DE19534855C1 - Vorrichtung zum Erhitzen von Milch - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des An­ spruches 1 genannten Art.

Derartige Vorrichtungen dienen zur Herstellung längerfristig halt­ bar gemachter Milch, die beispielsweise unter der Bezeichnung "H- Milch" in den Handel gelangt. Wärme wird der Vorrichtung in der Heizstufe zugeführt, die beispielsweise als fremdbeheizter Wärme­ tauscher ausgebildet ist oder an der auch die Milch direkt mit Heiß­ dampf erwärmt werden kann mit unmittelbar anschließender Ent­ spannung. Vor und hinter der Heizstufe angeordnete Wärmeaustau­ scherstufen erwärmen die Milch stufenweise und kühlen sie wieder ab. Durch Rückgewinnung der Wärme mit einem Austauschkreis­ lauf zwischen den der Heizstufe vor- und nachgeschalteten Stufen kann der kostenintensive Energieverbrauch gering gehalten werden. Zwischen Stufen sind Behandlungseinrichtungen vorgesehen, so z. B. eine Verweilstrecke nach der Heizstufe, um die Milch über den vorgeschriebenen Zeitraum auf Maximaltemperatur zu halten. Ferner lassen sich - zumeist unmittelbar vor der Heizstufe - in ei­ nem Eiweißabscheider Eiweiße abscheiden. Als weitere Behand­ lungseinrichtung kann auf geeigneter Temperaturstufe eine Homo­ genisierungseinrichtung vorgesehen sein zur Vergleichmäßigung der Partikelgrößen des Fettanteiles.

Derartige Vorrichtungen weisen einen Druckbereich zwischen einer den Druck erhöhenden Pumpe und einer den Druck wieder reduzie­ renden Drossel auf, der wenigstens den heißesten Bereich der Vor­ richtung umfaßt. Die Druckerhöhung ist erforderlich, um das Sie­ den der Milch bei den zu erreichenden Temperaturen von über 100°C zu verhindern.

Mit bekannten Vorrichtungen der eingangs genannten Art kann stets nur Milch verarbeitet werden, die zuvor gereinigt und standardisiert wurde. Es sind also vorgeschaltete Einrichtungen erforderlich, die die Milch mit Filtern oder üblicherweise mit Zentrifugen reinigen. Ferner sind Zentrifugenabscheider, die mit der Reinigungseinrich­ tung baulich vereinigt sein können, vorgesehen, um der Rohmilch Fett zu entziehen und mit einer Rückführeinrichtung dosiert wieder zuzugeben, um den für standardisierte Milch vorgeschriebenen Fettgehalt von z. B. 3,5% zu gewährleisten. Die Standardisierung kann auch durch Beimischung von Magermilch erreicht werden.

Milch muß aus hygienischen Gründen bei tiefen Temperaturen von etwa 5°C gelagert werden. Zur Reinigung und Standardisierung sind jedoch höhere Temperaturen von etwa 55°C vorteilhaft, da dort die Reinigungs- und Standardisierungsverfahren optimal arbei­ ten. In den der eingangs genannten Art vorgeschalteten Reinigungs- und Standardisierungseinrichtungen wird daher Milch auf die erfor­ derliche Verarbeitungstemperatur erwärmt und anschließend wieder zur Zwischenlagerung heruntergekühlt. In der eingangs genannten Vorrichtung zur Erhitzung auf über 100°C wird die Milch wie­ derum erwärmt. Selbst bei optimaler Wärmerückgewinnung mit Wärmetauschern entstehen hierbei doppelte Energieverluste, die sich in den Kosten niederschlagen.

Bei Vorrichtungen zur Wärmebehandlung der Milch bei Tempera­ turen, die unter 100° liegen, also z. B. bei Pasteurisierungsanlagen kann, wie aus der

DE 33 10 603 A1,
Roeder: Grundzüge der Milchwirtschaft und des Molkerei­ wesens, Paul Parey Verlag, Hamburg, 1954, Seiten 469 und 472

und

Kessler: Lebensmittel-Verfahrenstechnik, Schwerpunkt Mol­ kereitechnologie, 1976, Seite 152

ersichtlich, eine Reinigungseinrichtung zwischen Erwärmungsstufen integriert werden, wodurch die Gesamteinlage vereinfacht und der Energieverbrauch verringert wird.

