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Verfahren und Apparat zum Konservieren von Produkten1 insbesondere
von Lebensmitteln, in Dosen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und einen
Apparat zum Konservieren von Produkten, insbesondere von Lebensmitteln, in Dosen.
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Bekannt ist ein Konservierungsverfahren, bei welchem ein hoher Dampfdruck
von einer Dampfquelle zur Aufrechterhaltung der Sterilisiertemperaturen in einem
in sich abgeschlossenen Apparat benutzt wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird
nicht erreicht. daß im Apparat aseptisch gearbeitet wird. Das Verfahren hat außerdem
den Nachteil. daß komplizierte Ahdichtmechanismen notwendig sind, um den Dampf auf
einen höheren atmosphärischen Druck zu halten, damit die erforderlichen Sterilisiertemperaturen
aufrechterhalten werden können. Hierdurch werden die Anschaffungskosten und die
Betriebsausgaben für den Apparat wesentlich erhöht. Es gibt auch mechanische Schwierigkeiten
im Betrieb bei einem solchen Apparat. die sich noch bei höheren Temperaturen erhöhen.
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Bei einem anderen bekannten Verfahren zum aseptischen Füllen und
Abdichten von Dosen oder Behältern wird für diese Behälter oder Dosen ein Material
benutzt, welches für die ultravioletten Strahlen durchlässig ist. Die Dosen oder
Behälter werden zuerst mit dem heißen Produkt gefüllt, dann abgedichtet und hierauf
einer ultravioletten Strahlung 10 bis 15 Minuten lang ausgesetzt, um die Dose und
ihren Inhalt zu sterilisieren. Es kann die ultraviolette Strahlung auch als Schutzmaßnahme
gegen die Verunreinigung oder Verschmutzung des Produkts und der Dose während des
Füll- und Abdichtvorgangs benutzt werden. Beide Möglichkeiten der Verwendung der
ultravioletten Strahlen sind theoretisch durchführbar. Es ergeben sich aber in Wirklichkeit
Schwierigkeiten, weil die Dosen nicht in dem gleichen Apparat sterilisiert werden,
in welchem das Anfüllen stattfindet. Die Dosen können also vor dem Füllvorgang mit
in der Luft befindlichen Bakterien verunreinigt werden. Auch der Füllvorgang wird
in einem Apparat durchgeführt, zu dem Bakterien Zutritt haben können, so daß auch
während des Füllvorgangs eine Verunreinigung vorkommen kann. Auf jeden Fall ist
die für die Sterilisation durch ultraviolette Strahlen notwendige Zeit so groß (10
bis 15 Minuten), daß eine vollständige Sterilisation während des verhältnismäßig
raschen Füllvorgangs nicht erreicht werden kann. Es ist eine auf den Füll- und Ahdichtvorgang
folgende Sterilisation notwendig. Da die Sterilisation durch Bestrahlung lange dauert,
um die Dose und ihren Inhalt vollständig zu sterilisieren, dauert der gesamte Konservierungsvorgang
lange.
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Bekannt ist schließlich auch ein aseptisches Konservierungsverfahren,
welches bei atmosphärischem Druck durchgeführt wird. Hier hat sich herausgestellt,
daß
die Behälter, welche gewöhnliche Konservenhüchsen mit einem dünnen Schutzbelag in
ihrem Innern sind, viel heißer sind als das Produkt, welches in die Konservenbüchsen
an der Füllstation gebracht wird. Durch diesen Temperaturunterschied kommt es oft
vor, daß der Schutzbelag der Konservenbüchsen bricht, wodurch das Produkt verunreinigt
wird.
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Der Erfindungsvorschlag beseitigt die den bekannten Verfahren anhaftenden
Nachteile. Er besteht darin, daß ein bei atmosphärischem Druck auf eine Temperatur
im wesentlichen über 1000 C erhitztes Gas in ein eine Einheit darstellendes System
eingeführt wird, welches für die Außenluft offen ist und einen Dosensterilisierungsahschnitt,
einen Abschnitt, in welchem ein vorsterilisiertes, abgekühltes Produkt in die Dosen
gefüllt wird, einen Deckelsterilisierungsabschnitt und einen Abschnitt, in welchem
die Deckel an den gefüllten Dosen angebracht werden, aufweist, wohei sämtliche Abschnitte
miteinander in Verbindung stehen und die Gefahr der Beschädigung der Dosen durch
den thermischen Schock, der sonst auftritt, wenn das abgekühlte Produkt in Berührung
mit der Dose kommt, dadurch vermindert wird, indem die Dosen mit einem sterilen,
kühlenden Strömungsmittel an der Doseneingangsstelle des Füllabschnitts abgekühlt
werden.
