-
Verfahren und Vorrichtung zur Konservierung von emulsionsförmigen,
flüssigen und halbflüssigen, insbesondere fett- und eiweißhaltigen Lebensmitteln
u. dgl.
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konservierung von insbesondere
fett- und eiweißhaltigen emulsionsförmigen flüssigen und halbflüssigen Lebensmitteln
u. dgl. unter Anwendung von Vakuum sowie Vorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens.
-
Dabei können diese Stoffe in reinem Zustand, miteinander gemischt
und in Verbindung mit Wasser, Feststoffen und gelösten Bestandteilen vorliegen.
Ferner kommen in Betracht Naturprodukte und künstliche Produkte, die ätherische
Öle, Zucker und Extrakte enthalten.
-
Die Anwendung von Vakuum bei der Konservie rung von Lebensmitteln
ist nicht grundsätzlich neu.
-
Es ist beispielsweise bekannt, bei der Gefriertrocknung das Gut in
Block-, Strang- oder Kugelform einzufrieren, in gefrorenem Zustand in ein Vakuum
einzubringen und darin durch konzentrierte Wärmestrahlung zu trocknen. Dabei kann
die Wärmezufuhr an das Gut durch Kontrollierung des Sättigungsdampfdruckes des im
zu trocknenden Gut eingeschlossenen Eises gesteuert werden.
-
Es ist auch bekannt, Lebensmittel, die feste Gestalt besitzen, in
einem unter hohem Vakuum stehenden Gefäß zu gefrieren, wobei ein Teil des Wassergehaltes
der Lebensmittel durch Verdampfung entzogen wird.
-
Flüssiges Gut, insbesondere Emulsionen, lassen sich nach diesen bekannten
Verfahren jedoch nicht konservieren. Zwar kann man sie einfrieren, jedoch gehen
dabei Veränderungen vor, die sich dahin auswirken, daß beim Auftauen der Emulsionen
eine Phasentrennung eintritt, was unerwünscht ist und das Gut häufig gänzlich unverwerthar
macht.
-
Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, derartige Emulsionen zu
einem pulverförmigen Material zu gefrieren, das nach dem Auftauen eine nicht gebrochene
Emulsion ergibt, wenn man das flüssige oder halbflüssige zu konservierende Gut in
unter hohem Vakuum stehende Behälter versprüht und hierbei die in Form einer Emulsion
vorliegende Flüssigkeit durch Verdampfung eines Teiles von ihr zum Gefrieren bringt.
Das Gut kann für die Dauer der Konservierung und Frischhaltung in dem gefrorenen
Zustand, in dem es entgast und entlüftet vorliegt, ge halten werden.
-
Zweckmäßig wird dem Gut vor dem Einbringen in das Vakuum der zur
Gefrierung erforderliche Wasseranteil zugesetzt. Zur Konservierung von Ölen und
Fetten stellt man vorteilhaft aus diesen unter Zusatz von Wasser eine Emulsion her
und bringt diese Emulsion in feinverteilter Form in ein hohes Vakuum ein. Das Vakuum
wird zweckmäßig auf eine Grö-
ßenordnung von 0,5 bis 5 Torr eingestellt. Das zu konservierende
Gut kann vor dem Versprühen, insbesondere durch Einführung von Wasserdampf, erwärmt
werden.
-
Beim erfindungsgemäßen Verfahren können als Gut insbesondere Milch,
Rahm, Butter, Eimasse, Blut, Serum, künstlich hergestellte Emulsionen für die Margarinefabrikation,
die Margarine selbst, Fruchtsäfte und schließlich alle aus Festtnaterial und Flüssigkeit
hergestellten Produkte eingesetzt werden.
-
Im nachfolgenden seien die bei der Konservierung von Milch, Sahne
und Butter bestehenden Verhältnisse geschildert, um dann auch bei der Erläuterung
der Erfindung auf Milch, Sahne und Butter näher einzugehen. Es sei jedoch betont,
daß Milch, Sahne und Butter nur als Beispiele zu werten sind und daß die Erfindung
ganz allgemein für die oben angegebenen Stoffe von Bedeutung ist.
-
Milch wird in bekannter Weise nach der üblichen mechanischen Reinigung
meist einer Abkühlung auf etwa t 4 bis 100 C unterworfen, wodurch eine ausreichende
Frischhaltung für 1 bis 2 Tage erzielt wird.
-
Für sogenannte Vorzugsmilch von Tbc-freien Kühen ist das unbedenklich.
In allen anderen Fällen wird die Milch durch schnelles Erhitzen auf etwa 700 C keimfrei
gemacht (Pasteurisierung). Die Milch muß dann möglichst schnell auf etwa + 80 C
abgekühlt werden, damit der sogenannte Kochgeschmack nicht in Erscheinung tritt.
Die Milch wird dadurch nicht länger haltbar, weil durch die Einwirkung von Luft,
Licht und den erneuten Keimbefall Verderbserscheinungen nicht zu verhindern sind.
