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Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung der Gesamt-
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keimzahl bei öl- und/oder fetthaltigen Trockenfrüchten Die Erfindung
betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Reduzierung der Gesamtkeimzahl
bei öl- und/ oder fetthaltigen Trockenfrüchten, wie Kakaobohnen, Kokosflocken, Erdnüssen,
Sesam, Haselnüssen u.dgl. Derartige Trockenfrüchte weisen bei ihrer Anlieferung
vor der Verarbeitung zu Lebensmitteln sehr hohe Keimzahlen von bis zu 106 pro Gramm
auf. Man ist deshalb bemüht, die Keimzahlen so stark wie möglich zu reduzieren,
ohne daß dabei das Rohgut eine sich auf das Endprodukt, das aus ihm hergestellt
werden soll, auswirkende Veränderung erfährt. Der Wunsch nach Reduzierung dieser
hohen Keimzahlen ist verständlich, da unter diesen Keimen alle diejenigen mikrobiologischen
und bakteriologischen Stoffe zu verstehen sind, die im weitesten Sinne Krankheitserreger
darstellen können. Ferner können zu hohe Keimzahlen bei fetthaltigen Fertigprodukten
zu einem raschen Verderb durch Verseifen führen. In gleichem Masse, wie die Keimzahlen
abnehmen, werden durch dieses Verfahren auch die Enzyme inaktiviert, die sonst ebenfalls
zu geschmacklichen Veränderungen durch Verseifen führen können.
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Im allgemeinen werden Keime durch hohe Temperaturen abgetötet.
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Betrachtet man beispielsweise stellvertretend für andere ölhaltige
Trockenfrüchte Kakaobohnen, so ist es im Hinblick auf die daraus hergestellten Lebensmittel
aber nicht zuträglich, wenn während eines Behandlungsverfahrens zur Keimzahlreduzierung
Temperaturen angewendet werden, die in den Kakaobohnen bereits einen wenn auch nur
teilweisen Röstvorgang auslösen, da für
die anschließende Behandlung
und Verarbeitung dann kein definiertes Ausgangsmaterial mehr vorliegt.
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Man hat beispielsweise gemäß DE-OS 28 31 073 versucht, die Nips bei
Kakao, d.h. den Kakaobruch, mit IR-Strahlen zu behandeln, wozu erhitzte Körper unter
das Gut gemischt werden. Auch die Bestrahlung von UV-Licht wurde bereits angewendet.
Die Ergebnisse sind jedoch recht unbefriedigend, wofür verschiedene Faktoren maßgebend
sind, nicht zuletzt die Tatsache, daß die Strahlen stets nur einen kleinen Teil
der Oberfläche der Nips und Schalen erreichen, jedenfalls nur denjenigen Teil, der
sich nicht im Strahlenschatten befindet.
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Auch eine beliebige Erhöhung der Heißgastemperatur während des Trocknungsvorgangs
von Kakaokernbruch vor dem Mahlen und Rösten zwecks Abtötung der Keime ist wegen
der damit verbundenen, nicht vertretbaren geschmacklichen Veränderungen des Kakaos
nicht möglich.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie
eine zu seiner Druchführung geeignete Vorrichtung zu schaffen, mit dem eine erhebliche
Keimzahl reduzierung erreicht wird, ohne daß dabei geschmacksverändernde Wirkungen
im Produkt entstehen, beispielsweise bei Kakao über Röstungen. Die zu schaffende
Vorrichtung soll darüberhinaus eine erhebliche Einsparung beim Herstellungs- und
Betriebsaufwand ermöglichen, letzterer insbesondere im Hinblick auf die zur Verfahrensdurchführung
benötigte elektrische und Wärmeenergie.
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Diese Aufgabe wird, was ihren verfahrenstechnischen Teil anbelangt,
durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, und was ihren vorrichtungstechnischen
Teil anbelangt, durch die Merkmale des Anspruchs 10.
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Von besonderem Vorteil beim erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass
im kontinuierlichen Betrieb gearbeitet werden kann. Um von unregelmässigen Flächen
und damit der Schwierigkeit, in angemessen kurzer Zeit auf die im Produkt eventuell
geschützt sitzenden Keime Einfluß nehmen zu können, freizukommen, wird das zu behandelnde
Gut soweit zerkleinert, daß es fließfähig bzw. schüttfähig wird. Der durch eine
solche Zerkleinerung des Gutes geschaffenen Masse wird dann Wasser oder Wasserdampf
und/oder eine Reaktionsflüssigkeit zugeführt, woraufhin eine Erhöhung des Druckes
bis auf etwa 300 bar unter intensivem Durchkneten vorgenommen wird. Dabei nimmt
bei ölhaltigen Trockenfrüchten nicht nur die Fließfähigkeit in erheblichem Masse
ab, sondern es erhöht sich aufgrund der Knetarbeit auch die Temperatur in der Masse
beträchtlich, und die Wasserpartikel gelangen in Form von überhitztem Dampf an nahezu
jeden Ort der Masse. Die Keime werden dadurch in relativ kurzer Zeit in einem solchen
Maß abgetötet, daß im Anschluß an die Behandlung das beispielsweise mit einer Keimzahl
von 106 pro Gramm zugeführte Gut eine Keimzahl von 102 pro Gramm oder eine noch
geringere Keimzahl aufweist. Nach Erreichen der Höchstwerte von Druck und Temperatur,
die nur über einige Sekunden in der Masse auftreten, wird durch die sprunghafte
Entspannung eine sehr starke Temperaturabnahme auf unter 100"C erreicht, so daß
keine Gefahr des Auftretens geschmacksverändernder Einflüsse für die Produktmasse
besteht, insbesondere bei der Verarbeitung von Kakao keine Oberröstungen.
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Uberdies entweicht durch die sprunghafte Entspannung der größte Teil
des in der Masse enthaltenen Wassers.
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Das dann vorliegende flockige, bis zu 13 % Wasser enthaltende und
unter 100"C warme Gut wird unmittelbar einem HQmogenisator und Trockner zur Weiterbehandlung
zugeführt. Hierzu gehört auch eine Entgasungszone, die einen Unterdruck von bis
zu 10 millibar aufweist, in der das Gut weiter abgekühlt und von Wasser befreit
und homogenisiert wird, so daß es am Ende dieses nachgeschalteten Verfahrensteils
einen Wassergehalt hat, wie er in bisherigen Verfahren nach entsprechender Trocknung
erreicht wird, und fließfähig ist. Handelt es sich um grüne Kakaomasse, so kann
diese anschließend einem Röstvorgang zugeführt werden. Andere Massen durchlaufen
anschließend ihnen entsprechende andere Verarbeitungsvorgänge.
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Das Ausgangsgut kann in grünem, rohem oder auch bereits geröstetem
Zustand mit hohem oder niedrigem Wassergehalt vorliegen. Die Zusatzmenge von Wasser
wird sich nach Art und Zustand des Ausgangsgutes richten. Es kann zweckmässig sein,
während der Druckerhöhung, d.h. neben der Druckerhöhung neben der mechanischen Energie
zusätzliche Wärmeenergie zu oder abzuführen.
