Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines therapeutisch und diätetisch wirksamen Getränkes Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines therapeutisch und diätetisch wirk samen Getränkes mit Mineralwassercharakter, wobei weitgehend entlüftetes Wasser in einem gasdicht ab- schliessbaren Reaktionsraum mit Kohlendioxyd sowie mit Stoffen, welche in kohlensäurehaltigem Wasser löslich sind, versetzt und gemischt wird.
Das Kohlendioxyd ist .ein wesentlicher Bestand teil der meisten Mineralwässer. Es ist nicht nur die Ursache der erfrischenden Wirkung dieser Mineral wässer, sondern auch für die Löslichkeit von Bikar- bonaten, z. B. des Kalziums, bestimmend.
Normalerweise ist der Gehalt an Bikarbonat, z. B. bei Kalziumbikarbonat, eine Funktion des Gehaltes an Kohlendioxyd. Mit zunehmendem Gehalt an Koh lendioxyd nimmt auch der Gehalt an Bikarbonat bzw. des kaiionischen Partners (bei Kalziumbikarbo- nat ist der Partner der HCOä - Ionen das Ca + t -Ion) zu.
Üblicherweise erfolgt bei der Herstellung eines künstlichen Kohlendioxyd enthaltenden Getränkes die Zugabe von Kohlendioxyd zu Wasser oder einer mit Mineralstoffen versetzten wässrigen Lösung un ter Anwendung sehr hoher Kohlendioxyd-Imprägnier- drucke von mehreren at. Dabei wird vor allem mit sogenannten Imprägnierpumpen gearbeitet, deren Be triebsdrucke bei etwa 6 bis 12 at liegen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass das im Wasser zu lösende Kohlen dioxyd nach dem gasdichten Abschluss des min- destens teilweise mit Wasser gefüllten Reaktionsrau mes und nach Evakuierung eines allenfalls verblei benden Luftraumes in den Reaktionsraum unter einem Kohlendioxyd-Partialdruck, welcher 1 at höch stens unwesentlich überschreitet,
eingeführt und wäh- rend eines Mischprozesses eine mechanische feinste Verteilung der gasförmigen und flüssigen Phase des reagierenden heterogenen Stoffsystems erzeugt wird und dass vor, während oder nach :dem Lösen des Kohlendioxyds solche Kalziumverbindungen zuge führt werden, die durch Reaktion mit dem Wasser und dem Kohlendioxyd Bikarbonate ergeben.
Das durch das erfindungsgemässe Verfahren her gestellte Getränk zeichnet sich durch besondere phy siologische Wirksamkeit aus, was durch ,eingehende klinische Untersuchungen bei :einem vorwiegend Kal- ziumbikarbonat enthaltenden, nach dem erfindungs- gemässen Verfahren hergestellten Getränk festgestellt wurde.
Die klinischen Erprobungen lieferten vor allem hinsichtlich der Resorbierbarkest der Mineral stoffe und der Verträglichkeit des Getränkes ausge zeichnete Ergebnisse.
Die Bedeutung des erfindungsgemässen Verfah rens liegt aber auch darin, dass man wegen der gerin gen während des Verfahrens herrschenden Kohlen dioxyd-Partialdrucke mit einfachen Herstellungs-, Abfüll- und Aufbewahrungsvorrichtungen arbeiten kann.
Es erübrigen sich jegliche komplizierte Ab füllmechanismen, so erübrigen sich Sicherheitseinrich- tungen, und es ist überhaupt der ganze Aufwand an mechanischen Einrichtungen weitaus geringer als bei spielsweise bei den üblichen einigermassen leistungs fähigen Imprägnierpumpen.
In den Zeichnungen Fig. 1 bis 6 sind Einrichtun gen zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfah- rens dargestellt, die jedoch :nicht sämtliche Möglich keiten erschöpfen.
