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"Verfahren und Vorrichtung zum keimfreien Eindosen von Lebensmitteln
mit festen oder halbfesten Bestandteilen." Die @rfindung bezieht sich auf die Konservierung
von Lebensmitteln und, ihnlichen Produkten urid richtet sich insbesondere auf ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum keimfreien Eindosen von Lebensmitteln mit festen
oder halbfesten Bestandteilen.
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Beim @ewer@lichen Eindosen von Lebensmitteln wird das Produkt gewöhnlich
in die Dosen im unsterilisierten Zustand eingedichtet und anschliessend in einem
Druckkochgerät erhitzt.
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Es ist charakteristisch für ein solches nichtkeimfreies Eindosen,
dass ein beträchtliches Überkochen des Lebensmittels stattfindet, da die verschlossenen
Dosen für einen beträchtlichen Zeitra@m erhitzt werden müssen, um alle Bakterien
vollständig
abzutöten. Ein zusätzliches Kochen ergibt sich aus
der Tatsache, dass es nicht praktisch ist, die Lebensmittel nach dem Abdichten in
der Dose und dem Erhitzen zu rasch zu kühlen.
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Während dieses Kochen für einige Lebensmittel erwünscht und für einige
andere nicht nachteilig ist, gibt es doch eine Vielzahl von Lebensmitteln, die im
Hinblick auf optimalen Geschmack, Nährstoffgehalt und Aussehen ilberkocht sind.
Beispiele für Lebensmittel, die einen wesentlichen Qualitätsverlust während des
üblichen Eindosens erleiden, sind Fleisch, Hühner, Truthähne, Fische, Erbsen,'Blumenkohl,
Kürbis und die meisten Früchte0 Um dieses Problem zu überwinden, hat man keimfreie
Rindosungsverfahren entwickelt. In diesen Prozessen wird das Lebensmittel rasch
auf eine vergleichsweise hohe Temperatur erhitzt und anschliessend rasch abgekühlt,
worauf das Lebensmittel in sterilisierte Behälter innerhalb einer keimfreien Umgebung
abgefüllt und eingedost wird. Dieses Hochtemperatur-Kurzzeit-Verfahren reduziert
merklich das Kochen, da die Sterilisation verhältnismassig rasch durchgeführt werden
kann. Während man ein bis zwei Stunden Kochzeit bei 116° C zur Abtötung aller Bakterien
benötigt, erhält man das gleiche Ergebnis in weniger als einer Ninute bei 132° C.
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Obwohl ein keimfreie Eindosen die oben erwähnten Vorteile aufweist,
war die wirtschaftliche Anwendung dieses Verfahrens im wesentlichen weitgehend auf
flüssige Produkten wie Milch beschränkt. Bis jetzt muss man Wärmeaustauscher verwenden,
um das gewünschte rasche Aufheizen und Abkühlen durchzuführen. Eine solche Einrichtung
eignet sich Jedoch nicht für Festkörper oder dicke halbfeste Produkte.
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Ein Verfahren, mit dem sich die Vorteile des Hochtemperatur-Kurzzeit-Sterilisationsprinzips
für feste Produkte verwirklichen lassen, ist in der US-Patentanmeldung SN 274 648
beschrieben. rauch diesem Verfahren wird das Produkt in hochfeste dauerhafte Behälter
eingedichtet und einer Mikrowellenbestrahlung ausgesetzt, wodurch das Produkt rasch
auf eine sehr hohe sterilisationstemperatur unter hohen Drücken erhitzt wird. Jedoch
handelt es sich bei diesem Verfahren nicht um ein keimfreies Eindosungsverfahren
und es müssen auch die Behälter bestimmte spezielle Eigenschaften aufweisen. Insbesondere
kann man das Verfahren nicht mit üblichen Metalldosen verwenden, die für Mikrowellenenergie
undurchdringbar sind.
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Die Erfindung offenbart ein keimfreies Eindosungsverfahren für Festkörper
und halbfeste Körper, bei dem keine besonderen Behälter erforderlich sind und ein
sehr rasches Abkühlen sowie sehr rasches Aufheizen zur Sterilisation des Produktes
ohne nachteilige Einflüsse auf die Qualität vorgenommen werden können.
