DE1667960B - Mehrstufiges Verfahren zur Konzen tnerung flüssiger wasserhaltiger Lebens mittel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Verfahren zur Konzentrierung flüssiger wasserhaltiger Lebensmittel, bei dem das Lebensmittel in einer ersten Phase zur Ausbildung kleiner Kristalle unter Umrühren auf eine Temperatur von 0 bis — 10⁰C abgekühlt wird und nach einer weiteren Abkühlung ein Abtrennen von Eiskristallen durch Zentrifugieren erfolgt.

Aus der deutschen Patentschrift 886 090 ist es bekannt, wäßrige Lösungen, insbesondere Fruchtsäfte, zu konzentrieren, indem man sie einer Reihe verschiedener Gefrierstufen bei jeweils abnehmender Temperatur unterwirft und in jeder Gefrierstufe diejenigen Lösungsmittelkristalle entfernt, die eine bestimmte Größe überschreiten, während die kleineren Kristalle zusammen mit der konzentrierten Lösung der folgenden Gefrierstufe zugeführt werden. Der wesentlichste Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß das angestrebte vollständige Abtrennen der gebildeten Eiskristalle auch bei Inkaufnahme mehrerer Verfahrensstufen nur sehr schwer erreicht werden kann, da in jeder Verfahrensstufe wieder neue kleine und kleinste Eiskristalle gebildet werden, deren Abtrennung durch Zentrifugieren praktisch nicht möglich ist, so daß ein nicht unerheblicher Teil des jeweiligen Produktes durch diese Kristalle festgehalten wird, dessen Wiedergewinnung ebenfalls auf Schwierigkeiten stößt.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurden verschiedene Kunstgriffe vorgeschlagen, wie das Gefrieren im Vakuum, ein plötzliches Gefrieren, dem eine Aufheizung folgt (französische Patentschrift 1317 533, USA.-Patentschrift 2 919199). Diese Kunstgriffe haben jedoch eine Verkomplizierung der erforderlichen Vorrichtungen und der Betriebsweise zur Folge.

Aus den »European Chemical News«, Januar 1965, S. 23 ist ferner ein zwei Gefrierstufen umfassendes kontinuierliches Verfahren zum Konzentrieren von flüssigen Nahrungsmitteln durch Ausfrieren des Lösungsmittels bekannt, wobei die Flüssigkeit solchen Turbulenz- und Temperaturbedingungen ausgesetzt wird, daß sich große und gleichmäßig geformte Eiskristalle bilden. Bei diesem bekannten Verfahren kann jedoch auch nicht vermieden werden, daß sich neben den großen Eiskristallen auf Grund der Turbulenzbedingungen stets auch kleine Kristalle in großer Anzahl bilden, was die Folge hat, daß eine einwandfreie Abtrennung extrem schwierig ist und nur unter großem Aufwand einigermaßen zufriedenstellend erreicht werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das eine einfache und trotzdem einwandfreie Abtrennung der Kristalle gewährleistet, zu keiner Geschmacksbeeinträchtigung des behandelten Produktes führt und besonders wirtschaftlich durchzuführen ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in einer zweiten Phase das Gemisch von Flüssigkeit und Kristallen zur Vergrößerung der Kristalle in einer weiteren Kühleinrichtung plötzlich auf — 30 bis -5O⁰C abgekühlt und anschließend das Abtrennen der Eiskristalle durch Zentrifugieren vorgenommen wird.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß während der ersten Phase auf Grund der vorgenommenen speziellen Abkühlung unter gleichzeitigem Kühren eine Vielzahl kleiner Kristalle erzeugt wird und während der zweiten Phase, bei der kein Rühren mehr erfolgt, ohne Erzeugung neuer kleiner Kristalle ein Wachsen der während der ersten Phase erzeugten kleinen Kristalle in ihrer Mutter-

S flüssigkeit auftritt, so daß im nachfolgenden Zentrifugierungsvorgang bedingt durch die Vermeidung stark unterschiedlicher Kristallgrößen in besonders einfacher und sicherer Weise die Abtrennung dieser Kristalle erreicht werden kann.

