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Verfahren zum Herstellen karbonisierter Getränke Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Herstellen karbonisierter, das gelöste Kohlendioxid nach Aufheben
des Drucks nur langsam abgebender Getränke, wobei ein Kohlendioxid enthaltendes
Getränk unter Druck Ultraschallschwingungen ausgesetzt wird.
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Ein Verfahren der angegebenen Art ist bereits für das beschleunigte
Reifen von Bier bekanntgeworden. Hierbei handelt es sich jedoch um ein Getränk,
das relativ wenig Kohlendioxid enthält, und es liegt nicht das Problem vor, ein
sprudelwasserartiges Getränk daran zu hindern, daß es nach Druckaufheben, d. h.
Öffnen der Flasche, sehr schnell das gelöste Kohlendioxid praktisch vollständig
abgibt.
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Das Anwenden von Ultraschall ist auch für das Entkeimen von Getränken,
wie Süßmost und anderen Flüssigkeiten, angewandt worden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen,
das es ermöglicht, kohlendioxidenthaltende Getränke in Form eines Sprudelwassers
herzustellen, durch das es gelingt, ein Schalwerden des Getränkes nach öffnen der
Getränkeflasche zu vermeiden bzw. hintanzuhalten, so daß das Getränk über eine längere
Zeitspanne hin seinen durch den Kohlendioxidgehalt bedingten frischen und anregenden
Geschmack beibehält. Diese Aufgabe wird nun in kennzeichnender Weise erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß das in Anwendung kommende Wasser zunächst in an sich bekannter
Weise entlüften, sodann bis zur Sättigung mit Kohlendioxid versetzt, anschließend
unter einem Kohlendioxiddruck von 2 bis 5 kg/cm2 mit Ultraschallenergie behandelt
und das Getränk abschließend unter dem gleichen Gasdruck in Flaschen abgefüllt wird.
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Wenn in einer Flüssigkeit vermittels z. B. eines Quarzes oder eines
magnetostriktiven Vibrationselementes Überschallwellen erzeugt werden, treten Hohlräume
auf, und diese Hohlräume enthalten den in der Flüssigkeit zu dem Zeitpunkt ausgebildeten
Dampf, wenn das Überschallfeld einen negativen Druck ausübt. Diese Hohlräume fallen
bei der Kondensation des Dampfes wieder zusammen, wenn das Überschallfeld einen
positiven Druck ausübt. Zum Zeitpunkt des Zusammenfallens treffen die Flüssigkeitsteilchen
auf der Flüssigkeitsfläche des Hohlraums heftig mit hoher Geschwindigkeit aufeinander
und werden in ihrer Bewegung plötzlich, jedoch unregelmäßig unterbrochen. Somit
wird in der Flüssigkeit durch die Kraft der kinematischen Trägheitskraft der Flüssigkeit
lokal ein ungewöhnlich hoher Druck ausgebildet. Wenn man annimmt, daß die Flüssigkeit
nicht kompressibel ist, würde sich dieser Druck als unendlich groß berechnen. Tatsächlich
liegt derselbe jedoch wahrscheinlich in der Größenordnung von etwa 10 kg/cm2, da
jede tatsächliche Flüssigkeit in einem gewissen Ausmaß kompressibel ist und da weiterhin
die Flüssigkeit gewöhnlich Luft enthält.
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Wenn die Kavitation oder Hohlraumbildung nicht in einer normalen einfachen
Flüssigkeit, sondern in einer Flüssigkeit verursacht wird, in der Kohlendioxid in
der üblichen mechanischen Weise absorbiert worden ist, wird dieser Verdampfungskondensationszyklus
immer und immer wieder wiederholt, und an den Flüssigkeitsteilchen wird eine heftige
Flüssigkeitszerteilungswirkung verursacht. Die Korpuskularteilchen des Kohlendioxids
in der Flüssigkeit werden in Form eines Films auf der Oberfläche der Flüssigkeitsteilchen
adsorbiert. Es wird ein Aerosol ausgebildet. Auf Grund dieser Tatsache ist die Absorption
von Kohlendioxid bei Anwenden von Überschallwellen ausgezeichnet. Bei der Herstellung
von karbonisierten Getränken ist es jedoch nicht möglich gewesen, das absorbierte
Kohlendioxid trotz der Anwendung von Überschallwellen vollständig zu stabilisieren.