-
Sahne wird in bekannter Weise durch Zentrifugierung der Milch gewonnen,
wobei der Fettgehalt, je nach dem weiteren Verwendungszweck, eingestellt werden
kann. Für die Fertigung der Sauerrahmbutter beträgt der Ausgangsfettgehalt etwa
250in. Nach der Reifung des Rahms und der Behandlung mit dem Säurewecker wird die
Verbutterung iw Trommelbutterfertiger vorgenommen. Bei der rahmbutter wird der Fettgehalt
auf 800/0 durch doppelte Zentrifugierung eingestellt, so daß dann lediglich durch
eine mechanische Behandlung mit starker Schlagwirkung (Fritz-Butterfertiger) unmittelbar
die Butter mit einem Wassergehalt von etwa 16 ovo entsteht. Rahm und Butter sind
dabei stark mit Bakterien und sonstigen schädlichen Stoffen angereichert, so daß
es erforderlich ist, den Rahm vorher zu pasteurisieren oder gar zu sterilisieren,
um eine einigermaßen haltbare Butter zu erzielen. Ohne auf die bei der Fabrikation
sonst noch auftretenden Faktoren, die die Haltbarkeit beeinflussen, einzugehen,
mag noch erwähnt werden, daß schon die kurzfristige Einwirkung von Licht und Luft
erhebliche Qualitätseinbußen hervorrufen, zumal erhebliche Lufteinschlüsse in der
Butter vorhanden sind und die Verteilung der restlichen Magermilch in der fertigen
Butter sehr ungleichmäßig und grob ist.
-
Die Lagerung derartiger Butter bewirkt selbst bei niedrigen Temperaturen
schon nach einem Monat ganz erhebliche Werttninderungen. Man hat zwar versucht,
Butter bei Gefriertemperaturen zu lagern, ohne jedoch einen nennenswerten Erfolg
zu erzielen. Abgesehen davon, daß der Gefrierprozeß sehr langwierig und kostspielig
ist, wird die Butter nach der Erwärmung in der Struktur verändert. Durch die Ausgefrierung
des Wassers tritt ein Gefügebruch ein. Die ungleichmäßigen und groben Wassereinschlüsse
ergeben gute Entwicklungsmögllchkeiten für Bakterien, Enzyme und chemische Prozesse.
-
Die Tiefgefrierung von Sahne ist ebenfalls versucht worden. Abgesehen
von den hohen Kosten war die Sahne jedoch in der Phase gebrochen, so daß eine spätere
Verbutterung nur schwer und meist nur unter Zusatz von frischer Sahne befriedigend
gelang. Eine biologisch und wirtschaftlich befriedigende Lösung zur Lagerung von
Sahne und Butter ist bisher nicht gefunden worden.
-
Erfindungsgemäß wird flüssiges oder halbflüssiges Gut der bezeichneten
Art dadurch konserviert, daß es in feinverteilter Form in ein hohes Vakuum eingebracht
und darin entgast, entlüftet und durch Verdampfung wenigstens eines Teiles seiner
Flüssigkeit gefroren wird. Das Gut wird dann in dem gefrorenen, entgasten und entlüfteten
Zustand so lange gehalten, wie eine Konservierung gewünscht wird, wodurch die bakterielle,
enzymatische und fermentative Zersetzung weitgehend gehemmt werden. Man kann das
Vakuum so hoch wählen und die Zerstäubung in kleinste Flüssigkeitsteilchen unter
Berücksichtigung des Wasseranteiles so weit treiben, daß das fertiggefrorene Gut
auch noch in einem gewünschten Ausmaß getrocknet wird.
-
Das zu konservierende Gut kann auf diese Weise für einen begrenzten
Zeitraum im Zustand der natürlichen Frische erhalten werden, ohne daß eine Änderung
der Eigenschaften eintritt. Die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht
dabei darauf, daß durch die Vakuumbehandlung die schädlichen Eigengase und die Luft
entfernt werden, wodurch die
Aktivität der Bakterien. Fermente und Enzyme eine starke
Einschränkung erleidet. Außerdem tritt durch die Temperaturabsenkung und die Erhöhung
der Salz- und Eiweißkonzentration eine den Bakterien schädliche Veränderung der
Lebensbedingungen ein.
-
Gleichzeitig werden aber auch rein chemische Reaktionen, die in Verbindung
mit Wasser, Luft und Gasen stattfinden, verhindert oder abgeschwächt.
-
Zur Durchführung des Verfahrens wird der Abkühlungseffekt bis zur
vollständigen Durchgefrierung durch die Verdampfung der den aufgeführten Stoffen
eigenen oder künstlich zugeführten wäßrigen Bestandteilen erreicht. Falls die ursprüngliche
Zusammensetzung erhalten bleiben soll, kann der für die Verdampfung und damit zur
Gefrierung erforderliche Wasseranteil im Wege der Verdünnung zugesetzt werden. Die
zu behandelnden Stoffe, die überwiegend flüssig oder halbflüssig vorkommen, werden
dabei nicht als kompakte Masse, sondern in feinvertei]tem Zustand der verfahrensmäßigen
Behandlung unterworfen. Das kann am einfachsten durch Versprühung mittels einer
Düse geschehen, wobei dann, je nach dem Zustand und der Viskosität des jeweiligen
Stoffes, ein ausreichend hoher Sprühdruck anzusetzen ist.
