DE10203190A1

DE10203190A1 - Reduzierung der Keimzahl bei Samen, Trockenfrüchten und Wurzeln

Info

Publication number: DE10203190A1
Application number: DE2002103190
Authority: DE
Inventors: Karl Benz
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2003-08-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren der Keimzahl auf Naturprodukten wie Samen, Trockenfrüchten oder Wurzeln, insbesondere von Kakaobohnen oder Dörrobst, welches die folgenden Schritte aufweist: DOLLAR A a) Einleiten des Produktes mit einer Anfangs-Produkttemperatur in einen Reaktor; DOLLAR A b) Einleiten von Heißdampf mit einer Dampftemperatur, die höher als die Produkttemperatur ist, in den das Produkt enthaltenden Reaktor, so dass an der Produktoberfläche eine Kondensation von Heißdampf und eine Erwärmung beginnt; DOLLAR A c) Fortsetzen des Einleitens von Heißdampf in den Reaktor unter Erhöhung der Dampftemepratur und/oder Dampfdruckes, so dass an der Produktoberfläche die Kondensation von Heißdampf und die Erwärmung fortgesetzt werden; wobei DOLLAR A d) die Fortsetzung der Kondensation von Heißdampf auf der Produktoberfläche und deren Erwärmung über eine erste bestimmte Zeitdauer hinweg und bis zu einer bestimmten Maximaltemperatur der Produktoberfläche derart erfolgt, dass einerseits eine Reduzierung der Keimzahl auf einen gewünschten reduzierten Wert erfolgt und andererseits nur so viel Wärme ins Produktinnere geleitet wird, dass die Temperatur im Produktinnern stets unterhalb der Rösttemperatur des Produktes liegt. DOLLAR A Bei Bedarf können nach dem Schritt a) die Schritte b) bis e) mehrmals durchlaufen werden und nach dem mehrmaligen Durchlaufen der Schritte b) bis e) die Entnahme des Produktes aus dem Reaktor erfolgen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reduzieren der Keimzahl auf Naturprodukten wie Samen, Trockenfrüchten oder Wurzeln, insbesondere von Kakaobohnen oder Dörrobst.
Verfahren zum Reduzieren der Keimzahl auf Naturprodukten ("Entkeimung", "Debakterisierung") sind aus lebensmittelhygienischen Gründen notwendig. Unter "Entkeimung" oder "Debakterisierung" versteht man dabei die weitgehende Ausschaltung jeglicher Art von Keinem wie Bakterien, Viren, Pilze und insbesondere auch Sporen. Es besteht die Gefahr, dass bei einer zu hohen Keimzahl (typischerweise in der Grössenordnung von 10⁷/g bis 10⁸/g) der Geschmack der Samen, Trockenfrüchte oder Wurzeln in unkontrollierter Weise verändert wird oder das Naturprodukt durch die Keime völlig zerstört wird und verdirbt. Erst eine möglichst geringe Keimzahl (< 10³/g) kombiniert mit einem möglichst geringen Wassergehalt machen die eingangs genannten Naturprodukte stabil und lagerfähig. Ein weiterer Punkt, den es beim Reduzieren der Keimzahl zu beachten gilt, ist die Temperaturanfälligkeit der meisten eingangs genannten Naturprodukte. So kann insbesondere bei nicht sachgemässer Behandlung des Produktes neben der angestrebten Reduzierung der Keimzahl z. B. eine Röstreaktion ausgelöst werden, die zu einer unkontrollierten Veränderung des Aromas führt.
Wichtig ist also eine aromaneutrale Behandlung, d. h. der Geschmack darf in keinster Weise verändert werden. Zahlreiche Naturprodukte der eingangs genannten Art sind sehr edle Produkte mit einem sehr speziellen Aroma, das es zu wahren gilt. Somit ergeben sich die folgenden Anforderungen an das Entkeimungsverfahren:

1. Während der Reduzierung der Keimzahl darf kein Rösteffekt auftreten.
2. Das Verfahren soll mit "natürlichen Mitteln" möglichst "ohne Chemie" erfolgen.
3. Schliesslich soll die Reduzierung der Keimzahlen auch nachhaltig erfolgen.
4. Nicht nur Bakterien, Viren und Pilze, sondern auch Sporen sollen weitgehend abgetötet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem die genannten Probleme beim Reduzieren der Keimzahl auf Naturprodukten wie Samen, Trockenfrüchten oder Wurzeln nicht auftreten bzw. die genannten Anforderungen erfüllt werden.
Diese Aufgabe wird durch das eingangs genannte Verfahren gelöst, welches die folgenden Schritte aufweist:

