DE2317452A1

DE2317452A1 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von joghurt und anderen milchfermentationsprodukten

Info

Publication number: DE2317452A1
Application number: DE2317452A
Authority: DE
Inventors: Fransiscus Martinus Driessen; Jacobus Josephus Stadhouders; Jacob Ubbels
Original assignee: STICHTING BEDRIJVEN VAN HET
Current assignee: STICHTING BEDRIJVEN VAN HET
Priority date: 1972-04-07
Filing date: 1973-04-06
Publication date: 1973-10-11
Also published as: AU5429273A; CH571826A5; GB1398799A; DK150676B; NL176135B; NL176135C; ES414311A1; DE2317452C2; CA996812A; DK150676C; NL7204690A; US3924007A; FR2179258A1; FR2179258B1; BE797870A

Description

DR.-ING. WALTER ABITZ München,

DR. DIETER F. MORF DR. HANS-A. BRAUNS

Postanschrift / Postal Address 8 München 86, Postfach 860109

Patentanwälte , „ , j- ^ Pienzenauerstraße 28

/. O I /4v>£ Telefon 483225 und 486415

Telegramme: Chemindus Mönchen Telex: (0)523992

BO 4999

STICHTING BEDRIJVEN VAN HET NEDERLANDS INSTITUUT VOOR ZUIVELONDERZOEK

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Joghurt und anderen Milchfermentations-

produkten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Joghurt und anderen Milchfermentationsprodukten, wobei Milch in kontinuierlichem Strom einem Fermentationsgemisch von Milch und einem Starter in einem Vorfermentierungstank zugeführt wird, während das pH über einem pH-Wert, bei dem das Gefüge durch Rühren so weit gestört wird, daS in dem Endprodukt eine Syneresjs erfolgt,

und

gehalten wird/ eine gleiche Menge an dem Fermentationsprodukt in einen Koaguliertank, in dem die weitere Fermentation und Koagulierung erfolgen kann, überführt wird.

Ein solches halbkontinuierliches Verfahren ist aus einem

30 9 8 41/0988

— 1 —

BO 4999 ' ' ■ _Λ

Artikel von Girginov in "Die Lebensmittelindustrie"., -12', 263(ί9β5) bekannt. Bei diesem Verfahren werden 1 bis 3 Gew.-% einer frischen* nicht-gekühlten Kultur von Lactobacillus bulgaricus und Streptococcus thermophilus mit -einer Azidität von 30 bis 32⁰SH (~8θ°Ν) zu pasteurisierter und homogenisierter Milch zugesetzt, wonach man das Gemisch bei einer Temperatur von 46 bis 48⁰C gären läßt, bis eine Azidität von etwa 30⁰N erreicht istf anschließend beginnt der kontinuierliche Vorfermentationsprozess, während dessen die zugesetzten Mengen an pasteurisierter, nicht-fermentierter Milch mit einer Temperatur von 46 bis 48t gleich den Mengen an gleichzeitig ausgebrachtem fermentiertem Produkt sind und bei dem die Azidität bei 9*5 bis 12°SH■ (-^30⁰N) gehalten und das Flüssigkeitsniveau in "dem Tank beibehalten werden« Die teilweise fermentierte Milch wird dann auf eine Temperatur von 32 bis 33⁰C gekühlt und in Behälter gefüllt* in denen eine weitere Fermentation bei der gleichen Temperatur erfolgt, bis die gewünschte Azidität erreicht ist. Schließlich wird das Produkt auf eine Temperatur von 5 bis 6⁰C gekühlt. Das Girginov-Verfahren ist ein halbkontinuierliches Verfahren«,

Es wurde nun gefunden, daß Joghurt in einem kontinuierlichen Verfahren hergestellt werden kann,, indem man das Permentationsgemisch in der Form eines Stöpselstroms durch einen Koaguliertank, der an seinem Boden mit einem Äustrittsrohr versehen ist, führt, wodurch die .Gelstruktur desjenigen Teils des Stöpselstroms, der diejenige Azidität, bei der Rühren keine Syneresjs verursacht, überschritten hat, zerstört wird* indem man ihn Scherkräften unterwirft-, und anschließend Behälter mit dem hergestellten Produkt füllt.

Es kann festgestellt werden, daß der höchste pH-Wert, bei dem in dem Stöpselstrom durch Rühren keine Syneresjs mehr

3Q9841/098&- -

BO 4999

erzeugt wird, ei einer Temperatur von 45⁰C 5*8 oder bei einer Temperatur von 30⁰C 5*3 beträgt. Wenn man bei einem solchen pH-Wert den Stöpselstrom von Joghurt langsam fortschreiten läßt, kann die Säuerung des Gemisches fortschreiten, ohne da3 das Produkt die bei der Koagulierung erhaltene Struktur verliert. Vorzugsweise wird ein Koaguliertank verwendet, dessen Wand einer Vorbehandlung unterworfen ist; beispielsweise kann ein Tank aus rostfreiem Stahl einer Vorbehandlung mit einer Lecithinemulsion, Lecithin oder ähnlichen oberflächenaktiven Substanzen unterworfen werden. Auch eine Behandlung mit PTFE 1st geeignet.