-
Die feine Verteilung des Stoffes, die zwecks Erzielung einer möglichst
großen Oberfläche erwünscht ist, kann auch durch Aufgabe der zu behandelnden Materie
auf eine schnell rotierende Scheibe, Bänder od. dgl. bewirkt werden. Desgleichen
kann die Versprühung auch durch elektrostatische Mittel bewirkt werden. Jedenfalls
sind alle Vorrichtungen geeignet, die eine feine Verteilung des Stoffes gewährleisten,
so daß durch die Bildung einer sehr großen Oberfläche die Einwirkung des Vakuums
die verfahrensmäßigen Effekte unmittelbar und in kürzester Zeit ergibt.
-
Als Zerstäuberdruck für die Verdüsung werden im allgemeinen 1 bis
10 atü ausreichen. Meist wird es sich empfehlen, den flüssigen oder halbflüssigen
Stoff ohne Benutzung eines Hilfsgases zu zerstäuben, schon um das Vakuum nicht zu
beeinträchtigen. Insbesondere bei großer Zähigkeit der Flüssigkeit ist aber auch
insbesondere die Benutzung eines inerten Gases nach Art einer Druckluftzerstäubung
möglich. Bei besonders zähen Flüssigkeiten können auch rotierende Zerstäuber mit
Vorteil verwandt werden.
-
Für eine begrenzte Konservierung insbesondere von flüssigen oder
halbflüssigen Lebensmitteln reicht die Anwendung eines Vakuums von etwa 4 bis 5
Torr aus, wobei etwa eine Erniedrigung der Temperatur des flüssigen oder halbflüssigen
Stoffes auf 1 1 bis - 20 C erreicht wird; diese Temperatur ist gerade etwa die Temperatur,
bei der die wäßrigen Bestandteile des Stoffes gefrieren.
-
Für die meisten Lebensmittel, die für dieses Verfahren hauptsächlich
in Betracht kommen, genügt es meist, die periodischen Schwankungen in der Erzeugung
zu überbrücken, damit eine geordnete und preisstabile Marktlage gewährleistet ist.
Die gewöhnlichen Lagerzeiten werden daher meist nicht mehr als 1 bis 2 Monate betragen.
-
Werden aber längere Lagerzeiten von z. B. etwa 6 bis 12 Monaten angestrebt
oder für erforderlich gehalten, genügt die Vakuumbehandlung mit der begrenzten Abkühlung
auf etwa - 1 bis - 2G C nicht mehr, weil in dem vorhandenen freien Wasser (flüssige
Phase) die Entwicklungsmöglichkeiten für Bakterien und die Tätigkeit der Enzyme,
die ja eng mit der bakteriellen Tätigkeit gekoppelt ist, noch recht
günstig
sind, zumal sich gewisse Bakterien mit der Zeit den veränderten Temperaturverhältnissen
anzupassen vermögen. Das führt dann schon nach verhältnismäßig kurzer Zeit zu ausgesprochenen
Verderbserscheinungen. Dabei spielt auch die Verteilung des Wassers oder wäßrigen
Anteils eine sehr entscheidende Rolle. Je gleichmäßiger die Verteilung des Wassers
ist und je kleiner die einzelnen Wassertröpfchen sind, die in der Masse als Einschlüsse
vorliegen, desto günstiger sind die Voraussetzungen für die Frischhaltung, weil
in sehr kleinen Wasserteilchen die bakterielle Entwicklung und chemische Umsetzung
eng begrenzt sind. Wird dafür gesorgt, daß alle Bestandteile eines Stoffes äußerst
gleichmäßig und feinstverteilt sind, dann wird durch eine schnelle Gefrierung der
wäßrigen Bestandteile eine außerordentlich wirksame Inaktivierung der Bakterien,
Fermente, Enzyme und chemischer Prozesse erreicht. Ein weiterer entscheidender Umstand
liegt darin, daß die Gefrierung der wäßrigen Anteile möglichst spontan erfolgen
muß, weil sonst eine Entmischung eintritt. Die einzelnen Phasen trennen sich, wenn
das Wasser langsam ausgefriert, das Eiweiß denaturiert häufig, so daß nach dem Auftauen
eine vollständige Mischung nicht wieder im ursprünglichen Verhältnis zustande kommt.
Man erhält dann ein stark verändertes Produkt, das zum unmittelbaren Gebrauch und
zur Weiterverarbeitung nicht mehr geeignet ist. Sollen derartige Veränderungen vermieden
werden, so muß der Gefrierprozeß so schnell ablaufen, daß es praktisch nicht zur
Bildung von Eiskristallen, die immer nur aus reinem Wasser bestehen, kommen kann.
Das kritische Gebiet der Eiskristallbildung, das beim wäßrigen Anteil etwa bei p
= 4,6 nun Hg und t = 0,00980 C liegt, muß äußerst schnell durchlaufen werden. Es
kommt dann zu einer gewissen Unterkühlung und spontanen Gefrierung, die eine ausgeprägte
Kristallbildung verhindert. Der Stoff bzw. das Wasser geht unmittelbar in einen
amorphen Zustand über und behält damit die typischen Eigenschaften der ursprünglichen
Flüssigkeit. Versuche mit Milch und Sahne haben diese Gesetzmäßigkeit voll bestätigt.
