DE1232913B

DE1232913B - Belueftungsvorrichtung fuer Gaerungen im Kreislaufverfahren, insbesondere zur Erzeugung von Backhefe

Info

Publication number: DE1232913B
Application number: DEK51088A
Authority: DE
Inventors: Hans Kersting
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1963-10-15
Filing date: 1963-10-15
Publication date: 1967-01-26
Also published as: FI43058B; GB1032189A; AT253442B; BE654399A; SE307116B; CH437176A; NL6411911A; NL134469C; DK109921C; US3274075A

Description

Belüftungsvorrichtung für Gärungen im Kreislaufverfahren, insbesondere zur Erzeugung von Backhefe Die Erfindung bezieht sich auf eine Belüftungsvorrichtung für Gärungen im Kreislaufverfahren, insbesondere zur Erzeugung von Backhefe.
Bei der Gewinnung von Gärprodukten, z. B. Hefe, durch Belüftung von Gärflüssigkeiten, z. B. hefehaltiger Maische, spielt die Art der Versorgung der Hefezellen mit Sauerstoff eine besondere Rolle. Die Ergiebigkeit des Prozesses hängt insbesondere von der Menge des in der Maische für die Veratmung durch die Hefezellen bereitgehaltenen Sauerstoffes ab. Hierzu versucht man, den Ausnutzungsgrad der in die Maische eingeblasenen Luft durch eine Steigerung des Diffusionseffektes von Sauerstoff in die Hefezellen zu erhöhen. Um das zu erreichen, kommt es vor allem darauf an, der Hefezelle die Gelegenheit und die Zeit zu geben, daß eine intensive Berührung der Hefezellen mit den in der Maische enthaltenen Luftblasen stattfinden kann. Es wird deshalb angestrebt, daß die in der Maische befindlichen Luftblasen möglichst zahlreich und klein sind. Da kleine Blasen eine geringere Aufstiegskraft in der Maische haben als große, kann man dadurch zugleich eine längere Verweilzeit der Luftblasen in der Maische erzielen. Die Diffusion von Sauerstoff geht somit bei kleinen Luftblasen intensiver vonstatten. Die Art des Belüftungsvorganges ist also bei der Gewinnung von Gärprodukten für eine hohe Hefevermehrung maßgebend.
Es ist bekannt, Belüftungsgeräte der verschiedensten Art zu verwenden, z. B. am Boden des Gärbottichs angeordnete, mit Löchern versehene Rohrschlangen, Diaphragmenplatten oder -rohre, keramische oder metallische Fritten, aus mit Löchern versehenen Rohren oder Behältern bestehende Rotationsaggregate u. dgl. Bei den aus metallischen Rohren oder Behältern gebildeten Belüftungskörpern ist die Ausbildung kleiner Luftaustrittslöcher, wie diese für eine Feinstbelüftung erforderlich sind, vielfach durch Schwierigkeiten technischer und auch verfahrenstechnischer Art nach unten begrenzt. Um die Bildung von kleinen Luftblasen zu unterstützen, läßt man solche Belüfterkörper in der Maische rotieren. Eine solche Belüftungsart ist aber mit einem hohen Energieaufwand verbunden, da zu der Erzeugung von Drucks luft noch Energie für die Rotation aufgewendet werden muß. Es kommt noch hinzu, daß die Belüftungskörper einem hohen Reibungsverschleiß unterliegen, weil sie mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit in der Maische rotieren müssen, um einen nutzbaren Belüftungseffekt zu erzielen. Die Luftlöcher weiten sich mit der Zeit aus, was zur Folge hat, daß mit zunehmender Größe der Luftblasen sich der Belüftungseffekt verschlechtert.
Andere Luftverteiler bestehen aus mit Luftaustrittsöffnungen versehenen Propellerflügeln, Belüftungsscheiben u. dgl. Hierbei erstrecken sich die umlaufenden Belüftungsflügel bzw. -scheiben nur über einen geringen Teil der Grundfläche des Gärbehälters. Um zu erreichen, daß die in die Gärflüssigkeit gepreßten Luftblasen sich über die ganze Grundfläche des Behälters ausbreiten, verwendet man zusätzliche Leitorgane, die jedoch ihren Zweck nur unvollkommen erfüllen.