ίο Vorzugsweise wird ein Teil der abgetrennten Eiskristalle in der ersten Kristallisationsphase wieder eingespritzt. Auf diese Weise kann die Ausbildung der Eiskristalle in der ersten Kristallisationsphase begünstigt werden.

XS Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß mehrere aufeinanderfolgende Konzentrierungszyklen durchgeführt und die aufeinanderfolgenden Zyklen oder Kreisläufe jeweils mit der in dem

*o vorhergehenden Zyklus konzentrierten Flüssigkeit gespeist werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann bei atmosphärischem Druck oder bei einem Druck nahe dem atmosphärischen Druck durchgeführt werden, und zwar vorzugsweise in einer neutralen Gasatmosphäre, insbesondere Stickstoff, bei einem Überdruck von 100 bis 200 g/cm² bezüglich des Atmosphärendrucks.
Die Erfahrung zeigt, daß sich gemäß diesem Verfahren die Eiskristalle aus dem freien Wasser und dem einen Bestandteil des Produktes darstellenden Wasser bilden. In der Zentrifuge wird dabei eine poröse Eisschicht erhalten, die nur einen geringen Anteil an Trockenstoffen (0,2 bis 0,3%) enthält, die überdies gesammelt und wiedergewonnen werden können. Das Eis kann im Fabrikationskreislauf wieder verwendet werden, und zwar bei der Extraktion oder Infusion von neuen zu konzentrierenden Produkten.

Der aus der Zentrifuge austretende flüssige Extrakt ist jedoch stark mit Trockcnstolfcn angereichert. Wird ein Extrakt mit einem Gehalt von 7 bis 8% an löslicher Trockensubstanz dem erfindungsgemäßen Konzentrierungsverfahren unterworfen, so kann der Gehalt an Trockenstoffen in einfacher Weise auf 35% und mehr erhöht werden.

Es ist des weiteren auf folgende Vorteile hinzuweisen:

Während der gesamten Dauer der Konzentrierung wird das behandelte Produkt auf einer niedrigen Temperatur (höchstens +5⁰C) gehalten, bei der Änderungen der Aroma- und Geschmackstoffe ausgeschlossen sind. Das Produkt behält alle seine physikalischen und biologischen Eigenschaften vollständig bei. Dieser Vorteil wird durch das Vorhandensein von inertem Gas noch dadurch vergrößert, daß der konzentrierte Extrakt in keiner Weise abgebaut wird und seine Eigenschaften vollständig beibehält.

Die Durchführung des Verfahrens ist einfach und kann mittels üblicher Einrichtungen erfolgen. Die Behandlung erfolgt schnell. Das Verfahren ermöglicht es, als Ausgangsprodukt einen Extrakt mit niedrigem Gehalt an Trockenstoffen zu verwenden, der mit minimaler Extraktionslcistung erhalten wird. Die Konzentrierung kann am gewünschten Punkt abgebrochen werden. Die Hauptbedeutung des orfindungsgcmäßcn Verfahrens besteht jedoch dorin, duß hoho

Konzentrierungen erhalten werden können. Es ist bekannt, daß Konzentrationen von mehr als 25% an Trockenstoffen eine Abkürzung der Gefriertrocknungs- oder Zerstäubungszyklen um mehr als 2O°/o ermöglichen, wodurch sich eine Verbesserung der Leistung der Einrichtungen ergibt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert; in dieser zeigt:

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Anwendung des Verfahrens in einem einzigen Zyklus,

F i g. 2 eine Detaildarstellung einer Ausführungsform einer Zentrifugiervorrichtung und

F i g. 3 eine Darstellung der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Folge von Zyklen mit Rezirkulation.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung ist der zur Aufnahme des zu behandelnden Extraktes dienende Behälter mit 1 bezeichnet. Diesem Behälter wird bei 2 der zu behandelnde Extrakt zugeführt und in einer Atmosphäre von neutralem Gas wie Stickstoff gehalten, das bei 3 eingeleitet wird. Vom Behälter 1 gelangt der Extrakt in einen weiteren Behälter 4, und zwar in einer Menge, die durch das Ventil 5 geregelt ist. Der geschlossene Behälter 4 ist im Inneren eines Gefäßes 6 angeordnet, wobei der Zwischenraum? zur Aufnahme eines eine Temperatur von

— 10 bis O⁰C aufweisenden Kühlfluids dient. Im Behälter 4 ist ein Rührer 8 angeordnet. Bei 9 ist ein Einlaß zur Einführung von neutralem Gas in diesen Behälter 4 vorgesehen.