a) Einleiten des Produktes mit einer Anfangs-Produkttemperatur in einen Reaktor;
b) Beginnen des Einleitens von Heissdampf mit einer Dampftemperatur, die höher als die Produkttemperatur ist, in den das Produkt enthaltenden Reaktor, so dass an der Produktoberfläche, die sich zu Beginn des Einleitens des Heissdampfes auf der Anfangs-Produkttemperatur befindet, eine Kondensation von Heissdampf und eine Erwärmung beginnt;
c) Fortsetzen des Einleitens von Heissdampf in den Reaktor unter Erhöhung der Dampftemperatur und/oder des Dampfdruckes, so dass an der Produktoberfläche die Kondensation von Heissdampf und die Erwärmung fortgesetzt werden; wobei
d) die Fortsetzung der Kondensation von Heissdampf auf der Produktoberfläche und deren Erwärmung über eine erste bestimmte Zeitdauer hinweg und bis zu einer bestimmten Maximaltemperatur der Produktoberfläche derart erfolgt, dass einerseits eine Reduzierung der Keimzahl auf einen gewünschten reduzierten Wert erfolgt und andererseits nur so viel Wärme ins Produktinnere geleitet wird, dass die Temperatur im Produktinnern stets unterhalb der Rösttemperatur des Produktes liegt.

