DE2135497A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Karamelsirup - Google Patents

Description

DR. MÖLLER-BOR^ DIPL-ΡΗΥί-·. DR. MAN ITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL DIPL-ING. FINSTERWALD DIPL-ING. GRÄMKOW

t5. JULI Wt

Ph/Sv - G 2168

GENERALE SUCEIERE S.A.

23, Avenue Franklin-Koosevelt, 75 Paris 8,

Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Karamelsirup

Priorität: Frankreich vom 20. April 1971, Hr. 71 13899

Die Erfindung "betrifft die Herstellung von Karamelsirup und bezieht sich insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, auf Karamelsiruparten zu Ernährungszwecken vom Aromatyp, die wenigstens aufgrund ihres Geschmacks und ihres Wohlgeruchs wie auch wegen ihrer Farbe verwendbar sind.

Man weiß, daß sich unter der Einwirkung der Wärme und bei Temperaturen zwischen 160 und 20O⁰G die Saccharose chemisch umwandelt, um eine mehr oder weniger braune, Karamel genannte Kasse entstehen zu lassen, die entsprechend der erreichten l'emperatuT? spezifische aromatische Eigenschaften besitzt, und daß man beim übermäßigen Erhitzen lediglich Zuckerkohle ex'hält.

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^STCJSRigS^^^irHpr- D*· Manitz ■ Dr. Deufel ■ Dipl.-Ing. Finsterwald Dlpi.-Injf. GrimköW

:ö Braunschweig, ArrTBi«'gefV*V8'^f 8 München 22, Ffobert-Koch-StraBe t 7 Stuttgart-Bad Cannitatt, MarktetraS·

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Man weiß auch, daß das Vorhandensein von gewissen Säuren wie Zitronensäure oder Weinsäure in der zuckrigen Masse die Karamelisierungsreaktion begünstigt, die Zusammensetzung des Karamels abwandelt und schließlich auf die organoleptisehen Eigenschaften im gewünschten Sinne einwirken kann.

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von Karamel besteht im Erhitzen von Mischungen bestimmter Mengen an Zucker, V/asser und Zitronensäure in Kesseln auf freiem !Feuer auf eine Temperatur nahe 200⁰G, im plötzlichen Abkühlen (Abschrecken) und im Verdünnen des so erhaltenen sehr konzentrierten Karamels durch Eintragen einer bestimmten Menge kalten V/assers.

So arbeitet man diskontinuierlich, und die Qualität des Endproduktes wie auch die Regelmäßigkeit hängen viel von der Erfahrung und der Aufmerksamkeit der ausführenden Person ab, die rasch die Optimaltemperatur der Abschreckung ablesen muß.

Ein anderes bekanntes Verfahren zielt auf die kontinuierliche Herstellung von Färbekaramel aus verschiedenen Lösungen von Kohlenhydraten ab und führt zu Karamelsiruparten, die hinsichtlich Konzentration und vor allem !farbe für die gewünschte Verwendung geeignet sind.

Dieses Verfahren erfordert den Einsatz von mit Abstreifern ausgestatteten Wärmeaustauschern sowie auch die Durchführung des Karamelisierungsvorgangs unter Druck, um die Wasserverluste durch Verdampfung im Produkt bei der Umwandlung zu vermeiden. Es erfordert also eine verhältnismäßig kostspielige Einrichtung sowie auch einen beträchtlichen Energieaufwand.

Es gibt auch ein Verfahren zur Herstellung von Karamel sirup, wonach man einen Sirup aus Kohlenhydrat in einer Leitung mit geschlossenem Kreis zirkulieren läßt, und raan hält bei dieser

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Leitung zwischen dem.Eintritts- und dem Austrittspunkt für den Sirup eine Erhitzungszone auf Karainelisierungstempera-.tur, dieser folgt dann eine Abkühlungszone mit einer Temperatur, die einen Wasserdampfdruck entspricht, der unter dem Druck der Umgebung an der Austrittsstelle des Karamelsirups liegt,wobei man dafür Sorge trägt, daß in der Leitung und insbesondere in der Erhitzungszone ein höherer Druck herrscht, der hier die Verdampfung des Wassers verhindert.

