號代表類似的零件，所述附圖中

圖1是本發(fā)明脫水裝置的示意圖；圖2是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的某種生物制品的支承機(jī)構(gòu)示意圖；和圖3是按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例對另一種生物制品脫水的制品室的橫截面圖。
脫水作用本質(zhì)上是一種通常是在有壓差(正的或負(fù)的)存在的情況下、強(qiáng)迫空氣流過生物物質(zhì)周圍而引起高溫蒸發(fā)，使水從生物物質(zhì)中釋放出來的過程。
在本申請中，生物制品這一個(gè)詞指的是生物物質(zhì)、化學(xué)物質(zhì)和藥物。食物制品，例如各種植物(水果或蔬菜)食物或日常食品，海和肉類都屬于生物物質(zhì)的范疇。此外，草藥、香料、煙葉、飼料(苜蓿)和木材也屬于一般所說的生物制品。再有，生物制品這個(gè)詞，在本申請中還可指血制品、疫苗、鯨油和菌類。
在本申請中，化學(xué)物質(zhì)一詞包括各種化學(xué)藥品、化合物和混合物。同樣，藥品一詞則包括各種藥物、制劑、化合物、混合物和材料。
下面參考附圖、特別是圖1以非限定的方式詳細(xì)說明本發(fā)明的最佳實(shí)施例。圖1示出了一個(gè)氣道或稱制品室10，要脫水的生物制品由托盤、支架、架子或類似機(jī)構(gòu)支承并放入制品室里。要脫水的制品的類型不同，所需的支承機(jī)構(gòu)下不同，這點(diǎn)在下面將要詳述。
制品室10通過導(dǎo)管或風(fēng)道12與熱交換器14相連、在風(fēng)道12中設(shè)置了一組吹風(fēng)機(jī)16以便向制品室鼓送高速氣流并使氣流流過整個(gè)系統(tǒng)。雖然在示意圖1中示出三臺這樣的吹風(fēng)機(jī)，但是，很顯然，可以設(shè)置多于或少于三臺的吹風(fēng)機(jī)來促使空氣從制品室10流向熱交換器14，并在由熱交換器加熱之后再流回制品室。吹風(fēng)機(jī)可以設(shè)置在風(fēng)道中的任一適當(dāng)?shù)奈恢蒙希灰転橹破肥?0提供適當(dāng)?shù)母咚贇饬鲃t可。
熱交換器14用于在空氣回流入制品室10之前加熱由吹風(fēng)機(jī)送來的空氣。熱交換器14帶有一個(gè)加熱元件或任何一種普通的熱源，例如狄賽爾煤氣加熱器、電加熱器或直接或間接的太陽能加熱器(包括光電器件和冷凝器)。
圖1所示的加熱元件是一種熱發(fā)生器18。從圖中可以看出，被加熱氣流或從熱發(fā)生器18排出的廢氣由一個(gè)適當(dāng)?shù)呐艢饪刂茩C(jī)構(gòu)(未示出)控制、從出口20排到大氣中，但是，這種出口只有采用消耗性燃料的熱發(fā)生器或加熱元件才需要。當(dāng)然，對于太陽能加熱器，就不需要這類出口。更確切地說，圖1所示的出口應(yīng)以閉路形式連接回?zé)岚l(fā)生器18。
在系統(tǒng)中的空氣受由熱交換器14中的流體加熱之后便以高的速度流回到制品室10。正如上面所說的，要脫水的生物制品是支架在制品室10之內(nèi)的。每當(dāng)熱空氣流過制品室中的生物制品周圍，從生物制品中蒸發(fā)出來的濕氣則變成水蒸汽由空氣帶走，從而使室內(nèi)的生物制品逐漸脫水。
雖然在上面的說明中采用空氣作為干燥氣流，但是應(yīng)該明白，本發(fā)明的范圍也包括采用其它氣流而不用普通的空氣。具體地說，正如下面將要詳細(xì)解釋的一樣，不管是從空氣中去除各種氣體組分(例如氧氣)、還是向本發(fā)明的制品室注入各種其它的氣體，顯然都屬于本發(fā)明的考慮范圍之內(nèi)。所附權(quán)利要求書中所用的名詞“氣流”應(yīng)包括空氣流和其它的氣流。
制品室10、風(fēng)道12和熱交換器14的周圍都包有適當(dāng)?shù)慕^緣層22而形成一種物理和熱學(xué)上而言的封閉系統(tǒng)。因此，在采用上述設(shè)備進(jìn)行脫水的過程中便遵循一種熱物理封閉系統(tǒng)，也就是說，系統(tǒng)中的氣流是連續(xù)地被加熱、再循環(huán)、再加熱、再循環(huán)。實(shí)際上，沒有外界的空氣進(jìn)入封閉系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)的空氣或氣流也不會排出到外界大氣中。
本發(fā)明的封閉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可能會做成讓系統(tǒng)的風(fēng)道或其它部分伸到含有制品室的建筑物之外。而且，在脫水過程中，由于過程的變化會放出氫原子而混入制品室及風(fēng)道中的空氣里。當(dāng)這種系統(tǒng)設(shè)置在常有嚴(yán)重的暴風(fēng)雨的地方，雷電便有可能襲擊風(fēng)道的外露金屬或系統(tǒng)的其它部位。為了避免這類事件(這種事故在有氫存在時(shí)可以具有十分嚴(yán)重的破壞性)的發(fā)生，設(shè)置了一種如圖1所示的避雷系統(tǒng)，避雷針64和接地件66簡單地示于圖1中。此外，也可為本發(fā)明的脫水裝置的熱交換器分系統(tǒng)和閉路系統(tǒng)各設(shè)置獨(dú)立的避雷系統(tǒng)。