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Die Erfindung umfaßt die kontinuierliche Durchführung des Lebensmittels
durch eine sterilisierte Hochdruckicammer, in welcher die festen Komponenten des
Produktes einer raschen Mikrowellenaufheizung mit anschliessender Zwangskühlung
unterworfen werden. Um die Verwendung der verhältnismässig teuren Mikrowellenerhitzung
auf ein Minimum herabzusetzen, werden die flüssigen Bestandteile des Produktes von
den Festkörpern vor dem Erhitzen getrennt und durch Durchlauf durch einen Wärmeaustauscher
sterilisiert, worauf man die Bestandteile wieder kombiniert und in sterilisierten
Behältern eindost. Die abgedichteten Behälter werden aus der keimfreien Umgebung
dann entfernt.
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Das erfindungsgemässe Verfahren kann verschiedene AusSührungsformen
einer raschen Abkühlung anwenden, Es ist allgemein am wirtschaftlichsten, den flüssigen
Bestandteil des Produktes durch Durchgang durch einen zweiten Wärmeaustauscher zu
kühlen, und in vielen Fällen kann die gekühlte Flüssigkeit dazu verwendet werden,
die Festkörper nach der Wiedervereinigung mit ihnen in den Behältern abzukithlen.
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Wo für diesen Zweck nicht ausreichend Flüssigkeit zur Verfügung steht
oder ein extrem scharfes Kühlen der Festkörper erwünscht ist, kann man das Produkt
durch eine sterile Vakuumkammer nach der Mikrowellenerhitzungsstufe hindurchleiten.
Die daraus resultierende rasche Verdampfung eines kleinen Teiles des Feuchtigkeitsgehaltes
des Produktes bewirkt im allgemeinen einen unmittelbaren Temperaturabfall.
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Gegebenenfalls kann man die extrem scharfe Abkühlung auch durch Versprühen
sterilen kalten Gases über die Festkörper oder durch Einspritzen dieses Gases unmittelbar
in das Produkt mit Hilfe gelochtes Nadeln durchführen.
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Es ist im allgemeinen wünsehenswerter und praktischer, Lebensmittel
auf kontinuierlicher Verarbeitungsbasis zu verarbeiten, und die oben beschriebenen
Stufen lassen sich leicht in dieser Weise durchführen. Die flüssige Komponente des
Produktes geht kontinuierlich durch die Heiz- und Kühl-Wärmeaustauscher, während
die Festkörper kontinuierlich durch die Mikrowellenheizkammer mit Hilfe eines geeigneten
Förderers gerührt werden, der so angeordnet ist, dass er durch eine Druckschleuse
und eine aseptische Schranke an jedem Ende des Systems läuft Die Behälter- und Deekelsterilisatoren
und die Füll- und Verschlusseinrichtungen entsprechen im wesentlichen den bekannten
Einrichtungen dieser Art, die sich leicht an dieses Fliessbandsystem anpassen lassen.
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Mit Hilfe der oben beschriebenen Verfahrenstechniken kann man jede
Art von Lebensmittelprodukt wirtschaftlich unter minimalstem Kochen eindosen. Ein
Grundvorteil des Verfahrens, das dieses Ergebnis ermöglicht, besteht darin, dass
das Produkt sehr rasch auf Temperaturen erhitzt werden kann, die höher liegen als
diejenigen, die bei iblichen Eindosungsverfahren praktisch erzielbar sind, und sich
dann leicht
nach einem verhältnismässig kurzen Intervall rasch abkühlen
lässt. Die kurzzeitige Einwirkung einer sehr hohen Temperatur reicht aus, alle Bakterien
zu töten, ermöglicht jedoch nicht ein wesentliches Aufkochen.
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum keimfreien Eindosen von Lebensmitteln oder dgl. zu sch affen,
die fest, halbfeste oder hochviskose Komponenten enthalten.
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Durch die Erfindung sollen ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Sterilisieren und Konservieren fester oder teilweise fester Lebensmittel-mit
minimalem Aufkochen geschafen werden.