In der deutschen Patentanmeldung P 20 52 21V.2 ist De

?0 1 Ji^G rom 1^3. April 1970 ein Verfahren beschrieben, das sich von diesem letzteren wesentlich durch die Tatsache unterscheidet, daß man in der Erhitzungszonc nur den Druck ausübt, der zur Zirkulation des Sirups erforderlich ist, was in dieser Zone die Erzeugung von wasserdampf und ein erleichtertes Zirkulieren des so verflüssigten Produkte, nach sich zieht. Das eingeschlossene V/asser kondensiert- in der Abkühlungssone.

Bei diesem letzteren Verfahren ist die Konzentration an der Austrittsstelle gleich der des Zuckersirups am Eintritt. Diese letztere kann einen gewissen Schwellenwert nicht überschreiten, da sonst die Leitung infolge der erhöhten Viskosität des kalten Zuckersirups blockiert würde. Das setzt also der Konzentration an letztlich erhaltenen Karamelsiruo eine obere Grenze. Diese Grenze liegt sogar noch tiefer, wenn nan dem Karamelsirup Pectin, Farbstoffe oder andere Hilfsstoffe zusetzen will, die sich nur in ü'ona vcn wässrigen Lösungen gut mischen, öo gelangt man schließlich zu Karamelsiruparten, deren Wassergehalt weitaus höher liegt als in gewissen Industriezweigen erwünscht.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Ziel zugrunde, diese Unzulänglichkeit auszumerzen und es zu ermöglichen, die Konzentration des Karamelsirups genau und unabhängig von der des

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Zuckersirups festzulegen. Insbesondere zielt die Erfindung darauf hin, ohne vom Karamellsierungsvorgang getrennte Erhitzung einen Karamelsirup zu erhalten, dessen Konzentration beträchtlich über der maximalen Konzentration liegt, die im Ausgangszuckersirup zulässig ist.

Für diesen Zweck schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Karamelsirup vor, wonach man einen Zuckersirup einem Ende eines geschlossenen Leitungssystems zuführt und diese Flüssigkeit nacheinander einer Karamelisierungsbehandlung unter Dampfbildung, einer Wasserdampfentziehungsbehandlung und einer .Abkühlung unterwirft.

Vorteilhafterweise liegt die Abkühlungstemperatur unter den an der Austrittsstelle des Leitungssystems herrschenden Druckbedingungen unter der Siedetemperatur des Sirups.

Die Wasserdampfentfernung erfolgt in passender Weise durch partielle Phasentrennung, Kondensieren des Dampfes und Gewinnen des Kondensats. Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Dampfkondensation mittels einer Kühlfläche, die teilweise in das Kondenswasser eingetaucht ist, was zu einer Selbstregelung führt, aufgrand der Tatsache, daß der vorübergehende Überschuß und Mangel der Kondensation jeweils von einer Änderung des Niveaus des kondensierten Wassers und der Senkung oder Erhöhung der aktiv kühlenden Oberfläche begleitet ist.

Vorzugsweise wird der Durchsatz an entzogenem Wasserdampf duch volumetrische, gegenseitig gekoppelte Pumpen in Abhängigkeit vom Durchsatz an zugeführtem Zuckersirup gesteuert.

Gemäß einer Ausführungsform bringt man in den Karamelsirup oberhalb der Austrittsstelle des Fabrikationsweges ein oder mehrere Zusatzprodukte ein.

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Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung des obenbeschriebenen Verfahrens.

Im übrigen können sowohl das Verfahren als auch die Vorrichtung im erfindungsgemäßen Rahmen als primäres Ausgangsmaterial ebenso gut einen Zuckersirup wie jeden anderen Kohlenhydratsirup von einer zur Ernährung geeigneten Qualität verwenden, und diese beiden Arten von Ausgangsmaterialien sind im erfindungsgemäßen Rahmen austauschbar.

Im einzelnen schlägt die Erfindung gemäß einer Ausführungsform ein Verfahren zur Herstellung eines Karamels vor, wonach man einen Kohlenhydratsirup durch eine volumetrische Pumpe in einer Leitung in kräftigen Umlauf bringt, und man richtet in dieser Leitung folgende Zonen ein: eine der Karamellsierungstemperatur entsprechende Erhitzungszone; eine Zone zur Entfernung von Dampf; eine Abkühlungszone mit einer Temperatur, die unterhalb derSiedetemperatur des beabsichtigten Karamelsirups liegt.