Im Behälter 4 wird der Extrakt einer ersten Abkühlung unterworfen, wobei gleichzeitig ein Umrühren mittels des Rührers 8 erfolgt und sich kleine Eiskristalle bilden, die in dem Produkt suspendiert bleiben. Dieses Produkt gelangt anschließend in eine zweite Kühleinrichtung, die beispielsweise aus einem Rohr 10 besteht, das von einem Mantel 11 umgeben ist, dem ein kaltes Fluid mit einer Temperatur von

— 30 bis -5O⁰C zugeführt wird. Diese Kühleinrichtung gewährleistet die Ausbildung von großen Eiskristallen.

Das auf diese Weise erhaltene Gemisch von Extrakt und großen Kristallen wird dann in die Zentrifuge 12 gegossen. In der Schleudertrommel dieser Zentrifuge legen sich die Eiskristalle an die Wand an und bilden eine poröse Eisschicht, während der konzentrierte Extrakt bei 13 austritt und in einem Behälter 14 aufgefangen wird. Dieser Behälter ist mit einer Zuführung 15 für neutrales Gas versehen, um den konzentrierten Extrakt vor Oxydationen zu schützen.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform besteht die Zentrifuge aus einer mit Löchern.versehenen Schleudertrommel 16, die durch den Motor 17 angetrieben wird und sich in einem Behälter 18 dreht. Der Behälter 18 ist wiederum in einem Gefäß 19 angeordnet, dem durch 20 Stickstoff oder ein anderes neutrales Gas zugeführt wird. Der Behälter 18 weist im Inneren ringförmige Trennwände 21 und 22 auf, wodurch die Räume 23, 24, 25 gebildet werden. Bei 26 ist eine Waschrampe vorgesehen, die mit Wasser gespeist wird, das vom Schmelzen des vorher aus der Zentrifuge abgeführten Eises herrührt.

Die konzentierte Flüssigkeit gelangt durch die Löcher der Schleudertrommel in den Raum 23, während die Eiskristalle an der Innenwand der Schleudertrommel 16 festgehalten werden und das Bestreben haben, zum oberen Rand aufzusteigen. Die in 23 abgetrennte Flüssigkeit wird durch die Leitung 27 abgeführt. ^:

Die zum Rand der Schleudertrommel wandernde Menge an Eis wird bei ihrem Durchgang unter der Rampe 26 bei 29 wirksam aber kurz gewaschen, wobei die Waschdauer in der Größenordnung einiger Sekunden liegt. Das Waschwasser nimmt die Trokkenstoffe mit, die an der Oberfläche der Eiskristalle oder zwischen ihnen haften geblieben waren. Das

xo Waschwasser wird bei 24 gesammelt und dann durch die Rohrleitung 30 wieder in den Kreislauf zurückgeführt. Das Waschwasser besteht vorzugsweise aus dem Schmelzwasser des Eises eines vorhergehenden Vorgangs.

X₅ Das durch Waschen gereinigte Eis tritt aus der Schleudertrommel aus und fällt in den Raum 25, von wo es bei 31 dem Brecher 32 zugeführt wird.

Bei diesem Verfahren werden die Verluste an Trockenstoff während der Konzcntricrungsbehand-

_ao lung erheblich verringert. Wenn die Verluste normalerweise 5 bis 7% betragen, so werden sie durch das erfindungsgemäße Verfahren auf den Wert von 0,2 bis 0,3% des gesamten Trockenstoffgehaltes des Ausgangsproduktes zurückgeführt.

Die beschriebene Behandlung wird vorteilhafterweise in aufeinanderfolgenden Kreisläufen wiederholt, wie sie bei der in F i g. 3 dargestellten Einrichtung vorgesehen sind. Diese Einrichtung weist drei Kreisläufe A, B, C auf, von denen jeder mit der konzentrierten Flüssigkeit des vorhergehenden Kreis-

laufes gespeist ist.

