DE10016538B4 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen und schnellen Herstellen von milchbasierten Gelsystemen bei der Produktion von Käse oder käseartigen Massen - Google Patents

Abstract

Verfahren zum kontinuierlichen und schnellen Herstellen von milchbasierten Gelsystemen bei der Produktion von Käse oder käseartigen Massen, mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Vorkonzentration der Milch- bzw. Milchproteindispersion auf eine Feststoffkonzentration von 30 bis 55 Gewichtsprozent;
b) wobei Starterkulturen (6) zur fermentativen Säuerung eingemischt werden, die eine pH-Absenkung auf Werte unter 6 ermöglichen;
c) mit anschließender Wärmebehandlung (7);
d) anschließender kontinuierlicher Zudosierung einer Enzymlösung (10), wobei die Enzymlösung (10) in das wärmebehandelte, gesäuerte Milch- bzw. Milchproteinkonzentrat mit Hilfe statischer Mischelemente (11) vorgenommen wird;
e) Einhaltung einer von der Art des einzumischenden Enzyms (10) abhängigen Wartezeit und Einbringung des angesäuerten und wärmebehandelten Konzentrats in einen Gelbildungsreaktor (9);
f) das Milch- bzw. Milchproteinkonzentrat wird in dem Gelbildungsreaktor (9) 0,5 bis 5 Minuten einer lokal weitestgehend konstant ausgeprägten, gleichmäßigen Hochscherbeanspruchung mit über die Drehzahl einstellbaren Schergeschwindigkeiten von 50 bis 1000 1/s unterworfen;
g) woraufhin anschließend nach dieser Verweilzeit...

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen und schnellen Herstellen von milchbasierten Gelsystemen, bei der Produktion von Käse oder käseartigen Massen.
• Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.
• Die herkömmliche Erzeugung von milchbasierten Gelsystemen mit hohem Trockensubstanzgehalt findet sich beispielsweise in der Hartkäseherstellung. Die Käsereimilch wird dabei in einem ersten Schritt nach möglicherweise bereits vorab erfolgter thermischer Vorbehandlung der Milch (z. B. Pasteurisation, Fett- und Proteingehaltseinstellung, Zusatz von Salzen, Farbstoffen), mit sogenannten Starterkulturen (Mikroorganismenmischkulturen) versetzt, welche insbesondere Milchsäurebakterien beinhalten. Diese erzeugen im sogenannten Fermentations- oder Säuerungsschritt Milchsäure, welche zur pH-Absenkung der Käsereimilch führt. Die pH-Absenkung auf Werte ≤ ca. 6 ist Voraussetzung für die Dicklegung der Milch und die optimale Wirkung des Labenzyms (Chymosin). Nach der Säuerungsaktion erfolgt die Zugabe von Labferment/Chymosin (Enzym). Dies bewirkt die Dicklegung der Käsereimilch, das heißt, die Ausbildung einer Kaseingelstruktur.
• In einem weiteren Prozeßschritt gemäß herkömmlicher Verfahrensweise wird der sog. Käsebruch (Kaseingel) in würfel- bzw. quaderförmige Stücke geschnitten, um den Abfluß von Molke zu erleichtern. Es wird bewußt Wert darauf gelegt, daß bei diesen Schneidevorgängen möglichst wenig „Feingut" (sog. Käsestaub) erzeugt wird. Derartiges Feingut repräsentiert im herkömmlichen Prozeß nicht mehr gelbildungsfähiges Material, das die Ausbildung einer kontinuierlichen Struktur des Produktes beeinträchtigen kann. Nach weitgehender Molkedrainage wird der Käsebruch in Formen gefüllt und dort unter definierten Druck und Temperaturbedingungen über mehrere Stunden sukzessive weiterkomprimiert. Dabei erfolgt die weitere Drainage von Molke bis der Endtrockenstoffgehalt bzw. die Endstruktur erreicht ist. Bei den meisten Hartkäsen erfolgt in einem nächsten Schritt das Salzen. Dabei finden diffusionsgesteuerte Transportvorgänge des Salzes in den Käse bzw. Wasser aus dem Käse auf einer mehrstündigen Zeitskala statt. Beim abschließenden Reifen erfolgt einerseits die Aromabildung auf Basis der ablaufenden mikrobiologischen Reifungsvorgänge. Verbunden damit erfolgt der Abschluß der Struktur- bzw. Texturausbildung.
• Als besonders zeitaufwendige Prozeßschritte gelten in der beschriebenen Hartkäseherstellung:
• – die Molkendrainage nach Schneiden des Käsebruchs
• – die Druckverfestigung des in Formen gefüllten Käsebruchs unter weitergehender Molkedrainage
• – die diffusionsgesteuerte Aufnahme von Salz im Salzbad.
• Die Summe aller dieser Vorgänge nimmt bei der Hartkäseherstellung typischerweise 5 bis 24 Stunden in Anspruch. Der Abfluß von Molke aus dem gebildeten Kaseingelgerüst erfolgt gezielt weitgehend, da zum Teil der Einschluß der Molkenproteine zu Inhomogenitäten bzw. Textur- oder Konsistenz- und Aromafehlern im fertigen herkömmlichen Produkt führen kann.
• Für die Herstellung von enzyminduzierten, milchbasierten Gelstrukturen mit hohem Trockensubstanzgehalt (35 bis 55 Prozent) sind bislang keine Verfahren bekannt, welche vom Endprodukttrockenstoffgehalt ausgehen, und unter derartigen Bedingungen ein mikrohomogenes elastisches Gelgerüst kontinuierlich erzeugen lassen.
• Aus der DE 36 36 625 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines fermentierten Milcherzeugnisses vorbekannt, wobei Milch einer Ultrafiltration unterzogen wird und das erhaltene Retentat fermentiert wird. Das mit einem Eiweißgehalt von 5 bis 8 %, einem Fettgehalt von 0,5 bis 5 % und einem Stickstoffgasgehalt von maximal 7 mg/kg versehene Retentat wird auf ein pH von 4,4–4,7 gesäuert, wonach das erhaltene Produkt derartigen Scherkräften unterzogen wird, daß eine homogene Masse erhalten wird mit einer Festigkeit von 10 bis 25, ausgedrückt in mm Eindringtiefe pro 10 Sekunden eines kegelförmigen Körpers mit einem Scheitelwinkel von 90° und einer Masse von 54,8 g.