-
Für eine lange Lebensdauer wird man also mit einem Vakuum von 0,5
bis 2 Torr arbeiten, was einer Temperatur von - 20 bis - 100 C entspricht. Dabei
kann auch so vorgegangen werden, daß der eigentliche Vakuumprozeß bis zu einer Temperatur
von etwa - 4 bis - 100 C durchgeführt wird und die restliche Temperaturabsenkung
von etwa - 200 C durch langsame Kühlung im Lagerraum stattfindet. Die nachstehenden
Ausführungen erstrecken sich hauptsächlich auf diese Stoffe, ohne daß damit eine
Einschränkung hinsichtlich anderer ähnlicher Produkte verbunden sein soll. Die nachstehenden
Ausführungen erstrecken sich hauptsächlich auf diese Stoffe, ohne daß damit eine
Einschränkung hinsichtlich anderer ähnlicher Produkte verbunden sein soll.
-
Zur Erläuterung des Verfahrens erscheint es zweckmäßig, die stoffliche
Zusammensetzung und die chemisch-physikalischen Eigenschaften klarzustellen.
-
Die Milch ist ein Polydispersoid, bei dem sich die verschiedenen
Stoffe in den verschiedensten Zerteilungszuständen im gleichen Dispersionsmittel
Wasser befinden. Das Milchfett ist in grober Zerteilung als Emulsion vorhanden,
wobei die einzelnen Fettkügelchen als Mikronen in der Größenordnung von 0,1 bis
20 ffi existieren. Die Eiweißstoffe sind in der Größenordnung der Submikronen zwischen
0,005 bis 0,1 p
in kolloidaler Lösung vorhanden. Alle Teilchen sind von einer Hydrationsschicht
umgeben. Der kolloidale Zustand wird durch positive und negative Ladung der Teilchen
aufrechterhalten. Bei Verlust der Ladung tritt eine Koagulation ein. Milchzucker
ist in molekularer Zerteilung in der Größenordnung von Amikronen in gelöstem Zustand
vorhanden; die Milchsalze befinden sich teilweise im Ionenzustand.
-
Die Zustände der einzelnen Zerteilungsphasen befinden sich in einem
gegenseitigen labilen Gleichgewicht, so daß schon geringfügige Änderungen einer
einzelnen Komponente tiefgehende Wirkungen auf den Gesamtzustand bewirken. Der osmotische
Druck der Milch beträgt etwa 8 Atmosphären.
-
Die Milch enthält zwischen 87 und 890/0 Wasser, 2,5 bis 4,50/0 Fett,
0,4 bis 0,80/0 Lipoide, 8 bis 9 0/o Trockenmasse, 7 Volumprozent Gase und nicht
genau bestimmbare Mengen an Enzymen und Vitaminen. Die Trockenmasse enthält 2,7
bis 3,8 O/o Eiweiß, 4,5 bis 4,70/0 Milchzucker und 0,7 bis 0,80/0 Salze.
-
Die Mikroflora besteht aus Bakterien, Hefen und Schimmelpilzen. Ohne
die Arten im einzelnen zu benennen, mag nur erwähnt werden, daß die Bakterien für
den Eiweiß-, Fett- und Zuckerabbau und die Gasbildung verantwortlich sind. Sie sind
überwiegend aerober Natur; ihr Temperaturoptimum liegt zwischen +20 und +420 C.
Die Hefen sind aerob; sie bewirken den Eiweißabbau und die Spaltung der Fette. Die
Schimmelpilze wirken in der gleichen Richtung. Die durch die Lebenstätigkeit der
Bakterien gebildeten Enzyme, meist Lipase und Oleinase, leiten den Eiweiß und Fettabbau
ein.
-
Die chemischen Reaktionen bewirken eine Veränderung der Fette und
fettartigen Bestandteile durch Oxydation und Hydrolyse. Die dabei wirksamen Faktoren
sind: Licht, Luft, p,-Wert der wäßrigen Phase, Kochsalz, Infektionen mit Schwermetallen
(Fe) und Phosphatide. Alle diese Reaktionen sind stark temperaturabhängig.
-
Die Entstehung oder Gewinnung das Rahms und der Butter ist ein rein
physikalischer Vorgang, wobei das Milchfett weiterhin - wie bei der Milch - in Form
kleinster Kügelchen suspendiert bleibt. Der Abstand der Fettkügelchen hat sich dabei
von etwa 7 bis 8 cm auf 1,4 bis 2,0 Z verringert. Die Absonderung des Rahms erfolgt
wegen der unterschiedlichen spezifischen Gewichte und der dadurch bedingten unterschiedlichen
Schwerkrafteinflüsse durch Agglutination (Traubenbildung), wobei das Protein als
Haftmittel wirkt. Jedes Fettkügelchen ist unmittelbar von einer Proteinhülle umgeben,
die wiederum in eine Lezithinhülle (Lipoide) eingeschlossen ist. Daran schließt
sich eine Adsorptionsschicht aus klebrigem Eiweiß (Haftmittel) an und als letzte
eine Zone gebundenen Wassers (Hydrationsschicht).
-
Der Rahm bleibt bis zu einem Fettgehalt von 85 ovo unverändert als
Emulsion bestehen, obgleich sich bei dieser Konzentration die Fettkügelchen schon
berühren und sogar deformieren. Wenn auch bei der Konzentration zu Rahm ein großer
Teil der Hefen und Schimmelpilze mit der Magermilch ausgeschieden wird, tritt jedoch
eine erhebliche Anreicherung an Bakterien ein. Außerdem befinden sich im Rahm große
Mengen an eiweiß- und fettspaltenden Enzymen, die nicht separiert werden können.