Bei Vorrichtungen der eingangs genannten Art, bei denen die Milch auf über 100° erhitzt wird und wie sie in

"Die Längerfrische" eröffnet neue Wege, Deutsche Milch­ wirtschaft, Heft 9, 4. Mai 1995, Seiten 450-453,
"Tetra Therm Aseptic Plus", Deutsche Milchwirtschaft, Heft 8, 20. April 1995, Seiten 422-423,
"UHT-Anlage Typ 6500 von Finnah", Die Molkerei-Zeitung Welt der Milch, 38. Jahrgang 1984/42, Seiten 1326 und 1327,
Kessler: Lebensmittel-Verfahrenstechnik, Schwerpunkt Mol­ kereitechnologie, 1976, Seiten 155, 156, 158

und

Handbuch der Milch- und Molkereitechnik Tetra Pak, 2. Auflage, Seiten 158-167

beschrieben sind, läßt sich eine solche Integration einer Reinigungs­ einrichtung nach dem Stand der Technik jedoch nicht vornehmen.

Es stehen dem eine Reihe schwerwiegender Gründe entgegen, die im wesentlichen aus der ungleichmäßigen Arbeitsweise einer Reini­ gungseinrichtung resultieren. Handelt es sich um eine Filteranlage, so müssen die Filter während des Betriebes gewechselt werden, was zu Schwankungen des Milchstromes und des Druckes in der Anlage führt. Handelt es sich um eine Zentrifuge, so ist von Zeit zu Zeit ein Entschlammungsvorgang erforderlich, der ebenfalls zu Schwan­ kungen des Milchstromes und insbesondere auch des Druckes führt. Schwankende Gehalte der Rohmilch an abzuscheidenden Anteilen führen ebenfalls zu Schwankungen des Milchstromes.

Bei den bereits erwähnten Anlagen zur Wärmebehandlung bei Tem­ peraturen unter 100° führen solche Strom- und Druckschwankun­ gen allenfalls zu geringfügigen Geschmacksbeeinflussungen der Milch. Bei Ultrahocherhitzungsanlagen zur Wärmebehandlung der Milch bei über 100° ergeben sich aber schwerwiegende Ge­ schmacksbeeinflussungen durch Anbrennen der Milch und vor al­ lem nicht tragbare Sicherheitsrisiken, da Druckschwankungen im Hochdruckteil eine mechanische Belastung ergeben, die bei länge­ rem Betrieb zu Rissen in den Wärmetauschern führen kann. Es kommt dann zu einer Berührung der sterilisierten Milch mit nicht sterilem Medium, was keinesfalls zulässig ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß bei Vorrichtungen der eingangs genannten Art die sterilisierte Milch zumeist direkt abgepackt wird. Die beim Be­ trieb mit Reinigungseinrichtungen durch deren schwankenden Be­ trieb sich ergebenden Abweichungen der Milchqualität können da­ her anschließend nicht mehr ausgeglichen werden. Es kommt zu Qualitätsschwankungen in der abgefüllten Milch, die über das zu­ lässige Maß hinausgehen können.

Aus diesen Gründen kann bisher bei Vorrichtungen der eingangs genannten Art - wie bereits erwähnt - nur zuvor gereinigte und standardisierte Milch verarbeitet werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vor­ richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die Ge­ samtherstellungskosten der Milch verringert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteiles des Anspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vor dem Hochdruckbereich der Vorrichtung, der mit der Pumpe beginnt, und nach wenigstens einer ersten Wär­ metauschstufe eine Reinigungseinrichtung vorgesehen. Diese ar­ beitet auf einem durch die erste Stufe geschaffenen erhöhten Tem­ peraturniveau, also im günstigen Temperaturbereich. Eine der Vorrichtung vorgeschaltete Reinigungseinrichtung mit zugehöriger gesonderter Temperaturerhöhung wird vermieden. Doppelte Ener­ gieverluste werden eingespart, so daß sich die Verarbeitungskosten insgesamt verringern.