Bei der Anwendung des Diaphragmen- oder Frittensystems für die Belüftung lassen sich zwar Luftblasen in einer optimalen Größe hervorbringen.
Bei dem geringen Durchmesser der Poren der Belüftungskörper ist jedoch der Porendurchgangswiderstand so hoch, daß zu seiner Überwindung die Luft mit einem sehr hohen Energieaufwand hindurchgeblasen werden muß. Energiekosten aber sind ein bedeutender Faktor in der wirtschaftlichen Ertragsrechnung der Backhefeerzeugung, weshalb man bestrebt ist, die Kosten für die Belüftung der Maische möglichst gering zu halten. Ein weiterer Nachteil der Diaphragrnen- bzw. Frittensysteme besteht darin, daß bei Nachlassen des Luftüberdruckes im Inneren der Belüftungskörper, z. B. bei einem Defekt in der Luftzufuhrleitung oder bei Fehlen der Luftzufuhr, leicht eine Verstopfung der Poren durch das Eindringen von Maischepartikeln eintritt. Man zieht deshalb in der Praxis die Grobbelüftung durch Rotationsbelüfter der Verwendung von Feinstbelüftungskörpern vor. Auch ist es vielfach notwendig, die Gärflüssigkeit durch die Belüftungseinrichtung hindurchzutreiben, wozu man Rührflügel oder sonstige geeignete Antriebspropeller für die notwendige Strömung der Gärflüssigkeit einsetzt.
Für das Scheitern der bisherigen Bemühungen um eine rationelle Belüftung von hefehaltigen Maischen ist in hohem Maß auch der Unterschied bedeutsam, daß es mit den bekannten Belüftungssystemen nicht möglich ist, eine totale punktuelle Belüftung des ganzen Maischesäulenquerschnittes im Gärbottich zu erreichen. Bei den bisherigen Rohr-, Diaphragmen-oder Frittenbelüftern oder Belüftungsrotationsaggregaten ist ein verhältnismäßig großer Abstand der einzelnen Glieder oder Löcher untereinander vorhanden, so daß es in der Maischemasse Schichten und Zonen gibt, die unbelüftet bleiben. Bei Belüftungsweisen, die zur Erzielung kleiner Blasen die Maischemasse durch die Zwischenräume von am Boden des Gärbottichs angeordneten Fritten strömen läßt, findet die horizontale Oberfläche der Fritten dadurch ihre Begrenzung, daß genügend Raum für die durchströmende Maischemasse verbleiben muß. Auch die in einem bekannten Fall seitlich aus den Fritten austretenden Luftstrahlen vermögen horizontal kaum die durchströmende Maischemasse in all ihren Schichten zu erfassen.
Aufgabe der Erfindung ist, bei einer Belüftungsvorrichtung für Gärungen im Kreislaufverfahren eine intensive und energiesparende Belüftung der Gärflüssigkeit zu gewährleisten. Die Belüftungsvorrichtung mit einem in Bodennähe des Bottichs angeordneten Rotationsbelüfter mit zentralem Luftzuführungsrohr zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, daß der Belüfter aus in einer Ebene angeordneten, sich radial vom zentralen Luftzuführungsrohr bis zur Bottichwand erstreckenden, allseitig feinporigen metallischen Fritten gebildet ist, die eine vordere senkrecht stehende Fläche und von dieser ausgehend im Winkel von 450 zur Bottichlängsachse geneigte und zu einer hinteren Kante zusammenlaufende Flächen aufweisen. Hierbei sind die Fritten so zueinander angeordnet, daß die Vorderfläche einer Fritte mindestens über der hinteren Kante einer vorhergehenden Fritte steht.