P Durch die Pasteurisierung des Rahmsxbei 90 bis 1000 C wird zwar eine Abtötung
der Bakterien, nicht
aber der Sporen bewirkt; außerdem tritt im
weiteren Fabrikationsgang eine Neuinfektion ein. Sehr wichtig ist die sehr schnelle
Abkühlung des Rahms auf niedrige Temperatur, weil dadurch der Kochgeschmack usw.
vermieden werden und gleichzeitig das Fett aus dem flüssigen Zustand in einen sehr
feinen kristallinen Zustand übergeht, was für die weiche Konsistenz der später zu
gewinnenden Butter und für den Grad der Ausbeute von beachtlicher Bedeutung ist.
-
Durch Phasenumkehr entsteht beim Butterungsprozeß die Butter; aus
der Fett4n-Wasser-Emulsion bildet sich eine Wasser-in-Fett-Emulsion. Die Abstände
der Fettkügelchen haben sich durch die mechanische Bearbeitung praktisch auf Null
verringert.
-
Hierdurch entsteht eine plastische Masse aus Milchfett, das nur erstarrt,
aber nicht zusammengeschmolzen ist. Die Buttermilch befindet sich, zusammen mit
eingeschlagenen Luftblasen, in mehr oder weniger grober Verteilung in der Masse.
-
Eine einheitliche Theorie der Butterbildung besteht nicht. Anerkannt
ist aber, daß durch mechanische Einwirkungen bei der Butterung die die Fetttröpfchen
umgebenden Grenzschichten zerstört werden, so daß das Fett aus den Hüllen austreten
kann.
-
Es bildet sich eine kontinuierliche Phase, in die die Wassertröpfchen
(Buttermilch) und Luftbläschen eingeschlossen sind.
-
Die Butter ist äußerst anfällig (besonders Sauerrahmbutter), weil
die Wassertröpfchen relativ groß sind, einen hohen pl-Wert haben und ungleichmäßig
verteilt sind. In der Butter sind bis zu 30°lo der im Rahm vorhandenen Keime und
Sporen verblieben, die in der wäßrigen Phase einen ausgezeichneten Nährboden finden.
Während des Fabrikationsganges treten weitere Infektionen mit Bakterien und Metallen
ein wodurch die Haltbarkeit stark beeinflußt wird. in Papier oder Folie abgepackte
Butter sondert an der Oberfläche, insbesondere bei Temperaturschwankungen, sehr
leicht wäßrige Bestandteile aus, wodurch sich an der Berührungsfläche Butterpapier
schädliche chemische Reaktionen entwickeln, die verhältnismäßig schnell - je nach
Temperatur, Licht-und Lufteinwirkung - den ganzen Inhalt der Pakkung verderben.
-
Soll also Milch, Sahne oder Butter für eine längere Zeit - 6 bis
8 Monate - im Zustand der natürlischen Frische gehalten werden, so ist es erforderlich,
das Gleichgewicht der Zerteilungsphasen vollkommen zu erhalten, die Luft und Gase
vollständig zu entfernen und die Temperatur so tief wie möglich zu senken. Das Produkt
muß dann bei gleichbleibender Temperatur unter absolutem Licht- und Luftabschluß
gelagert werden.
-
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung ist
in der F i g. 1 der Zeichnung in Form eines Fließbildes dargestellt. An Hand dieser
Figur soll das Verfahren beispielsweise für den Fall geschildert werden, daß hochprozentige
Sahne (Fettgehalt 60 bis 80°/o) über einen Zeitraum von mehr als 6 Monate einzulagern
ist.
-
Die Sahne wird zunächst durch Zentrifugieren von Milch gewonnen.
Der Rahm befindet sich dann noch im Zustand der Emulsion, wobei lediglich der Anteil
der wäßrigen Phase verkleinert worden ist. Dieser Rahm wird aus einem Vorratsbehälter
1 oder - was noch vorteilhafter ist - unmittelbar aus dem Ablaufstutzen der Zentrifuge
2 mittels einer Pumpe 3 oder
auf irgendeine andere Weise mit einem Druck von beispielsweise
10 atü in eine Rohrleitung 4 gedrückt, in der sich nahe an der Vakuumapparatur eine
rohrförmige Erweiterung 5 befindet, die z. B. mit Edelstahlkugeln 6 gefüllt ist.
An diesen erweiterten Rohrabschnitt 5 ist am Ende eine Dampfleitung 7 angeschlossen,
durch die Wasserdampf mit einem bestimmten Druck in die rohrförmige Erweiterung
eingeleitet wird, der die Sahne im Gegenstrom durchdringt und diese dabei auf etwa
90 bis 100° C erhitzt.
-
Die Erhitzung kann in einem bestimmten Rohrabschnitt auch mittels
Hochfrequenzstrom erfolgen.
-
Diese so behandelte Sahne gelangt unmittelbar in die Zerstäubungsdüse
8 des Vakuumkessels 9, wobei sie infolge der Druckminderung als feiner Nebel in
den Vakuumkessel eintritt. Infolge des hohen Vakuums von etwa 2 bis 4 Torr oder
0,5 bis 2 Torr verdampft schlagartig ein Teil des Wassers, wodurch eine weitere
explosionsartige Zerteilung der ohnehin schon sehr feinen Nebeltröpfchen stattfindet.