每次打開制品室10的制品放入口(或門)時(shí)，制品室和外界環(huán)境間的空氣將發(fā)生明顯的交換。因此，為了保證本發(fā)明的裝置能在較長時(shí)間內(nèi)高效地工作、并且盡可能防止外部的空氣進(jìn)入室內(nèi)而干擾封閉系統(tǒng)，就按照本發(fā)明提出的方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y量以減少這種空氣間的交流。特別是可按照本發(fā)明的最佳實(shí)施例設(shè)置一種雙門鎖氣系統(tǒng)。
圖1所示的雙門鎖氣室34帶有一個(gè)可連通鎖氣室和外界環(huán)境的第一門36和一個(gè)可連通制品室10和鎖氣室34的第二門38。此外，雙門鎖氣室還帶有排氣口40，通過排氣口40可由例如一個(gè)吸泵(未示出)將進(jìn)入鎖氣室的環(huán)境空氣排出鎖氣室之外。
工作時(shí)，先打開外門36，將要脫水的生物物質(zhì)放入鎖氣室34，然后關(guān)閉外門36。在啟動排氣口40抽出進(jìn)入鎖氣室40的部分空氣之后，再打開內(nèi)門38并將生物物質(zhì)移入制品室。這樣，便可使制品室和外界環(huán)境間空氣的互換減至最少。
顯然，在每一個(gè)門36和38都設(shè)置有適當(dāng)?shù)拿芊鈾C(jī)構(gòu)以進(jìn)一步減少封閉系統(tǒng)中空氣的損失量。
除了門36和38之外，在制品室10上還設(shè)置了一個(gè)附帶的制品取樣的出入口或稱門42，通過門42，便可以制品的脫水過程中從制品室中取出樣品進(jìn)行分析，這樣便能夠測定脫水過程的進(jìn)展情況。由于取樣門42的尺寸小而且不經(jīng)常打開，故通過它引起的空氣損失量極少。當(dāng)然，門42也設(shè)置有密封機(jī)構(gòu)以進(jìn)一步減少空氣的損失。此外，雖然圖中所示的取樣門42是設(shè)置在制品室10的壁上，但也可以設(shè)置在鎖氣室處，當(dāng)然，也可以(或放是最好)將取樣門做成是鎖氣室結(jié)構(gòu)的一部分。
按照本發(fā)明的又一個(gè)特征，要脫水的生物制品放在托盤上，托盤支承在可與一條循環(huán)傳送帶相連也可與其脫開的支架或小車上。這樣，當(dāng)生物制品放到制品室之內(nèi)時(shí)，它們便與循環(huán)回路的鏈?zhǔn)絺魉蛶нB接在一起，而當(dāng)支承在特定軌道上的制品完成脫水后，它可以移出制品室并與傳送帶脫開，已經(jīng)裝上生物制品等待進(jìn)入雙門鎖氣室的新支架便可接到傳送帶上并移入制品室內(nèi)，當(dāng)然，循環(huán)傳送帶要由適當(dāng)?shù)膫鲃訖C(jī)構(gòu)帶動，由于這種傳動機(jī)構(gòu)不構(gòu)成本發(fā)明的一部分，故圖中沒有示出。當(dāng)然制品室的大小應(yīng)能容納適量的支架或小車，例如20-25個(gè)支架。
一種典型的風(fēng)道或制品室10可以容納23個(gè)支架(也就是小車)，每一個(gè)支架可承接21個(gè)托盤，每個(gè)托盤的尺寸為44×44英寸2。
另外，雖然圖1所示的制品室10是方形截面的，但是業(yè)已發(fā)現(xiàn)，這種形狀或類似的形狀均特別適用于上面所說的支承在托盤和支架上的制品。然而，支架和托盤并不適合于某些類型的要脫水的生物制品，特別是在處理重量輕的薄片型制品、例如茶葉、歐芹或玫瑰花瓣時(shí)，由于制品室內(nèi)空氣流的速度會將這種生物物質(zhì)吹離承納它的托盤，因此，所制出一種不同的機(jī)構(gòu)來支承這些物質(zhì)。
圖2示出了一種支承輕重量薄片型的生物物質(zhì)進(jìn)行脫水的支承機(jī)構(gòu)。這種支承機(jī)構(gòu)大致上是一種帶孔的喇叭形錐形件或支承篩44。這種錐形件可由不銹鋼篩網(wǎng)或者塑料網(wǎng)制成，其網(wǎng)眼的大小可以用于承裝食物。圓錐形支承篩44支承成可繞大致如圖46所示的水平軸線轉(zhuǎn)動并設(shè)置了一個(gè)適當(dāng)?shù)尿?qū)動機(jī)構(gòu)48來轉(zhuǎn)動它。雖然圖示的驅(qū)動機(jī)構(gòu)是與支承篩的輸入端50相連接，但是，非常清楚，支承篩可以從任何一端進(jìn)行傳動，或者用其它任何普通的方式、例如由連接到支承篩的每一端上的中心軸進(jìn)行驅(qū)動。