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Da erfindungsgemäß der gesamte Konservierungsvorgang einschließlich
der Sterilisierung der Dosen und Deckel ungefähr bei atmosphärischem Druck durchgeführt
wird, benötigt man keinen abgedichteten, unter Druck gehaltenen Apparat. Die Kosten
hierfür
und die Schwierigkeiten, welche damit verbunden sind, kommen
erfindungsgemäß in Wegfall. Der gesamte Konservierungsvorgang wird zu gleicher Zeit
in einem eine Einheit darstellenden. in sich abgeschlossenen Apparat aseptisch durchgeführt.
Somit sind die Lebensmittel und die Dosen ständig gegen eine Verunreinigung durch
in der Luft befindliche Bakterien geschützt und werden während des ganzen Ixonservierungsvorgangs
steril gehalten. Infolgedessen ist es nicht notwendig nach dem Fiillen und Abdichten
der Dosen nochmals eine Sterilisierung vorzunehmen. Es werden nicht nur die Anschaffungskosten
für einen derartigen Apparat und seine Betriehskosten vermindert, sondern der Gesamt
virkungsgrad und die Geschwindigkeit der Durchführung des Arerfahrens werden erhöht.
Der Schutzbelag der Dosen bricht nicht, weil die sterilisierten Dosen, bevor sie
mit dem gekühlten, sterilisierten Produkt in Berührung kommen. durch ein Kühlmittel
abgespritzt werden. wobei der gesamte Vorgang innerhalb des einzigen, in sich abgeschlossenen
Apparates durchgeführt wird. Die Lebensmittel können während des Konservierungsvorgangs
nicht verbrannt werden.
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Sind die Dosen außen mit einem Überzug versehen, wird er nicht beschädigt.
Komplizierte Ventile für die Aufrechterhaltung des sterilen Zustands im Apparat
sind nicht notwendig.
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An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung weitererläutert.
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Fig. 1 ist eine mehr oder weniger schematische Gesamtdarstellung
der Hauptteile des Apparates; Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Apparates
zur Schilderung des Verfahrens in kontinuierlicher Fließform; Fig. 3 ist eine mehr
oder weniger schematische Darstellung einer Form einer Dampfkondensierungseinheit
zur Erzeugung eines kühlen, sterilen Dampfkondensats als Kühlströmungsmittel, zum
Teil geschnitten und mit weggelassenen Teilen; Fig. 4 ist ein Schnitt des Behälterkühlabschnitts
des Apparates nach der Linie 4-4 der Fig. 2.
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Der Apparat besteht aus einem Behältersterilisierungsabschnitt 2
mit einer Eingangsstelle 3, in welchen leere Behälter, die zu sterilisieren sind,
kontinuierlich gebracht werden. Die Behälter werden durch den Abschnitt hindurch
in stehender Lage mit Hilfe bestimmter Fördermittel geführt. Ein Dampfverteilerrohr
4 mit Dampfmündungen, aus welchen kontinuierlich im wesentlichen mit einem atmosphärischen
Druck ein Strom überhitzten Dampfes ausgestoßen wird, um die Behälter zu sterilisieren,
wenn sie durch den Behältersterilisierungsabschnitt hindurchgehen, ist in dem Behältersterilisierungsabschnitt
vorgesehen. Meistens erfolgt mit einer Temperatur zwischen 171 bis 2600 C eine gründliche
Sterilisierung der Behälter in dem Behältersterilisierungsabschnitt, wenn die Zeit
der Wanderung der Behälter durch diesen Abschnitt ungefähr 1 Minute bis 30 Sekunden
beträgt. Je länger der Aufenthalt der Behälter in dem Behältersterilisierungsabschnitt
ist, eine desto geringere Sterilisierungstemperatur ist notwenig.
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Eine wirksame Sterilisierung der Behälter erfolgt beispielsweise
bei einer Temperatur von ungefähr 2600 C, wenn die Behälter in dem Behältersterilisierungsabschuitt
ungefähr 30 Sekunden verweilen.