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Es wurde nun untersucht, wie das Vibrationselement durch umgebende
Flüssigkeit beeinflußt wird, und zwar einmal wenn sich die Flüssigkeit unter Normaldruck
befindet und zum anderen wenn
dieselbe sich unter einem größeren
Druck befindet. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in der Tabelle I aufgezeigt.
Diese Tabelle zeigt die Amplitude der Abstrahlplatte des Vibrationselementes in
Mikron für verschiedene Werte der dem Vibrator zugeführten Energie.
| Tabelle I |
| Dem Vibrator zugeführte Hochfrequenz (in Watt) |
| 200 I 400 500 ( 600 I 700 I 800 |
| Flüssigkeitsdruck |
| normal .................... 12,8 18,0 20,2 21,1 21,6 21,6 |
| 4 kg/cm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6,5 9,2 10,6
11,2 11,5 11,7 |
Aus den Ergebnissen dieser Untersuchung läßt sich das folgende entnehmen: (1) Obgleich
eine Zunahme der dem Vibrator beaufschlagten Energie zu einer entsprechenden Amplitudenzunahme
führt, wird doch der Betrag dieser Zunahme kleiner, bis bei einem bestimmten Wert
jede weitere Zunahme der beaufschlagten Energie nur zu einer geringfügigen oder
keiner Zunahme der Amplitude führt. (2) Die Amplitude nimmt scharf ab, wenn die
Flüssigkeit unter Druck gesetzt wird. Für jede Größe der dem Vibrator zugeführten
Energie wird die Amplitude der Abstrahlplatte in der unter einem Druck von 4 kg/cm2
stehenden Flüssigkeit etwa die Hälfte derjenigen der Abstrahlplatte in der sich
unter Normaldruck befindenden Flüssigkeit.
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Wenn keine Veränderung in der Amplitude des Vibrationselementes auftritt,
bedeutet dies, daß keine Veränderung in der Größe der Kavitation in der Flüssigkeit
erfolgt. Es ergibt sich somit aus (1), daß oberhalb eines bestimmten Grenzwertes
der Kavitationseffekt unbeeinflußt bleibt, und zwar obgleich die dem Vibrator zugeführte
Energie erhöht wird. Wenn alle anderen Parameter gleichbleiben, läßt sich annehmen,
daß eine Verringerung der Amplitude des Vibrationselementes eine Verringerung in
der scheinbaren Kompressibilität der Flüssigkeit bedeutet, von der ja bekannt ist,
daß dieselbe Luft und andere Gase gelöst enthält. Mit anderen Worten: eine derartige
Verringerung der Amplitude bedeutet eine Zunahme des Flüssigkeitswiderstandes, und
auf Grund der oben angegebenen Kavitationstheorie für die Gasabsorption kann man
nun eine Zunahme des Kavitationseffektes ableiten.
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Es wird also nun die Flüssigkeit mit Kohlendioxid unter Druck gesetzt
und die Korpuskulardiffusionswirkung und die Flüssigkeitszerteilungswirkung der
Überschallwellen angewandt, um so in der Flüssigkeit Kohlendioxid bis zum Sättigungspunkt
zu absorbieren. Wenn eine in dieser Weise behandelte Flüssigkeit abgedichtet in
einen Behälter eingeschlossen wird, zeigt dieselbe unmittelbar nach dem Verschließen
des Behälters einen gewissen geringfügigen Druck, jedoch verschwindet dieser Druck
bald und zeigt nach mehreren Stunden keine Zunahme. Wenn die Flüssigkeit heftig
geschüttelt wird, zeigt dieselbe einen Druck, der gleich demjenigen ist, der während
der Behandlung mit den Überschallwellen angewandt worden ist.