在用圓錐形支承篩44來干燥薄片狀、輕重量的生物物質(zhì)時(shí)，支承篩要設(shè)置成使來自然交換器的空氣流按圖2中箭頭A所示的方向、沿其長度方向撞擊到篩網(wǎng)上。要脫水的物質(zhì)從較小的入口50放入。在篩網(wǎng)44轉(zhuǎn)動時(shí)，空氣流經(jīng)過篩網(wǎng)的小孔或稱網(wǎng)格而吹到生物物質(zhì)上，而要脫水的物質(zhì)則沿著圓錐形支承網(wǎng)的斜面逐漸下降，直到從大的輸出端52中露出。
支承篩44在制品室內(nèi)的設(shè)置方式應(yīng)使其輸入和輸出端適當(dāng)?shù)匚挥陔p門鎖氣室附近的便能夠?qū)⒁撍闹破贩湃牒Y內(nèi)并將已脫水的制品從篩內(nèi)取出。當(dāng)然，在使用圓錐形支承篩時(shí)，總希望制品室的形狀大致與支承篩的形狀相一致，以避免削弱流過制品室的空氣流、此外，最好用兩個(gè)獨(dú)立的鎖氣室來代替圖1中所示的單一鎖氣室34，兩個(gè)鎖氣室分別位于圓錐形支承篩44的輸入端和輸出端的附近。
此外還發(fā)現(xiàn)，對于某種材料、例如木材，采用三角形的制品室可收到良好的效果。當(dāng)按照本發(fā)明的方法在三角形的制品室中對木材進(jìn)行脫水時(shí)，木材可在較短的時(shí)間內(nèi)完全干透而不會出現(xiàn)裂曲或干縮翹曲，而這種情況在其它的木材干燥工藝中則時(shí)常發(fā)生。圖3所示的三角形制品室60的周圍帶有絕緣層22。對于三角形的制品室，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)闹С薪Y(jié)構(gòu)來支承生物制品例如木材，使其進(jìn)行干燥。
在圖3所示的三角形制品室中處理木材時(shí)，最好使空氣流從制品室的上部68進(jìn)入制品室并從制品室的下部70排出(吸出)室外。當(dāng)空氣的入口位于制品室的左上側(cè)時(shí)，其出口應(yīng)設(shè)置在制品室的左下側(cè)，反之也然。這種出口與入口的安排被認(rèn)為是可以制品室內(nèi)產(chǎn)生特別有利的空氣流并使木材快速干燥而不會在干燥過程中產(chǎn)生裂紋。可以相信上面所說的入口和出口的安排與制品室形狀相結(jié)合一定會使制品室內(nèi)的空氣流與入口相對的室壁產(chǎn)生有利的相互作用，從而使制品室內(nèi)產(chǎn)生高度攪動的空氣流并消滅了室內(nèi)的氣流死角。
本發(fā)明的封閉系統(tǒng)中氣流的熱交換是通過與熱交換器14間的界面來完成的，例如利用散熱片、螺旋散熱器或其它普通的熱交換工藝。圍繞在整個(gè)系統(tǒng)(包括制品室10和風(fēng)道12和熱交換器14)的絕緣層22保證了系統(tǒng)的熱效率并形成一個(gè)熱封閉系統(tǒng)。
設(shè)置在適當(dāng)位置上的各個(gè)傳感器32用來測量系統(tǒng)的各種參數(shù)、例如溫度、增壓空氣流的速度、絕對濕度和相對濕度以及封閉系統(tǒng)中的空氣壓力。這些傳感器用以在采用例如微處理機(jī)技術(shù)的通用控制計(jì)算機(jī)26的總指揮下監(jiān)控系統(tǒng)的參數(shù)、以便控制熱交換器和吹風(fēng)機(jī)以及監(jiān)控放置在制品室10內(nèi)的要脫水的特定生物制品的脫水過程的進(jìn)程。盡管圖1中示出幾個(gè)傳感器，但是，這種傳感器的數(shù)量及位置是不受限制2的。正相反，這些傳感器可按照普通控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序設(shè)置在所需的地方。
控制計(jì)算機(jī)26可隨意設(shè)置圖象顯示器28以記錄封閉系統(tǒng)的各種參數(shù)和其它數(shù)據(jù)。而且，計(jì)算機(jī)26還可以按常規(guī)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程，以便利用各個(gè)傳感器32所測量和監(jiān)控得來的脫水系統(tǒng)的各種參數(shù)來獲得給定物質(zhì)在脫水過程中最佳的參數(shù)綜合。換句話說，封閉系統(tǒng)的溫度和空氣的流速可由計(jì)算機(jī)26根據(jù)要處理的物質(zhì)的特性進(jìn)行控制。
本發(fā)明采用兩條控制回路，第一條控制回路包括各個(gè)傳感器32和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)26。傳感器組對制品室的不部位、加熱器周圍以及正在脫水的制品周圍的溫度、絕對濕度和相對濕度進(jìn)行經(jīng)常的監(jiān)控，同時(shí)也對封閉室內(nèi)、脫水制品的周圍以及熱交換器和吹風(fēng)機(jī)的周圍的空氣流速進(jìn)行經(jīng)常的監(jiān)控。