Dieser außerordentlich feine Sprühnebel bildet eine sehr große Oberfläche, so daß
bei angemessener Leistung des das Vakuum erzeugenden Dampfstrahlers 10 eine sehr
intensive Verdampfung des Wassers stattfindet. Der Dampf des Dampfstrahlers wird
auf bekannte Weise in einem Kondensator 19 niedergeschlagen. Das Kondensat und die
aus dem Behälter abgesaugte Luft werden aus dem Kondensator auf nicht gezeigte Weise
abgeführt. Das in der Fettphase feinstverteilt eingeschlossene Wasser gefriert dabei
spontan, so daß sich am Boden des Behälters eine lose schneeartige und fast trocken
wirkende Masse mit einer gleichmäßigen Temperatur von etwa - 100 C ansammelt.
-
Durch das schlagartige Gefrieren der wäßrigen Phase kommt es zu keiner
ausgesprochenen Eiskristallbildung, so daß das gewonnene Produkt praktisch die Eigenschaft
der ursprünglich flüssigen Emulsion behält. Ein Phasenbruch und eine Veränderung
der Gleichgewichtsverhältnisse der einzelnen Zerteilungsphasen tritt nicht ein.
Der Vakuumkessel 9 kann dop pelwandig ausgeführt und gegen Wärmeeinstrahlung auf
irgendeine Weise isoliert sein.
-
Die gewonnene schneeartige Substanz wird nun z. B. durch eine Schnecke
11 aus dem Vakuumkessel 9 gefördert. Durch den innerhalb der Förderschnecke 11 entstehenden
Preßdruck kann das Produkt durch ein Mundstück 12 in bestimmter Formung als Strang
austreten, wobei der Druck innerhalb der Schnecke oder Austrittsleitung das Eindringen
von Luft in den Vakuumkessel verhindert, so daß eine kontinuierliche Entnahme möglich
ist. Durch ein schon sehr mäßiges Zusammenpressen werden die sehr feinen Wasserdampfeinschlüsse
aus der Masse entfernt.
-
An die Austrittsöffnung kann nunmehr ein größerer evakuierter Behälter
13 mit einem Fassungsvermögen von etwa 10 bis 20 t unmittelbar angeschlossen werden,
in dem dann das gewonnene Produkt gelagert wird. Dieser Lagerbehälter wird zweckmäßig
doppelwandig ausgeführt, wobei in dem Zwischenraum 18 der Doppelwand ebenfalls ein
Vakuum herrscht. Der Behälter kann ohne besondere äußere Isolierung aufgestellt
werden; es ist lediglich erforderlich, die sehr geringe Einstrahlungswärme durch
eine geeignete Kühlvorrichtung abzuleiten. Das kann in der Weise geschehen, daß
z.B. auf der Außenseite des Innenbehälters 13 oder in dem Zwischenraum 18 zwischen
dem Innen- 13 und dem Außenbehälter 14 eine Kühlschlange
15 od.
dgl. angeordnet wird. Es ist aber auch möglich, die Außenseite des Innenbehälters
13 mit einer geeigneten Kühlsole, die im Kreislauf bewegt wird, zu berieseln. Mit
einem sehr geringen Aufwand an Energie und sehr niedrigen Investitionskosten für
den Lagerraum kann die Lagerung bei ganz gleichmäßiger Temperatur bewirkt werden.
-
Soll die so gelagerte Sahne zur weiteren Verarbeitung auf Butter
entnommen werden, so wird zweckmäßigerweise durch eine Druckleitung 16 ein neutrales
Gas eingeleitet und der Inhalt durch die Austrittsöffnung 17 herausgedrückt. Auf
diese Weise kann das jeweils zur Verarbeitung vorgesehene Quantum entnommen werden,
ohne daß der verbleibende Inhalt verdirbt. An Stelle eines Gases kann auch Wasserdampf
genommen werden. Die Sahne erwärmt sich dabei und wird wieder flüssig, was ohnehin
für die Verbutterung erforderlich ist. Die durch den Wasserdampf eintretende Verdünnung
ist für die Verarbeitung zweckmäßig.
-
Eine andere Möglichkeit der Lagerung dieser Sahne besteht darin,
daß die verfahrensmäßig behandelte Ware in Plastikhüllen oder sonst geeignete Gefäße
gefördert wird. Diese unter Vakuum verschiossenen Packungen, die etwa 50 kg fasseri,
können dann anschließend in einem Kühlhaus bei 10 bis - 200 C gelagert werden. Zur
Entnahme der im Vakuum ge füllten und geschlossenen Plastikbeutel oder sonstigen
Behältnisse kann wie folgt verfahren werden.