Im folgenden wird die Arbeitsweise jeder dieser Zonen beschrieben:

grhitzungszone: Der Sirup wird bis auf seine Karamellsierungstemperatur gegen 160⁰C gebracht. Man weiß, daß je nach Konzentration ein Zuckersirup eine Siedetemperatur zwischen 100 und 120⁰O hat.

Die erste Folge der Temperatursteigerung des Sirups ist die Verdampfung des größten Teils des Wassers zum Auflösen.

Die zweite Folge ist das Karamellsieren des Sirups. Man hat also am Ausgang dieser Erhitzungszone ein Gemisch mehr oder weniger

von rohen, sehr konzentrierten Karamelsirups und/Wasserdampf.

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dampfs

Zone zur Entfernung des Wasser/: Im Anschluß an die Erhitzungszone richtet man einen Raum ein, den man als Phasenscheider bezeichnet und der von dem Gemisch aus Karamelsirup und Dampf passiert wird. Der Dampf scheidet sich vom konzentrierten Sirup, und ein Teil davon gelangt über eine obere öffnung in einen Kondensator, durch den eine von Kühlflüssigkeit durchlaufene Schlange führt.

Der Dampf kondensiert bei Berührung mit dieser Schlange, und ein Teil des gebildeten Wassers wird am Boden des Kühlbehälters durch eine volumetrische Pumpe abgezogen, die es gestattet, genau die pro Zeiteinheit abgenommene.Wassermenge zu bestimmen.

Dieses System hat die Herstellung eines Karamelsirups zum Ziel, dessen Konzentration gleich oder höher ist als die des Ausgangsslrups, wobei die erhaltene Konzentration in einfacher Weise durch Verändern des Äbnahmewasserdurchsatzes gesteuert werden kann.

Die Wasserhöhe im Kondensator stellt sich so ein, daß die freie Oberfläche der Kühlschlange pro Zeiteinheit ein Dampfgewicht gleich dem Gewicht abgenommenen Wassers kondensiert.

Der konzentrierte Sirup und der nicht abgenommene .Wasserdampf verlassen den Scheider durch eine untere öffnung.

Abkühlungszone; In dieser Zone wird der Dampf kondensiert und mischt sich mit dem Sirup, wobei das Ganze auf eine Temperatur unter der Siedetemperatur des Sirups, entsprechend dem an der Ausgangssteile herrschenden Druck abgekühlt wird.

Die Abkühlungsleitung mündet im Freien in einen Homogenisierbehälter, von wo der Karamelsirup in einen Auf nähme trog überlaufen kann.

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Die Fig. 1 und 2 -veranschaulichen die Erfindung:

Fig. 1 zeigt die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung; Fig. 2 zeigt einen Phasenscheider sowie eine abgewandelte Kühleinri chtung.

Gemäß der schematisch dargestellten, beispielhaften Vorrichtung nach Fig. 1 zur Durchführung des Verfahrens speist ein Vorratsbehälter 1, der ein Gemisch von Kohlenhydraten in einer Konzentration nahe 70 % enthält, eine volumetrische Pumpe 2 mit veränderlicher Geschwindigkeit.

Die Pumpe 2 nimmt den Sirup aus dem Vorratsbehälter 1 auf und führt ihn einer Leitung zu, die nacheinander in Reihe geschaltet ein Verbindungsrohr 5i auf welchem ein Manometer 4 angebracht ist, eine Heizschlange 5» ein Verbindungsrohr 6, einen Hiasenscheider 7> symbolisch dargestellt, eine Kühlschlange 8, ein Verbindungsrohr 9) einen Homogenisierbehälter 10, ausgestattet mit einem Sehneckenrührer 29, einen Austritt 11 für den Karamelsirup, einen Lagerbehälter 12 für den Karamelsirup, ein Verbindungsrohr 13 zwischen Phasenscheider und Kondensator einen mit kondensiertem wasser 27 gefüllten und mit einer Schlange 28 für den Wasserdurchlauf ausgestatteten Kondensator 14, eine volumetrische Pumpe 15 zum Abziehen von Wasser, einen Abfluß 16 für das abgezogene Wasser und einen Abfluß 17 für den Ablauf des abgezogenen Wassers umfaßt.

