DE2317452C2

DE2317452C2 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Joghurt und anderen Milchfermentationsprodukten

Info

Publication number: DE2317452C2
Application number: DE2317452A
Authority: DE
Inventors: Fransiscus Martinus Ede Driessen; Jacob Ubbels van Ede Irhovenlaan; Jacobus Josephus Bennekom Stadhouders
Original assignee: STICHTING BEDRIJVEN VAN HET NEDERLANDS INSTITUUT VOOR ZUIVELONDERZOEK EDE NL
Current assignee: STICHTING BEDRIJVEN VAN HET NEDERLANDS INSTITUUT VOOR ZUIVELONDERZOEK EDE NL
Priority date: 1972-04-07
Filing date: 1973-04-06
Publication date: 1984-02-09
Also published as: AU5429273A; CH571826A5; GB1398799A; DK150676B; DE2317452A1; NL176135B; NL176135C; ES414311A1; CA996812A; DK150676C; NL7204690A; US3924007A; FR2179258A1; FR2179258B1; BE797870A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung 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 Gefuge durch Rühren so weit gestört wird, daß in dem Endprodukt eine Syneresis erfolgt, gehalten wird und 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 Artikel von Girginov in »Die Lebensmittelindustrie«, 12, 263 (1965) 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 (8O⁰N) zu pasteurisierter und homogenisierter Milch zugesetzt, wonach man das Gemisch bei einer Temperatur von 46 bis 48⁰C gären läßt, bis eine Azidität von etwa 30°N erreicht ist; anschließend beginnt der kontinuierliche Vorfermentationsprozeß, während dessen die zugesetzten Mengen an pasteurisierter, nichtfermentierter Milch mit einer Temperatur von 46 bis 48°C gleich den Mengen an gleichzeitig ausgebrachtem fermentiertem Produkt sind und bei dem die Azidität bei 9,5 bis 12⁰SH (~30°N) 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 abgefüllt, 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.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der vorstehend beschriebenen Art so auszugestalten, daß es kontinuierlich durchgeführt werden kann.

Der Gegenstand der Erfindung ist in den Patentansprüchen definiert.

Es läßt sich feststellen, daß der höchste pH-Wert, bei dem in dem Stöpselstrom durch Rühren keine Syneresis mehr erzeugt wird, bei einer Temperatur von 45°C 5,8 oder bei einer Temperatur von 30°C 5,3 beträgt. Wenn man bei einem solchen pH-Wert den Stöpselstrom von Joghurt langsam fortschreiten läßt, kann die Säuerung des Gemisches fortschreiten, ohne daß 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 ist 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 auftreten, die u. a. eine Syneresis verursachen. In diesem Zusammenhang ist es erwünscht, die vorfermentierte Milch auf

-■; eine Temperatur von 31 bis 37⁰C zu kühlen (vgl. Th. E. : Galesloot, Off. Org. 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 foiigesetzt werden, ohne daß die Struktur für die Dauer geschädigt wird und/oder Molke sich ; abscheidet Die Endazidität wird auch von dem Protein-■':.; gehalt der Milch bestimmt. Vorzugsweise wird das fer- t- mentierende Gemisch mit einer Temperatur von 42 bis ι ~> .i 48°C von dem Vorfermentiertank unter Kühlen auf eine : Temperatur zwischen 33 und 3 7°C in den Koaguli ertank ν-; übergeführt.