另一條控制回路包括在預(yù)定的脫水階段中對脫水物質(zhì)質(zhì)量的間歇性取樣。設(shè)置了取樣門42，以便能夠在脫水過程中按預(yù)定的時(shí)間間隔從封閉系統(tǒng)中取出樣品，分析這些樣品的脫水程度、消毒效果和其它有關(guān)制品質(zhì)量控制的情況，然后將分析結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)26用以更精確地控制系統(tǒng)的參數(shù)。
當(dāng)然，熱交換器14是與本發(fā)明脫水裝置的封閉系統(tǒng)中的空氣形成熱界面接觸的唯一的獨(dú)立系統(tǒng)的一部分。如果需要的話，熱交換器系統(tǒng)可以包括熱發(fā)生器18和一個(gè)熱發(fā)生器的發(fā)熱控制裝置及其控制系統(tǒng)72。顯然，這種控制系統(tǒng)常有一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娫蠢?20伏交流電源。
本發(fā)明的方法和裝置的一個(gè)重要的特征是由于脫水過程是在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中進(jìn)行的，故可設(shè)置一個(gè)或多個(gè)注入孔30以便向制品室10注入抑菌劑或輔助調(diào)味劑。當(dāng)然，注入孔30的工作是在控制計(jì)算機(jī)26的控制下進(jìn)行的。
在實(shí)施按照本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例并采用具有封閉系統(tǒng)的上述裝置進(jìn)行脫水的過程中，在將要脫水的制品放入封閉系統(tǒng)之前，封閉系統(tǒng)里已形成有濕度和溫度差，并在制品發(fā)生脫水的過程中一直保持這種濕度和溫度差。具體的說，熱交換器起一個(gè)吸濕器和一個(gè)熱源的作用。因此，在要脫水的制品放入系統(tǒng)之前便啟動熱交換器以提高制品室的溫度。
由于上述吸濕器引起的濕度不平衡和上述的熱交換器引起的溫度的不平衡，使封閉系統(tǒng)不能處于平衡狀態(tài)。因此，可將LeChetalier原理應(yīng)用到本發(fā)明的封閉系統(tǒng)上。根據(jù)Le Chetalier原理，當(dāng)對一個(gè)平衡系統(tǒng)施加擾動時(shí)，平衡將按照部分抵消擾動的作用的方式移動。按照這一原理，溫度和濕度差的存在將促使水分發(fā)生蒸發(fā)。
由熱交換器形成并維持的熱交換室與制品室10中要脫水的制品間的濕度和溫度差、加上流過制品周圍的快速空氣流使制品發(fā)生脫水而不會產(chǎn)生明顯的化學(xué)變化而造成要脫水的制品變質(zhì)、變味和香味減退。換句話說，可顯著防止常常隨制品中水分蒸而蒸發(fā)的揮發(fā)性化學(xué)香料的蒸發(fā)。
注入孔30除了用來向流過支承在制品室10內(nèi)的生物制品的增壓空氣流引入抑菌劑之外，它還可用來向制品室引入預(yù)定的氣體以促進(jìn)制品的成熟和干燥，并向制品施加特定的香料。此外，還可以通過孔30從封閉系統(tǒng)中抽走氧并向其注入其它氣體例如氮和氦，以便使脫水過程在一種缺氧的環(huán)境中進(jìn)行，從而防止位于制品室10中正在脫水的物質(zhì)的氧化，或使這種氧化減至最少。
雖然在本發(fā)明用了“生物制品”一詞，但是，本發(fā)明的意圖當(dāng)然也指在圖1所示裝置中同時(shí)進(jìn)行脫水的不同種類的生物制品，例如，不同的水果可以一起進(jìn)行脫水，這樣的共脫水會使在制品室內(nèi)同時(shí)脫水的各種制品的各自揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)和各自的氣味和香味發(fā)生混和。當(dāng)然，選擇在一起同時(shí)進(jìn)行脫水的制品種類是不受限制的，只要用戶能想象得出來。顯然，兩種以上制品也可以同時(shí)進(jìn)行脫水，而產(chǎn)生相應(yīng)地混和的風(fēng)味和香味。
另外，按照本發(fā)明的另一特征，在本發(fā)明的封閉系統(tǒng)中的空氣壓力或氣流壓力可以隨著特定制品的脫水過程或者是升高的或者是降低的。
具體說來，在某些應(yīng)用中，必須在本發(fā)明的封閉系統(tǒng)中保持高于大氣壓的壓力，這對于木材的干燥是特別有利的。在這種用途中，封閉系統(tǒng)中的空氣壓力可升高到兩個(gè)大氣壓左右。另外也發(fā)現(xiàn)，在木材干燥過程即將結(jié)束的時(shí)候?qū)⒖諝鈮毫膬蓚€(gè)大氣壓降低到稍小于一個(gè)大氣壓，是有好處的。這種干燥程序是很有效的，已經(jīng)能夠在24小時(shí)左右生產(chǎn)出完全干燥的4×4英吋的木材。在圖1所示的封閉系統(tǒng)中可以設(shè)置適宜的抽氣泵或吹風(fēng)機(jī)或其他普通的裝置，使上述所需的壓力能夠達(dá)到并且保持。