• Aus der AT 273 638 ist ein Verfahren zur vorzugsweise kontinuierlichen Käseherstellung aus Milch vorbekannt, nach welchem die Milch auf einen Feststoffgehalt von 13 bis 60 Gew.-% entwässert und zur Kaltbehandlung mit Lab abgekühlt wird, wonach Lab zugesetzt, die Milch zum Gerinnen aufgewärmt, die gebildete Masse in Stücke geteilt und gegebenenfalls vorliegende Molke entfernt wird, woraufhin die zum Gerinnen zu bringende Milch nach der Kaltbehandlung mit Lab auf die Gerinnungstemperatur direkt, entweder durch Einleitung von Dampf oder elektrisch durch Hochfrequenzbestrahlung, erhitzt wird. Die auf die Gerinnungstemperatur erhitzte Milch wird in einer Gerinnungskammer zum Gerinnen gebracht, um eine zusammenhängende Masse zu bilden. Die Temperatur der Käsemasse in der Gerinnungskammer wird je nach Art des herzustellenden Käses bei einem auf die Synärese geeigneten Wert gehalten. Die Milch kann auch direkt erhitzt werden, die während der Entwässerung auf eine Konzentration eingeengt wird, bei welcher deren Feststoffgehalt nach Entfernung der kristallisierten Lactose dem Feststoffgehalt der zu erhaltenden Käsemasse entspricht, wodurch die Verfahrensstufe der Molkeabtrennung nach der Verfahrensstufe des Gerinnens entfallen kann.
• Aus der „Deutsche Molkerei-Zeitung", 1967, S. 704–707, ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Käseherstellung mit Multitub-Käsefertigern vorbekannt. Dabei wird ausgeführt, daß zum kontinuierlichen Einlaben die Gerinnungszeit der Milch verkürzt werden soll. Hierfür sei vorgeschlagen worden: Vorsäuerung der Milch, enzymatische Vorbehandlung mit Lab und anderen Enzymen, Verwendung von Milch mit Milchpulverzusatz oder Verwendung eingedickter Milch als Käsereimilch. Man könne die kontinuierliche Gewinnung der Milch in Röhren mit beliebigen Durchmessern durchführen. In der Praxis seien jedoch stets große Zylinder verwendet worden, weil man nur bei großen Durchmessern eines Rohres, das heißt des Einlabungszylinders, die erforderliche Stundenleistung von 500 bis 5000 Liter erzielen könne. Die Verwendung großer Rohre oder Zylinder für die kontinuierliche Einlabung setze voraus, daß die Milch vor Eintritt in den Gerinnungszylinder sehr schnell mit einem Plattenerhitzer auf Einlabungstemperatur erwärmt werde, da indirekte Erhitzung der Milch im Einlabungszylinder selbst nicht möglich sei, weil die Wärme zu langsam bis zum Kern des Rohres vordringe. Die Verwendung von Einlabungszylindern mache es ferner notwendig, daß besondere Käsebruch-Entnahmevorrichtungen sowie Schneidvorrichtungen, die den Käsebruch in die üblichen Stücke unterteilten, entwickelt werden mußten. Wenn man durch Verwendung eingedickter Milch, enzymatischer Vorbehandlung in der Kälte und durch Vorsäuerung die Geschwindigkeit der Labgerinnung bis auf wenige Sekunden verkürze, so mache auch die Erhitzung der Milch im Plattenerhitzer Schwierigkeiten, weil zu früh Gerinnungserscheinungen auftreten könnten. Deshalb habe man ein Verfahren entwickelt, bei dem die Erwärmung kalt eingelabter, eingedickter Milch durch Vermischung mit Heißwasser zu erzielen sei. Wenn man hierfür Rohre mit entsprechender Leistung verwende, so ergäben sich zwar bei Vermischen von eingelabter Milch und Heißwasser Käsebruchstücke und -körner, jedoch seien diese sehr ungleichmäßig, weil die Unterteilung nur durch Flüssigkeitswirbel erfolge. Entwickelt worden sei auch ein Verfahren und eine Vorrichtung für die kontinuierliche Käseherstellung, bei welchem die Dicklegung der Milch und die Käse bruchbearbeitung in Röhren und Kanälen erfolge, deren Durchmesser bzw. deren Höhe der gewünschten Kantenlänge des Bruchstückes entspreche. Eine neue Methode zur kontinuierlichen Einlabung sei allerdings nicht gefunden worden. Die Arbeit des Käsefertigers übernehmen Rohre mit Heizmantel. Für Versuchszwecke seien für die kontinuierliche Einlabung auch kleinere Röhren verwendet worden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der vorausgesetzten Gattung dahingehend zu verbessern, daß die Nachteile des Standes der Technik restlos beseitigt werden und die Verfahrensweise erheblich beschleunigt abläuft.
• Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zur industriellen Anwendung geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen.
• Lösung der Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens
• Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.
• Einige Vorteile
• Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Ausbildung einer mikrohomogenen Gelstruktur mit Endtrockensubstanzgehalt von 35 bis 55 Prozent innerhalb eines Zeitraumes von zwei bis zehn Minuten. Der anschließende Ausformprozeß benötigt maximal weitere zehn Minuten, bezogen auf den Gelbildungsprozeß. Eine Molkendrainage erfolgt nicht. Somit entstehen auch keine Molkenproteinverluste. Der Einbau der Molkenproteine in die Kaseingelstruktur kann aufgrund der intensiven Scherströmung im Gelbildungsschritt (ausgeführt in einem später beschriebenen Gelbildungsreaktor) derart mikrohomogen erfolgen, so daß keine Texturinhomogenitäten und daraus resultierende Textur- und bzw. Konsistenzfehler resultieren.
• Die durch Scherkrafteinwirkung beschleunigte Gelreaktion läßt innerhalb von zwei bis zehn Minuten ein sehr kompaktes, elastisches und formbares Gel erzeugen. Bei herkömmlichen Verfahren nimmt der Gelbildungs- und Aufkonzentrationsprozeß bis zum Erreichen der ausgeformten Produktstruktur Zeitspannen von ≥ fünf bis acht Stunden in Anspruch.
• Im einzelnen besteht das erfindungsgemäße Verfahren aus folgenden Prozeßschritten:
• a) Vorkonzentration der Milch- bzw. Milchproteindispersion
• b) Ansäuren/Fermentieren
• c) Pasteurisation
• d) Einmischung von Labenzym/Chymosin
• e) Gelbildungsreaktion im Hochscherströmungsfeld
• f) Kontinuierliches Ausformen des Gels
• g) Schneiden und Verpacken
• h) Reifen (z. B. auch Folienreifung)
• Im folgenden werden diese Prozeßteilschritte detailliert beschrieben.
• Zu a)
• Der Konzentrationsschritt kann sowohl mittels Membranverfahren (Mikro-/Ultrafiltration), Vakuumverdampfung als auch durch Einmischen von Milchpulver mittels Dispergiervorrichtung oder mittels einer Kombination dieser drei Teilschritte erfolgen. Die einzustellende Feststoffkonzentration beträgt vorzugsweise 35 bis 55 Gewichtsprozent.
• Zu b)
• Beim Ansäuern bzw. der Fermentation mit Starterkulturen (Milchsäurebakterien) ist die hohe Trockenstoffkonzentration zu berücksichtigen. Durch geeignete Starterkulturen kann unter entsprechenden Konzentrationsbedingungen effizient, das heißt innerhalb von zwei bis vier Stunden, eine pH-Absenkung auf Werte unter 6 erreicht werden.
• Zu c)
• Im erfindungsgemäßen Verfahren wird gegebenenfalls die Wärmebehandlung in einem vorgeschalteten, oder nach der Fermentation erfolgenden Pasteurisationsschritt variiert (z. B. > 70° C/< 20 Sekunden). Dies schafft die Möglichkeit den Denaturierungsgrad des Molkenproteinanteils gezielt zu beeinflussen und damit einen ebenso gezielten Einfluß auf die Eigenschaften der resultierenden Gelstruktur zu nehmen.
• Zu d)
• Die kontinuierliche mikrohomogene Einmischung von Labenzym in das wärmebehandelte, gesäuerte Konzentrat erfolgt erfindungsgemäß mit Hilfe statischer Mischelemente direkt in die Produktrohrleitung, in welche das Labenzym/Chymosin kontinuierlich zudosiert wird.
• Zu e)