ft Weiterhin ist es bevorzugt, den Stöpselstrom sich

: 1 dadurch bilden zu lassen, daß man das Fermentations- ■?» ff gemisch in einen Koaguliertank, dessen Wände mit U einem Überzug aus einer oberflächenaktiven Verbin- !I dung versehen sind, einsprüht. Aus praktischen Grün-■v den ist es wesentlich, daß der Stöpselstrom den Koaguf· liertank mit einer Geschwindigkeit von höchstens J5 y 5 cm/min bei einer Temperatur von 37°C durchsetzt. ;/ Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ist es nicht nur möglich, Joghurt von zufriedenstellender Struktur ;: in kontinuierlichem Strom herzustellen, sondern außer-' dem können in dieser Weise Starter, Kulturbuttermilch j<> 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 angewandt werden; jedoch kann in diesen 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 TeilesdesStöpselstroms,dereinpHnichtüber5,10 i> 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 Visko- so sität des homogenen Produktes, das durch Zerstören der Gelstruktur von Joghurt durch Rühren erhalten wird, nicht sehr kritisch ist, wird die Gelstruktur doch nicht länger als für die Viskosität des homogenen Produktes (gemessen gemäß G. Posthumus Off. Org. FNZ 46, 55 [1954]) notwendig ist, 20 bis 40 Sekunden, zerstört. Beim »Posthumus-Becher« handelt es sich um ein Viskosimeter, das aus einem vertikalen, zylindrischen Oberteil aus rostfreiem Stahl mit einem Innendurchmesser von 60 mm und einer Länge von 120 mm und bo aus einem umgekehrten, kegelstumpfiörmigen Unterteil besteht. Das Unterteil weist einen Winkel zur Vertikale von 50° und eine Ausflußdüse mit einem Innendurchmesser von 8 mm und einer Länge von 6 mm auf. In diesen Becher wird Joghurt von 20⁰C bis zu einer b^r> Marke eingefüllt. Sodann wird das Mundstück geöffnet. Die Zeit, die verstreicht, bis der Joghurt eine zweite Marke passiert, wird gemessen. Insgesamt strömen dabei etwa 285 ml Joghurt durch das Mundstück. Die gemessene Zeit wird als Posihumus-Viskos.ität definiert

Vorzugsweise wird das fermentierte Produkt zwischen dem Koaguliertank und der Abfüllvorrichtung auf eine Temperatur von 5 bis 6°C gekühlt.

Es muß nach Möglichkeit verhindert werden, daß beim Abfüllen die Struktur desjenigen Teiles des Koaguliertanks, in dem der Ferrnentationsprozeß noch nicht ausreichend fortgeschritten ist, gestört wird. Zu diesem Zweck kann beispielsweise 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 ausreichend fortgeschritten ist, erreicht, 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.

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 Weise 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 kann die Tagesproduktion über eine längere Zeit verteilt werden, so daß es möglich wird, das abgefüllte Produkt in einfacher Weise während des mit geringer Geschwindigkeit erfolgenden Abfüllens zu pasteurisieren. Au*" diese Weise kann die Haltbarkeit beträchtlich verbessert werden. Außerdem wird es viel leichter, eine aseptische 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 Fig. 1 veranschaulicht ist, durchgeführt werden. Der Vorratstank 1 ist mittels einer Rohrleitung über eine Pumpe 2

mit dem Vorfermentationstank 6 verbunden. Die Pumpe 2 wird durch einen Schalter 3 in Betrieb gesetzt, und dieser Schalter wird seinerseits durch ein Signal von dem pH-Messer 4 betätigt. Der Tank 6 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 ist direkt mit dem Kühler 10 verbunden und endet in einer Verteilereinrichtung 11 am oberen Ende eines Koaguliertank 12.

Der Koaguliertank 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 Koaguliertanks 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 3 gesteuert werden, sofern ihre Kapazität gleich derjenigen der Pumpe 2 ist. Sonst ist es möglich, eine Steuereinrichtung gleich derjenigen, die zur Betätigung der Pumpe 13, wenn das pH am Boden des Tanks 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 Koaguliertanks 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 (Handelsbezeichnung für ein flüssiges Netzmittel, nämlich dem Natriumsalz von sekundären Alkylsulfaten des Typs R₁R₂CHOSO₂Na, wobei R₁ einen großen Alkylrest und R₂ einen relativ kleinen Alkylrest bedeutet (vgl. The Condensed Chemical Dictionary [1966, S. 920]) oder irgendeine andere oberflächenaktive Substanz verwendet werden (vgl. A. G. J. Arentzen, Off. Org. FNZ 58, 479 [1966]). Die Wand kann auch mit einem Überzug aus Polytetrafluoräthylen versehen werden.

Der Vorratstank 1 enthält gewünschtenfalls homogenisierte und standardisierte, pasteurisierte oder sterilisierte Milch. Diese Milch hat, je nachdem, was für ein Produkt hergestellt werden soll, eine Temperatur von 42 bis 48"C, sofern das Produkt ein Joghurt ist, und eine Temperatur von 20 bis 35°C, wenn Starter oder Kulturbuttermilch hergestellt werden soll. Die Milch wird in den Vorfermentiertank 6 gepumpt, wonach ihr 1 bis 3 Volum-% Fermentationskultur zugesetzt werden.

Sobald die Milch in diesem Tank ein Stadium des Fermentationsprozesses, in dem der pH-Wert 5,3 bis 5,8 beträgt erreicht hat, je nach der Fermentationstemperatur, wird mittels des pH-Messers 4 und des Schalters 3 die Pumpe 2 betätigt. Dadurch wird Milch in den Vorfermentationstank 6 gepumpt, während eine gleiche Menge an der vorfermentierten Milch, über das Abströmrohr 9 und den Kühler 10 der Verteilereinrichtung 11 in dem aufrechtstehenden Koaguliertank 12 zuströmt; Wenn zufolge des Zustroms nicht-fermehtier- ; ter Milch das pH einen Werterreicht, 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 37°C 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 nachteilige Wirkungen auf die Struktur vermieden werden, ohne daß auch die Struktur der Masse oberhalb dieses Teiles zerstört wird. Zu diesem Zweck ist der Tank mit einer Einrichtung 14 zur Erzeugung von Scherkräften ausgestattet. Vorzugsweise besteht diese Einrichtung aus einer verschiebbaren Platte mit gleichmäßig über ihre gesamte Oberfläche verteilten Löchern, die höchstens 20% der Gesamtoberfläche der Platte ausmachen.

Der Raum unter der Einrichtung 14 zur Erzeugung von Scherkräften ist mit gerührtem Endprodukt gefüllt. Die Verteilereinrichtung wird dann bis unmittelbar über die Einrichtung 14 zur Erzeugung von Scherkräften gesenkt. Anschließend wird begonnen, den Koaguliertank 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 13 außer Betrieb. Der Zeitpunkt, zu dem mit dem Ausbringen des Endproduktes mittels dieser Pumpe begonnen werden kann, wird beispielsweise von einem pH-Fühler 15, 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 Koagulierlanks, einzuschalten, vorausgesetzt, daß die Fermentationsgeschwindigkeit in dem Fermentationstank keine Abweichungen von der gewöhnlichen Geschwindigkeit gezeigt hat

Der Inhalt der Vorrichtung hängt natürlich von der erforderlichen stündlichen Kapazität ab. Ein bestimmtes Verhältnis zwischen dem Inhalt des Fermentationstanks und demjenigen des Koaguliertanks 12 ist jedoch einzuhalten. Dieses Verhältnis kann aus den Fennentationsgeschwindigkeiten bei den in jedem dieser Tanks herrschenden Temperaturen abgeleitet, werden. Die Beziehung zwischen der erreichten Azidität und der Inkubationszeit für eine Joghurtkultur ist in Fig. 2 gezeigt Die, folgenden Fermentätionsgeschwindigkeiten wurden aus dem linearen Teil der gefundenen Kurven durch Anwenden der Methode der geringsten Quadrate bestimmt; bei einer Temperatur von

45⁰C : a = 0,67 / - 32,17 37°C:a=O,5Of-31,17 36°C : a = 0,45 t - 29,86 35°C:a = 0,40/-26,71 34⁰C : a = 0,38 t - 29,56

0,50 t = 80 - 32 48

oder

t = ■

wird. Das heißt:

(—) \StJ

— j Fermentation = 0,67 = - —) Zugabe =

0,50

= 96 Minuten,

wobei »/« fur die Inkubationszeit in Minuten und »a« für die Azidität in ⁰N, die nach dieser Zeit erreicht ist, steht.

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

30°C : a = 0,34 / - 37,49 25°C : a = 0,29 / - 43,66

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

45°C : a = 1,14 / - 80,00 4O⁰C : β = 0,79 / - 76,71 37⁰C : a = 0,59 t - 64,04 34⁰C : a = 0,56 / - 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 5001 Joghurt von 8O⁰N bei einer Temperatur von 45°C, ausgehend von Milch mit einer Azidität von 15°N, fermentiert werden sollen und die Entnahme bei einer Azidität von 32°N, mit der das Joghurt in den Koaguliertank gelangt, erfolgt, ergibt sich die Fließgeschwindigkeit in dem Fermentationstank aus der Annahme, daß die Erhöhung der Azidität mit

fortschreitender Fermentation! —) Fermentation in

einer gegebenen Zeit d t durch eine gleiche Reduktion der Azidität in der gleichen Zeit durch Zugabe von

nicht-fermentierter Milch

wenn die Azidität von 32°N auf 8O⁰N steigen soll. Die Kapazität des Tanks ist also

— x 500 = 8001.

Es ist nicht erwünscht, den Querschnitt des Tanks zu sehr zu erhöhen. Um die Struktur vor der Entnahme des

is Endproduktes zu zerstören, muß die Rühreinrichtung 14 mit hoher Geschwindigkeit angehoben werden. Die hierfür erforderliche Kraft nimmt proportional der von der Rühreinrichtung eingenommenen 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 fer mentierte Milch an der Wand des Tanks entlang strömt, zu hoch. Es wurde bei verschiedenen Temperaturen festgestellt, in welchem Ausmaß die Struktur der fermentierten 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 (<38°C) und ande rerseits die Fermentationsgeschwindigkeit nicht zu gering ist (>33°C), 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 37°C über einen Abstand von höch stens 480 cm in % Minuten an der Wand entlang fließen.

Daraus ergibt sich, daß der Durchmesser des Tanks wenigstens

V.

800,000 480x3,14

23 cm

Zugabe kompensiert

15-32 f

woraus wiederum folgt, daß die mittlere Verweilzeit der Milch in dem Fermentationstank 1 = 25,4 Minuten beträgt

In 1 Stunde ändert sich also der Tankinhalt -S2-

= 2,36maL und für eine stündliche Kapazität von

5001 muß der Tank eine Kapazität von —=2121 haben. 436

Wenn die Fermentation in dem Koaguliertank bei einer Temperatur von 37°C fortgesetzt wird, kann dje Verweilzeit der Milch in diesem Tank errechnet werden als

sein muß. Vorzugsweise wird ein Tank mit einer Höhe von 2 bis 4 m verwendet.

so Die Einrichtung 14 zur Erzeugung von Scherkräften kann beispielsweise aus einer dicht mittels eines Dichtungsrings in den Koaguliertank 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 Visko sitit 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 Fig. 5 dargestellt ist, wurden bei einer Temperatur von 37°C 2 1 Joghurt hergestellt. In dieser Figur steht 20 für den Fermentationstank, 21 für eine Abstützeinrichtung, an der der Tank 20 mittels einer Klemmeinrichtung 22 befestigt ist, 23 für ein Manometer, 24 für eine Rohrleitung, durch die Stickstoff in den Tank gepreßt wird, 25 für einen Dichtungsring und 26 für eine zu testende Rührplatte. Nachdem das Joghurt eine Azidität von 80⁰N erreicht hatte, wurde es mit Stickstoff von bekanntem Druck in einer gegebenen Zeit durch die Lochplatte gepreßt. Die Viskosität des von dem Tank abfließenden Joghurt wurde gemessen, und seine Struktur wurde überprüft. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle E zusammengestellt. Für diesen Test wurden fünf verschiedene Platten a, b, c, d und e verwendet. Die Platten o, b und c wurden mit Löchern mit einem Durchmesser von 1,0 bzw. 0,36 und 0,25 cm ausgebildet. Platte α wies nur ein Loch auf. Die Anzahl Löcher für die Platten * und c wurden errechnet, derart, daß bei gleichbleibender Ausflußkapazität der mittlere Scherwert in jedem Loch der drei Platten gleich sein mußte.

Löcher 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 sind. Die Löcher wurden in gleichmäßigen Abständen über die Oberfläche 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:

v_

d,

= cy = C,

worin

V das Joghurtvolumen in dem Tank (2000 cm³), / Ausflußzeit des Joghurt durch die Platte (4 s), d, Durchmesser der Löcher in der Platte (für die Platte ο <4 = 1,00 cm),

n, Anzahl Löcher in der Platte (für die Platte a η.-I),

V_I mittlere Geschwindigkeit des durch jedes der Löcher in der Platte ausfließenden Joghurt (für Platte a

y.-

,.JL.,

2000
3,14

■■ 637 cm/s"¹),

mittlere Scherkraft (s"¹),
Konstante.

Aus den Werten fur Platte α errechnet sich, daß C = 637. Mit diesem Wert als Grundlage folgt für die Platten b und c, daß n» = 22, für </_t = 0,36cm und n_c = 62 für d_c = 0,25 cm, wenn — = 500 cmVs konstant

bleibt.

Aus den Werten von Tabelle E ergibt sich, daß bei gleicher mittlerer Scherkraft γ 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 ίο Platten mit einer Änderung der Scherkraft verbunden ist.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung.

₎₅ Beispiel I

Standardisierte (2,95% Fett), homogenisierte (150 at bei 55°C) und pasteurisierte (5 Minuten bei 85°C) Milch mit einer Temperatur von 45°C wurde in einen Vorfermentiertank mit einem Gehalt von 12 1 eingeführt, bis der Tank nahezu vollständig gefüllt war. Dieser Milch wurden dann ¹Ii 1 einer Joghurtkultur aus S. thermophilus und L. bulgaricus zugesetzt. Die Rühreinrichtung wurde betätigt, und die Temperatur wurde bei 45°C 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. 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°C 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 35,7 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

so dem Zeitpunkt an, zu dem die Azidität des Joghurt unmittelbar über der Rührplatte einen Wert von 90°N 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 95°N, während die Viskosität, gemessen mit der »Posthumus cup« (Off. Org. FNZ, 46, 55 [1954]), zwischen 30 und 45 Sekunden bei 20⁰C variierte. Die Qualität des Joghurt war ausgezeichnet

Beispiel Π

Ein bulgarischer Joghurt wurde hergestellt, wobei von üblicher Joghurtmilch, von der ¹A 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, IfJO⁰N betrug.

Beispiel IH

Unter Verwendung der in Beispiel I verwendeten Vorrichtung wurde Kulturbuttermilch hergestellt, wofür teilweise abgerahmte Milch mit 0,4 Gew.-% Fett und einer Temperatur von 3O⁰C, die auch in dem Vorfermentationstank beibehalten wurde, verwendet wurde. Nachdem dieser Tank gefüllt war, wurde die Milch mit 1 '/2% eines BD-Starters beimpft. Nach 225 Minuten war ein pH-Wert von 5,35 erreicht. Die vorfermentierte 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 40⁰N auf 85°N 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 25°C betrug und außerdem als 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	ohne Fett 8%	Azidität	pH	Inoculation 2¹A % (V/V)	Viskosität, s
	Inkubationszeit		5,98	nach vollständiger Inkubation	25
Feststoflgehalt	vor dem	°N	5,81		25
Inkubations-	Rühren, Min.	25,4	5,70	Aussehen	26
temp., ⁰C	80	28,7	5,68	zufriedenstellend	26
	90	30,8	5,55	desgl.	20
	95	32,0	5,35	desgl.	8
	100	34,9	5,17	desgl.	10
	105	38,0	4,89	etwas Schleim	12
	110	46,8	4,71	eine Menge Schleim	18
45 '	120	60,9	4,61	desgl.	18
	140	71,0		Schleim
	160	75,0	etwas Schleim
	180		zufriedenstellend

Tabelle B

Feststoffgenalt ohne Fett	8%	Fettgehalt 0,4%	pH	Inoculation l'/Mo (V/V)
BD-Starter			5,99	Aussehen nach vollstän
Inkubationstemp., ⁰C	Inkubationszeit vor	Azidität	5,81	diger Inkubation
	dem Rühren, Min.	⁰N	5,67	zufriedenstellend
	155	28	5,35	desgl.
	175	32	5,07	desgl.
	195	35	4.90	desgl.
	225	44		sehr viel Schleim
	255	58	etwas Schleim
	285	72

	Tabelle C	40	90	Azidität	23 17	452	14	Viskosität, s	!i
	FeststoSgehalt ohne Fett 13,6%		100				74
13	Inkubations- Inkubationszeit		110	⁰N		Inoculation 2¹A % (V/V)	73
temp., °C vor dem		125	30		nach vollständiger Inkubation	67
Rühren		145	31			69	ψ
		180	34		Aussehen	72
		210	37	pH	zufriedenstellend	59	S.
		115	41	6,19	desgl.	55	%
37	125	67	6,17	desgl.	68
	140	93	6,07	desgl.	72	I
	155	29	6,04	desgl.	69	ι
	170	31	5,86	etwas Schleim	70	1
	185	32	5,24	desgl.	75	J
	215	36	4,95	zufriedenstellend	72	1
	245	41	6,21	desgl.	52	1
	260	45	6,20	desgl.	54	1
	135	60	6,15	desgl.	49	§
34	160	82	6,09	desg-	77	1
	175	87	5,94	desgl.	80
	205	29	5,78	etwas Schleim	88
	220	31	5,36	desgl.	85	Ιϊ'
	235	33	5,14	desgl.	87	*'$,*
250	38,5	5,00	zufriedenstellend	82	ι
280	43 ·	6,29	desgl.	89
295	45	6,23	desgl.	70	'■V
	48	6,15	desgl.	69
	67	6,08	desgl.
	80	6,00	desgl.
	5,84	desgl.
5,70	etwas Schleim
5,34	desgl.
5,20

Tabelle D Temperatur, ⁰C

Geschwindigkeit längs der Wand, cm/min

Bereich Anfangs-, Endwert, ⁰N

Endazidität, ⁰N

Aussehen

Viskosität, s

37	5	33-39	81	ziemlich gut	32
36	5	37-44	81	desgl.	29
35	5	38-44	80	zufriedenstellend	56
34	5	42-48	83	desgl.	49
34,6	10	44-47	96	geronnen	37
37	4	42-52	85	ziemlich gut

	15	4,0	23 17 452	16	Aussehen	Lochdurchmesser
		3,4			(Skala 3-8)
	Ausflußzeit	3,7			cm
		5,0	Viskosität	4
	S	17,2	(Posthumus cup)	6-
	1,9	S	6-	1,0
	2,3	17	6-
	2,2	14	5
	3,0	30	8-
	4,1	15	7
	4,0	22	7+	0,36
	4,3	22	7+
	7,0	16	7
	6,3	23	7
	15,8	27	6-
	2,2	28	5
	3,5	35	4
	3,8	20	4
	4,1	31	8-
	5,6	38	8-
	14,0	46	8-
	4,1	23	7+	0,25
	5,3	19	6+
	6,5	35	4'
	7,2	27	7,5
	8,8	33	7-
	10,5	23	7+
	17,0	12	7	0,15
	1,5	15	6
	1,8	19	5
	3,0	19	6
	5,4	19	8
	9,7	19	7
		19	7V2	0,25
	23	6
	30	5
	25
	65
	27
	Hierzu 5 Blatt Zeichnungen



Tabelle E
Druck

(kgf/cm²)
0,5
0,44
0,375
0,275
0,05
0,42
0,37
0,40
0,30
0,20
0,20
0,10
0,08
0,04
0,02
0,20
0,15
0,12
0,06
0,02
0,00
0,30
0,27
0,20
0,14
0,08
0,05
0,02
0,10
0,08
0,05
0,03
0,02

Claims

Patentansprüche:

1. 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 Vorfermentationstank, während das pH über einem Wert liegt, bei dem die Struktur durch Rühren so weit zerstört wird, daß in dem Endprodukt eine Syneresis erfolgt, gehalten wird, überfuhren 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 Stöpselstroms durch den Koaguliertank, der an seinem Boden mit einem Austrittsrohr ausgestattet ist, führt, wobei die Gelstruktur des Teils des Stöpselstroms, der bei der Herstellung von Joghurt, Kulturbuttermilch oder Starter den pH-Wert von 4,7 und bei der Herstellung von bulgarischem Joghurt den pH-Wert von 5,10 unterschritten 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 48°C fermentierendes Yoghurt unter Kühlen aus dem Vorfermentiertank in den Koaguliertank übergeführt wird. jo

3. 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 Stöpselstroms in dem Koaguliertank höchstens 5 cm/min bei einer Temperatur von 37°C betragt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur, bei der das Fermentationsgemisch in den Koaguliertank geführt wird, bei einem konstanten Wert gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelstruktur von Joghurt durch Rühren, bis die Viskosität des homogenen Produkts, gemessen im »Posthumus cup«, 20 bis 40 Sekunden beträgt, zerstört wird.

7. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Joghurt mit einem Vorfermentationstank (6), der über Rohrleitungen mit einem Vorratstank (1) und einem Koaguliertank (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Koaguliertank (12) an seinem Einlaßende mit einer Verteilereinrichtung (12) in Form einer rotierenden Scheibe, an seinem Abgabeende mit einer Einrichtung (14) zur Erzeugung von Scherkräften in Form einer beweglichen Platte mit gleichmäßig über ihre gesamte Oberfläche verteilten Löchern, deren offene Fläche höchstens 20% der Gesamtoberfläche der Platte ausmacht, und stromabwärts von dieser Einrichtung mit einem Austrittsrohr ausgestattet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Lochplatte so ausgebildet ist, daß sie eine Translationsbewegung so ausführen kann, daß die Geschwindigkeit der Translationsbewegung stromaufwärts wenigstens 1 cm/sec

und stromabwärts höchstens 5 cm/min beträgt