Das Fermentationsgemisch muß in der Form eines Stöpselstroms durch einen Koaguliertank geführt werden, weil die Struktur des Produktes beeinträchtigt würde, wenn absichtlich oder unabsichtlich erzeugte Turbulenzen in einem solchen Gemisch auftivten, die u.a. eine Syneresis verursachen. Tn diesem Zusammenhang ist es erwünscht, die vorfermentierte Milch auf eine Temperatur von 31 bis-5T°C~zu—kühlen (vgl. Th.E.Galesloot, 0ff.0rg.FNZ 47, 720 (1955)), weil sich in diesem Temperaturbereich ausreichende Mengen an schleimigen Substanzen bilden, daß nach dem Rühren ein Joghurt ausreichender Viskosität erhalten wird und außerdem die Syneresis weniger ausgeprägt ist, als wenn das Kühlen der vorfermentierten Milch fortgelassen wird. Wenn die fermentierte Milch eine ausreichende Azidität erreicht hat, d.h. wenn die erreichte Azidität zwischen 70 und 100⁰N beträgt, kann das Rühren fortgesetzt werden, ohne daß die Struktur für die Dauer geschädigt wird und/oder Molke sich abscheidet. Die Endazidität wird auch von dem Proteingehalt der Milch bestimmt. Vorzugsweise wird das fermentierende Gemisch mit einer Temperatur von 42 bis 48⁰C von dem Vorfermentiertank unter Kühlen auf eine Temperatur zwischen 33 und 37⁰C in den Koaguliertank übergeführt.

30 9 8 41/0988 - 3 -

BO 4999

Weiterhin ist es bevorzugt, den Stöpselstrom sich dadurch bilden zu lassen, daß man das Fermentationsgemisch in einen Koaguliertank, dessen Wände mit einem Überzug aus einer oberflächenaktiven Verbindung versehen sind, einsprüht. Aus praktischen Gründen ist es wesentlich, daß der Stöpselstrom den Koaguliertank mit. einer· Geschwindigkeit von höchstens 5 cm/min bei einer Temperatur von 37⁰C durchsetzt.

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ist es nicht nur möglich, ■ Joghurt von zufriedenstellender Struktur in kontinuierlichem Strom herzustellen, sondern außerdem können in dieser Weise Starter, Kulturbuttermilch und ähnliche Fermentationsprodukte _hergestellt-werden, -Da für diese -Produkte -die -optimale Säuerung bei einer Temperatur von etwa 30⁰C erfolgt, kann eine Temperatur, die diesem Wert nahe kommt, als Fermentationstemperatur ange-„wandt. ,werden! jedoch kann in d±esen ,Fällen auch eine niedrigere Temperatur erwünscht sein. ~ " . " ._

Bei der Herstellung von Joghurt, Kulturbuttermilch und Startern kann die Gelstruktur desjenigen Teils des Stöpselstroms mit einem pH nicht über 4,7 (entsprechend 70 bis 100⁰N) durch Rühren zerstört werden, ohne daß dies sich nachteilig auf das Endprodukt auswirkt. Bei der Herstellung von bulgarischem Joghurt (Bulgarian yoghurt) kann die Gelstruktur schon desjenigen Teiles des Stöpselstroms, der ein pH nicht über 5,10 hat, zerstört werden, ohne daß das Endprodukt nachträglich beeinflußt wird. Um ein möglichst homogenes Produkt zu erhalten, ist es erwünscht, die Temperatur, bei der das Fermentationsgemisch in den Koaguliertank eingeführt wird, konstant zu halten. Obwohl die Viskosität des homogenen Produktes, das durch Zerstören der Gelstruktur von Joghurt durch Rühren erhalten wird, nicht sehr kritisch ist, wird die Gelstruktur doch nicht langer als für die Viskosität des homogenen Produktes (gemessen gemäß G. Posthumus 0ff.0rg. FNZ 46, 55 (1954)) notwendig ist, 20 bis 40 Sekunden,zerstört. Vorzugsweise wird das fermentierte Pro-

3098 4 1/09 8 8 ^s; - 4 -

BO 4999

dukt zwischen dem Koaguliertank und der Abfüllvorrichtung auf eine Temperatur von 5 bis 6⁰C gekühlt.

Es muß nach Möglichkeit verhindert werden, daß beim Abfüllen die Struktur desjenigen Teiles des Koaguliertanks, in dem der Fermentationsprozess noch nicht ausreichend fortgeschritten ist, gestört wird. Zu diesem Zweck kambeispielsweise eine Platte mit den Abmessungen eines ebenen Querschnitts des Tanks, die so ausgebildet ist, daß sie parallel zur Achse des Tanks verschoben werden kann, mit einer Anzahl über die Oberfläche verteilte Löcher der Bewegung der Fermentationsmilch mit praktisch der gleichen Geschwindigkeit folgend in der gleichen Richtung über den gleichen Abstand gesenkt werden und anschließend in entgegengesetzter Richtung mit viel größerer Geschwindigkeit über einen Abstand, der nicht so groß ist, daß die Platte denjenigen Teil des Tanks, in dem die Fermentation noch nicht

Q V» y* Q "t Λ V\ 4-

ausreichend fortgeschritten ist,/bewegt' werden, um ein Rühren ohne dauernde nachteilige Wirkung auf die Struktur zu ermöglichen. Eine alternative Rührmethode kann darin bestehen, daß der Stöpselstrom bei seinem langsamen Fortschreiten hinter der Zone, wo eine ausreichende Azidität erreicht ist, um ein Rühren ohne dauernden nachteiligen Einfluß auf die Struktur zu ermöglichen, vorübergehend durch eine Trennplatte unterbrochen wird, beispielsweise durch Stoßen durch eine Platte, die mit einer Öffnung von der gleichen Form wie dem Querschnitt des Tanks versehen ist, wonach die Struktur der fermentierten Milch unter der Platte durch Rühren zerstört werden kann. Wenn die Platte in ihre ursprüngliche Stellung zurückgeführt wird, nachdem das Rühren wieder unterbrochen ist, kann der Stöpselstrom seinen langsamen Durchtritt fortsetzen, so daß die gerührte fermentierte Milch aus dem Tank gepreßt wird. Es sind aber auch andere Methoden zum Rühren der fermentierten Milch in dem Tank ohne Stören der Struktur der nachströmenden Milch denkbar. 30 98 41/0988

Der Zeitpunkt, zu dem die Struktur in der Säule nach einer dieser Methoden zerstört werden kann, kann durch Messen des pH der gärenden Milch bestimmt werden.

Ein kontinuierliches Fermentationsverfahren gemäß der Erfindung kann in einfacher Welse ferngesteuert werden, so daß eine gleichbleibende Endazidität erreicht wird. Die Viskosität des abgefüllten Produktes kann dadurch beeinflußt werden, daß man die Struktur mehr oder weniger zerstört, beispielsweise indem man weniger intensiv rührt oder die perforierte Platte mit anderer Geschwindigkeit entgegen der Strömungsrichtung der Milch führt. Außerdem

—k^nn-dle-Tagesproduktion über eine längere Zeit verteilt werden, so daß es möglich wird, das abgefüllte Produkt in einfacher Weise während des mit geringer Geschwindig-

—Jeeifc-erfolgenden Abfüllens zu-pasteurisieren. Auf diese Weise kann die Haltbarkeit beträchtlich verbessert werden. Außerdem-Wird es viel leichter, eine -aseptlsche--Methode anzuwenden, wenn die Abfüllung mit derart geringer Geschwindigkeit und die Herstellung des Produktes in einer geschlossenen Vorrichtung erfolgt.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann mittels einer Vorrichtung, wie sie schematisch in Figur 1 veranschaulicht ist, durchgeführt werden. Der Vorratstank 1 ist mittels einer Rohrleitung über eine Pumpe 2 mit dem Fermentationstank 6 verbunden. Die Pumpe 2 wird durch einen Schalter in Betrieb gesetzt, und dieser Schalter wird seinerseits durch ein Signal von dem pH-Messer 4 betätigt. Der Tank ist mit einem Abströmrohr 9 zum Ausbringen des vorfermentierten Produktes, einem Rührer 7 und einem Temperaturfühler 8, einem pH-Fühler 5 und, beispielsweise., einer Vorrichtung zum Sprühen von heißem Wasser gegen die Wand des Tanks ausgestattet. Das Abströmrohr 9 1st direkt mit dem Kühler 10 verbunden und endet in einer Terteilerein»

3 0-9JB4 -1 /-OSJB8

BO 4999

richtung 11 & oberen Ende eines Koagulierbottichs 12.

Der Koagulierbottich 12 ist vorzugsweise doppelwandig ausgebildet und mit einer Einrichtung ausgestattet, durch die die Temperatur des Inhalts auf einem konstanten Wert gehalten wird. Die Verteilereinrichtung 11 kann beispielsweise eine konusförmige Scheibe sein, die mit hoher Geschwindigkeit rotiert und mit der das vorfermentierte Produkt, das aus dem Kühler 10 auf die Scheibe fließt, fein zerteilt wird.

An der Unterseite des Koagulierbottichs 12 ist ein Abzugsrohr befestigt, das mit einer Pumpe 13* durch die das Endprodukt zu einer Füllvorrichtung gepumpt wird, verbunden ist. Die Pumpe kann durch den Schalter ]5 gesteuert werden, sofern ihre Kapazität gleich derjenigen der Pumpe 2 ist. SonsT ist es möglich, eine Steuereinrichtung gleich derjenigen, die zur Betätigung der Pumpe 1_3»_ wenn das pH am Boden des Bottichs 12 einen bestimmten Wert erreicht hat, verwendet wird, zu verwenden, wobei die Kapazität der Pumpe 13 etwas größer oder gleich derjenigen der Pumpe 2 sein muß.

Bei der Durchführung des Verfahrens in der oben beschriebenen Vorrichtung wird die Wand des Koagulierbottichs 12 vorzugsweise mit einer oberflächenaktiven Verbindung vorbehandelt. Zu diesem Zweck kann, wenn die Wand beispielsweise aus rostfreiem Stahl besteht, Lecithin, eine Lecithinemulsion, eine Teepol-Lösung oder irgendeine andere oberflächenaktive Substanz verwendet werden (vgl. A.G.J. Arentzen, 0ff.0rg. FNZ 58, 479 (I966)). Die Wand kann auch mit einem überzug aus Polytetrafluorathylen versehen werden.

Der Vorratstank enthält gewünschtenfalls homogenisierte und standardisierte, pasteurisierte oder sterilisierte Milch. Die-

30 9 8 41/0988 - 7 -

se Milch hat, je nachdem, was für ein Produkt hergestellt werden soll, eine Temperatur von 42 bis 48⁰C, sofern das Produkt ein Joghurt ist, und eine Temperatur von 20 bis 35⁰C* wenn Starter oder Kulturbuttermilch hergestellt werden soll. Die Milch wird in den Vorfermentiertank 6 gepumpt, wonach ihr 1 bis 3 Vol'um-^ Fermentationskultur zugesetzt werden.

Sobald die Milch in diesem Tank ein Stadium des Fermentations-

Betragt, Prozesses, in dem der pH-Wert 5*3 bis 5»o/erreicht hat, je nach der Fermentationstemperatur, wird mittels des pH-Messers und des Schalters 3 die Pumpe 2 betätigt. Dadurch wird Milch in den Vorfermentationstank gepumpt, während eine gleiche Menge an der vorfermentierten Milch über das Abströmrohr 9 und den Kühler 10 der Verteilereinrichtung 11 in dem äufrecht-

zu

stehenden Koaguliertank 12/strömt. Wenn zufolge des Zustroms nicht-fermentierter Milch das pH einen Wert erreicht, der beispielsweise um 0,1 pH-Einheiten höher ist als der eingestellte .pH-Wert, wird die Pumpe 2 wieder abgeschaltet.

Die vorfermentierte Milch kann mittels des Kühlers 10 von der Fermentationstemperatur auf eine Temperatur von 33 bis 37⁰C gekühlt werden. Das ist zu empfehlen, wenn Joghurt hergestellt wird, nicht jedoch, wenn Starter oder Kulturbuttermilch und ähnliche Produkte hergestellt werden.

Bevor das Endprodukt abgepumpt wird, wird jedoch seine gesamte Struktur gerührt, bis eine glatte Konsistenz erreicht ist. Dies, erfolgt nur in dem Bodenteil des Koaguliertanks', in dem die Azidität bereits so hoch ist, daß dauernde nachteil ige Wirkungen

ohne -

auf die Struktur vermieden werden, /&aß auch die Struktur der Masse oberhalb dieses Teiles zerstört wird. Zu diesem Zweck ist der Bottich mit einer geeigneten Rühreinrichtung, beispielsweise der Einrichtung 14, ausgestattet. Vorzugsweise besteht diese Einrichtung aus einer verschiebbaren Platte mit gleichmäßig über ihre gesamte Oberfläche verteilten Löchern,

30984 1/09 8 8 -8-

die höchstens 20$ der Gesamtoberfläche der Platte ausmachen.

Der Raum unter der Rühreinrichtung 14 ist mit gerührtem Endprodukt gefüllt. Die Verteilereinrichtung wird dann bis unmittelbar über die Rühreinrichtung 14 gesenkt. Anschließend wird begonnen, den Koagulierbottich 12 mit dem vorfermentierten Produkt zu füllen, das aus dem Vorfermentiertank 6 zuströmt. Während des Füllens wird die Verteilereinrichtung allmählich nach oben bewegt, so daß unter allen Bedingungen vorfermentierte Milch über die Oberfläche der Milch in dem Koaguliertank 12 gesprüht wird.

Während des Füllens des Koaguliertanks 12 bleibt die Pumpe außer Betrieb. Der Zeitpunkt, zu dem mit dem Ausbringen des Endproduktes mittels dieser Pumpe begonnen werden kann, wird beispielsweise von einem pH-Fühler, der durch die Wand des .Koaguliertanks 12 in_einer Zone, die unmittelbar über dem Teil mit der gärenden Milch, deren Struktur durch das Abfüllen zerstört wird, liegt, geführt wird, bestimmt. Eine alternative Möglichkeit ist die, die Betätigung der Pumpe 13 durch den pH-Fühler 15 in Verbindung mit einer hierfür geeigneten Vorrichtung zu steuern. Auch mittels eines Niveaufühlers 16 ist eine ähnliche Steuerung möglich. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Zeitpunkt zu bestimmen, bei dem in einer Probe der vorfermentierten Milch, die abgenommen wird, wenn die erste Menge an vorfermentierter Milch in den Koaguliertank eingeführt wird, die richtige Azidität oder der richtige pH-Wert erreicht ist. Schließlich ist es möglich, die Pumpe zu einer bestimmten Zeit, gerechnet von dem Zeitpunkt des Beginns des Füllens des Koaguliertanks, einzuschalten, vorausgesetzt, daß die Fermentationsgeschwindigkeit in dem Fermentationstank keine Abweichungen von der gewöhnlichen Geschwindigkeit gezeigt hat.

309841/09 88

Der Inhalt der Vorrichtung hängt natürlich von der erforderlichen Stündlichen Kapazität ab* Ein bestimmtes Verhältnis zwischen dem Inhalt des Fermentations tanks und demjenigen des Koaguliertanks 12 ist jedoch einzuhalten. Dieses Verhältnis kann aus den Fermentationsgesehwindigkeiten bei den in jedem dieser Tanks herrschenden Temperaturen abgeleitet werden. Die Beziehung zwischen der erreichten Azidität und der Inkubationszeit für eine Joghurtkultur ist in Figur 2 gezeigt. Die folgenden Fermentationsgeschwindigkeiten wurden aus dem linearen Teil der gefundenen Kurven durch Anwenden der Methode der geringsten Quadrate bestimmt; bei einer -_ ■ Temperatur von

i a = 0,67 t - J2,17 : a = 0,50 t - 21,17 36"C : a = 0,45 t - 29,86 : a = 0,40 t - 26,71

~woT3ei "t." für die Inkubationszeit in Minuten und "a" für die Azidität in ⁰N, die nach dieser Zeit erreicht ist, steht.

Die Kurven von Figur 3 wurden für einen Joghurt bildenden Starter oder eine Kulturbuttermilchkultur gefunden, und aus diesen Kurven wurden die folgenden Fermentationsgesehwindigkeiten ermittelt; bei einer Temperatur von

30"C .: a = 0,34 t - 37,49 25⁰C : a = 0,29 t - 43,66

von Figur 4
Die Kurven/sind die für bulgarisches Joghurt gefundenen, und die Fermentationsgeschwindigkeit ergab sich bei einer Temperatur von

30 9 841/098 - 10 -

^BOlt"⁹ _M 7.317452

45⁰C : a= 1,14 t - 80>00

4O⁰C : a = 0,79 t - 76,71

37⁰C : a = 0,59 t - 64,04

: a = 0,56 t - 87,66

Die Beziehung zwischen Azidität und pH in den verschiedenen Kulturen hängt von deren Proteingehalt ab. Beispiele sind in den Tabellen A, B und C zusammengestellt. In diesen Tabellen ist auch angegeben, in welchem pH-Bereich die Kultur nicht gerührt werden kann, ohne daß es zu einer dauernden Schädigung der Struktur kommt.

Aus den obigen Angaben ergeben sich die Abmessungen der Apparatur für eine gewünschte Kapazität. Hierfür wird im folgenden ein Beispiel gegeben. Wenn je Stunde 500 1 Joghurt von &%> N bei einer Temperatur von 45⁰C ausgehend von Milch mit einer Azidität von 15°N fermentiert werden sollen und die Entnahme bei einer Azidität von 32⁰N, mit der das Joghurt in den Koaguliertank gelangt, erfolgt, ^ergibt sich die Fließgeschwindigkeit in dem Ferment at ionstank aus der Annanmef" dSß diS^r/ schreitender Fermentation i-^ΛFermentation in einer gegebe

I At ι «->·>--■

nen Zeit Ot durch eine gleiche Reduktion der Azidität in der gleichen Zeit durch Zugabe von nicht-fermentierter Milch f-^lZugabe kompensiert wird. D.h.:

f \ q\ ^ /oa\ , 15 - 32 1 ü—!Fermentation = 0,o7 ⁼ — J —[Zugabe = ,

Vbt/ \htl t

woraus wiederum folgt, daß die mittlere Verweilzeit der Milch in dem Fermentationstank t = 25,4 Minuten beträgt.

In 1 Stunde ändert sich also der Tankinhalt 2,36 mal, und für eine stündliche Kapazität von 500 1 muß der Tank eine Kapazität von £§£. = 212 1 haben.

Wenn die Fermentation in dem Koaguliertank bei einer Temperatur von 37⁰C fortgesetzt wird, kann die Verweilzeit der

3 0 9841/0988 - 11 -

bo 4999 ^ ' 2-31-74

Milch in diesem Tank errechnet werden.als 0,50 t = 80 - J52 oder t = TT-HTT = 96 Minuten, wenn die Azidität von 32⁰N auf

UOU

80°N steigen soll. Die Kapazität des Tanks ist also || χ 500 = 800 1.

Es ist nicht erwünscht, den Querschnitt des Tanks zu sehr zu erhöhen. Um die Struktur vor der Entnahme des Endproduktes zu zerstören, muß die Rühreinrichtung l4 mit hoher Geschwindigkeit angehoben werden. Die hierfür erforderliche Kraft nimmt proportional der von der Rühreinrichtung eingejoonunenen Fläche zu. Andererseits darf diese Fläche nicht zu klein sein, da dies zur Folge haben würde, daß die Höhe des Koaguliertanks unverhältnismäßig vergrößert werden müßte. Abgesehen von den Schwierigkeiten, die sich aus der Erstellung eines sehr hohen Tanks ergeben können, würde dadurch die"Geschwindigkeit, mit der die fermentierende Milch an der Wand des Tanks entlang strömt, zu hoch. Es wurde bei verschiedenen Temperaturen "festgestellt, in welchem Ausmaß die Struktur der fermentierenden Milch für die Dauer geschädigt wurde, wenn man die Milch an der Wand des Tanks aus rostfreiem Stahl, die mit Lecithin behandelt war, mit einer Geschwindigkeit von 5 cm/min fließen ließ. Einige Ergebnisse sind in Tabelle D zusammengestellt. Es ergibt sich, daß bei einer Temperatur, bei der einerseits die Schleimbildung ausreichend ist (08⁰C) und andererseits die Fermentationsgeschwindigkeit nicht zu gering ist (^33⁰C)* eine Geschwindigkeit relativ zu der Wand von nicht mehr als 5 cm/min gerade zulässig ist. In dem gegebenen Beispiel kann die Milch mit einer Temperatur von >7°C über einen Abstand von höchstens 480 cm in 96 Minuten an der Wand entlang fließen.

Daraus ergibt sich, daß der Durchmesser des Tanks wenigstens —§~"T7f ^{= 2}^ ^{cm Se}*ⁿ niuß. Vorzugsweise wird ein Tank mit

309841/0988

- 12 - '

BO 4999 _οο1π_/η

einer Höhe von 2 bis 4 m verwendet.

Die Rühreinrichtung 14 kann beispielsweise axis einer dicht mittels eines Dichtungsrings in den Koaguliert ank eingepaßten Platte bestehen, die parallel zur axialen Richtung des Tanks aufwärts und abwärts bewegt werden kann.

Die Bewegung nach unten soll mit praktisch der gleichen Geschwindigkeit, mit der die fermentierende Milch an der Wand des Behälters entlang fließt, erfolgen. Während der Aufwärtsbewegung soll die Struktur des Endproduktes gestört -werden, und zu diesem Zweck muß die Platte mit einer weit größeren Geschwindigkeit bewegt werden. Während dieser Bewegung wird das Produkt durch eine Anzahl von Löchern in der Platte gepreßt, was zur Folge hat, daß eine sehr glatte Struktur erzielt wird, während die Viskosität nicht zu stark absinkt. Die Geschwindigkeit, mit der die Platte gehoben werden muß, damit eine glatte Struktur erreicht wird, ergibt sich aus dem Durchmesser der Löcher und ihrer Zahl je Flächeneinheit. Die Geschwindigkeit darf nicht zu groß sein, da in diesem Fall die Viskosität des Joghurt zu stark gesenkt wird, muß aber ausreichend groß sein, daß eine glatte Struktur erzielt wird.

In einem zylindrischen Tank mit einem Durchmesser von 12,5 cm, wie er schematisch in Figur 5 dargestellt ist, wurden bei einer Temperatur von 37⁰C 2 1 Joghurt hergestellt. In dieser Figur steht 1 für den Fermentationstank, 2 für eine Abstützeinrichtung, an der der Tank 1 mittels einer Klemmeinrichtung 3 befestigt ist, 4 für ein Manometer, 5 für eine Rohrleitung, durch die Stickstoff in den Tank gepreßt wird, 6 für einen Dichtungsring und 7 für eine zu testende Rührplatte. Nachdem das Joghurt eine Azidität, von 80°N erreicht hatte, wurde es mit Stickstoff von bekanntem Druck in einer gegebenen Zeit durch die Lochplatte gepreßt. Die Viskosität des von dem Tank

309841/0988

abfließenden Joghurt wurde gemessen, und seine Struktur wurde überprüft. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle Ξ zusammengestellt. Für diesen Test wurden fünf verschiedene Platten a, b, c, d und e verwendet. Die Platten a, b und c wurden mit Löchern mit einem Durchmesser von 1,0-"-bzw. 0,36 und 0,25 cm ausgebildet. Platte a wies nur ein Loch auf_o Die Anzahl Löcher für die Platten b und c wurden '.errechnet ₉ derart, daß bei gleichbleibender Ausflußkapazität der mittlere Scherwert in jedem Loch der drei Platten gleich sein mußte.

Xocher mit einer Querschnittsgröße von 0,15 cm wurden in der Platte d an den gleichen Stellen wie in der Platte c vorgesehen. In diesen Löchern ist die mittlere Scherkraft daher größer als in den Platten a, b und c, wenn die Verfahrensbedingungen die gleichen sindi Die Löcher wurden in gleichmäßigen Abständen über die Ober-flache jeder Platte verteilt. Die Platte e wurde mit Löchern mit einem Querschnitt von 0,25 cm versehen, derart, daß sie an den Winkeln äquilateraler Dreiecke mit einer Seitenlänge von 0*75 cm gleiche Abstände hatten. Demzufolge waren etwa 10$ der Oberfläche dieser Platte offen. Für die Berechnung ergeben sich die folgenden Richtlinien: _

t Tf . d.n.
if ■

=» e X' = C

worin V : das Joghurtvolumen in dem Tank (2000 crrr),

t : Ausflußzeit des Joghurt durch die Platte (4s)_f d.: Durchmesser der Löcher in der Platte (für die Platte a d_a = 1,00 cm),

CL

n.: Anzahl Löcher in der Platte (für die Platte a

30 98 4 1/09 88 - 14 -

vT: mittlere Geschwindigkeit des durch jedes der Löcher in der Platte ausfließenden Joghurt (für Platte aT = V = 2000 = SjJ cm s *

: mittlere Scherkraft (s )
c : Konstante.

Aus den Werten für Platte a errechnet sich, daß C = 637. Mit diesem Wert als Grundlage folgt für die Platten b und c, daß n, = 22, für d, = 0,36 cm und η - 62 für d == 0,25 cm,

wenn V = 500 cm /s konstant bleibt,
t

Aus den Werten von Tabelle E ergibt sich, daß bei gleicher mittlerer Scherkraft & die Viskosität für die Platten a, b und c verschieden ist. Das kann teilweise der Tatsache zuzuschreiben sein, daß wegen der verschiedenen Anzahl von Löchern je Flächeneinheit in den drei Rührplatten die Verdrängung des Joghurt über den Platten mit einer Änderung der Scherkraft verbunden ist.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung.

Beispiel I

Standardisierte (2,95$ Fett), homogenisierte (150 at bei 55⁰C) und pasteurisierte (5 Minuten bei 85⁰C) Milch mit einer Temperatur von 45⁰G wurde in einen Vorferment iert ank mit einem Gehalt von 12 1 eingeführt, bis der Tank nahezu vollständig gefüllt war. Dieser Milch wurden dann 1/2 1 einer Joghurtkultur aus S. thermophilus und L. bulgaricus zugesetzt. Die Rühreinrichtung wurde betätigt, und die Temperatur wurde bei 45⁰C gehalten. Nachdem das pH nach 90 Minuten auf einen Wert von 5,70 gesunken war, wurde es mit Hilfe einer pH-Einstelleinrichtung durch Pumpen von Milch in den Bodenteil des Fermentationstanks bei einem Wert zwischen 5*70 und 5*72 gehalten.

309841/0988 - 15 -

Die volumetrische Fließgeschwindigkeit betrug 24 l/h.. Eine gleiche Menge vorfermentierte Milch strömte gleichzeitig durch das Abströmrohr 9 aus dem Tank aus und durch einen Kühler, in dem die Temperatur auf 37\G gesenkt wurde, zu der sich rasch drehenden Verteilereinrichtung, die in. ihre niedrigste Stellung gesenkt war.

Der Koaguliertank bestand aus rostfreiem Stahl und war doppelwandig ausgebildet. Der Innendurchmesser betrug 25»1 cm und die Höhe 80 cm. Im unteren Teil dieses Tanks waren Rührmittel angeordnet, die aus einer kreisförmigen Platte aus rostfreiem Stahl mit Löchern von 0,25 cm Durchmesser in Abständen von 1,5 cm zueinander versehen war. Diese Platte konnte mit Hilfe eines Hebelmechanismus über eine Strecke von 10 cm gehoben und gesenkt werden. Der Raum unter der Platte war zuvor mit gerührtem Joghurt gefüllt worden. Die Rührplatte und die Tankwand waren mit handelsüblichem Sojabohnenlecithin behandelt worden. Anschließend wurde die Verteilereinrichtung mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der das Flüssigkeitsniveau in ,dem Behälter stieg, angehoben. Genau von dem Zeitpunkt an, zu dem die Azidität des Joghurt undmittelbar über der Rührplatte einen Wert von 90⁰N erreicht hatte, wurde mit der Entnahme mit einer Volumengeschwindigkeit von 24 l/h begonnen. Zu diesem Zweck wurde die Rührplatte mit einer Geschwindigkeit von 3 cm/sec angehoben und anschließend in 25 Minuten wieder gesenkt. Das gerührte Joghurt wurde mit Hilfe einer Meßpumpe, die synchron mit der Milchpumpe arbeitete, aus dem Tank heraus gepumpt. In einer Zeit von 2 Stunden zeigte die Azidität des aus dem Tank ausfließenden Joghurt Werte zwischen 85 und 95⁰N, während die Viskosität, gemessen mit der "Posthumus cup" (Off.Org. FNZ, 46, 55 (1954)), zwischen ^O und 45 Sekunden bei 20⁰C variierte. Die Qualität des Joghurt war ausgezeichnet.

3 0 9 8 4 1/0988 - 16 -

Beispiel II

Ein bulgarischer Joghurt wurde hergestellt, wobei von üblicher Joghurtmilch, von der 1/5 des Volumens abgedampft war, ausgegangen wurde. Es wurde nach dem Verfahren von Beispiel I vorgegangen, mit der Abweichung, daß der pH-Wert, bei dem mit dem Einpumpen der eingedampften Milch in den Tank begonnen wurde, 5*8 und die Azidität, bei der mit dem Abpumpen des Joghurt aus dem Tank begonnen wurde, 100 N betrug.

Beispiel III

-Unter Verwendung der in Beispiel I verwendeten Vorrichtung wurde Kulturbuttermilch hergestellt, wofür teilweise abgerahmte Milch mit 0,4 Gew.-# Fett und einer Temperatur von .30⁰C, die auch in dem Fermentationstank beibehalten wurde, verwendet wurde« Nachdem dieser Tank gefüllt war, wurde die ■Milch mit 1 1/2$ eines BD-Starters beimpft. Nach 225 Μΐημ-ten war ein pH-Wert von 5*35 erreicht. Die vor fermentierte Milch wurde dann in den Fermentationstank gepumpt, wobei man die vorfermentierte Milch nicht abkühlen ließ. Anschließend wurde Milch in einer Menge von 8 l/h in den Tank gepumpt. Der Raum unter der Rührplatte des Koaguliertanks war in diesem Fall mit Buttermilch gefüllt. Da in diesem Fall wegen der volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit (8 l/h) und der Fermentationsgeschwindigkeit (von 40°N auf 85⁰N in. 90 Minuten) die Dicke der Flüssigkeitsschicht in dem Tank nur 12 cm betrug, wurde die Strecke, über die die Rührplatte verschoben wurde, auf 1 bis 2 cm gesenkt. Während 90 Minuten wurde auf diese Weise kontinuierlich eine Kulturbuttermilch mit einer sehr zufriedenstellenden Struktur und einer Azidität von 85⁰N erhalten.

Beispiel IV

In der in Beispiel III beschriebenen Weise mit der Abweichung, daß die Fermentationstemperatur 25⁰C betrug und außerdem als

309841/0988 - 17 -

BO 4999

Ausgangsmaterial eine abgerahmte Milch mit 0,1 Gew.-^ Fett verwendet wurde, wurde ein Starter hergestellt. Das so erhaltene Endprodukt wurde als Starter zu Käsemilch zugesetzt. Bei der Herstellung von Käse wurden keine Abweichungen von dem normalen Verfahren bemerkt, während der so erhaltene
Käse eine zufriedenstellende Qualität hatte.

TABELLE A

Feststoffgehalt ohne Fett

Inoculation 2 l/2# (V/V)

Inkubations- ucrnp·, ν	la »·	Inkubations zeit vor dem	Azidi tät	pH	nach vollständiger kubation	In-	25
	45	Rühren, Min.	⁰N	5,98	Aussehen Viskosität, s	25
		80	25,4	5,81	zufrieden stellend	26
		90	28,7	5,70	H	26
		95	30,8	5,68	Il	20
-		100	32₅0	5,55	Il	8
105	34,9	5,35	etwas Schleim	10
110	38,0	5,17	eine Menge Schleim	12
120	46,8	4,89	Il	18
140	60,9	4,71	Schleim	18
160	71,0	4,61	etwas Schleim
180	75,0	zufrieden stellend - .

30984 1/09 8Ö

- 18 -

BO 4999

/a

TABELLE B

Pest st off gehalt ohne Fett BD-Starter

Fettgehalt 0,4#

. Inoculation 1 l/2# (V/V)

Inkubat ions- temp., ⁰C	Inkubations zeit vor dem Rühren, Min.	Azidität	pH	Aussehen nach vollständiger Inkubation
	155	⁰N	5,99	zufriedenstellend
	175	28	5,81	M
30	195	32	5,67	Il
	225	35	5,35	Il
	-255	44	-5,-07	sehr ^riel Schleim
	285	-58	4,90	etwas Schleim
72

309841 /0988 - 19 -

BO 4999

—-w - ^ ^ ^	TABELLE	; c	pH	.■·:-. Ί	Il	74
	Ϊ3/6*		6,19		Il	73
Peststoffgehalt ohne Fett		Azidität	6,17	Inoculat ion 21₁	H	67
Inkubations- Inkubations- temp., °C zeit vor dem	⁰N '	6,07	31 Ikbl	etwas Schleim	69
Rühren	30	-6,-04		Il	72
90	31	5,86	/2% (V/V)	59
100	34	5,24	Nach vollständiger Inkubation	55
110	37	4,95	Aussehen Viskosität, s	68
40 125	41	6,21	zufrieden stellend	. 72 _
145	67	6,20	η	69
I8o	93	6,15	It	7-0
210	29	6,09	♦»	75
115	31	5,94	It	72
125	32	5,78	etwas Schleim	52
. 140	^6.	5,36	If	54
37 155	41	5,14	- zufrieden stellend	49
170	45	5,00	Il	77
185	60	6,29	Il	80
215	82	6,23	It	88
245	87	6,15	If	85
260	29	6,08	Il	87
135	31	6,00	etwas Schleim	82
160	33	5,84	Il	89
175	38,5	5,70	W	70
34 205	43	5,34	zufrieden stellend	69
220	45	5,20	n
235	48	ti .
250	67	Il
280	80
295

309841 /0988

- 20 -

BO 4999

TABELIE D

Temp,, "C Geschwindigkeit Bereich End-

längs der Wand, Anfangs-, azidi-

cm/min Endwert tat,

on o_N

Aussehen Viskosität, s

37	5	33 - 39	81	ziemlich gut	32
36	5	37-44	81	η	29
35	5	38 - 44	80	zufrieden	56
				stellend
34	5	42 - 48	83	M	49
34.6	10	44 - 47	96	geronnen	37
37	4	42 - 52	85	ziemlich gut

309841/0988

- 21 -

TABELLE E.