Der Pufferbehälter kann die unvermeidlichen Milchstromschwan­ kungen auffangen, die nach der Reinigung und/oder Standardisie­ rung auftreten, bedingt durch schwankenden Fettgehalt der Milch sowie durch den diskontinuierlichen Betrieb bei der Schlamment­ sorgung. Der Pumpe wird im Pufferbehälter ein stets ausreichender Ansaugvorrat angeboten, so daß die Pumpe unter konstanten Bedin­ gungen arbeitet. Dadurch wird ein hochkonstanter Druck im Hoch­ druckteil der Vorrichtung gewährleistet, der für konstante Strö­ mungsgeschwindigkeit und konstante Temperaturen von Vorteil ist. Dadurch werden schwankende Temperaturen oder Verweilzeiten auf der höchsten Behandlungstemperatur vermieden, die zu Ge­ schmacksunterschieden der Milch führen würden. Von der Reini­ gungseinrichtung beim Filterwechsel oder beim Entschlammen er­ zeugte Druckstöße können nicht in den Hochdruckteil gelangen, so daß dieser von Druckstößen frei bleibt. Die Gefahr von Rißbil­ dungen in den Wärmetauschern und somit die Gefahr der Konta­ minierung der bereits sterilisierten Milch wird dadurch wirksam verhindert. Das Vorsehen des Pufferbehälters ermöglicht daher erstmals die Integration einer Reinigungseinrichtung in eine Ultra­ hocherhitzungsanlage. Dabei ergeben sich durch den Pufferbehälter eine Reihe weiterer Vorteile. Dieser kann beispielsweise in offner Ausführung zum Entgasen der Milch sowie zur einfachen Probeent­ nahme verwendet werden. Schwankungen der Milchqualität können bei geeigneter Größe des Pufferbehälters sehr fein ausgeglichen werden. Auch läßt sich hier auf einfache Weise die Beimischung von Komponenten zur Herstellung von Milchmischerzeugnissen vornehmen. Auch ergibt sich hier eine Trennmöglichkeit der Vor­ stufen und der Druckstufen für eine besonders sinnvolle Kon­ struktion der CIP-Reinigungsvorrichtung.

Die üblicherweise erforderliche Standardisierung der Milch, d. h. die dosierte Einstellung ihres Fettgehaltes kann vor Einleiten der Milch in die Erhitzungsvorrichtung z. B. durch dosierte Verdünnung der Rohmilch mit aus anderen Verarbeitungsprozessen anfallender Magermilch erfolgen. Vorteilhaft sind jedoch die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Dann sind Reinigung und Standardisie­ rung innerhalb der Vorrichtung auf günstigem Temperaturniveau möglich. Die Vorrichtung kann unmittelbar Rohmilch verarbeiten.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Da­ durch wird die Reinigungs- und Standardisierungseinrichtung in üblicher bewährter Weise ausgebildet.

Milchbehandlungsvorrichtungen sind üblicherweise mit CIP-Ein­ richtungen versehen (CIP - cleaning in place = Reinigung vor Ort). Es handelt sich dabei um gesonderte, an Reinigungsvorratsbe­ hälter und Reinigungspumpen angeschlossene Zufluß- und Abfluß­ leitungen, die mit entsprechenden Ventilen bei Bedarf an die Vorrichtung geschaltet werden können. Ist gemäß Anspruch 4 der Druckbereich der Vorrichtung gesondert an eine CIP-Einrichtung angeschlossen, so ergeben sich Vorteile, da der Druckbereich ge­ genüber anderen Bereichen der Vorrichtung besonders steril sein muß und daher einer besonders intensiven und mit höherer Tempe­ ratur erfolgenden Reinigung bedarf.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt.

Die einzige Figur zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung von H- Milch. Es wird zunächst eine konventionelle Vorrichtung nach dem Stand der Technik besprochen.

Milch gelangt auf der üblichen Verarbeitungstemperatur von 5°C mit einer Leitung 1 in die Vorrichtung und wird in einer ersten Wärmetauscherstufe 2 auf 55°C erwärmt. Mit der gestrichelt dar­ gestellten Leitung 3 gelangt die Milch in eine zweite Wärmetau­ scherstufe 4 und wird auf 70°C erwärmt. Sie läuft sodann durch eine den Druck erhöhende Pumpe 5 und eine nachgeschaltete Ho­ mogenisiereinrichtung 6. Die Milch wird in einer dritten Wärme­ tauscherstufe 7 auf 90°C erwärmt und durchläuft mit dieser Tem­ peratur einen Proteinabscheider 8, mit dem Eiweiße vor Erreichen der Maximaltemperatur gezielt abgeschieden werden. Die Milch durchläuft sodann eine Heizstufe 9, die im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel als Wärmetauscher ausgebildet ist, der mit einem ei­ genen Kreislauf 10 von einer Heizung 11 beheizt wird.