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Durch das erfindungsgemässe Verfahren soll es darüber hinaus möglich
sein, Lebensmittelprodukte mit Festbestandteilen einzudosen, wobei die Lebensmittel
auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt und dann rasch abgekühlt werden, um eine Hoohtemperatur-Kurzzeit-Sterilisation
zu erreichen.
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Das erfindungsgemässe Verfahren soll sth ferner dadurch auszeichnen,
dass die Verwendung hochspezialisierter Formen für die Lebensmittelbehälter antfällte
Ferner soll sich das erfindungsgemässe Verfahren auch kontinuierlich durchführen
lassen.
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Schliesslich erstrebt die Erfindung ein Verfahren u-nd eine Vorrichtung
zum keimfreien Eindosen von Lebensmitbelprodukten, die durch die üblichen keimfreien
Eindosungsverfaliren nicht verarbeitet werden können.
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Im folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert
werden.
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Die Zeichnung zeigt ein System einer kontinuierlich arbeitenden tebensmitteleindosungsaniage,
die notwendigerweise eine gewisse mechanische Kompliziertheit aufweist.
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Soweit einzelne Bestandteile dieses Systensin anderem ZusammeSlang
bereits erwähnt wurden und geeignete mechanische Konstruktionen hierfür zum Stande
der Technik gehören, sind diese Bestandteile lediglich schematisch oder in Blockform
in den Zeichnungen wiedergegeben.
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Die Anfangsstufe des erfindungsgemässen Verfahrens umfasst die Trennung
von Flüssigkeit und festen oder halbfesten Bestandteilen des Produktes in einem
geeigneten Separator 11.
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Die Flüssigkeit wird dann in einen ersten Wärmeaustauscher 12 durch
eine Pumpe 13 geführt, welche die Flüssigkeit im Wärmeaustauscher unter Druck hält.
Der Wärmeaustauscher 12 erhitzt die Flüssigkeit auf Sterilisationstemperaturen,
um die Bakterien in der gewünschten Weise abzutöten. Diese Temperaturen können wesentlich
höher liegen als diejenigen,
die dann beim üblichen Eindosen zur
Anwendung ###### gebraucht werden wodurch die Bakterienzerstorung wesentlich beschleunigt
wird, so dass die Flüssigkeit nicht für längere Zeit auf erhöhter Temperatur gehalten
werden muss.
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Als Beispiele seien die Sosse bei Ochsenfleisch in Burgundersosse
oder die Sosse bei Huhn in Weissweinsosse erwähnt, wobei man diese Produkte auf
ca. 1320 C erhitzt und sie ca. 30 Sekunden auf dieser Temperatur halt.
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Nach dem raschen Erhitzen im ersten W'ärmeaustauscher 12 gelangt die
Flüssigkeit in einen Haltekessel oder eine Halte schlange 14, wo sie auf der erhöhten
Temperatur für einen Zeitraum gehalten wird,-der zur Sicherung der Sterilisierung
notwendig ist0 Die Flüssigkeit gelangt dann durch einen zweiten Wärmeaustauscher
16, wo sie rasch gekühlt wird, um ein unnötiges Kochen zu verhindern. Vom zweiten
Wärmeaustauscher 16 liefert eine zweite Pumpe 17 die sterilisierte und gekühlte
Flüssigkeit zu einer Eindosungsanlage 18, die später noch näher beschrieben werden
soll.
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Die festen Bestandteile des Produktes gelangen vom Separator 11 über
eine aseptische Schranke 19, bei der es sich um eine Reihe von Dampfstrahlen oder=
andere bekannte Hittel handeln kann, zur Verhinderung der Wanderung lebender Bakterien
in die anschliessenden keimfreien Teile des
Systems. Von der schranke
19 gelangen die festen Bestandteile durch eine Druckschleuse 21 in einen kontinuierlich
arbeitenden Mikrowellenheiztunnel 22. Die Schleuse 21 erlaubt die Aufrechterhaltung
des Druckes innerhalb des Tunnels 22 auf einer Höher bei der ein Kochen des Produktes
beim erhitzen auf extrem hohe Temperaturen ausreichend verhindert wird Der Mikrowellentunnel
kann entsprechend der USa-Patentanmeldung SN 245 oio vom 17.12.1962 aufgebaut sein.