In schematischer Darstellung findet sich in jedem Behandlungskrcislauf der Zufiihrbchältcr IA, IB, 1C, der Behälter der ersten Kristallisierungsphase 4/4, 4ß, 4C, die zweite Kühlphase zur Vergröße-

rung der Kristalle 10A, 1OB, IOC und die Zentrifugiereinrichtung 12 A, 12B und 12C. Die bei 27 A erhaltene konzentrierte Flüssigkeit wird durch die Pumpe 33 A in der Rohrleitung 34 Λ gefördert, welche sie zu dem Behälteriß der Stufeß leitet.

Die vom Waschen des Eises mittels der Rampe 26 A kommende Flüssigkeit wird bei 30 Λ erhalten und durch die Pumpe 35 A und die Rohrleitung 36 A wieder in den Behälter IA zurückgeführt.
Das aus der Schleudertrommel der Zentrifuge ab-

*5 geführte Eis wird bei 31A erhalten und durch den Brecher 32A in eine Rohrleitung 37 befördert, welche es zu einem Wärmetauscher 38 führt. In dier sem Wärmetauscher wird das Eis geschmolzen. Das erhaltene Wasser gelangt dann in die Rohrleitung 39

und dient zur Speisung der Waschrampen 26 A, 26B und 26 C.

Um die erste Kristallbildung in der ersten Gefrier« phase 4 zu erleichtern, ist es von Vorteil, in den Behälter bei 40/4, 405, 4OC wieder eine bestimmte Menge von Kristallen einzuspritzen, die bei einer vorhergehenden Zentrifugierung erhalten werden.

Die Einrichtung weist selbstverständlich auch Kühlfluidkreise und Kreise zur Zuführung von Stickstoff auf. Diese Kreise sind jedoch zur Vereinfachung der Zeichnung in der F i g. 3 nicht dargestellt.

Diese Einrichtung kann zur Konzentrierung aller flüssigen Nahrungsmittel verwendet werden. Als Beispiel werden nachfolgend einige Behandlungsergebnisse angegeben.

j₅ 1. Gemäß der vorstehend angeführten Arbeitsweise wird vorteilhafterweise ein zur Gefriertrocknung bestimmter Kaffeeextrakt behandelt;

Ausgehend von einem Kaffecxtrakt mit 6,7% an Trockenstoffen erhält man nach zwei Konzentrierungszyklen einen auf 23% konzentrierten Extrakt.

2. Der gleiche Kaffeextrakt wie im Beispiel 1 mit 6% an Trockenstoffen liefert nach vier aufeinanderfolgenden Konzentrierungszyklen einen auf 32,5% Trockenstoffe konzentrierten Extrakt.

3. Eine Vollmilch mit 10,6% an Trockenstoffen wird zwei aufeinanderfolgenden Konzentrierungszyklen nach dem vorstehend angeführten Verfahren unterworfen. Dabei wird eine auf 32,5% an Trockenstoffen konzentrierte Milch erhalten.

Die gleiche konzentrierte Milch kann entweder direkt für industrielle Zwecke, wie für die kontinuierliehe Herstellung von Käse, oder in tiefgekühlter Form oder auch in sterilisierten Behältern verwendet werden.

Claims (3)

Patentansprüche: ao

1. Mehrstufiges Verfahren zur Konzentrierung flüssiger wasserhaltiger Lebensmittel, bei dem das Lebensmittel in einer ersten Phase zur Ausbildung kleiner Kristalle unter Umrühren auf eine Temperatur von 0 bis — 10⁰C abgekühlt wird und nach einer weiteren Abkühlung ein Abtrennen von Eiskristallen durch Zentrifugieren erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zweiten Phase das Gemisch von Flüssigkeit und Kristallen zur Vergrößerung der Kristalle in einer weiteren Kühleinrichtung plötzlich auf — 30 bis — 50⁰C abgekühlt und anschließend das Abtrennen der Eiskristalle durch Zentrifugieren vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der abgetrennten Eiskristalle in der ersten Kristallisationsphase wieder eingespritzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere aufeinanderfolgende Konzentrierungszyklen durchgeführt und die aufeinanderfolgenden Zyklen oder Kreisläufe jeweils mit der in dem vorhergehenden Zyklus konzentrierten Flüssigkeit gespeist werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen