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Verfahren zur Sterilisierung von Milch
Es ist bekannt, in der rohen Milch enthaltene Keime durch Einwirkung von Wärme abzutöten und dadurch die Haltbarkeit der Milch zu verlängern. Während bei der Milchpasteurisierung - Erhitzung der Milch auf 72 - 850C und nachfolgende Abkühlung - durch Verringerung der Keimzahl eine Haltbarkeit von mehreren Tagen erreicht wird, lässt sich durch : Sterilisierung der Milch bei hohen Temperaturen die Lagerfähigkeitauf Monate - bei entsprechend guter Verpackung auch auf Jahre erstrecken.
Dem Verfahren, durch Erhitzung der Milch auf zirka 1300C alle Keime abzutöten, stellen sich jedoch grosse Schwierigkeiten entgegen : Bei einer so hohen Erhitzung treten in der Milch verschiedene, chemische Reaktionen auf, insbesondere Oxydationen und Bildung von Schwefelverbindungen, die zu einer Beeinträchtigung des Geschmackes und des Geruches führen. Auch kommt es an der Oberfläche der Heizkörper zu starken Ablagerungen, welche die Wärmeübertragung stark verschlechtern und die in kurzer Zeit anbrennen. Hiedurch kommt es ebenfalls zu einer Geschmacksverschlechterung der Milch.
Ein bekanntes Verfahren sucht diese Nachteile dadurch zu umgehen, dass die auf zirka 75 C vorge- wärmte Milch durch direktes Einblasen von Dampf schockartig auf zirka 1400C erhitzt wird. Die hiedurch mit Wasser verdünnte Milch wird einer nachgeschalteten Eindampfanlage zugeführt, in der das überschüssige Wasser in Form von Brüden über einen Kondensator unter Vakuum abgesaugt wird. Durch die Wasserverdampfung tritt eine starke Abkühlung der Milch auf, die den Verdampfer mit einer Temperatur von zirka 750C verlässt. Die weitere Abkühlung der Milch auf Abfülltemperatur geschieht durch Wärmeaustauscher. Eine erhebliche Schwierigkeit bei diesem Verfahren besteht darin, den Verdampfer so einzuregulieren, dass genau die Wassermenge entzogen wird, die der Milch in Form von Dampf zugeführt wurde.
Dies ist nur durch Verwendung komplizierter automatischer Regelanlagen möglich, die eine solche Anlage beträchtlich verteuern. Weiters ist es von Nachteil, dass nur ölfreier und vollkommen reiner Wasserdampf für die Beheizung verwendet werden darf. Aus diesen Gründen wird dieses Verfahren in manchen Ländern von den Gesundheitsbehörden nicht zugelassen.
Beim Verfahren laut vorliegender Erfindung wird die Milch in mehreren Wärmeaustauschabteilungen auf indirekte Art erhitzt und wieder abgekühlt, wobei durch bestimmte Drücke in einzelnen Stufen der Wärmebehandlung die eingangs geschilderten Nachteile vermieden werden.
Nach einem bekannten, für die Pasteurisierung von Milch bestimmten Verfahren wird die aus der re- generativen Vorwärmestufe kommende Milch in eine Pumpe geleitet und von dieser unter erhöhtem Druck durch die Erhitzerabteilung und die nachgeschalteten Rückkühlstufen des regenerativen Wärmeaustauschers gepumpt, wobei die Druckverhältnisse so gehalten werden, dass die pasteurisierte Milch jeweils unter einem höheren Druck steht, als die durch dasselbe Plattenpaket strömende unpasteurisierte Milch. Die absolute Druckhöhe ist hiebei ohne Bedeutung. Zweck dieser Massnahme ist es, bei eventuell auftretenden Undichtigkeiten in den Platten des Wärmeaustauschers, ein Übertreten der unpasteurisierten in die pasteurisierte Milch zu verhindern.
Beim Verfahren nach vorliegender Erfindung sind jedoch die absoluten Drücke in den Stufen der Wärmebehandlung von wesentlicher Bedeutung.
Das Verfahren ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und hat folgenden Verlauf :
Die kalte Milch gelangt von einem mittels eines Schwimmers gesteuerten Vorlaufbehälter 1 in eine Pumpe 2, die sie in die erste Vorwärmeabteilung 3 eines Plattenapparates drückt, in der sie auf zirka 350C erwärmt wird. Aus dieser fliesst sie in die zweite Vorwärmeabteilung 4, die sie mit zirka 500C verlässt, um in der Zentrifuge 5 gereinigt und im Homogenisator 6 homogenisiert zu
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werden. Die Erhitzung bis 500C erfolgt dabei ohne nennenswerten Überdruck, da die Pumpe 2 so ausgelegt ist, dass sie gerade den sich ergebenden Durchflusswiderstand der ersten beiden Abteilungen überwindet.