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Beträgt die Temperatur 2880 C, brauchen die Behälter im Sterilisierungsabschnitt
nur ungefähr 20 Sekunden zu verweilen. Aus wirtschaftlichen Gründen soll die Aufenthaltsdauer
verhäflnismäßig kurz sein. Infolge-
dessen werden höhere Sterilisierungsteinperaturen
bevorzugt.
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Der Behältersterilisierungsabschnitt 2 steht mit dem Behälterabkühlabschnitt
5 in Verbindung, in welchem, wie nachher noch eingehender beschrieben wird, eine
Vorrichtung5' zur Verteilung des Kiihlströmungsmittels dazu dient, die Behälter
5 a wirksam abzukühlen, wenn sie durch den Abschnitt hindurch gefördert werden,
um die vorher erwähnten Resultate zu erhalten. Der Abkühlabschuitt 5 steht mit dem
Füllabschnitt 6 in Verbindung. Er und sein Füller 6' sind von gewöhnlicher Art und
werden infolgedessen nur allgemein erwähnt. Ein abgekühltes. rorsterilisiertes Produkt
wird dem Füller 6' im Füllerabschnitt 6 kontinuierlich zugeführt. Zur Vorsterilisierung
des Produktes wird ein sogenanntes »Blitzsterilisierungssystem «, welches zur Sterilisierung
von Lebensmitteln bekannt ist und eine schnelle Sterilisierung des Produktes ermöglicht.
benutzt.
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Das »Blitzsterilisierungssystem« ist schematisch in der Fig. 1 dargestellt.
Es besteht aus einer Heizvorrichtung 7, die zur raschen Sterilisierung des Produktes
auf einer entsprechend hohen Temperatur gehalten wird. Die Heizvorrichtung 7 ist
über ein Rohr mit einem sogenannten Halter 8 verbunden, wo die Temperatur genügend
lange auf ihren entsprechenden Wert gehalten wird, um die Sterilisierung zu vollenden.
Der Halter 8 ist über ein Rohr mit einem Kühler 9 verbunden, in welchem das sterilisierte
Produkt abgeschreckt oder abgekühlt wird. Das abgekühlte, sterile Produkt wird vom
Kühler 9 zum Füller 6' im Füllerabschnitt durch das Rohr 11 gebracht. Gewöhnlich
wird das Produkt auf eine Temperatur von ungefähr 270 C zum Einfüllen in die Behälter
abgekühlt.
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Ein Verteilerrohr 12 für den überhitzten Dampf ist gleichfalls im
Füllerabschnitt 6 vorgesehen. Ein Ventil 13 dient zur Steuerung des Flusses des
überhitzten Dampfes in das Rohr 12. Während des normalen Betriebes ist der Dampffluß
in das Rohr 12 durch das Ventil 13 unterbrochen, da der überhitzte Dampf unmittelbar
in den Füllerabschnitt nur eingeführt wird, wenn damit begonnen wird, das Innere
des Füllerahschnittes mit seinem ganzen Zubehör zu sterilisieren. Ist dies geschehen,
wird der direkte Fluß des überhitzten Dampfes aus dem Rohr 12 unterbrochen. Es werden
aber die sterilen Verhältnisse im Füllerabschnitt aufrechterhalten, indem ein steriles
Gas kontinuierlich in den Füllerabschnitt durch das Rohr 13' eingeführt wird.
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Aus dem Füllerabschnitt 6 werden die mit einem sterilen Produkt gefüllten
Behälter in ein Gehäuse 14 gebracht, welches einen entsprechenden Mechanismus aufweist,
um die Behälter in den Deckelauflegeabschnitt 15 mit einer gewöhnlichen Schließmaschine
16 überzuführen, wo die Deckel 16' an den mit dem Produkt gefüllten Behältern angebracht
werden. Die Deckel werden durch einen überhitzten Dampf in einem Deckelsterilisierungsahschnitt
17, welcher mit dem Deckelanlegeabschnitt 15 in Verbindung steht, sterilisiert.
Dem Abschnitt 15 werden die sterilisierten Deckel durch eine entsprechende Vorrichtung
zugeführt. Eine Deckeleinlaßöffnung 18 ist im Deckelsterilisierungsabschnitt 17
vorgesehen. Die mit einem Deckel versehenen und mit dem Produkt gefüllten Behälter
werden vom Deckelanlegeabschnitt 15 durch den Ausgang 19 freigegeben.