-
In der F j g. 2 der Zeichnung ist bei 21 ein Förderband in einem
unter Vakuum stehenden Kanal 31 zu erkennen, das die unter Vakuum gefüllten und
verschlossenen Behältnisse 22 in ein mit Wasser od. dgl. gefülltes Fallrohr 23 von
etwa 11 m Länge abwirft Die Behältnisse fallen infolge der Schwerkraft abwärts,
wo sie mittels Förderband 24 in die freie Atmosphäre geleitet werden. Das Standrohr
23 taucht in ein mit Wasser gefülltes Gefäß 25, so daß die im Standrohr vorhandene
Wassersäule den Zutritt der Luft in die Vakuumapparatur verhindert. Auf diese Weise
ist es möglich, die verhältnismäßig großen Packungen ohne Störung des Vakuums kontinuierlich
zu entnehmen. Die Flüssigkeit im Standrohr 23 und Behälter 25 kann durch eine Kühlvorrichtung
26 beliebig temperiert werden. Durch Rohrleitungen 20 bis 27 und Pumpe 28 ist eine
Umwälzung der Flüssigkeit möglich. Im Standrohr 23 können spezielle Transportmittel
untergebracht werden, wenn das erforderlich ist. Dies empfiehlt sich insbesondere
dann, wenn die Packungen in der Flüssigkeit des Standrohres 23 einen Auftrieb haben
sollten.
-
Diese Vorrichtung zur Entnahme von unter Vakuum gefüllten und geschlossenen
Behältnissen 22 soll nicht auf den speziellen Gegenstand der Erfindung beschränkt
sein. Sie kann in allen anderen Fällen unabhängig von diesem Verfahren eingesetzt
werden, wenn die Entnahme von Gegenständen beliebiger Art aus einem Vakuumraum erforderlich
ist.
-
Die Zeichnung dient nur der Veranschaulichung des Prinzips; es sind,
je nach dem Verwendungszweck, andere Ausführungsformen möglich.
-
Die in der Fig. 2 dargestellte Entnahmevorrichtung setzt voraus,
daß sich die Vakuumapparatur ebenfalls in einer Höhe von etwa 11 m befindet. Soll
das Verfahren zu ebener Erde betrieben werden, dann ist es erforderlich, einen unter
Vakuum stehenden Elevator zu betreiben, der das abgefüllte Gut bis
zu einer Höhe
von 11 m anhebt und in das besagte Fallrohr 23 abwirft.
-
Das Einfüllen des in dem Vakuumbehälter 9 behandelten Gutes in die
luft-, flüssigkeits- und dampfdichten Behältnisse 22 und das dichte Verschließen
dieser Behältnisse erfolgt mittels irgendwelcher, an sich bekannter Maschinen automatisch
unter Vakuum, aber zweckmäßigerweise außerhalb des Behälters 9.
-
Der Behälter 13 fällt also in diesem Falle fort und wird durch einen
unter Vakuum stehenden Raum ersetzt, in dem sich die automatisch arbeitende Einfüll-und
Verschließmaschine befindet, die auf das Förderband 21 abwirft, das sich in dem
noch unter Vakuum stehenden Kanal 31 befindet.
-
Bei der Verarbeitung derart gelagerter Sahne treten keinerlei Schwierigkeiten
auf.
-
Das dargestellte Verfahren kann auch vorteilhaft für die Lagerung
oder Frischhaltung von Schlagrahm mit einem Fettgehalt von etwa 35 0/o benutzt werden.
Für den Kleinhandel derartig tiefgefrorener Schlagsahne kann eine Abfüllung in Plastikbeutel
oder Dosen mit einem Inhalt von etwa l/4 bis 1 1 unter Vakuum erfolgen und in den
üblichen Tiefkühltruhen zum Verkauf angeboten werden.
-
Ferner kann es vorteilhaft sein, Frischmilch entsprechend zu behandeln.
Eine Gefrierung auf etwa -2 bis - 40 C würde für die praktischen Bedürfnisse ausreichen.
Die einzelnen Zerteilungszustände werden voll erhalten; eine Absonderung der Sahne
findet nicht statt. Bei der bisher üblichen Abfüllung flüssiger Milch in Pappbecher
oder -tüten setzte sich die Sahne an der Innenwand ab, das Fett erstarrte und konnte
nicht wieder in die Mischung gebracht werden.
-
Die nach dem Verfahren behandelte Milch geht nach dem Auftauen unverändert
in den natürlichen Zustand der Frischmilch über.
-
Für die Herstellung der sogenannten Süßrahmbutter oder der Margarine
ergibt sich durch die verfahrensmäßige Anwendung noch der Vorteil, daß bei der auf
etwa 80 O/o Fett eingestellten Emulsion durch die Einsprühung in den Vakuumbehälter
eine Phasenumkehr eintritt, die aus der Fett-in-Wasser-Emulsion eine Wasser-in-Fett-Emulsion
herbeiführt. Dabei kann es vorteilhaft sein, vor oder hinter der Zerstäubervorrichtung
(Düse, rotierender Zerstäuber usw.) zusätzlich eine Schlagvorrichtung anzuordnen,
um einen Teil der Fettkügelchen zu zertrümmern. Die Schlagvorrichtung kann z. B.
in der rohrförmigen Erweiterung 32 hinter der Rohrerweiterung 5 angeordnet werden;
sie besteht z. B. aus einer sehr schnell rotierenden Höckerwalze, die die durchlaufende
Sahne erfaßt und mit großer Gewalt gegen die ebenfalls mit Höckern od. dgl. versehene
Innenwand.der rohrförmigen Hülse 32 schleudert. Dabei wird wiederum gleichzeitig
Dampf zwecks Erhitzung der Sahne zugeführt. Das in Form von Dampf zugeführte Wasser
wird dann im Vakuum unmittelbar und momentan verdampft, wodurch der Kühl- oder Gefriereffekt
eintritt und der ursprüngliche Fettgehalt von 80 0/o wieder erreicht ist.