Druck ρ Ausflußzeit	4,0	;, s	Viskosität	Aussehen	Iiochdurch-
(kgf/cn! )	3,4		(Posthumus	(Skala 3	messer, cm
	3,7		cup), s	- 8)
0,5	5,0		17	4
0,44	17,2		14	6-
0,375	1,9		30	6-	i,0
0,275	2,3		15	6-
0,05	2,2		22	5
0,42	3,0		22	8-
0,37	4,1 *		16	7
0,40	4,0		23	7+	0,36
0,30	4,3			7+
0,20	7,0		λΟ	7
0,20	6,3		35	7
0,10	15,8		20	6-
Oi 08	2,2		31	5
0,04	3,5		38 46	4
0,02	3,8		23	4
0,20	4,1		19	8-
0,15	5,6		35	8-
0,12	14,0		. 27	8-
0,06	4,1		33	7+	O, do
0,02	5,3		23:	6+
0,00	6,5		12	4
0,30	Vl		15	7,5
0,27	10,5		19	7-
0,20	17,0		• 19	7+
0,14	1,5		19	τ	0,15
0,08	1,8		19	6
0,05	3,0		19	5
0,02	5,4		23	6
0,10	9,7.		30	8
0,08		25	7 ,
0,05		65	7 1/2	0,25
0,03		27	6
0,02		5

3 0 9841/0988 - 22 -

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Joghurt und anderen Milchfermentationsprodukten durch Zusatz von Milch in kontinuierlichem Strom zu einem Fermentationsgemisch aus Milch und Starter in einem Vorferment at ionstank, während das pH über einem Wert, bei dem die Struktur durch Rühren so weit zerstört wird, daß in dem Endprodukt eine Syneresis erfolgt, gehalten wird, überführen einer gleichen Menge an dem Fermentationsprodukt in einen Koaguliertank, in dem die weitere Fermentation und -Koagulierung^ erfolgen -kann, dadurch gekennzeichnet , daß man das Fermentationsgemisch in der Form eines Stöpselstromes durch den Koaguliert ank, der an ■seinem Boden mit einem·Austrittsrohr ausgestattet ist, führt, wobei die Gelstruktur des Teiles des Stöpselstroms, der die Azidität, bei der durch Rühren keine Syneresis erfolgt, überschritten hat, ,zerstört wird, indem man ihn Scherkräften unterwirft, und anschließend das erhaltene Produkt in Behälter abfüllt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei einer Temperatur von 42 bis 48¹S fermentierendes Joghurt unter Kühlen aus dem Vorfermentiert ank in den Koaguliertank übergeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Stöpselstrom erzeugt wird, indem man das fermentierende Gemisch in einen Koaguliertank, dessen Wände mit einer oberflächenaktiven Verbindung überzogen sind, einsprüht.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Stöpsel-

309841/0988

- 23 -

Stroms in dem Koaguliertank höchstens 5 cm/min bei einer Temperatur von J57°C beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, da d u r c h g. e k e η η zeichnet , daß bei der Herstellung von Joghurt, Kulturbuttermilch oder Starter die Gelstruktur des Teiles des Stöpselstroms, der ein pH von nicht über 4,7 hat, durch Rühren zerstört wird.

'6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Herstellung von bulgarischem Joghurt die Gelstruktur des Teiles des Stöpsel-. _Stroms, der ein pH von nicht über 5*10 hat, durch Rühren zerstört wird.

.7. - .Verfahren nach ..Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperatur, bei der das Per-

mentationsgemisch in den Koaguliertank geführt wird,bei / einem konstanten Wert gehalten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e η η zeichnet, daß die Gelstruktur von Joghurt durch Rühren, bis die Viskosität des homogenen Produktes, gemessen mit der "Posthumus cup", 20 bis 40 Sekunden beträgt, zerstört wird.

9. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Joghurt mit einem Vorfermentationstank, der über Rohrleitungen mit einem Vorratstank und einem Koaguliertank verbunden ist, d a d u r c h g e k e η η ze i cn η e t[, daß der Koaguliertank an seinem Einlaßende mit einer Verteilereinrichtung, an seinem Abgabeende mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Scherkräften und, stromabwärts von dieser ,/ Einrichtung mit einem Austrittsrohr ausgestattet ist.

3 09 8k 1 /098 8

- 24 - .

10. Vorrichtung nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet , daß der Vorfermentationstank über eine Kühleinrichtung mit dem Koaguliertank verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Verteilereinrichtung eine rotierende Scheibe ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Erzeugung der Scherkräfte eine bewegliche Platte mit gleichmäßig über ihre gesamte Oberfläche verteilten Löchern, deren offene Fläche höchstens 20$ der Gesamtoberfläche der Platte ausmachen, ist.

13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge-' k e η η ζ e i cjfci n__ejb , daß die bewegliche Lochplatte so ausgebildet ist, daß sie eine Translationsbewegung ausführen kann.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 1J>_S dadurch gekennzeichnet , daß die Geschwindigkeit der Translationsbewegung stromaufwärts wenigstens 1 cm/sec beträgt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennze lehnet , daß die Geschwindigkeit der Bewegung stromabwärts höchstens 5 cm/min beträgt.

309841/0988 - 25 -

Leers eite