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Diese Tatsache unterstützt die Feststellung, daß der Kavitationseffekt
erhöht wird, wenn die Flüssigkeit für die überschallwellenbehandlung unter Druck
gesetzt wird. Es wird hierdurch weiterhin angezeigt, daß eine große Anzahl Kohlendioxidteilchen
einheitlich auf den in Korpuskelform vorliegenden Flüssigkeitsteilchen absorbiert
wird, die durch die heftige Kavitation ausgebildet worden sind. Das Ergebnis besteht
darin, daß ein stabiles Aerosol aus der Flüssigkeit und dem Kohlendioxid gebildet
wird.
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Es ergibt sich somit, daß das erfindungsgemäße Verfahren sehr zweckmäßig
bei dessen Anwendung auf die Herstellung verschiedener karbonisierter Getränke ist.
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Wasser, das man offen an der Luft bei Raumtemperatur hat stehen lassen,
enthält normalerweise 3 bis 5% Luft. Diese gelöste Luft macht das Wasser kompressibler,
und in dem die Luft in die plötzlich während der Kavitation ausgebildeten Hohlräume
eintritt, verhindert dieselbe eine Korpuskularisierung des Wasser. Die Luft wird
sich allmählich zusammenfinden, an die Oberfläche der Flüssigkeit treten und aus
dem Wasser austreten, wenn dasselbe in einem offenen Behälter der Überschallenergie
ausgesetzt wird. In einem Rohr oder geschlossener Vorrichtung, wie einer Karbonisierungsvorrichtung,
kann jedoch die Luft nicht entkommen und stellt ein starkes Hindernis für die Ausbildung
des Kohlendioxidaerosols dar.
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Somit ist die Luft aus der zum Herstellen karbonisierter Getränke
angewandten Ausgangsflüssigkeit entfernt und sodann diese Flüssigkeit in geeigneter
Weise vor der Behandlung mit Überschallwellen karbonisiert worden.
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Die Luft kann vermittels eines Vakuums, z. B. eines Entlüfters, entfernt
werden, oder indem man Kohlendioxidgas z. B. vermittels eines Karbonisierers eindrückt
oder man kann die Luft vermittels einer zweiten überschallwellenvorrichtung austreiben.
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Die Tabelle II zeigt den Unterschied zwischen den Ergebnissen, die
bei Anwenden einmal einer nicht vorbehandelten und zum anderen einer entlüfteten
Flüssigkeit erhalten worden sind. Die Zahlenwerte geben die Drücke, gemessen im
Inneren der Flaschen, ausgedrückt in kg/cm2, wieder. Die Proben der nicht behandelten
Flüssigkeit in der Gruppe (A) wurden zunächst entlüftet und sodann mit Kohlendioxid
unter einen Druck von 3 kg/cm2 gebracht und anschließend während der Absorption
des Gases der Einwirkung von Überschallwellen unterworfen. Abschließend erfolgt
ein Abfüllen von Flaschen. Die Proben der nicht behandelten Flüssigkeit der Gruppe
(B) läßt man zunächst Kohlendioxid in der üblichen mechanischen Weise absorbieren,
und sodann wird ohne Druckbeaufschlagung der Einwirkung der Überschallwellen ausgesetzt.