In der Heizstufe 9 wird die Milch auf die Maximaltemperatur von im Ausführungsbeispiel 140°C gebracht, mit der sie in einer kur­ zen Temperaturhaltestrecke 12 beaufschlagt wird, bevor sie in zwei nachgeschalteten Wärmetauscherstufen 13 und 14 zunächst auf 90°C und sodann auf 20°C heruntergekühlt wird. Die Milch strömt sodann durch eine Drossel 15, die den von der Pumpe 5 aufgebau­ ten Druck auf Normaldruck entspannt, und verläßt die Vorrichtung über eine Leitung 16 zu einem Steriltank oder direkt in eine Ab­ packmaschine.

Die Wärmetauscherstufen 14, 13, 7, 4 und 2 werden in dieser Rei­ henfolge von einem geschlossenen Kreislauf 17 entgegen der Stromrichtung der Milch durchströmt, mit dem die durch Rück­ kühlung in den Stufen 13 und 14 gewonnene Energie zur Aufhei­ zung der Milch rückgewonnen wird.

Eine solche im Stand der Technik übliche Vorrichtung kann nur be­ reits gereinigte und standardisierte Milch verarbeiten.

Mit der Erfindung werden Einrichtungen zur Reinigung und Stan­ dardisierung in die Vorrichtung integriert, und zwar auf dem dafür günstigsten Temperaturniveau von 55°C, also nach der ersten Wärmetauscherstufe 2. Es wird die gestrichelte Leitung 3 entfernt und die Milch über eine Leitung 18 einer Zentrifuge 19 zugeführt, die den entfernten Schmutz als Zentrifugenschlamm über eine Lei­ tung 20 entsorgt und Fett über eine Leitung 21 abgibt. Die gerei­ nigte und entrahmte Milch wird über eine Leitung 22 ausgegeben. Es ist eine Rückführeinrichtung 23 vorgesehen, die aus der Zentri­ fuge über die Leitung 21 anfallendes Fett standardisiert mit dem gewünschten Fettgehalt von 3,5% über die Leitung 24 der entrahmten Milch in der Leitung 22 zugibt und überschüssiges Fett über die Leitung 25 abführt. Über die Leitung 1 kann der darge­ stellten Vorrichtung Rohmilch zugeführt werden, die weder gerei­ nigt noch standardisiert ist.

In anderer Ausführungsform kann die Zentrifuge 19 auch nur zum Reinigen verwendet werden, während die Standardisierung durch Beimischen von Magermilch erfolgt. In diesem Fall kann anstelle einer Zentrifuge auch ein Filter zur Reinigung verwendet werden, für dessen Betrieb ebenfalls eine erhöhte Milchtemperatur von Vorteil ist.

Mit der Leitung 22 könnte die Milch unmittelbar der zweiten Wär­ metauscherstufe 4 zugeführt werden. Die Anlieferung zur drucker­ höhenden Pumpe 5 wäre dann aber leicht schwankend, da die Zen­ trifuge 19 je nach Qualität der angelieferten Rohmilch unterschied­ liche Anteile an Fett abscheidet und daher unterschiedliche Milch­ ströme auf der Leitung 22 abgibt. Außerdem ergäben sich Schwan­ kungen durch das von Zeit zu Zeit erforderliche Entschlammen der Zentrifuge 19.

Unterschiedliche Ansaugverhältnisse an der Pumpe 5 führen aber zu leichten Druck- und Stromschwankungen im Hochdruckbereich der Vorrichtung, also zwischen der Pumpe 5 und der Drossel 15. Dies stört insbesondere an der heißesten Stelle in der Temperaturhaltestufe 12. Es können sich hier die Verweilzeiten und die Temperaturen ändern, was zu nachteiligen geschmacklichen und ernährungsphysiologischen Veränderungen der Milch führt und zu erhöhten Ablagerungen, die die Standzeit bis zur nächsten Reinigung verkürzen.