Die Vorrichtung gemäss Fig. 1 besteht aus, einem Kessel 1 beispielsweise aus, Kupfer. Der Kessel 1 ist in einem Bottich 2 gelagert und die Zwischenräume zwischen Bottich 2 und Kessel 1 sind mit Eis 3 aus- gefüllt. Der Kessel wird bei Betrieb mit einem Deckel 4 luftdicht verschlossen. Die Löcher 5, 6 und 7 im Deckel werden während des Betriebes ebenfalls luft dicht verschlossen, und zwar die Löcher 5 und 6 mit tels Hähnen<I>5a</I> und 6a in den Zuleitungsrohren 5b und 6b sowie das Loch 7 mittels eines, luftdichten Wellenlagers B.
Das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren ge staltet sich mit dieser Einrichtung wie folgt Die Zuleitung<I>5b</I> wird mit einer Vakuumpumpe in Verbindung gebracht, die Zuleitung 6b durch den Hahn 6a fest verschlossen.
Die Vakuumpumpe schafft zunächst im Kessel raum ein gutes Vakuum. Anschliessend wird in den Kessel 1 durch die Zuleitung 6b Wasser eingeführt, und zwar bis ungefähr zu Marke 9. Das Wasser soll weitgehend entlüftet sein, wofür eine Reihe bekann ter Methoden anwendbar sind. Hierauf wird wie derum durch die Zuleitung 6b Kohlendioxyd CO. in den luftfreien Raum oberhalb der Wasseroberfläche eingelassen, und zwar beispielsweise bis zu einem Kohlendioxydpartialdruck von 1 at.
Die Rührflügel 10 und 11, welche an der Welle 12 angebracht sind., werden nun: .durch den Motor 13 in rasche Umdrehung versetzt.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung des Rührflügels 10 nahe unter der Wasseroberfläche wird diese in starkem Masse ausgepeitscht und im oberen Kesselraum ein Bereich von rasch durcheinander wir belnden faden-, tropfen- und flächenförmigen, gas umschlossenen und gasumschliessenden Wassermen gen gebildet, welche sich nach kurzer Zeit wieder mit der darunterliegenden geschlossenen Wassermenge vereinigen und durch den erfindungsgemäss nahe dem Kesselboden angebrachten Rührflügel 11,
unterstützt durch die vornehmlich nicht senkrecht stehenden und vorzugsweise mit Löchern 15 versehenen Tauchwände 14, in turbulente Durchmischung gebracht und schliesslich erneut durch den Rührflügel 10 wieder in die Kohlendioxydatmosphäre aufgepeitscht wer den.
Auf diese Weise wird die gesamte zugeführte Menge an Kohlendioxyd verbraucht und der Partial- druck sinkt nach entsprechender Rührdauer auf nahe null at.
Kann mit einer einmaligen Zugabe einer Kohlen dioxydmenge bei einem Anfangspartialdruck von 1 at nicht der gewünschte Gehalt an Kohlendioxyd er reicht werden, was im wesentlichen von dem über der Wasseroberfläche zur Verfügung stehenden Raum abhängt, so wird erneut Kohlendioxyd bis zu einem Druck von 1 at zugegeben. Dies wird in periodischer Weise so lange fortgesetzt, bis der gewünschte Ge halt an Kohlendioxyd erreicht ist.
Anstelle der periodischen Druckschwankung von 0 bis 1 at kann der Druck auch ein anderes Schwan- kungsintervall, beispielsweise von 1/2 biss 1 at auf weisen oder durch stetige gleichmässige Zugabe von Kohlendioxyd der Partialdruck auf konstanter Höhe gehalten werden.
Die sukzessive Zugabe in einen kleinen Raum erweist sich als weitaus günstiger als eine einmalige Zugabe in einem grossen Raum, denn der kleine Raum kann naturgemäss viel intensiver mit mecha nisch fein verteiltem Wasser durchsetzt werden als der grosse, und diese Intensität ist bedeutungsvoll.
Die erfindungsgemässe Anordnung von 2 Rühr- flügeln kann auf mehrere Rührflügel erweitert wer den, wenn beispielsweise ein sehr grosser Kessel ver wendet wird mit grosser Wassertiefe. Vorteilhaft ist es, die Rührflügel an der Welle 12 verschiebbar an zuordnen, beispielsweise zur Anpassung an den Was serstand. Für die Montage praktisch erweisen sich so genannte Spreizflügel, welche erst bei Rotation durch die Zentrifugalwirkung in waagrechte Stellung ge langen.