-
Nach derselben Methode kann auch bei der Gewinnung von Eimasse verfahren
werden. Zu diesem Zweck werden die Eier mit der Schale in eine kontinuierlich arbeitende
Füllvorrichtung eingegeben, wo sie zunächst mit Dampf behandelt werden, um die auf
der Oberfläche der Schale haftenden Bakterien, Schimmelpilze und sonstige Verunreinigungen
zu be-409 6601227
seitigen. Die so behandelten Eier gelangen dann
in eine Schlagvorrichtung, die sie zertrümmert, intensiv mischt und die Schale so
fein zerkleinert, daß die festen Bestandteile in der Masse nicht mehr wahrn.hmbar
sind. Diese flüssige Masse wird mit einem ausreichenden Druck in die Vakuumapparatur
eingedüst und spontan tiefgefroren. Nach Abpackung unter Vakuum in beliebig große
Plastikbeutel oder andere geeignete Behältnisse kann so eine dem natürlichen Ei
eigene Frische auf lange Zeit erhalten bleiben.
-
Wenn bei der Dampfbehandlung eine dünne Randschicht des Eiweißes
koaguliert, so ist das unschädlich und tritt in dem gewonnenen Endprodukt nicht
in Erscheinung. Durch Verdampfung eines größeren Flüssigkeitsanteils kann eine Eindickung
bis auf pastenartige Konsistenz erreicht werden. Selbstverständlich läßt sich auch
Eiweiß und Dotter getrennt verarbeiten. Durch das Zerschlagen der Eier zwecks Trennung
des Inhalts tritt dann allerdings leicht eine Infektion ein, so daß eine nachträgliche
Wärmebehandlung nicht zu umgehen sein wird. Das so gewonnene Produkt ist hauptsächlich
für Großverbraucher zweckmäßig weil im Gegensatz zu Trockenei die volle Löslichkeit
der Bestandteile erhalten bleibt und damit eine wirtschaftliche Weiterverarbeitung
sichergestellt ist.
-
Mit großem Vorteil kann das Verfahren auch für die Herstellung von
Blutkonserven angewandt werden, wobei dann jeder Grad der Trocknung eingestellt
werden kann. Wird eine starke Trocknung gewünscht, dann muß mit einem Vakuum von
0,5 bis 1 Torr, das mit einem entsprechend ausgelegten Dampfstrahler ohne Schwierigkeiten
zu erreichen ist, gearbeitet werden. Derartige Blutkonserven sind von hoher Qualität
und völlig frei von Infektionen, die bei der sonst üblichen Gefriertrocknung leicht
eintreten können.
-
Auch für die Haltbarmachung von Fruchtsäften unter gleichzeitiger
Erhöhung der Konzentration, für die Gewinnung von Extrakten aus beispielsweise Kaffee,
Tee, Gemüsesäften, Drogen usw. ist das Verfahren geeignet, weil infolge der schnellen
Gefrierung der wäßrigen Bestandteile ein Entweichen der Aromastoffe nicht zu befürchten
ist.
-
Öle und Fette können entsprechend behandelt werden, wenn diese durch
Beifügung von Wasser zu einer Emulsion verarbeitet worden sind. Von ganz besonderer
Bedeutung ist hierbei, daß eine Feinverteilung des Wassers im Fett nur ganz kurzfristig
zu bestehen braucht, weil durch die Gefrierung die Masse (Emulsion) vollständig
stabilisiert wird. Es ist also nicht erforderlich, besondere Stabilisatoren hinzuzufügen.
Die Wasserbeimischung kann gerade so hoch gewählt werden, daß die gesamte Wassermenge
verdampft und gerade ausreicht, den gewünschten Grad der Abkühlung oder Gefrierung
zu erreichen.
-
Es bestehen hier zahlreiche Varianten, die je nach dem gewünschten
Effekt ohne Schwierigkeiten erreicht werden können.
-
Die Aufzählung dieser einzelnen Anwendungsbeispiele ist nicht vollständig
und bedeutet keine Einschränkung des Verfahrens auf diese Prozesse.
-
Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß das Verfahren dann
mit Vorteil anzuwenden ist, wenn fett- und'oder eiweißhaltige Produkte für eine
längere Zeit im Zustand der natürlichen Frische bleiben sollen und dabei die natürlichen
oder künstlich verän-
derten Gleichgewichtsverhältnisse der diesen Stoffen eigenen
Komponenten erhalten bleiben, so daß nach dem Auftauen der Ausgangszustand voll
und ganz reproduziert wird. Dabei ist besonders bemerkenswert, daß das Verfahren
mit einem äußerst geringen Installationsaufwand auskommt und trotzdem gestattet,
das Verfahren für alle möglichen Produkte und mit sehr verschiedenartigen Effekten
zu betreiben. Der relativ geringe Energieaufwand im Verhältnis zu anderen herkömmlichen
Gefrierverfahren ist auch wirtschaftlich von beachtlicher Bedeutung.