Abschließend wird unter einem Druck von 3 kg/cm2 in Flaschen abgefüllt. Man läßt
die Flaschen in der »nicht bewegten« Gruppe ohne Stoß- oder Vibrationseinwirkung
stehen. Die Flaschen in der »bewegten« Gruppe werden andererseits vor dem Messen
ihres Druckes
einer heftigen Vibration unterworfen. Die auf das
Vibrationselement beaufschlagte Stromfrequenz beläuft sich auf 22 kH ± 10%. Der
hochfrequente Strom wird mit 500 W zugeführt.
| Tabelle II |
| Unmittelbar Nach Nach |
| nach der 30 Minuten 24 Stunden |
| Herstellung |
| A nicht bewegt 0,3 0,0 0,0 |
| bewegt 3,0 3,0 3,0 |
| B nicht bewegt 2,5 2,0 2,0 |
| bewegt 2,6 2,2 2,2 |
Wie diese Zahlenwerte ausweisen, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren das Kohlendioxid
vollständig in der unbehandelten Flüssigkeit absorbiert, und die Geschwindigkeit,
mit der das Gas aus der Flüssigkeit verlorengeht, ist sehr gering. Untersuchungen
haben gezeigt, daß 80% des Kohlendioxides in der Flüssigkeit verbleiben, selbst
nachdem dieselbe 48 Stunden bei Raumtemperatur und offen gegenüber der Außenluft
stehengelassen worden sind.
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Obgleich es keinen Grenzwert bezüglich des Druckes gibt, unter dem
man die Flüssigkeit und das Kohlendioxid während der Behandlung mit den überschallwellen
halten kann, wurde doch gefunden, daß praktisch das gesamte Gas in der Flüssigkeit
aufgelöst und das Kohlendioxid ausreichend stabilisiert wird, indem man einen Druck
von 2 bis 5 kg/cm2 beaufschlagt. Durch diese Tatsache wird das Verfahren außerordentlich
leicht zugänglich für die Einführung karbonisierter Produkte in die handelsüblichen
Flaschen.
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Weiterhin hat die mit diesem Verfahren einhergehende heftige Kavitation
eine bemerkenswerte destruktive Wirkung auf Mikroben, und die behandelte Flüssigkeit
ist somit recht gut sterilisiert. Das Ergebnis besteht darin, daß das erhaltene
Produkt über lange Zeit hin keinerlei Verschlechterung erleidet. So kann insbesondere
ein vom Faß abgezogenes Bier auf Grund dieses Verfahrens langzeitig »konserviert«
werden.
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Die herkömmlichen karbonisierten Getränke weisen einen gewissen stechenden
Geschmack auf. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Getränke bzw.
Produkte weisen keinen derartigen unangenehm stechenden Geschmack auf, sondern besitzen
eine weiche, milde und anregende Geschmackskomponente auf Grund der außerordentlichen
Feinheit, mit der das Kohlendioxidgas im vollständig dispergierten Zustand durch
die im Korpuskularzustand vorliegenden Flüssigkeitsteilchen adsorbiert ist.
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Die Erfindung wird weiterhin im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels
erläutert. Vermittels eines Vakuums wird Wasser, dem Fruchtsaft und Zucker zugesetzt
worden sind, entlüftet. Die Lösung wird sodann in eine herkömmliche Karbonisierungsvorrichtung
gebracht und mit Kohlendioxid gesättigt. Sodann wird die karbonisierte Lösung in
eine Vorrichtung für die Behandlung mit überschallwellen eingeführt. Die Vorrichtung
ist mit einem magnetostriktiven Vibrationselement versehen, das mit einem hochfrequenten
Strom mit 500 W, einer Frequenz von 22 kH und einer Amplitude von 50 Mikron in Luft
betrieben wird. Die karbonisierte Lösung wird bei 4° C gehalten und durch die überschallwellenvorrichtung
mit einer Geschwindigkeit von 10001/h geführt. Während der Behandlung mit überschallwehen
wird die Flüssigkeit unter einem Kohlendioxiddruck von 3 kg/cm2 gehalten. Nach der
unter Druck erfolgenden Behandlung mit den überschallwehen wird die Lösung unter
dem gleichen Druck 3 kg/cm2 für das Abfüllen in Flaschen in Form eines karbonisierten
Getränkes aus der Vorrichtung abgezogen.