Die Rührflügel müssen nicht alle an derselben Welle angeordnet sein. Es können auch mehrere Wel len, beispielsweise zwei, vorhanden sein, welche sich sowohl gleichsinnig als auch gegenseitig drehen und zueinander sowohl parallel als auch beliebig gekreuzt angeordnet sein können.
Der Gehalt an Kohlendioxyd kann in geringerem Ausmass auch durch Temperaturerniedrigung erhöht werden, da bekanntlich die Aufnahmefähigkeit des Wassers für Gase und somit auch für Kohlendioxyd mit Temperaturabfall steigt. Zu diesem Zweck dient die in Fig. 1 gezeigte Kühlvorrichtung mittels eines mit Eis gefüllten Bottichs 2 (Aussenkühlung). Statt dessen kann auch eine andere Kühlvorrichtung ver wendet werden, beispielsweise eine von Kühlwasser durchflossene Schlange im Innenraum des Kessels (Innenkühlung).
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch durch eine vollkommen andersgeartete Einrichtung gemäss den Fig. 2 bis 6 verwirklicht werden. In einem Behälter 16, welchen ein durch die .seitlichen COffnungen 17 und 18 ein- und austretender Kühl wasserstrom durchfliesst, ist ein schraubenförmiges Rohr 19 angeordnet mit drei unteren. Zuleitungen 20, 21 und 22 und einer oberen Ableitung 23. Das Rohr 19 ist längs seines Innenumfanges mindestens teilweise mit einem ebenfalls schraubenförmig gewun denen Stab 24 (Fig. 3) versehen.
Das Rohr 19 wie auch der Stab 24 können beliebiges Profil aufweisen. Die gesamte Apparatur steht unter vollkommenem Luftabschluss. Es darf durch keine der Öffnungen 20 bis 23 Luft eindringen.
Diesem Rohr 19 wird durch die Zuleitung 20 vor zugsweise entlüftetes Wasser zugeleitet. Gleichzeitig und vorzugsweise kurz vorher wird durch die Zulei tung 21 dem Rohr 19 Kohlendioxyd in feinster me chanischer Verteilung, beispielsweise mittels einer Düse mit vorgesetztem feinem Filter zugegeben. Die Kohlendioxydbläschen setzen sich am Rand des Roh res 19 ab, wobei die Menge der haftenden Bläschen durch den Wendelstab 24 wesentlich erhöht wird.
Ein und dasselbe strömende Wasserteilchen hat die Gelegenheit, sehr oft mit einem Kohlendioxyd teilchen in Berührung zu kommen, zumal der Weg durch die doppelte Wendelung vom Eintritt des Was sers bis zu seinem Austritt überaus lang ist ; die er- findungsgemässe Forderung nach mechanisch fein ster Verteilung der flüssigen und gasförmigen Phase ist daher erfüllt.
Für die Wiederholbarkeit der Kohlendioxydauf nahme durch dasselbe Wasserteilchen ist natürlich die Länge des Wasserweges wichtig. Je länger .der Was serweg, um so öfter kann ein und dasselbe Flüssig keitsteilchen mit einem Kohlendioxydbläschen in Be rührung kommen. Man wird deshalb das Rohr 19 möglichst lang herstellen.
Zur Verlängerung des Wasserweges dient einer seits der Wendelstab 24, anderseits können: mehrere der in Fig. 2 gezeigten Einrichtungen in: Reihe ge schaltet werden, beispielsweise gemäss Fig. 6 drei Kühlbehälter 16, 16a, 16b mit den Schraubenrohren 19, 19a, 19b, wobei es zweckmässig ist, die für den zu erreichenden Gehalt an Kohlendioxyd nötige, der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers entsprechende, in der Zeiteinheit zuzugebende Menge an Kohlen dioxyd nicht auf einmal durch die Zuleitungen 21, 22, sondern teilweise auch durch die Zuleitungen 21a sowie 21b zuzuführen.