Vor Eintritt in die dritte Vorwärmestufe 8 wird der Druck mittels einer Pumpe 7 oder direkt durch die Homogenisiermaschine 6 auf zirka 11 atü erhöht, so dass die Milch beim Austritt aus der eigentlichen Erhitzerabteilung 9, mit zirka 130 C, noch unter einem Überdruck von zirka 10 atm steht. In den beiden, von der erhitzten Milch nun im Gegenstrom durchflossenen regenerativen Wärmeaustauschabteilungen 8 und 4 tritt nur ein geringfügiger Druckabfall auf, so dass die auf zirka 650C rückgekühlte Milch noch unter einem Überdruck von zirka 9 atü steht.
Unter diesem Druck wird die Milch in einen Entgasungsbehälter 10 eingespritzt, der unter einem Vakuum steht, welches dem Dampfdruck bei der Milchtemperatur entspricht, das sind zirka 0,25 ata bei 65 C. Durch die erfindungsgemäss angewendete Druckerhöhung einerseits und die plötzliche Entspannung unter Vakuum anderseits, trittnun ein überraschender und in seiner Wirkung überaus günstiger Effekt auf : Durch die Drucksteigerung auf zirka 10 atü werden die in der Milch enthaltenen Gasteilchen stark komprimiert, so dass sie nur 1/10 ihres ursprünglichen Volumens haben. Hiedurch wird nicht nur eine Verringerung der Belagbildung an den Heizflächen erreicht, sondern auch die chemische Reaktion durch Verkleinerung der Oberflächen der Gasteilchen stark verringert.
Durch das plötzliche Entspannen im Vakuumbehälter tritt eine momentane Vergrösserung der Gasteilchen auf das zirka 40fache Volumen ein, wodurch eine Art Waschung der Milch durch die austretenden Gasteilcben erfolgt, welche dabei die unangenehmen Geruchs- und Geschmacksstoffe aus der Milch ziehen. Die Gase werden über eine Leitung 11 von einer Vakuumpumpe 12 abgesaugt. Erfindungsgemäss werden die im Vakuumbehälter 10 ausgeschiedenen Gase und flüchtigen Stoffe nicht über einen Kondensator geleitet, sondern direkt von der Vakuumpumpe 12 abgesaugt. Hiedurch wird erreicht, dass fast keine Brüdenbildung auftritt und daher auch praktisch kein Wasserentzug der Milch. Als Vakuumpumpe ist eine selbstansaugende Wasserringpumpe vorgesehen, der ständig eine geringe Wassermenge zugeführt wird.
Die Pumpe könnte auch durch eine andere Vakuumpumpe, z. B. eine Wasserstrahlpumpe, ersetzt werden.
Die entgaste Milch wird von einer Pumpe 13 durch die Wärmeaustauschabteilung 3, die sie mit zirka 400C verlässt, gefördert und fliesst hierauf durch die Wasser-Kühlabteilung 14, die sie mit der für die Abfüllung vorgesehenen Temperatur von 180C verlässt.
Die Beheizung der Erhitzerabteilung erfolgt durch im Gegenstrom zur Milch fliessendes Heisswasser von zirka l34 C, welches von einer Pumpe 15 umgewälzt wird. Erfindungsgemäss wird das Heisswassersystem mittels Druckluft unter einem Überdruck gehalten, der etwa dem Druck der Milch in der Erhitzerabteilung entspricht. Der Druck des Heisswassers ist dabei wesentlich höher, als sein Dampfdruck.
Durch diese Massnahme werden Kavitationserscheinungen, die zu Schäden an den Heizflächen und der Heisswasserpumpe führen könnten, verhindert. Ausserdem wird dadurch in der Erhitzerabteilung zwischen der Milch und dem Heisswasser nahezu ein Druckausgleich herbeigeführt, der die Beanspruchung der Wärmeaustauschplatten herabsetzt. Die Wärmezufuhr für das Heisswasser erfolgt in bekannter Weise durch Dampf, über einen Wärmeaustauscher 16.
PATENTANSPRÜCHE-
1. Verfahren zur Sterilisierung von Milch in einem Plattenwärmeaustauschapparat, wobei die Erhitzung wenigstens während eines Teiles der Erhitzungsstufen unter erhöhtem Druck erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Milch in der Erhitzerabteilung auf einem Druck von über 7 atü gehalten und nach anschliessender Rückkühlung auf eine Temperatur von unter 1000C in einen Entgasungsbehälter eingespritzt wird, der unter einem Vakuum steht, dessen Höhe dem Dampfdruck der einströmenden Flüssigkeit entspricht.