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Die Temperatur des überhitzten Dampfes, welcher in den Deckelsterilisierungsabschnitt
17 eingeführt wird, und die Sterilisierungszeitdauer für die Deckel
sind
im wesentlichen von derselben Größenordnung wie für die Sterilisierung der Behälter.
Ein Verteilerrohr 20 für den überhitzten Dampf ist im Deckelsterilisierungsabschnitt
17 vorgesehen. Das Rohr 20 ist mit dem Rohr 21 im Behältersterilisierungsabschnitt
2, in welchem der Dampf überhitzt wird, verbunden. Mit dem Rohr 21 ist auch das
Dampfverteilerrohr22 verbunden, welches sich in das Gehäuse 14 erstreckt. Ein Ventil
23 ist im Rohr 22 vorgesehen. damit überhitzter Dampf in das Gehäuse zum Sterilisieren
seines Inneren, wenn mit dem Betrieh des Apparates begonnen wird, eingelassen werden
kann. Wie durch das Ventil 13 wird auch durch das Ventil 23 der Dampfzufluß unterbrochen,
nachdem der ganze Apparat sterilisiert worden ist und nunmehr arbeitet.
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Verhrennungsgase dienen zur Überhitzung des Dampfes. Hierfür ist
unmittelbar mit dem Behältersteril i sierungsabschni tt 2 ein Gasbrenner 24 vereinigt.
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Es kann der Gasbrenner in dem Behältersterilisierungsabschnitt aufgestellt
sein. Eine thermostatische Steuervorrichtung 26 ist in gewöhnlicher Weise mit dem
Steuerventil des Gasbrenners 24 zur automaischen Steuerung der Sterilisierungstemperatur
in dem Behältersterilisierungsabschnitt verbunden. Durch das Rohr 27 werden in den
Deckelauflegeabschnitt 15 Verhrennungsgase oder ein anderes steriles Gas kontinuierlich
eingeführt.
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Wie schon erwähnt. werden die Behälter 5 a im Kühlabschnitt 5 abgekühlt.
Er befindet sich zwischen dem Ausgang 31 des Behältersterilisierungsabschnittes
2 und dem Eingang 32 des Füllabschnittes 6, so daß die Behälter am Eingang 32 wirksam
abgekühlt werden, bevor sie das vorsterilisierte, abgekühlte Produkt erhalten, welches
kontinuierlich aus dem Füller 6' im Abschnitt 6 fließt. Für gewöhnliche Metallbehälter
wird entsprechend kühles, steriles Wasser als kühlendes Strömungsmittel benutzt.
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Gemäß Fig. 4 werden die Behälter 5 a durch den Apparat durch eine
entsprechende Fördervorrichtung, welche ein kontinuierlich angetriebenes endloses
Förderband 33 sein kann, welches auf Rollen 34 gelagert ist. geführt, indem auf
dem Oberlauf des Förderbandes die P,ehälter mit ihren Böden ruhen.
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Die Behälter werden durch seitliche Führungsstangen 36 geführt. Die
Verteilervorrichtung 5' für das kühlende Strömungsmittel besteht aus einem U-förmigen
Rohr 37 mit seitlichen Spritzdüsen 38, wodurch Wasserstrahlen gegen die Außenseiten
der Behälter gerichtet werden, und mit unteren Düsen 39, wodurch Wasserstrahlen
gegen die Behälterböden gerichtet werden. Die Wasserstrahlen sind so gerichtet,
daß kein Wasser in das Behälterinnere gelangt. Das Wasser trifft nur die Behälteraußenseite.
Der Boden 41 des Kühlabschnittes 5 ist schräg derart ausgebildet, daß das kühlende
Strömungsmittel durch die Abflußöffnung 42 abfließen kann. Der Fluß des reinigenden
und fegenden Gases durch den Apparat verhindert ein Eindringen von Außenluft durch
die Abflußöffnung 42.
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Das U-förmige Rohr 37 ist mit dem Einlaßrohr 43 verbunden, durch
welches kontinuierlich steriles Wasser durch eine Pumpe zugeführt wird. Irgendeine
Quelle sterilen Wassers kann benutzt werden. Fig. 3 zeigt eine derartige Lieferquelle.