Es werden nur "natürliche Mittel" wie Wasser, Hitze und Druck (Heissdampf) eingesetzt, so dass nach der Heissdampfbehandlung keinerlei chemische Rückstände im Produkt verbleiben.
Durch das Hochfahren der Dampftemperatur (Schritte c) und d)) über eine bestimmte Zeitdauer hinweg bis zu einer maximalen Temperatur kann ein Grossteil der Bakterien und Viren abgetötet werden.
Die relativ temperaturresistenten Sporen, die sich bei hohen Temperaturen meistens abkapseln und so überleben können, werden durch die Kondensation auf der Produktoberfläche (Schritte b) und c), Taupunkt-Temperatur des Heissdampfes > Oberflächentemperatur des Produktes) überlistet. In Gegenwart von Wasser kapseln sie sich nicht ab bzw. öffnen sie ihre Verkapselung, so dass sie dem sich rasch auf eine Temperatur von über 100°C erhitzenden Heissdampf schutzlos ausgesetzt sind. Somit lässt sich eine weitgehende "Entkeimung" über ein breites Spektrum von Keimen erzielen, wobei die Behandlungsparameter Temperatur, Druck bzw. Konzentration des Wasserdampfs sowie die Einwirkungsdauer des Heissdampfes produktspezifisch variiert werden können.
Bei Schritt d) findet eine Abwägung statt zwischen maximal möglicher Einwirkungsintensität und Keimtötungswirkung durch hohe Temperatur, hohe Dampfkonzentration bzw. Dampfdruck und Einwirkungsdauer, bis eine bestimmte Maximaltemperatur der Produktoberfläche erreicht ist. Die nicht zu überschreitende maximale Einwirkungsintensität ist eine derartige Einwirkung in Abhängigkeit von der Temperatur, dem Dampfdruck und der Einwirkungsdauer, ab der ausreichend viel Wärme ins Produktinnere gelangt, dass die Temperatur im Produktinnern ausreicht, um eine Röstung des Produktes einzuleiten. Dies gilt es zu verhindern.
Vorzugsweise lässt man die Samen, Trockenfrüchte oder Wurzeln als intakte Einheiten, d. h. im nicht-gebrochenen Zustand die Schritte a) bis d) durchlaufen. Würde man diese Naturprodukte im gebrochenen, d. h. zerkleinerten Zustand dem Heissdampf aussetzen, bestünde die Gefahr, dass an den Bruchstellen aus dem Bereich zwischen den Zellen und/oder aus dem Innern beschädigter Zellen Pflanzenfett bzw. Pflanzenöl aus dem Produktinnern an die Bruchstellenoberfläche austritt. Dieses freigesetzte Pflanzenfett bzw. Pflanzenöl würde dann die Keime an den Produktoberflächen zum Teil umhüllen und somit eine Benetzung dieser Keime durch das Kondenswasser aus dem Heissdampf erschweren (Hydrophobie). Die Keime wären dann durch den Fett- bzw. Ölüberzug zumindest gegen die Einwirkung des Wassers geschützt, wodurch eine längere Einwirkungszeit als ohne diesen hydrophoben Überzug notwendig wäre, um eine bestimmte Keimtötungswirkung und Reduzierung der Keimzahl zu erzielen. Ausserdem könnte über die freien Bruchstellen ein Teil der Aromastoffe entweichen, so dass man einen Aromaschwund, ggf. auch nach einem anschliessenden Röstvorgang, in Kauf nehmen müsste.
Zweckmässigerweise wird zwischen dem Schritt a) und dem Schritt b) ein Grossteil der Luft durch Spülen mit einem Inertgas oder mit Dampf aus dem Reaktor entfernt. Dadurch wird Platz frei für den heissen Wasserdampf, und der auf dem Luftanteil (Sauerstoff, Stickstoff und Argon) beruhende Partialdruck addiert sich nicht zu dem Dampfdruck des Wasser/Wasserdampf-Systems, so dass der Gesamtdruck im Reaktor nicht unnötig hoch wird. Ausserdem hat man somit bei den relativ hohen Verfahrenstemperaturen keinen Sauerstoff in der Reaktoratmosphäre, wodurch sich unkontrollierte Oxidationsreaktionen zumindest an der Oberfläche des Produktes vermeiden lassen. In bestimmten Fällen kann jedoch eine hohe Sauerstoff- und insbesondere Ozonkonzentration zur Keimtötung neben dem Heissdampf beitragen.
Nach dem Schritt d) kann ein weiterer Schritt e) erfolgen, um das Produkt über eine zweite bestimmte Zeitdauer hinweg bis auf eine bestimmte Minimaltemperatur abzukühlen. Dadurch wird die Einwirkung mit hoher Temperatur gestoppt und das einzyklische Verfahren beendet. Die Abkühlung erfolgt insbesondere durch Ablassen und Expandieren des Heissdampfes aus dem Reaktor.
Das Expandieren kann z. B. schlagartig erfolgen. Dies ist besonders vorteilhaft für die Fälle, bei denen Samen oder dgl. mit Schalen entkeimt werden sollen, wie z. B. Kakaobohnen. In diesem Fall kann das schlagartige Expandieren des in und/oder unter die Schale eingedrungenen Heissdampfes eine Ablösung der Schalen und somit ein besonders effiziente Schälung der Samen oder dgl. bewirken.
Die Abkühlung kann auch erfolgen, indem man in den Reaktor ein Kühlgas einleitet., und zweckmässigerweise wird bis auf eine bestimmte Minimaltemperatur, insbesondere die Anfangs-Produkttemperatur, herabgekühlt.
Bei der einzyklischen Variante des erfindungsgemässen Verfahrens wird nach dem Schritt e) das Produkt aus dem Reaktor entnommen.
Bei manchen Produkten ist es vorteilhaft, wenn nach dem Schritt a) die Schritte b) bis e) mehrmals durchlaufen werden und erst nach dem mehrmaligen Durchlaufen der Schritte b) bis e) das Produkt aus dem Reaktor entnommen wird. Mitunter kann eine bessere Reduzierung der Keimzahl erzielt werden, wenn man die "Heissdampf- Kondensationswasser-Keule" mehrmals mit dazwischenliegender Abkühlung anwendet. Dann wird bei jedem Zyklus gewährleistet, dass man keine Röstreaktion im Produktinnern auslöst. Insbesondere bei hartnäckigen, zur Verkapselung neigenden Sporen kann durch abwechselnde Abkühlung und Erhitzung der durch das Kondenswasser stets feuchten Umgebung bewirkt werden, dass sich die abgekapselten Sporen während der kühlen Phase zwischendurch öffnen, so dass sie besonders anfällig für den jeweiligen anschliessenden Heissdampf-Schock sind.
Um nach der Reduzierung der Keimzahl eine Stabilisierung des Produktes zu bewirken, erfolgt die Entnahme des Produktes vorzugsweise derart, dass das Produkt von dem Reaktor unmittelbar in den Trockner oder Röster geleitet wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus einem nicht einschränkend aufzufassenden Beispiel, das die Reduzierung der Keimzahl bei Kakaobohnen beschreibt.
Kakaobohnen sind Samenkörner. Auch hier hat es sich gezeigt, dass eine Debakterisierung mit natürlichem Wasserdampf an der ganzen, d. h. nicht-gebrochenen Bohne sinnvoll ist. Das Austreten von Pflanzenfett, in diesem Fall Kakaobutter, mit den weiter oben geschilderten negativen Folgen wird so verhindert. Ausserdem schützt die Kakaoschale den für das Aroma wesentlichen Kakaokern vor direktem Kontakt mit dem Dampf und dem Kondenswasser. Dadurch wird die Entstehung eines ungewollten Kochgeschmacks im Kakao verhindert.
Die Kakaobohnen werden in einen volumetrischen Dosierbehälter gefüllt. Sobald der Reaktor aufnahmebereit ist, werden die Bohnen mit eine Oberflächentemperatur von etwa 20°C in diesen eingelassen. Nach dem Verschliessen des Reaktors wird die Schüttung zuerst mit Dampf durchspült und dann unter Druck gesetzt, wobei ständig weiterer Dampf in den Reaktor gepumpt wird und eine weitere Kondensation bei gleichzeitiger Zunahme der Temperatur (z. B. auf 150°C) und des Druckes (z. B. auf 4 bar) erfolgt. Nach einer sehr kurzen Verweilzeit unter Druck (etwa 20 bis 40 s) wird der Dampf entspannt. Durch schlagartiges Entspannen werden die Schalen der Kakaobohnen abgesprengt. Sobald der Reaktor wieder drucklos ist, werden die behandelten Kakaobohnen in den nachfolgenden Röster entleert. Der Prozessablauf erfolgt vollautomatisch durch eine Steuerung und kann bei Bedarf zur Rückverfolgung mit einer Datenerfassung ausgestattet sein. Nach der Reduzierung der Keimzahl durch die erfindungsgemässe Heissdampfbehandlung werden die Kakaobohnen sofort geröstet oder getrocknet, wodurch sie gegenüber einem erneuten Anwachsen der Keimzahl aufgrund der Abwesenheit von Feuchtigkeit stabilisiert werden.
Eine Untersuchung der zur Reduzierung der Keimzahl mit diesem "Intensiv- Kurzzeitverfahren" behandelten Kakaobohnen ergab z. B., dass weniger als 1000 aerobe mesophile kolonienbildende Einheiten pro Gramm Kakaobohnen (inkl. Schalen) bei 30°C gemessen werden konnten. Bei Dauertests konnte diese Zahl sogar bis auf 100 Einheiten pro Gramm gedrückt werden.