Daher fördert die Leitung 22 in einen Pufferbehälter 26, der als of­ fener Behälter dargestellt ist. In diesem werden die Förderschwan­ kungen aus der Zentrifuge 19 ausgeglichen, so daß die druckerhö­ hende Pumpe 5 stets unter gleichmäßigen Bedingungen mit kon­ stantem Förderdruck und Förderstrom arbeiten kann.

Die dargestellte Vorrichtung ist mit CIP-Einrichtungen versehen, und zwar ist ihr Druckteil über Leitungen 27 und 28 an eine erste CIP-Einrichtung 29 angeschlossen, von wo Reinigungsflüssigkeiten im Kreislauf durch die Leitungen 28 und 27 und den zwischenge­ schalteten Druckteil der Vorrichtung zur Reinigung geführt werden kann. Dabei ist die Leitung 27 mit einem Ventil 30 unter Absper­ rung des abstromseitigen Teiles der Milchausgangsleitung 16 in diese schaltbar. Die Leitung 28 ist auf entsprechende Weise in die dem Pufferbehälter 26 zuführende Leitung 22 mit einem Ventil 31 schaltbar unter Absperrung der Leitung 22 zur Zentrifuge 19 hin. Reinigungsflüssigkeit kann in Pfeilrichtung umgepumpt werden, wobei auch der Pufferbehälter 26 gereinigt wird und die Pumpe 5 aus diesem den Druckteil der Vorrichtung mit Druck versorgt, da­ mit dieser bei Temperaturen über 100°C gesäubert und sterilisiert wird.

Die vor dem Pufferbehälter 26 liegenden Teile der Vorrichtung werden hinsichtlich ihrer milchführenden Räume über eine zweite CIP-Einrichtung 32 versorgt, die über Leitungen 33 und 34 und Ventile 35 und 36 an den milchführenden Leitungen 22 und 1 an­ schaltbar sind. Auf diese Weise kann im Kreislauf von der Leitung 1 her durch die Zentrifuge 9 und die Rückführeinrichtung 23 nebst zwischengeschalteten Leitungen gereinigt werden. Hier genügt eine einfachere Reinigung ohne höhere Sterilitätsanforderungen, so daß mit den beiden dargestellten getrennten CIP-Kreisläufen Einsparun­ gen möglich sind. Von Vorteil ist dabei insbesondere die Tatsache, daß im Druckteil der Vorrichtung zwischen Pumpe 5 und Drossel 15 mit Druck und hohen Temperaturen gereinigt werden kann, was in der Zentrifuge 19 nicht möglich wäre.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Erhitzung von Milch auf über 100°C, mit mehreren nacheinander von der Milch durchflossenen Wär­ meaustauscherstufen (2, 4, 7, 13, 14), in denen die Milch stufenweise erwärmt und nach einer fremdbeheizten Heiz­ stufe (9) wieder abgekühlt wird, mit einer zur Druckerhö­ hung dienenden Pumpe (5) vor und einer zur Druckreduzie­ rung dienenden Drossel (15) nach der Heizstufe (9) und mit Einrichtungen (5, 6, 8, 12) zur Behandlung der Milch zwi­ schen Stufen (4, 7, 9, 13), dadurch gekennzeichnet, daß eine vor der Pumpe (5) und nach wenigstens einer Stufe (2) vorgesehene Vorbehandlungseinrichtung eine Reinigungsein­ richtung (19) aufweist, wobei zwischen der Vorbehandlungs­ einrichtung (19) und der Pumpe (5) ein Pufferbehälter (26) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlungseinrichtung eine Standardisierungs­ einrichtung (19, 23) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlungseinrichtung als Zentrifuge (19) aus­ gebildet ist, die aus der Milch Zentrifugenschlamm (20) und Fett (21) abscheidet, mit einer Rückführeinrichtung (23) zur dosierten Zugabe von Fett zu der entfetteten Milch (22).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit CIP-Einrichtungen (29, 32) zur Reinigung der Vorrichtung, dadurch gekennzeich­ net, daß der Druckbereich der Vorrichtung zwischen Pumpe (5) und Drossel (15) an eine gesonderte CIP-Einrichtung (29) angeschlossen ist.