Auf diese Weise wird erreicht, daß die gesamte Querschnittsfläche des Bottichs durch die Belüftung wie von einer aus einem Stück bestehenden Fritte erfaßt wird. Die Durchgänge bleiben auf Grund der Schräglage der einzelnen Fritten zueinander so groß, daß die Gärflüssigkeit ungehemmt hindurchströmen kann. Durch die Schräglage der Zwischenräume erhalten die Vertikal ströme eine seitliche Ablenkung, wodurch die Verwirbelung noch intensiver wird und die aufwärts gerichteten Strömungswege länger werden. Da die verhältnismäßig kleinen Luftblasen nur eine geringe Aufstiegskraft haben, steigen sie nicht sogleich senkrecht hoch, sondern machen einen großen Teil der Wirbelwege mit. Es wird hierdurch die Verweilzeit der Luftblasen in der Maische verlängert, und es werden die Berührungsfälle zwischen Hefezelle und Luftblase vermehrt, was zu einer Förderung der Diffusion von Sauerstoff in die Hefezelle führt.
Man benötigt kein Antriebsmittel für den Belüfter bzw. auch keine Fördermittel für die Gärflüssigkeit.
Die letztere wird durch die nach verschiedenen Richtungen austretenden Luftblasen durchströmt, so daß die Blasenschichten sich gleichsam verdichten. Luftblasen verschiedener Strömungsrichtungen treffen aufeinander, was zu zeitweisen Deformationen der Luftblasen führt. Deformierte Luftblasen haben eine größere Oberfläche als kugelige, was zu einer günstigeren Sauerstoffdiffusion führt.
Weiterhin wird bei einer verwirbelten Gärflüssigkeit die Assimilation der in der Maische enthaltenen Nährstoffe begünstigt, und es werden so die biolo- gischen Bedingungen für das Wachstum der Hefezellen allgemein verbessert. Das Belüftungsgerät beansprucht innerhalb des Gärbottichs nur einen verhältnismäßig kleinen Raum und hat trotzdem eine Oberflächengröße, die gleich der Querschnittsfläche des Belüftungsbottichs ist, wobei die Gesamtluftaustrittsfläche ein Vielfaches größer als die Bottichfläche ist. Es läßt sich eine Feinstbelüftung der Maische von so hoher Qualität erzielen, daß die Maischemasse in einen Zustand versetzt wird, der einer totalen Verschäumung nahekommt. Die Sauerstoffmenge in der Gärflüssigkeit wird dabei so erhöht, daß mit einer größeren Hefekonzentration in dieser gearbeitet werden kann, als dies bisher möglich war. Die hierbei erzielbare Steigerung der Produktionsmenge ist ohne Erhöhung des Aufwandes an Energie und sonstiger zusätzlicher Betriebskosten möglich.
Die Belüftungsvorrichtung kann in der Höhe verschiebbar angeordnet sein, wobei sie zweckmäßig mit Gewichtsausgleich, z. B. mit Gegengewichten, versehen ist, die an dem Luftzuführungsrohr angreifen.
Dadurch wird ermöglicht, daß feinporige Fritten als Belüfterkörper ohne Gefahr für eine ungestörte Betriebsweise gegen Porenverstopfung durch eindringende Partikeln der Gärflüssigkeit oder durch Hefezellen verwendet werden können. Die Verschiebbarkeit des Rotationsbelüfters in der Höhe mit selbsttätigem Gewichtsausgleich stellt eine automatisch wirkende Sicherungsvorkehrung gegen Verstopfung dar. Bei Aufhören des Belüftungsdruckes, der gegen die Kraftwirkung des Gewichtsausgleiches wirkt, wird der Rotationsbelüfter selbsttätig aus der Gärflüssigkeit herausgezogen, wodurch mit Sicherheit eine Verstopfung der Poren und der darauf beruhende Ausfall der Belüftung verhindert wird.
Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nachstehend erläutert.
A b b. 1 zeigt die Belüftungsvorrichtung gemäß der Erfindung im Aufriß schematisch; A b b. 2 stellt eine Draufsicht auf die Vorrichtung für sich in kleinerem Maßstab dar; A b b. 3 und 4 veranschaulicht die Ausbildung und die Anordnung einer Fritte in Vorderansicht und in Seitenansicht schematisch und in verschiedenen Maßstäben.
Die dargestellte Vorrichtung zur Erzeugung von Hefe weist einen Bottich 1 auf, in dem die Fritten 2 untergebracht sind. An einem Rohr 7 zur Zuführung der zur Belüftung der Gärflüssigkeit dienenden Luft sind die Fritten 2 angebracht, die sich radial zu dem Rohr 7 erstrecken und in einer Ebene liegen. Die Fritten 2 können als dünnwandige, an allen Seiten feinporige metallische Gebilde ausgebildet sein. Sie erstrecken sich bis zur Bottichwand und sind in einem Winkel von 450 zur Bottichlängsachse fächerartig schräggestellt. Die Breite der Fritten ist so bemessen, daß ihre Vorderfläche 2' die hintere Kante der benachbarten Fritte mindestens überdeckt. Zwischen den einzelnen Fritten verbleibt ein schräger Zwischenraum. Die Fritten 2 sind im Querschnitt dreieckförmig ausgebildet, wobei die Dreieckflächen 2" etwa 450 zu der Längsachse des Luftzuführungsrohres 7 vorgesehen sind. Eine weitere Dreieckfläche 2' ist im wesentlichen vertikal stehend angeordnet, während die dritte Dreieckfläche 2"' zu der ersteren Seite 2" spitz zuläuft. Die Fritten sind dünnformatig ausgebildet und weisen winzige Poren in großer Dichte auf. Bei Porengrößen von 0,02 bis 0,03 mm entstehen Luftblasen von etwa 0,93 bis 1 mm Durchmesser.
Die in dem Bottich 1 befindliche Säule der Maischeflüssigkeit wird in vertikaler Richtung von Luftblasenketten praktisch im Punktabstand durchströmt.
Die Luftblasen treten nicht nur aus der porösen Fläche2', sondern auch aus den weiteren Flächen 2" und 2"' der Fritten einschließlich deren Kanten aus.
Da die Gärflüssigkeit an allen Flächen der Fritten mit einer gewissen Geschwindigkeit vorbeiströmt, erfolgt eine Zerteilung der aus den Fritten austretenden Luftblasen.
Jede Fritte 2 ist mittels des Stutzens 12 mit dem Luftzuführungsrohr 7 verbunden, durch den die Luft in das Innere der Fritten gelangen kann. Durch die schraubenflügelartige Anordnung der Fritten an dem Rohr 7 kann sich durch das Ausströmen der Flüssigkeit und infolge einer gewissen Rückstoßkraft eine selbsttätige Rotation des Belüftungssystems einstellen.
Die Turbulenz der Gärflüssigkeit und die Bildung kleiner Luftblasen wird durch eine solche Rotation des Frittensystems noch unterstützt. Der Bottichdeckel weist für das Luftzuführungsrohr 7 geeignete Lager auf.
Im Oberteil des Bottichs 1' kann ein Becherrad 3 angeordnet sein. Die Becher nehmen die kontinuierlich der Gärflüssigkeit durch das Rohr 8 zufließende Nährflüssigkeit auf, bevor die Nährlösung über das Träufelblech 13 in die Gärflüssigkeit tröpfelt. Zur Unterstützung der Bewegungsenergie für die Rotation des Frittensystems kann das Becherrad mittels geeigneter Übertragungsglieder mit dem drehbaren Luftzuführungsrohr versehen sein. Auf diese Weise ergibt sich durch den kontinuierlichen Umlauf des Becherrades eine Kraftquelle für die Rotation der Belüftungsvorrichtung.
Der Behälter 1, 1' weist noch einen dem Umlauf der Flüssigkeit dienenden Behälterteil 6 auf, in welchem eine Kühlvorrichtung 10 untergebracht ist. Die Gärflüssigkeit läuft im Kreislauf entsprechend den in der A b b. 1 dargestellten Pfeilen um. Mit 11 ist die Abnahmeleitung für den Hefezuwachs bezeichnet.
Durch den Stutzen 14 wird die Gärflüssigkeit zugeführt, und der Bottich kann durch den Ablaßstutzen 15 entleert werden.