Die Heizschlange 5 ist in ein Thermostatbad 18 mit eingebauter elektrischer Widerstandsbeheizung 19 eingetaucht, welches ein auf 200°0 aufheizbares Silikonöl enthält und mit einem Schneckenrührer 21 sowie einem Kontaktthermometer 20 zur Regelung der Badtemperatur ausgestattet ist.

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Die Kühlschlange 8 ist in einem Ölbad 22 eingetaucht, dessen Temperatur zwischen 80 und 130⁰G variieren kann. Dieses Bad ist mit einem Kontaktthermometer 25» einem Schneckenrührer 26, einer elektrischen Widerstandsheizung 23 und einer Kühlschlange ,24 zum Durchlauf von Wasser ausgestattet. Beim Betrieb bringt man aus dem Vorratsbehälter 1 einen Zuckersirup mit bestimmten Eigenschaften (Wassergehalt, Glukosegehalt, usw.) in das Leitungssystem ein und setzt ihn in dieser Leitung mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in Bewegung, um ihm eine feste Verweilzeit, beispeilsweise 4 min, in der Heizschlange 5 zu geben, wobei die Ölbadtemperatur auf einem geeigneten Wert, beispielsweise 200⁰O gehalten wird.

Die Pumpe 2 übt auf den Sirup bezüglich des Atmosphärendrucks nur den für die Zirkulation dieses Sirups erforderlichen überdruck aus, der den Beschickungsverlusten bei der gewählten Geschwindigkeit gleichwertig ist. In der Heizschlange 5 tritt also eine Wasserverdampfung ein. Ein Teil des Dampfes scheidet sich im Phasenscheider 7 ab und kondensiert sich im Kondensator

Die Kondensationskapazität der Schlange 28, die zum Teil in das Kondenswasser eingetaucht ist, steigt oder fällt, je nachdem, wie sich dieses Wasser im Innern der Einrichtung 14 senkt oder steigt. So stellt sich selbsttätig ein Gleichgewichtsniveau ein,für das der nicht eingetauchte Teil der Schlange die Kondensation einer Menge Wasser hervorruft, die gleich ist der von der volumetrischen Pumpe 15 abgezogenen Menge.

Eine nicht dargestellte Verbindung bekannter Art koppelt gegenseitig die volumetrischen Pumpen 2 und 15· Dies erlaubt im Mittel die Konzentrationsschwankungen des Endprodukts, die aus einer Schwankung des vorübergehenden Übergewichts der einen oder der " anderen der beiden Pumpen resultieren, zu vermeiden.

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Der Teil in der Einrichtung 14 nicht kondensierten Dampfes " verläßt den Scheider 7 mit dem Karamelsirup und kondensiert in diesem Sirup in der Kühlschlange 8.

Das durch den Rührer 29 homogenisierte Endprodukt hat also einen vom Ausgangsprodukt unterschiedlichen Vassergehalt, der beliebig zwischen dem Ausgangsgehalt und weniger als 2 % variieren kann.

Gegebenenfalls setzt man dem Karamelsirup teim Homogenisieren im Behälter 10 ein oder mehrere Produkte aus dem Behälter 30 zu.

In Fig. 2, die ähnliche oder zu bestimmten Elementen der I?ig.1 identische Elemente, die mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind, enthält, ist der Phasenscheider 7 ein zylindrischer Behälter mit vertikaler Achse und einem trichterförmigen Boden, in den die Leitung 6 tangential durch die Zylinderwandung eine Mischung aus Karamelsirup und Wasserdampf einspeist. Eine bestimmte Dampfmenge verflüchtigt sich durch den oberen Teil durch die Leitung 13 und kondensiert, wie vorstehend beschrieben. Das verbleibende Produkt gelangt durch eine Leitung 31 in einen Behälter 32 und kühlt sich hier unter der Einwirkung einer eingetauchten Schlange 33 mit Wasserdurchlauf ab. Der Behälter 30 liefert dem Karamel beim Abkühlen den oder die erwünschten Zusatzstoffe durch ein Rohr 34 mit untergetauchter Mündungsöffnung, und das Gemisch wird über eine Siphonleitung 35 abgezogen, die in Wechselwirkung mit der Kühlwirkung der Schlange 33 zum Verhindern des Wasserverlustes in Dampfform arbeitet.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung ist im allgemeinen für Saccharosesirup oder Kohlenhydratsirup angebracht, bietet sich aber besonders gut auch für die direkte Behandlung relativ weiter verarbeiteten Zuckersirups und .zur schnelleren Kaamelisierung an wie beispielsweise die glucosierten Sirupe der Karamellenherstellung oder die invertierten Sirupe.