Wesentliche Merkmale einer solchen Kammer sind eine lange tunnelartige Konstruktion
23 aus elektrisch leitendem Material und ein Förderband 24, das sich durch die Konstruktion
23 erstreckt und das Produkt durch den Tunnel hinduchführt.
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Eine Wellenführung 26 erstreckt sich längs eines grösseren Teiles
des Tunnels 22 und ist mit einer Mikrowellenquelle 27 Gekoppelt. Die Wellenführung
26 weist vorzugsweise eine Reihe kleiner Querschlitze 30 auf, die über die Länge
der Wellenführung verteilt sind und sich in den Tunnel 22 öffnen, wie es in der
US-Patentanmeldung SN 308 284 vom 11.9.
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1963 beschrieben ist.
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Die Mikrowellenenergie, die nach unten-aus der Wellenführung 26 in
den Tunnel 23 eingestrahlt wird, wird wiederholt zwischen gegenüberliegenden Tunnelwandungen
hin- und zurückreflektiert und wandert auf diese Weise zum Ende des Tunnels. Dabei
gelangt die Mikrowelle wiederholt durch jedes
Produkt; das durch
den Tunnel 23 mit Hilfe des Förderers 24 hindurchgeführt wird. Dies führt zu einem
sehr raschen und gleichmässigen Aufheizen des Produktes.
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Der Mikrowellentunnel 23 ist gasdicht und es ist eine Quelle von unter
hohem Druck stehenden heissen sterilen Gases 28 über ein Regelventil 29 angeschlossen,
so dass der Tunnel auf erhöhtem Druck gehalten werden kann, um die Erhitzung des
Produktes oberhalb des norrnalen Siedepunktes seines Feuchtigkeitsgehaltes und damit
ohne nachteigigen Einfluss durchführen zu können.
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So können beispielsweise die resten Bestandteile von Ochsenfleisch
in Burgundersosse oder Huhn in Weissweinsosse auf eine Temperatur von 1320 C ca.
1 Minute lang erhitzt werden. Dies erfordert, dass der Druck innerhalb des Tunnels
23 oberhalb 2,8 kg/cm2 liegt.
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Andere Bestandteile der Tunnelkonstruktion 22 sind hohlwandige Abschlussteile
31, die eine Wasserfüllung 35 enthalten, wie es beispielsweise in der oben erwähnten
US-Patentanmeldung SN 245 olo beschrieben wird. Das Wasservolumen 35 in den Wandungen
der Endteile 31 absorbiert jegliche Mikrowellenenergie, die die Enden des Tunnels
23 erreicht.
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Aus dem unter Druck stehenden Mikrowellenheiztunnel 22 gelangt das
Produkt zu einer Raschkühlstation 33. Das Kühlen
des Produktes
an der Station 33 erfolgt durch verschiedene geeignete Verfahren, beispielsweise
durch Beblasen des Produktes mit sterilem kaltem Gas aus einer Quelle 34.
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Ist das Produkt ungewöhnlich blockig oder ist ein noch rascheres Kühlen
erwünscht, dann kann das Gas unmittelbar in das Produkt durch gelochte Nadeln oder
dgl. eingeführt werden. Gegebenenfalls kann die Kühlstation 33 auch eine Unterdruckkammer
sein, so dass ein kleiner Teil des Feuchtigkeitsinhaltes des Produktes rasch verdampft
und dabei das Produkt weiter abgekühlt wird.
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In einigen Fällen kann eine getrennte Kühlstation 33 für das Produkt
auch in Wegfall kommen. In Solchen Fällen tritt ein rasches Kühlen bei der Wiedervereinigung
der festen Bestandteile mit den gekXllten flüssigen Bestandteilen auf.
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Bei Verwendung dieser Verfahrenstechnik erfolgt die Kühlung der Festbestandteile
tatsächlich indirekt durch den Flüssigkeitskühlwärmeaustaustauscher 16.
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Unter Verwendung eines dieser Verfahren kann das Produkt unter den
Siedepunkt für atmosphärischen Druck gekühlt werden und in vielen Fällen ist-es
wünsche3nswert, eine weitere Zwangskühlung vorzusehen, um durch Wärme eingeführte
Änderungen im Lebensmittel auf ein Ilinimum herabzusetzen.