• Der Gelbildungsreaktor wird erfindungsgemäß bevorzugt als sog. kontinuierlicher Engspaltreaktor ausgeführt. Der enge Spalt wird gebildet zwischen einem Gehäuse mit mehreren zylindrischen Bohrungen bzw. einer zylindrischen Bohrung und in diesen Bohrungen (bzw. Bohrung) rotierenden Element(en). Die rotierenden Elemente besitzen vorzugsweise wandschabende Aufbauten (z. B. Messer, Schaber, helikale Schneckenbänder). In einer speziellen Ausführungsform mit zwei rotierenden Elementen und aufgesetzten helikalen Schneckenbändern wird ein Engspalt-Doppelschneckenextruder ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform kann ein rotierendes Element mit Wandschabern und gegebenenfalls Förderelementen (z. B. mitrotierende angestellte Strömungsleitbleche) ausgestattet sein. Von entscheidender Wichtigkeit sind im erfindungsgemäßen Gelbildungsreaktor:
• a) die über den gesamten Gelbildungsreaktor lokal weitestgehend konstante ausgeprägte Scherbeanspruchung mit Schergeschwindigkeiten von ca. 50 bis 1000 1/s;
• b) das enge Verweilzeitspektrum im Gelbildungsreaktor bei mittleren Verweilzeiten von 0,5 bis 5 Minuten;
• c) der optimiert schnelle und gleichmäßige lokale Wärme- und Stoffübergang (für Gelbildungs/Enzymreaktion).
• Diese Kriterien werden vom erfindungsgemäß entwickelten Engspaltgelbildungsreaktor optimal abstimmbar erfüllt.
• Zu f)
• Die Ausformung der im Gelreaktor gebildeten Gelmatrix erfolgt am Austritt des Engspaltgelbildungsreaktors in einer ohne Absätze bzw. Kanten ausgebildeten konischen Auslaufzone, welche sich in einem Ausformrohr fortsetzt. Durch Wandreibung bzw. Hydrostatik (bei Senkrechtführung) wird in einem Ausformrohr Druck aufgebaut. Dieser führt zur verbesserten Verdichtung und homogenen Strukturbildung.
• Die Ausformung der Gelmatrix erfolgt in einem von den Prozeßparametern abhängigen Zeitfenster erfindungsgemäß derart, daß das Gel glatt und ohne Bruch Formdüse und Ausformrohr passiert. Dies setzt voraus, daß die Gelbildung im Gelbildungsreaktor noch nicht soweit vorangeschritten ist, daß das Gel eine Steifigkeit erreicht, welche die bruchfreie Passage des Formschrittes nicht mehr gewährleisten läßt. Andererseits muß die Gelbildung bereits soweit vorangeschritten sein, daß nach dem Formschritt kein Zerfließen der Gelmatrix mehr unter dem Eigengewicht des Produktes erfolgt.
• Zu g)
• Die ausgeformte Gelmatrix kann geschnitten bzw. geformt und verpackt werden.
• Zu h)
• Der Reifungsvorgang kann sowohl in der Verpackung (Folienreifung) als auch entsprechend herkömmlichem Verfahren wie bei Hartkäse in klimakontrollierten Reifungskammern erfolgen oder auch gänzlich entfallen.
• Weitere erfinderische Ausgestaltungen
• Weitere erfinderische Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 2 und 3 beschrieben.
• Lösung der Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung
• Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 4 wiedergegebenen Merkmale gelöst.
• Einige Vorteile
• Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht im industriellen Bereich innerhalb kürzester Zeit die kontinuierliche, sehr schnelle Herstellung von milchbasierten Gelsystemen zur Produktion von Käse oder käseartigen Massen.
• Weitere erfinderische Ausgestaltungen
• Weitere erfinderische Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 5 bis 19 beschrieben.
• In der Zeichnung ist die Erfindung – teils schematisch – beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen:
• 1 in Form eines Blockdiagramms einen beispielsweise erfinderischen Verfahrensablauf, und
• 2 einen schematischen Längsquerschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung.
• 1 zeigt eine Übersicht des Verfahrensschemas. In einem Schritt wird ein Milchkonzentrat bzw. Milchproteinkonzentrat hergestellt. Dies erfolgt beispielsweise mittels Membranverfahren 1 (Ultrafiltration, Mikrofiltration) und/oder Vakuumverdampfung in einer Vakuumverdampfungsanlage 2. Zusätzlich wird das Einmischen von Milchpulver 3 in Betracht gezogen. Dieses Milch- bzw. Milchproteinkonzentrat wird mittels Pumpe 4 einem Fermentationsbehälter 5 zugeführt. Im Fermentationsbehälter 5 erfolgt unter Zugabe von Starterkulturen 6 die Initiierung einer Säuerungsreaktion (Milchsäurebildung durch Milchsäurebakterien).
• Für die fermentative Ansäuerung werden Starterkulturen eingesetzt, welche möglichst kurze Fermentationszeiten in Anspruch nehmen.
• Dem Fermentationsschritt nachgeschaltet kann ein Pasteurisationsschritt in einem Schabewärmetauscher 7 oder mittels alternativer Erhitzung (Ohmsche Verfahren, Mikrowelle) sein, sofern z. B. eine selektive Abtötung von Milchsäurebakterien erfolgen soll. Ferner kann in diesem Schritt eine Beeinflussung der Molkenproteinstruktur durch den Wärmeeintrag realisiert werden. Dies hat zur Folge, daß ein unterschiedlicher „Einbau" der Molkenproteine in das Kaseingelgerüst erfolgt, was zu unterschiedlicher Textur des Endproduktes gezielt beiträgt. Das angesäuerte und gegebenenfalls pasteurisierte Konzentrat wird dann mittels Pumpe 8 kontinuierlich einem als Hochschergelierungsreaktor ausgebildeten Gelbildungsreaktor 9 zugeführt. Vor Eintritt in den Gelbildungsreaktor 9 wird dem Proteinkonzentrathauptstrom eine Enzymlösung 10 kontinuierlich zudosiert und im Hauptstrom mittels eines statischen Mischers 11 homogen eingemischt. Die Verweilzeit des Konzentrats nach Einmischung der Enzymlösung 10, welche die Gelbildung zu initiieren beginnt, bis zum Eintritt in den Gelbildungsreaktor 9 wird erfindungsgemäß in Abstimmung mit der Art des Enzyms sowie dem über die Ansäuerung eingestellten pH-Wert und die Temperatur (bevorzugt zwischen 40 und 42° C) auf 0,5 bis drei Minuten eingestellt. Im Gelbildungsreaktor 9 erfolgt im engen (1–10 mm) Rotationsströmungsspalt eine ausgeprägte Scherbeanspruchung des gebildeten Konzentrates. Die Gelbildungsreaktion wird dabei durch die Scherung gezielt angeregt.
• 2 zeigt eine schematische Detaildarstellung des Gelbildungsreaktors 9. Dieser ist bevorzugt in vier Zonen (I–IV) eingeteilt. Der Innenraum trägt das Bezugszeichen 12.
• Zone I ist eine Verweil-/Mischzone, in welche das Konzentrat in Richtung des Pfeiles eintritt (A). Hier bewirken auf der rotierenden Welle 13 montierte Einbauten 14 (Stifte, Blattelemente, Schaufeln) eine intensive Vermischung des Konzentrates mit dem vor Eintritt in den Gelbildungsreaktor 9 zudosierten Chymosin.
• In Zone II erfolgt die intensive Scherbehandlung im konzentrischen Zylinderspalt 15a. Diese Zone II kann gegebenenfalls auch mit wandschabenden Einbauten in Form von Schabemessern 15b oder helikalen Schnecken-/Wendelelementen 15c versehen sein, und besitzt einen Temperiermantel 21, welcher mit einem Temperierfluid 22 (z. B. Wasser) auf +/– 0,5° C genau geregelt kontinuierlich durchströmt wird.
• Zone III bezeichnet die Austrittszone aus dem Gelbildungsreaktor 9. Hier verjüngt sich der rotierende Einbau derart, daß Strömungstotzonen vermieden werden.
• Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß sowohl das rotierende Teil 16 als auch das Gehäuse 17 eine konzentrische, konisch verjüngende Form ausbilden.
• Das aus dem Gelbildungsreaktor 9 austretende gelierte Stoffsystem B wird in der Zone IV, welche nicht Teil des Gelbildungsreaktors 9 ist, in Strangform ausgeformt. Zone IV besteht bevorzugt aus einem waagerecht angeordneten Austrittsrohr 18, einem 90° Rohr-/Kanalbogen 19 mit großem Radius (R > 5D) und einem senkrecht angeordneten Endrohr/-kanalstück 20. Letzteres hat bevorzugt eine Länge von 10–60 × D, um einen hydrostatischen Druckaufbau zu gewährleisten, welcher zur die Struktur vergleichmäßigenden Verfestigung des Gelstranges beiträgt.
• Grundsätzlich können Zonen I–III des Gelbildungsreaktors 9 auch auf bis zu drei separaten Wellen in ebenso separaten getrennt temperierten Gehäusen angeordnet sein.

1

Ultrafiltration, Mikrofiltration, Membranverfahren

2

Vakuumverdampfungsanlage

3

Milchpulver

4

Pumpe

5

Fermationsbehälter, Fermentationsvorrichtung

6

Starterkulturen

7

Pasteurisierungsbehälter, Pasteurisierungsvorrichtung, Schabewärmetauscher

8

Pumpe

9

Gelbildungsreaktor, Hochschergelierungsreaktor

10

Enzymlösung

11

Mischer, statischer

12

Innenraum des Gelbildungsreaktors 9

13

Welle

14

Einbauten

15

Schabemesser, Scherelement

15a

Zylinderspalt, konzentrischer

15b

Schabemesser, Scherelement

15c

Schnecken-/Wendelelemente, Scherelemente

16

Teil, rotierendes

17

Gehäuse

18

Austrittsrohr

19

90° Bogen, Rohrbogen

20

Kanalstück, Rohr

21

Temperiermantel

22

Temperierfluid

A

Richtungspfeil, Förderungsrichtung

B

Stoffsystem, das aus Gelbildungsreaktor austritt

I

Verweil-/Mischzone

II

Zone der intensiven Scherbehandlung, Hochscherzone

III

Austrittszone

IV

Ausformungszone

Claims (19)

1. Verfahren zum kontinuierlichen und schnellen Herstellen von milchbasierten Gelsystemen bei der Produktion von Käse oder käseartigen Massen, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Vorkonzentration der Milch- bzw. Milchproteindispersion auf eine Feststoffkonzentration von 30 bis 55 Gewichtsprozent; b) wobei Starterkulturen (6) zur fermentativen Säuerung eingemischt werden, die eine pH-Absenkung auf Werte unter 6 ermöglichen; c) mit anschließender Wärmebehandlung (7); d) anschließender kontinuierlicher Zudosierung einer Enzymlösung (10), wobei die Enzymlösung (10) in das wärmebehandelte, gesäuerte Milch- bzw. Milchproteinkonzentrat mit Hilfe statischer Mischelemente (11) vorgenommen wird; e) Einhaltung einer von der Art des einzumischenden Enzyms (10) abhängigen Wartezeit und Einbringung des angesäuerten und wärmebehandelten Konzentrats in einen Gelbildungsreaktor (9); f) das Milch- bzw. Milchproteinkonzentrat wird in dem Gelbildungsreaktor (9) 0,5 bis 5 Minuten einer lokal weitestgehend konstant ausgeprägten, gleichmäßigen Hochscherbeanspruchung mit über die Drehzahl einstellbaren Schergeschwindigkeiten von 50 bis 1000 1/s unterworfen; g) woraufhin anschließend nach dieser Verweilzeit im Gelbildungsreaktor (9) das aus diesem austretende gelierte Stoffsystem kontinuierlich und schonend ausgebracht und zwischengelagert und/oder portioniert und verpackt und einem Reifeprozeß zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkonzentration mittels Membranverfahren (Mikro-/Ultrafiltration), und/oder Vakuumverdampfung und/oder durch Einmischen von Milchpulver mittels Dispergieren vorgenommen wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gel aus dem Gelbildungsreaktor (9) als Strang kontinuierlich ausgeformt wird.
4. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von enzyminduzierten Milchproteingelen mit einer Ultrafiltrationsanlage (1) und/oder einer Vakuumverdampfungsanlage (2), die über eine Rohrleitung mit einem Fermentationsbehälter (5) verbunden sind, eine Verdrängerpumpe für die Konzentratsförderung zu diesem Fermentationsbehälter (5) vorgesehen ist, und der Fermentationsbehälter (5), welcher sowohl mit einer Vorrichtung für schonendes Rühren als auch für das Dispergieren ausgestattet ist, und ebenso eine Vorrichtung zur Zudosierung von Pulverkomponenten (Milchpulver, Salz, Gewürze) als auch fluiden Komponenten zur Konzentratansäuerung aufweist, und dieser Behälter über eine weitere Verbindungsrohrleitung mit einem kontinuierlichen Gelbildungsreaktor (9) verbunden ist, der drei funktionelle Zonen, eine Verweil-/Mischzone (I), eine Hochscherzone (II) mit geeigneten Scherelementen (15a, 15b, 15c) und eine Austrittszone (III) aufweist, wobei vor Eintritt in den Gelbildungsreaktor (9) diese Rohrzuleitung mit einer Seitenstromzudosierung für Enzymlösung, einer entsprechenden Dosierpumpe sowie einem statischen Mischer (11) zur Enzymeinmischung in das angesäuerte Milchkonzentrat versehen ist und ferner dem Gelbildungsreaktor (9) eine Gelausformvorrichtung nachgeschaltet bzw. mit diesem gekoppelt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelbildungsreaktor (9) eine Scherzone (II) aufweist, welche durch ein zylindrisches Gehäuse und wenigstens ein rotierendes Element zentrisch oder exzentrisch angeordnet im Gehäusezylinder gebildet wird und außerdem mitrotierende wandschabende und/oder axial fördernde Einbauten aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Gelbildungsreaktor (9) die drei funktionellen Zonen (I)–(III) dadurch erzeugt werden, daß im Gehäusezylinder mit konstantem Zylinderinnendurchmesser ein rotierendes Innenteil installiert wird, welches über der Länge (axial) definierte Durchmesseränderungen aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Innenteil in der Verweil-/Mischzone (I) einen kleinen Kerndurchmesser besitzt und Mischelemente in Stift- oder Blattform aufweist, welche eine radiale Orientierung besitzen und sofern sie Rechteckquerschnitt aufweisen (Blattform) gegenüber der Längsachse des rotierenden Elementes derart angestellt sind, daß bei Rotation eine Rückströmungskomponente erzeugt wird und damit eine homogene Rückvermischung in Zone I (Verweil-/Mischzone) des Gelbildungsreaktors (9) resultiert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hochscherzone (II) des Gelbildungsreaktors (9) ein enger konzentrischer Zylinderspalt gebildet wird und zusätzlich mit an der Außenwand schabenden bzw. mit engem Wandspalt mitrotierenden Elementen ausgestattet ist, wobei diese Elemente die Form von Schabemessern, Schneckenstegen oder wendelartigen Geometrien aufweisen können.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Scherspalt Höhen von ≥ 1 mm und ein Radienverhältnis Ri/Ra von ≥ 0,5 aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5, 6, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das innere rotierende Element in der Austrittszone (III) des Gelbildungsreaktors (9) einen konisch bis zu einer Spitze linear oder konkav/konvex verjüngenden Querschnitt besitzt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die endseitige Spitze des inneren rotierenden Elementes eine Durchmesserdistanz des Gehäuseinnenzylinders vor dem konstanten Ausformrohrquerschnitt angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5–11, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse in der Austrittszone (III) einen konisch linear oder konvex/konkav verengenden Innenquerschnitt aufweist, welcher mit der Kontur des rotierenden Innenteils einen in der Weite konstanten Spalt bis zum Erreichen des Querschnittes des Ausformzone (IV) realisiert.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Austrittsrohr (18) mit konstantem Durchmesser an die Austrittszone (III) des Gelbildungsreaktors (9) derart anschließt, daß keine scharfen Kanten im Übergangsbereich zwischen Konus und Rohr entstehen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsrohr (18) eine beliebige Querschnittsform besitzt und als minimale Länge das Zehnfache des mittleren Durchmessers dieses Rohres aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsrohr (18) in großem Radius (R ≥ 5 × D) einen 90°-Bogen (19) nach oben beschreibt und der Querschnitt eines an den Rohrbogen (19) anschließenden geraden Teiles des Rohres (20), welches eine Mindestlänge von 10 × D bis zu einer Länge von 60 × D besitzt und eine Gelverdichtung durch hydrostatischen Druckeinfluß aufgrund des Geleigengewichtes in der Ausformzone bewirken läßt, eine Form aufweist, welche der Gelstrangquerschnitt annehmen soll.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5–15, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelbildungsreaktor (9) ein doppelwandiges Gehäuse aufweist, welches das zylindrische bzw. einseitig konische Reaktionsvolumen umgibt, und dieser Doppelmantel von einem Temperierfluid kontinuierlich durchströmt werden kann.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13–16, dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsrohr (18), 90° Bogen (19) und Rohr (20) einen fluidtemperierbaren Doppelmantel besitzt.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5–17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen (I–III) des Gelbildungsreaktors (9) in maximal drei getrennten Stufen mit jeweils einem entsprechenden rotierenden Element und einem temperierten Gehäuse ausgebildet werden.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5–17, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere nebeneinander angeordnete rotierende Elemente in einem entsprechend angepaßten Gehäuse in den Zonen (I–III) installiert sind.