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Die Vorteile der Erfindung gegenüber den früheren Verfahren ergeben sich klar aus dem Vorstehenden. In der Tat benötigt sie weder Abstreifer noch die Anwendung eines erheblichen Überdrucks, und sie erlaubt unter Anwendung einer geschlossenen Leitung mit Zwangsdurchlauf als Reaktionsvorrichtung die Wasserabnahme zu steuern, um einen Karamelsirup der gewählten Konzentration zu erhalten.

Andererseits ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr anpassungsfähig in seiner Betriebsweise, denn für ein gegebenes Ausgangsmaterial hängt die Durchführung des Verfahrens nur von zwei Durchsatzmengen und Temperaturen ab, d.h., von leicht zu eichenden, zu verändernden und auf erwünschten Werten zu haltenden Kriterien.

- Patentansprüche -

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Claims (10)

1. Patentansprüche

   Verfahren zur Herstellung eines Karamelsirups, wonach ein Kohlenhydrat- oder Zuckersirup zwangsweise durch eine Leitung geführt wird, wobei an dieser Leitung zwischen der Eintritts- und der Austrittsstelle des Sirups eine Erhitzungszone, in der der Sirup Wärme- und Druckbedingungen unterworfen wird, die unter Dampfentwicklung das Karamellsieren bewirken, sodann eine Abkühlungszone für den Karamelsirup eingerichtet ist, dadurch gekennz ei chnet, daß man einen Teil des in der Erhitzungszone erzeugten Dampfes in einer Zwischenzone der Leitung abführt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Karamelsirup in der Abkühlungszone einer Temperatur unterwirft, die unter den am Ende der Leitung herrschenden Druckbedingungen unterhalb seiner Siedetemperatur liegt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man dem an der Austrittsstelle der Leitung ausgetragenen Karamelsirup ein oder mehrere Zusatzprodukte, wie Pectin oder Farbstoff in wässriger Lösung zusetzt·
4. 4-. Verfahren nach einem der voiiergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Menge des in der Zwischenzone abgezogenen Wassers in Abhängigkeit von der an der Eintrittsstelle der Leitung eingespeisten Sirupmenge steuert.
5. 5- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Zwischenzone abgezogene Dampf zum Ausbringen in flüssiger Phase kondensiert und die Menge des kondensierten Dampfes in Abhängigkeit vom Durchsatz des ausgebrachten Wassers gesteuert wird.

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6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welche hintereinander angebracht eine Quelle für den zu karamelisierenden Sirup, eine Zuführpumpe, eine in wärmeaustauschender Anordnung zu einer Wärmequelle stehende Leitung und eine in wärmeaustauschender Anordnung zu einer Kältequelle stehende Leitung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen diesen beiden Leitungen einen Phasenscheider (7) zum Abführen des im Sirup während seines Durchlaufs durch die erste Leitung gebildeten Wasserdampfs aufweist.
7. 7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen mit dem Phasenscheider (7) verbundenen Kondensator (14) zum Kondensieren des durch eine volumetrische Kondensat-Abführpumpe (15) abgezogenen Dampfes aufweist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichn e t, daß sie einen Behälter (14) zur Aufnahme des Kondenswassers (27) und in diesem eine Schlange (28) zum Durchlauf der Kühlflüssigkeit aufweist, die teilweise in das im Kondensator befindliche Kondenswasser eingetaucht angeordnet ist.
9. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Behälter (10) zum Sammeln und Homogenisieren des am Ausgang der zweiten Leitung ausgetragenen Karamelsirüps aufweist.
10. 10. Vorrichtung nach Ansp^ch 9> dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Behälter/zur Zugabe eines oder mehrerer Zusatzstoffe zum Karamelsirup während des Homogenisierens aufweist.

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