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Von der Kühlstation 33 gelangt das Produkt zu einer eine dosungsanlage
18 über eine zweite Druckschleuse 36. In Fällen, wo die Festkörperkühlung durch
Wiedervereinigung mit der gekühlten Flüssigkeit durchgeführt wird, statt durch eine
eigene Kühlstation 33, erfolgt die Wiedervereinigung vor dem Durchgang des Produktes
durch die zweite Druckschleuse 36, so dass das Produkt immer unter den atmosphärischen
Kochpunkt gekühlt wird, bevor es-Atmosphärendruck ausgesetzt wird.
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Die Eindosungsanlage 18 kann aus bekannten Vorrichtungen bestehen,
die zum Eindosen in einer keimfreien Umgebung eingerichtet sind. Geeignete Ballteile
für ein keimfreies Eindosungssystem sind beispielsweise in "An Introduction to the
Thermal Processing of Fcods, von S.A. Goldblith et al, veröffentlicht von Avi Publishing
Ccmpany Inc., Westport, Connecticut, Band 1, Seiten 1069 bis 1080, beschrieben.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemssen Verfahrens durchlaufen
die Dosen kontinuierlich einen Sterilisator 37 über eine aseptische Barriere 38.
Die sterilisierten Dosen bewegen sich dann zu einer ersten Füllmaschine 39, in der
ei-ne geeignete Menge der sterilisierten Festkörper von der Kühistation. 33 in jede
Dose eingelegt wird. Im gewöhnlichen Fall, wo das Produkt flüssige Bestandteile
aufweist,
werden die Dosen nur teilweise mit den festen Bestandteilen
gefüllt, so dass die gewünschte Menge an Flüssigkeit vor dem Verschliessen zugegeben
werden kannq Von der ersten Füllmaschine 39 laufen die teilweise gefüllten Dosen
zu einer zweiten Füllstufe 41, wo die flüssien Bestandteile mit Hilfe der Pumpe
17 hinzugefügt werden. Die Dosen können sich dann zu einer Verschliessmaschine 42
bewegen und werden dort dicht verschlossen.
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Handelt es sich um Dosen die, wie allgemein üblich, einen getrennten
Deckel erfordern, dann werden die Deckel in die Versohliessmaschine 42 durch eine
aseptische Schranke 43 und einen Deckelsterilisator 44 zugeführt.
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Von der Verschliessmaschine 42 gelangen die verschlossenen Dosen aus
der sterilen Umgebung durch eine abschliessende aseptische Schranke (46) und eine
Wascheinrichtung 47. Das eingedoste Produkt kann dann etikettiert und in Transportbehälter
oder -kartons verpackt werden.
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Selbstverständlich ist das Verfahren auf eine Vielzahl von Produkte
anwendbar, die in weitestem Umfange verschiedene Ausmasse von Erhitzung,unterschiedliche
Verarbeitungszeiten und unterschiedliche minimale Drücke in der Heizkammer erfordern.
Im Idealfall sollte das Produkt auf eine maximalmögliche Temperatur erhitzt werden,
da die fLir die Sterilisation erforderliche Heizperiode und damit
das
Ausmass des Kochers sich dadurch drastisch redusieren lassen. Jedoch sind Lebensmittel
unterschiedlich gegen Hitzezerstörung empfindlich und daher muss man besondere obere
Temperaturgrenzen beachten. Diese lassen sich leicht empirisch und durch Geschmacksproben
des Produktes bestimmen. Die minimalen Kammerdrücke, die zur Verhinderung eine-s
Kochens bei der besonderen Maximaltemperatur erforderlich sind, lassen sich leicht
aus den bekannten Dampftabellen entnehmen. Ganzes Getreidekorn beispielsweise wird
zufriedenstellend durch Erhitzen auf 124° C für ca. 8 Minuten und mit einem minimalen
Kammerdruck von ca. 2,24 kg/cm2 verarbeitet. Milchprodukte werden im Gegensatz dazu
vorzugsweise auf 2260 G für die Dauer von 1 Minute und einem minimalen Druck von
2,8 kg/cm2 erhitzt.
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Patentansprüche