Auf die Ausführung und Anordnung des Wendel stabes 24 ist aus mehreren Gründen zu achten. Die Aufgabe, den Wasserweg zu vergrössern, erfüllt der Wendelstab 24 um so besser, je grösser sein Quer schnitt ist, dann wird dem Wasser leichter die ge wünschte Doppelwendelbahn aufgezwungen, im glei chen Sinn wie die Verkleinerung des Rohrquerschnit tes, und die Verwendung eines zweiten oder meh rere gleichsinnig gewundener Wendelstäbe.
Die Wahl der Steigung des Wendelstabes ist hier bei nicht unwesentlich. Je weniger steil die Wen- delung des Stabes 24 ist, um so besser kann die Weg länge vergrössert werden. Ist die Steigung des Wen delstabes 24 jedoch zu gering, so wird das Wasser nicht mehr eine Schraubenbewegung entlang des Stabes 24 vollführen, sondern diesen überkreuzen und nur noch eine leicht gestörte Bewegung in Richtung des Rohres 19 ausführen.
Anstatt :den Wasserweg zu vergrössern, kann auch die Erzeugung einer turbulenten Strömung das wie derholte Zusammentreffen eines Wasserteilchens mit Kohlendioxyd fördern. Die Turbulenz einer Rohr strömung hängt einmal von der Reynold'schen Zahl R =
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(e Dichte, v Geschwindigkeit, a Rohr querschnitt, q Zähigkeit) ab. Erst wenn ein bestimm ter Mindestwert von R erreicht wird, kann turbulente Strömung existieren. Am einfachsten wäre dieser Wert durch Geschwindigkeitserhöhung zu erreichen.
Nun soll aber die Geschwindigkeit v des Wassers nicht mehr hoch sein, wie unten ausgeführt; ebenso soll der Rohrquerschnitt a nicht zu gross sein, da alle Wasserteilchen nicht weit von der mit Kohlendioxyd behafteten Rohrwand entfernt sein sollen. Die Dichte und die Zähigkeit il sind Konstante.
Die Turbulenz kann also durch Erhöhung der Reynold'schen Zahl nicht erreicht werden, wohl aber durch Strömung des Wasserweges. Besonders wirkungsvoll ist dabei bei spielsweise gemäss Fig. 4 die Verwendung von zwei gegensinnig gewundenen Wendelstäben 24 und 25.
Auch Unterbrechungen der Wendelung und plötzli che Änderungen des Drehsinnes der Wendelung, wie sie in Fig. 5 gezeigt sind, ermöglichen eine turbulente Strömung.
Der Wendelstab 24 bzw. 25 hat nicht nur auf die Länge des Wasserweges oder auf die Turbulenz einen Einfluss, sondern in grossem Masse auch auf die Adhäsion der Kohlendioxydbläschen. Die Adhäsion wird durch Vergrösserung der Fläche verbessert und die Tendenz der Kohlendioxydbläschen, infolge des Auftriebes im Wasser aufzusteigen, gehemmt. Durch Variation der Steigung des Wendelstabes kann die Verteilung der Kohlendioxydbläschen in .der der Ge schwindigkeit des Wassers entsprechenden Weise re guliert werden.
Die Geschwindigkeit des Wasser darf im allge meinen nicht zu hoch sein, da bei hoher Geschwin digkeit die Kohlendioxydbläschen zu rasch mitgeris sen werden und sich nicht in entsprechender Zahl an der Rohrwandung absetzen können.
Bisher wurde in den beschriebenen Ausführungs- beispielen für die Vorrichtung zur Ausübung des er findungsgemässen Verfahrens nur die Zugabe des Kohlendioxyds berücksichtigt und die Zugabe der Mineralstoffe ausser acht gelassen.