Dampf irgendeiner Lieferquelle, z. B. von einem Boiler, wird durch das Rohr 44 in
eine Kondenserschlange 46, welche im Kühlbehälter 47 angeordnet ist, geführt. Zur
Steuerung der Menge des der Kondenserschlange zugeführten Dampfes dient ein Ventil
48 im Rohr 44. Der Be-
hälter 47 hat an seinem Boden ein Einlaß rohr 49 für das Kühlwasser
und an seinem oberen Ende ein Auslaßrohr 51 hierfür. Infolgedessen kondensiert der
Dampf in der Kondenserschlange 46 zu einem Dampfkondensat, welches steril ist, wenn
das Kühlwasser durch den Kühlbehälter 47 fließt. Ein Ablaufventil 52 am Boden des
Behälters 47 dient zu seiner Entleerung.
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Das Kondensat fließt aus der Schlange 46 durch das Rohr 53 in einen
Kondensatsammelbehälter 54, in welchem ein Pegel 56 durch das Üherlaufrohr 57 aufrechterhalten
wird. Das untere Ende des Rohres 57 hat eine gänsehalsförmige Verlängerung 58 als
Verschluß, in welchem dauernd Wasser zurückgehalten wird. so daß Außenluft in das
System an dieser Stelle nicht eindringen kann.
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Der Verschluß 58 hat ein Ventil 59, welches, wenn der Apparat zu
seiner Vorbereitung für den Betrieb vorsterilisiert wird, anfangs für 1 oder 2 Minuten
geöffnet wird, während Heiß dampf durch das Kondensersystem zur Sterilisierung sämtlicher
Teile strömt, und dann geschlossen wird, bis der Kondenser arbeitet und der Verschluß
voll von sterilen Dampfkondensats ist, worauf das Ventil 59 geöffnet wird. Das dauernde
Vorhandensein von Dampfkondensat im Verschluß verhindert ein Eindringen bakteriengeladener
Außenluft in das System an dieser Stelle.
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Der Boden des Behälters 54 ist mit dem Einlaßrohr 43 für das sterile
Wasser verbunden, durch welches das Dampfkondensat kontinuierlich durch die Pumpe
61 gepumpt wird. Oben am Behälter 54 befindet sich eine kleine Luftöffnung 62 unterhalb
einer Haube 63, welche durch das Rohr 64 mit einer nicht gezeigten kontinuierlichen
Vakuumlieferquelle, die verhältnismäßig schwach ist, verbunden ist. Die Vakuumlieferquelle
erzeugt oberhalb der Luftöffnung 62 ein kontinuierliches Ansaugen, so daß Außenluft
durch die Luftöffnung 62 nicht in den Kondensatsammelbehälter 54 eindringen kann.
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Ausreichendes Wasser wird der Außenseite der Behälter zugeführt,
wenn sie durch den Behälterkühlabschnitt 5 gelangen, so daß eine Wasserschicht über
der ganzen Außenoberfläche der einzelnen Behälter entsteht. Dadurch erhält man einen
großen Temperaturabfall für die Behälter in einer verhältnismäßig kurzen Zeit. Zum
Beispiel bei Metallbehältern mit veränderlichen Größen von Nr. 202 bis 404 und mit
einer Temperatur von ungefähr 221 bis 2270 C, wenn sie den Ausgang 31 des Behältersterilisierungsabschnittes
2 verlassen, erhält man bei Benutzung von Wasser, welches auf eine Temperatur von
ungefähr 660 C abgekühlt und über die Außenoberflächen der Behälter in einer Menge
von ungefähr 90 1 pro Stunde gespritzt wird, eine Abkühlung der Behälter bis auf
eine Temperatur von ungefähr 104 bis 1210 C herab bei einer Aufenthaltsdauer der
Behälter von ungefähr einer Sekunde im Kühlabschnitt 5. Es kommt nicht auf die genaue
Menge des kühlenden Strömungsmittels an. Ein Übermaß hiervon ist nicht schädlich.
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Es soll so viel kühlendes Strömungsmittel benutzt werden, daß die
Temperatur der Behälter unterhalb der Temperatur vermindert wird, bei der der thermische
Schock die Überzüge im Innern der Behälter beschädigen könnte, wenn sie mit dem
verhältnismäßig kühlen, vorsterilisierten Produkt gefüllt werden.