本發(fā)明的一個(gè)明顯特征就是采用吹風(fēng)機(jī)來保持封閉系統(tǒng)中的空氣流速度。通常，使用吹風(fēng)機(jī)在封閉系統(tǒng)內(nèi)和脫水制品周圍產(chǎn)生一個(gè)高速氣流。對于絕大多數(shù)用途來說，特定的氣流速度對于脫水過程不是關(guān)鍵性的，在極需要高速氣流的情況下，也必須保證封閉系統(tǒng)內(nèi)的氣流速度不會大到引起正在脫水的制品的攪動。換句話說，氣流速度的大小不應(yīng)引起脫水物質(zhì)被吹到制品室10之外。
如上所述，熱交換器14用來提高由吹風(fēng)機(jī)16吹過本發(fā)明封閉系統(tǒng)循環(huán)流動的空氣的溫度。由熱交換器產(chǎn)生的溫度差對于本發(fā)明的有效工作當(dāng)然是重要的。但是，大的溫度差并不是必需的。在許多情況下，還應(yīng)用較小的溫度差。具體說來，采用大約60-75℃的溫度，可獲得合格的脫水制品。65℃(145℃下)左右的溫度可得到合格產(chǎn)品。
另外，在某些情況下，80℃左右的溫度會引起所生產(chǎn)的制品變色，從而使脫水制品的合格率低于在較低溫度下脫水的制品。還有，當(dāng)對活性的生物制品如鯨油或菌類進(jìn)行脫水時(shí)，高的溫度會使物品變質(zhì)，因此，其脫水溫度必須保持在該特品會發(fā)生變質(zhì)的溫度以下。同理，食品的脫水亦應(yīng)在低于80℃進(jìn)行。
當(dāng)然可以理解，在血制品、菌類或鯨油之類的制品進(jìn)行脫水過程中，必須采用適當(dāng)?shù)拇胧┮员苊饷撍破返奈廴尽榇?，可采用通常的殺菌方法和裝置，這一點(diǎn)也清楚地包括在本發(fā)明的意圖中。
采用本發(fā)明規(guī)定的控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)26以及從取樣門42取樣，可以監(jiān)控或控制制品的脫水程度。根據(jù)脫水程度可控制制品的最終特性。如果一種特定的制品在本發(fā)明的封閉系統(tǒng)內(nèi)停留至其含水量僅保持約1%或2%，制品將會是脆的，但是如果當(dāng)制品含水量達(dá)7-9%時(shí)就停止脫水過程(也就是制品從封閉系統(tǒng)中移出)，那么，制品就會較軟。當(dāng)然，這將影響到已脫水制品的纖維和手感。還要明白，將給定的制品脫水到所要求的脫水程度所需的時(shí)間還取決于制品的物理結(jié)構(gòu)和制品的制備方式(即切成片狀、切成立方體狀，等)。
可以按照常規(guī)的物品輸送技術(shù)，通過雙門鎖室34將裝有脫水制品的支架和托盤送入制品室和移出制品室。在一個(gè)典型實(shí)施例中，將上述支架一列一列連接起來，并且/或者連接到一個(gè)環(huán)形傳送帶上，將上述支架沿制品室的長度方向間歇地送進(jìn)制品室內(nèi)，最后，即完成脫水過程之后，將上述支架移出制品室外。因此，在通道之一端移出一個(gè)支架或小車就給在通道之另一端就通過鎖氣室引入新的支架或小車提供空間。當(dāng)然，將生物制品送入或移出制品室的各種方法也顯然包含在本發(fā)明的意圖內(nèi)。
因此，在本發(fā)明的精神的范圍內(nèi)有可能以分批連續(xù)作業(yè)的方式來應(yīng)用本發(fā)明的脫水裝置和方法，換句話說，將一批制品進(jìn)行脫水、將系統(tǒng)打開、取出制品、然后將系統(tǒng)關(guān)閉、加熱、再將新一批制品引入系統(tǒng)內(nèi)，這種方式要比上述的應(yīng)用以雖然是間歇地但基本上是連續(xù)地順序引入一列一列支架的方法的效率稍低些。
按照本發(fā)明的方法在一個(gè)封閉系統(tǒng)內(nèi)對多種生物制品進(jìn)行脫水，下列制品全部在約65℃的干燥濕度下脫水約3-4小時(shí)，(除非另有注明)。這里要用到脫水率一詞，指的是脫水制品的減重率，換句話說，20磅生物制品脫水后成了1磅的脫水制品，那么其脫水率為20∶11.菠羅圈(3/8英寸)的脫水率為16∶1。
2.菠羅珍的脫水率為20∶1。
3.香蕉薄片的脫水率為10∶1。
4.香蕉碎屑的脫水率為5∶1。
5.西瓜珍的脫水率為30∶1。
6.蝦頭(粉粒)脫水3小時(shí)其脫水率為8∶1。
7.胡蘿卜脫水2-3小時(shí)其脫水率為15∶1。
8.西紅柿的脫水率為19∶1。
9.卷心菜的脫水率為22∶1。
10.芹菜的脫水率為31∶1。
11.綠的辣椒的脫水率為20∶1。
12.菠菜(葉)的脫水率為21∶1。
13.綠色的豆的脫水率為13∶1。