Claims

1. Verfahren zum Reduzieren der Keimzahl auf Naturprodukten wie Samen, Trockenfrüchten oder Wurzeln, insbesondere von Kakaobohnen oder Dörrobst, welches die folgenden Schritte aufweist:

a) Einleiten des Produktes mit einer Anfangs-Produkttemperatur in einen Reaktor;

b) Beginnen des Einleitens von Heissdampf mit einer Dampftemperatur, die höher als die Produkttemperatur ist, in den das Produkt enthaltenden Reaktor, so dass an der Produktoberfläche, die sich zu Beginn des Einleitens des Heissdampfes auf der Anfangs-Produkttemperatur befindet, eine Kondensation von Heissdampf und eine Erwärmung beginnt;

c) Fortsetzen des Einleitens von Heissdampf in den Reaktor unter Erhöhung der Dampftemperatur und/oder des Dampfdruckes, so dass an der Produktoberfläche die Kondensation von Heissdampf und die Erwärmung fortgesetzt werden; wobei

d) die Fortsetzung der Kondensation von Heissdampf auf der Produktoberfläche und deren Erwärmung über eine erste bestimmte Zeitdauer hinweg und bis zu einer bestimmten Maximaltemperatur der Produktoberfläche derart erfolgt, - dass einerseits eine Reduzierung der Keimzahl auf einen gewünschten reduzierten Wert erfolgt und andererseits nur so viel Wärme ins Produktinnere geleitet wird, dass die Temperatur im Produktinnern stets unterhalb der Rösttemperatur des Produktes liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Samen, Trockenfrüchte oder Wurzeln als intakte Einheiten, d. h. im nicht-gebrochenen Zustand die Schritte a) bis d) durchlaufen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schritt a) und dem Schritt b) ein Grossteil der Luft durch Spülen mit einem Inertgas oder mit Dampf aus dem Reaktor entfernt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt d) ein weiterer Schritt e) erfolgt, um das Produkt über eine zweite bestimmte Zeitdauer hinweg bis auf eine bestimmte Minimaltemperatur abzukühlen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung durch Ablassen und Expandieren des Heissdampfes aus dem Reaktor erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Expandieren schlagartig erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Reaktor ein Kühlgas eingeleitet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Minimaltemperatur die Anfangs-Produkttemperatur ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt e) die Entnahme des Produktes aus dem Reaktor erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt a) die Schritte b) bis e) mehrmals durchlaufen werden und nach dem mehrmaligen Durchlaufen der Schritte b) bis e) die Entnahme des Produktes aus dem Reaktor erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme des Produktes derart erfolgt, dass das Produkt von dem Reaktor unmittelbar in den Trockner oder Röster geleitet wird.