Damit feinporige Fritten als Belüfterkörper ohne Gefahr für eine ungestörte Betriebsweise gegen Porenverstopfung verwendet werden können, ist eine automatisch wirkende Sicherungseinrichtung vorgesehen.
Das Luftzuführungsrohr 7 ist längsbeweglich durch den Bottichdeckel geführt oder in seinem im Bottich befindlichen Teil aus mehreren Rohrstücken teleskopartig zusammengesetzt. Bei einem starren Luftzuführungsrohr wird zwischen dem Rohrende und dem Luftkompressor ein ausreichend langes flexibles Leitungsstück eingeschoben, so daß ein Heben und Senken des Rohres 7 innerhalb des Bottichs in genügendem Maß erfolgen kann. Außerhalb des Bottichs sind Gegengewichte 4 angeordnet, die mittels eines Seilzuges über die Rollen 9 an zweckmäßiger Stelle mit dem Rohr 7 verbunden sind. Die Gegengewichte sind so ausgewogen, daß diese, solange die Belüftungsvorrichtung im Inneren des Bottichs nicht den für die Belüftung der Maische erforderlichen Überdruck hat, die Fritten 2 oberhalb des Maischespiegels halten.
Wenn die Belüftungsvorrichtung unter den Belüftungsdruck gesetzt wird, und zwar unter einen bestimmten Überdruck, der durch den Porendurchgangswiderstand und durch den Gegendruck der auf den Poren lastenden Gärflüssigkeit nach dem Eintauchen der Fritten in die Flüssigkeit bedingt ist, wird die Belüftungsvorrichtung nach unten bis in die vorgesehene Tiefenlage gedrückt. Wenn der Belüftungsdruck aus irgendeinem Grund nicht vorhanden ist, ziehen die Gegengewichte die Belüftungsvorrichtung aus der Gärflüssigkeit heraus. Auf diese Weise wird mit Sicherheit automatisch ein Verharren der Fritten im unbelüfteten Zustand in der Flüssigkeit und damit ein Zusetzen der Poren der Fritten verhindert.

Claims

Patentansprüche: 1. Belüftungsvorrichtung für Gärungen im Kreislaufverfahren, insbesondere zur Erzeugung von Backhefe, bestehend aus einem in Bodennähe eines Bottichs angeordneten Rotationsbelüfter mit zentralem Luftzuführungsrohr, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß der Belüfter aus in einer Ebene angeordneten, sich radial vom zentralen Luftzuführungsrohr(7) bis zur Bottichwand erstreckenden, allseitig feinporigen metallischen Fritten (2) gebildet ist, die eine vordere, senkrecht stehende Fläche (2') und von dieser ausgehend im Winkel von 450 zur Bottichlängsachse geneigte und zu einer hinteren Kante zusammenlaufende Flächen (2", 2"') aufweisen, wobei die Fritten (2) so zueinander angeordnet sind, daß die Vorderfläche (2') einer Fritte mindestens über der hinteren Kante einer vorhergehenden Fritte (2) steht.
2. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese in Höhenrichtung verschiebbar angeordnet ist.
3. Belüftungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese mit Gegengewichten versehen ist, die an dem Luftzuführungsrohr (7) angreifen.
4. Belüftungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftzuführungsrohr (7) als Teleskoprohr ausgebildet ist.
5. Belüftungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den zusätzlichen Antrieb derselben im oberen Teil (1') des Bottichs (1) ein Becherrad (3) angeordnet ist, dem Nährlösung zugeleitet wird, und daß zwischen dem Becherrad (3) und dem Luftzuführungsrohr (7) zur Übermittlung der Bewegungsenergie des Becherrades (3) zu dem Luftzuführungsrohr (7) Übertragungsmittel vorgesehen sind. ~~~~~~~ In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 744 176; deutsche Auslegeschriften Nr. 1 071 024, 1083771; Patentschrift Nr. 21 886 des Amtes für Erfindungs-und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands; österreichische Patentschriften Nr. 175 861, 175 862; französische Patentschrift Nr. 1 221 291.