采用本發(fā)明的封閉系統(tǒng)和方法可使得組成天然的(未脫水的)生物制品的風(fēng)味和香味的揮發(fā)性組元素基本上全部留下來。這些來自脫水的物質(zhì)或制品的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)的分壓力達(dá)到脫水過程早期階段的完全飽和的程度。揮發(fā)性的芳香化學(xué)物質(zhì)達(dá)到完全的飽和可阻止在脫水制品內(nèi)進(jìn)一步發(fā)生明顯的化學(xué)變化。因此，脫水制品基本上保留著全部重要的香味和加入其中的油味。這是本發(fā)明優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)敞開式脫水系統(tǒng)和裝置的重要而明顯的特征和主要的優(yōu)點(diǎn)。
一旦來自脫水制品的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)的分壓力達(dá)到完全飽和的程度，就阻止了這種物質(zhì)的繼續(xù)蒸發(fā)，也阻止了脫水制品內(nèi)繼續(xù)發(fā)生明顯的化學(xué)變化。因此，按照本發(fā)明生產(chǎn)的脫水制品基本上保留著它們的全部香味和風(fēng)味。
由于采用本發(fā)明的方法和裝置能在脫水過程中可將構(gòu)成脫水生物制品的風(fēng)味和香味的絕大多數(shù)揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)保留在制品內(nèi)，所以，所得到的脫水制品的風(fēng)味和香味是高度濃縮并且是很強(qiáng)烈的。在脫水過程中，制品的風(fēng)味和香味實(shí)際上保留其原來水平。因此，本發(fā)明的脫水制品特別適用作酸奶酪和冰淇淋的調(diào)味品，而且適用于其他許多食品加工業(yè)。
本發(fā)明的方法和裝置可用用于處理實(shí)際上是無數(shù)種的水果的蔬菜，上面所述的只的生物制品的一個(gè)小的范疇。對于每一種水果和蔬菜，通常采用不同的干燥時(shí)間，這取決于制品的結(jié)構(gòu)和加工的尺寸。從上面所列的參數(shù)的及所要求的最終制品的性質(zhì)可以很容確定合適的干燥時(shí)間。但是，確定干燥時(shí)間這項(xiàng)工作本身不是本發(fā)明的一個(gè)本質(zhì)方面。
如上所述，許多制品的脫水花大約4小時(shí)就可以達(dá)到合適的程度。顯然，另外的制品則要求不同的時(shí)間。例如，葡萄要花大約12小時(shí)，因?yàn)槠咸哑さ臐B水性較低。另一方面，像椰子之類的物品只需脫水約2小時(shí)。顯然，應(yīng)用本發(fā)明可以很容易確定各種物質(zhì)的最佳干燥時(shí)間。同理，裝置系統(tǒng)的效率也會對干燥時(shí)間有重要影響。在采用圖1所示鎖氣室送入生物制品之前對制品室進(jìn)行預(yù)熱的系統(tǒng)中，可獲得良好的效果。另一方面，如上所述，也可以按分批作業(yè)的方式操作本發(fā)明的裝置，生物制品分批進(jìn)入制品室，然后開動熱交換器以形成溫度差和濕度差。
對于某些由于氧化而變色特別敏感的物品例如土豆和香蕉來說，在較缺氧的環(huán)境中對物品進(jìn)行脫水前的處理更有利的。具體地，在一個(gè)采用例如吸氣泵抽掉大約1/3氧的環(huán)境中對土豆進(jìn)行脫水前的處理(即去皮、切片或方塊)，被認(rèn)為對土豆加工是有利的。從周圍空氣中抽掉大約1/3氧氣使得土豆切片表面的氧化和變色現(xiàn)象大為減少，相應(yīng)地得到很白的脫水土豆片。因此，按照本發(fā)明的又一特征，土豆加工(去皮、切片等)可在類似于上述鎖氣室的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。正如上面所述，本發(fā)明的鎖氣室設(shè)計(jì)成可抽掉很大部分的空氣(因此也去掉很大部分氧)。在一個(gè)特別優(yōu)越的實(shí)施例中，在打開內(nèi)門將生物制品送入制品室10之前，從鎖氣室抽掉大約1/3的空氣。因此，一種類似的缺氧區(qū)域特別適用于這類制品的加工。
雖然上面對本發(fā)明用于各種特定的食物類制品進(jìn)行了說明，但是，應(yīng)當(dāng)明白，其應(yīng)用范圍并不限于這些食物類制品。本發(fā)明特別可用于檸檬類制品(如柑桔、酸橙)以及磨菇、藻類、海草、蘋果、菠蘿、西瓜、葡萄、胡蘿卜和花莖甘藍(lán)。用本發(fā)明也可對肉類如牛肉、豬肉和家禽肉等進(jìn)行脫水，同理，也可對海味和海藻進(jìn)行脫水處理。已發(fā)現(xiàn)蝦和蝦頭脫水后是魚調(diào)味品和其他食物加工中有用的配料成分。