Zur Erzeugung eines KaMu:mbikarbonat enthal tenden Getränkes ist es zweckmässig, hinsichtlich der Zugabe der nötigen Mineralstoffe beispielsweise wie folgt vorzugehen Als Ausgangssubstanz für die Bildung des Kal- ziumbikarbonats wird Kalziumhydroxyd vor, wäh rend oder nach der Lösung des Kohlendioxyds dem im Reaktionsraum befindlichen Wasser bzw. der be reits vorliegenden Lösung von Kohlendioxyd in Was ser zugeführt.
Unter Reaktion mit dem Kohlendioxyd entsteht dabei eine im wesentlichen wässrige Lösung von Kal- ziumbikarbonat.
Das Kalziumhydroxyd wird zweckmässigerweise als Kalkmilch dem Wasser zugegeben und zwar im Falle der Verwendung einer Vorrichtung gemäss Fig. 1 durch die Zuleitung 6b.
Nach der Zugabe von Kalziumhydroxyd wird wie derum durch die Zuleitung 6b Kohlendioxyd C02 in den luftfreien Raum oberhalb der Wasseroberfläche eingelassen, und zwar beispielsweise bis zu einem Kohlendioxydpartialdruck von 1 at.
Hierauf werden die Rührflügel 10 und 11, wel che an. der Welle 12 angebracht sind, durch den Mo tor 13 in rasche Umdrehung versetzt.
Auf diese Weise wird die gesamte zugeführte Menge an Kohlendioxyd verbraucht und der Partial- druck sinkt nach entsprechender Rührdauer auf nahe null ab. Auserdem wird das gelöste Kalziumhydroxyd verringert, so dass das zu Beginn des Prozesses über schüssige suspendierte Kalziumhydroxyd in Lösung gehen kann.
Kann mit einer einmaligen Zugabe einer Kohlen säuremenge bei einem Anfangspartialdruck von 1 at nicht der der zugegebenen Menge an Kalziumhydro- xyd entsprechende Kalziumgehalt in Form von ge löstem Kalziumbikarbonat und Kalziumkarbonat er reicht werden, was im wesentlichen von dem über der Wasseroberfläche zur Verfügung stehenden Raum abhängt, so wird erneut Kohlendioxyd bis zu einem Druck von 1 at zugegeben.
Dies wird in periodischer Weise so lange fortgesetzt, bis der dem zugegebenen Kalziumhydroxyd entsprechende Kalziumgehalt er reicht ist.
Genauso wie das Kohlendioxyd kann auch das Kalziumhydroxyd sukzessive zugegeben werden, wo durch das Kalziumhydroxyd in suspendierter Form, wie es bei einmaliger Zugabe zu Beginn des Prozesses vorhanden ist, vermieden wird.
In Abwandlung der beschriebenen beispielsweisen Verfahrensschritte kann zunächst das in den Kessel 1 eingefüllte Wasser unter vorheriger Entfernung der Luft mit Kohlendioxyd, welches durch die Zuleitung 6b zugeführt wird, unter kräftigem Rühren angerei chert werden.
Nach der Anreicherung mit Kohlendioxyd wird erneut evakuiert und einTeil des für den gewünschten Kalziumgehalt notwendigen Kalziumhydroxyds zuge führt. Die erneute Evakuierung ist günstig, da da durch die, wenn auch nur in kleinem Masstab mög liche, zwischen Kalziumhydroxyd und dem Kohlen dioxyd eintretende Reaktion, welche in Abwesenheit von Wasser und schwer löslichem Karbonat führt, verhindert wird.
Anschliessend an die Zugabe von Kalziumhydro- xyd wird das Rührwerk in Bewegung gesetzt und wie früher Kohlendioxyd durch die Zuleitung 6b einströ men gelassen. Nach vollständiger Absorption des Kohlendioxyds wird erneut ein Teil der notwendigen Menge Kalziumhydroxyd zugegeben und der Im prägniervorgang wiederholt.
Nach Belieben können dem erfindungsgemäss hergestellten Getränk während des Herstellungspro zesses oder anschliessend daran. Fruchsäfte, Sirupe, Essenzen oder dergleichen zugegeben werden. Das Getränk kann dann z. B. als Limonade abgegeben wer den.