日常食品如牛奶、雞蛋也可用本發(fā)明裝置和方法進(jìn)行脫水。此外，草藥、香料、種子、茶葉、咖啡和可可也可以像煙葉、飼料和木材那樣按本發(fā)明進(jìn)行脫水。魚子和蛙卵也可按本發(fā)明進(jìn)行脫水。如上所述，上面列出了各種制品并非想以任何方式或形式或形狀排除其他的制品，而僅僅是想作為本發(fā)明應(yīng)用于各類不同性質(zhì)的制品的實(shí)例。
最后，雖然在上面對本發(fā)明具體應(yīng)用于脫水處理作了說明，但是，必須注意，上面作為組成本發(fā)明整體部分來敘述的裝置和方法也特別適用于采用一種煙熏室進(jìn)行的熏煙作業(yè)，這種熏煙作業(yè)通常用于對調(diào)味魚、肉類進(jìn)行防腐貯存。
在現(xiàn)有技術(shù)的煙熏室中，燃燒木質(zhì)燃料諸如櫟桃木或牧豆樹木，木材燃燒的煙可透過熏煙的制品，制品熏透后，將煙霧排到大氣中。
按照本發(fā)明，將封閉系統(tǒng)直用于煙熏室，只要將熱交換器去掉，并設(shè)置一燃燒生煙的裝置到封閉系統(tǒng)中，就可以很容易將本發(fā)明的構(gòu)思具體體現(xiàn)于煙熏作業(yè)，這時(shí)，帶有燃燒煙霧的空氣將圍繞熏煙的制品環(huán)行流動，從而將該制品熏透。
雖然上面按本發(fā)明的最佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了敘述，但是，應(yīng)當(dāng)明白，其中所用的措詞是描述性的，而不是限制性的，人們可以在廣義上不違背本發(fā)明范圍和精神的情況下，在所附權(quán)利要求的權(quán)限內(nèi)進(jìn)行改變。雖然上面結(jié)合具體的裝置，物質(zhì)和實(shí)施例說明了本發(fā)明，但是，還應(yīng)明白，本發(fā)明并不限于這些所述的具體裝置、物質(zhì)和實(shí)施例，而是可在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)推廣到所有與之相當(dāng)?shù)难b置、物質(zhì)和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種制造基本上保持其風(fēng)味和香味的脫水生物制品的方法包括將要脫水的生物制器放入一個(gè)室內(nèi)以構(gòu)成一個(gè)封閉系統(tǒng)；和強(qiáng)制上述封閉系統(tǒng)中的氣流流過生物制品的周圍，直到生物制品中的水分減少到預(yù)定的程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的脫水方法，其特征在于，上述的強(qiáng)制氣流的步驟包括加熱封閉系統(tǒng)中的氣流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中的脫水方法，其特征在于，上述的加熱步驟包括用熱交換器使熱量傳給封閉系統(tǒng)中的氣流。
4.根據(jù)權(quán)利要求2中的脫水方法，其特征在于，上述的強(qiáng)制氣流的步驟包括設(shè)置一種吹風(fēng)機(jī)將已加熱的氣流吹到生物制品上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的脫水方法，其特征在于，它還包括將預(yù)定的氣流注入到封閉系統(tǒng)中的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的脫水方法，其特征在于，它還包括從封閉系統(tǒng)中抽出的預(yù)定的氣流的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的脫水方法，其特征在于，上述的強(qiáng)制氣流流動的步驟包括監(jiān)控封閉系統(tǒng)的工藝參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的脫水方法，其特征在于，在制品于封閉系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行脫水的過程中，能夠從封閉系統(tǒng)中取出生的制品的樣品。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的脫水方法，其特征在于，它還包括能夠?qū)⑸镏破贩湃敕忾]系統(tǒng)中并從封閉系統(tǒng)中取出而基本上不會損害封閉系統(tǒng)的完整性的步驟。
10.一種按照權(quán)利要求1的方法制造的脫水生物制品。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的脫水方法，其特征在于，上述的預(yù)定的脫水程度大約為低于10%的水分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的脫水方法，其特征在于，上述的預(yù)定脫水程度包括保持一定程度的天然制品的風(fēng)味和香味。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的脫水方法，其特征在于，上述的生物制品包括兩種不同的生物制品。
14.一種生物制品的脫水裝置，該裝置含有支承要脫水的生物制品的機(jī)構(gòu)；包圍上述支承機(jī)構(gòu)以形成一個(gè)封閉系統(tǒng)的裝置；和對上述封閉系統(tǒng)中的氣流進(jìn)行加熱的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的脫水裝置，其特征在于，它還含有促使封閉系統(tǒng)中的受熱氣流流過上述支承機(jī)構(gòu)的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的脫水裝置，其特征在于，上述的加熱裝置的工作可將上述封閉系統(tǒng)中的氣流加熱到80℃以下。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的脫水裝置，其特征在于，上述促使受熱氣流流過上述支承機(jī)構(gòu)的裝置至少含有一個(gè)吹風(fēng)機(jī)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的脫水裝置，其特征在于，上述的加熱裝置含有一個(gè)熱交換器。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的脫水裝置，其特征在于，上述的加熱裝置和上述的強(qiáng)制氣流流動裝置是在上述封閉系統(tǒng)內(nèi)形成溫度差和增壓氣流的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的脫水裝置，其特征在于，它還含有從上述的封閉系統(tǒng)中抽走氣流的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求14的脫水裝置，其特征在于，它還含有用以將生物制品放入上述封閉系統(tǒng)中和從上述封閉系統(tǒng)中取出生物制品而基本上不會損害上述封閉系統(tǒng)的完整性的裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的脫水裝置，其特征在于，上述的放入和取出制品的裝置是一個(gè)雙門鎖氣室。
23.根據(jù)權(quán)利要求14的脫水裝置，其特征在于，它還含有用于向上述封閉系統(tǒng)注入預(yù)定的物質(zhì)的機(jī)構(gòu)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的脫水裝置，其特征在于，上述預(yù)定的物質(zhì)包括一種抑菌劑。
25.根據(jù)權(quán)利要求14的脫水裝置，其特征在于，它還含有監(jiān)控上述封閉系統(tǒng)內(nèi)的過程參數(shù)的裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求14的脫水裝置，其特征在于，它還含有使上述封閉系統(tǒng)絕熱的機(jī)構(gòu)。
27.一種生物制品的脫水裝置，上述裝置含有支承要脫水的生物制品的機(jī)構(gòu)；形成上述支承機(jī)構(gòu)周圍的物理和熱學(xué)的封閉系統(tǒng)的裝置；和在上述封閉系統(tǒng)中形成并保持溫度差和濕度差的裝置。
28.一種基本上除掉生物制品的天然水分而又基本上保持其全部天然風(fēng)味的脫水生物制品。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的脫水生物制品，其特征在于，上述制品還基本上保持生物制品的全部天然香味。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的脫水生物制品，其特征在于，上述制品再水化時(shí)仍保持其天然風(fēng)味。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的脫水生物制品，其特征在于，上述制品再水化時(shí)仍保持其天然香味。
全文摘要
一種采用封閉系統(tǒng)的脫水裝置和方法，它能使生物制品基本上脫水，并能保留天然制品原先有的風(fēng)味和香味，所述脫水裝置包含一個(gè)熱交換器和通過適宜的管道以封閉的方式連接的脫水制品室。設(shè)置了適宜的吹風(fēng)機(jī)，以調(diào)節(jié)脫水過程中的系統(tǒng)參數(shù)。
文檔編號A23L3/40GK1104459SQ9311569
公開日1995年7月5日 申請日期1993年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月30日
發(fā)明者弗拉基米爾·L·格羅喬爾斯基 申請人:弗拉基米爾·L·格羅喬爾斯基