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Es ist auch möglich, zugleich mit dem Vorgang des Entkeimens andere
Vorgänge ablaufen zu lassen, so beispielsweise bei Kakao eine Alkalisierung, indem
zunächst eine alkalische Lösung in den Extruder bzw. zwischen Entspannungsraum und
Homogenisator eingespeist wird. die aufgrund ihrer Wassergehaltes einen Teil der
sonst erforderlichen Wasserzufuhr ersetzen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden wenigstens die
Schritte der Drucksteigerung unter intensivem Durchkneten und gleichzeitigem oder
stufenweisem
Wasserzusetzen sowie des sprunghaften Entspannens
nach Erreichen der Höchstwerte von Druck und Temperatur an einem kontinuierlichen
Massestrom vorgenommen. Hierzu dient die erfindungsgemäße Vorrichtung, die im Anschluß
an eine Zerkleinerungsvorrichtung einen Extruder aufweist, in dem sich der Gutbehandlungsraum
befindet, in den für die Wasserzufuhr Düsen münden, an die Dosierpumpen angeschlossen
sind und an den sich der Entspannungsraum, Homogenisator und Trockner anschließen.
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Bei geeigneter Auslegung des erfindungsgemässen Verfahrens kann die
Zerkleinerung auch direkt im Extruder vorgenommen werden. Als Extruder läßt sich
ein Ein- oder Doppelwellenextruder verwenden, bei dem beispielsweise zur Einengung
des Gutbehandlungsraums in Förderrichtung der Wellenkerndurchmesser zunimmt. Es
ist aber auch möglich, in Förderrichtung die Steigung der Extruderschnecke oder,
bei Doppelwellenextrudern, der parallelen Schnecken zu verkleinern, um den Gutbehandlungsraum
zu verengen. Druck und Temperatur erhöhen sich aufgrund der mechanischen Arbeit
beim Durchkneten des Gutes, können jedoch zusätzlich durch Heiz- oder Kühleinrichtungen
in der Schnecke und/oder der Wandung des Extrudergehäuses beeinflußt werden. Nach
einer bestimmten Verweilzeit des Gutes im Extruder, die durch verschiedene Parameter,
wie Fließfähigkeit oder Schneckendrehzahl, gesteuert werden kann, verläßt das Gut
den Extruder durch dessen Ausstoßteil oder Mundstück, nachdem es die oben angeführten
Verfahrensstufen des Entspannens, Homogenisierens und Trocknens durchlaufen hat.
Die Verweilzeit in den einzelnen genannten Verfahrensabschnitten läßt sich entsprechend
den dort herrschenden Drücken und Temperaturen in Abhängigkeit von den für das herzustellendegProdukt
gewünschten Bedingungen einstellen. So kann beispielsweise die
Verweilzeit
in der Hochdruckzone und Hochtemperaturzone nur wenige Sekunden betragen. Somit
läßt sich am Austritt der Vorrichtung eine Keimzahlreduzierung um einen Faktor 104
feststellen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verfahrensdurchführung eignet
sich auch dazu, bei Kakaomasse die dem Kakao eigene Stärke, die in einem Anteil
von 6 bis 8 % vorliegt, bis zu 50 % abzubauen, wodurch die Fließfähigkeit der Masse
erhöht wird, so daß die weitere Verarbeitung erleichtert bzw. das Fließverhalten
des Endproduktes verbessert werden.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung in Verbindung
mit einem Doppelwellenextruder dargestellten Fließschemas im Zusammenhang mit der
Keimreduzierung bei Kakao nochmals beispielshalber näher erläutert. In der Zerkleinerungsvorrichtung
1 werden die Kakaobohnen gemahlen und anschließend einem Doppelwellenextruder 2
zugeführt, der aufeinanderfolgend einen Entspannungsraum 4, einen Homogenisator
5, einen Trockner 6 und einen Ausstoßteil 8 aufweist, die von zwei parallelen, ineinandergreifenden
Schnecken 9, 10 durchzogen werden, so daß der Extruder zusammen mit den genannten
aufeinanderfolgenden Teilen baulich eine Einheit bildet, die einen kontinuierlichen
Transport des zu behandelnden Gutes durch die einzelnen Teile hindurch und damit
eine kontinuierliche Behandlung ermöglich.
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Das Gehäuse 7 des Extruders istbeheizbar. Die gemahlene Produktmasse
wird im Extruder unter Zugabe von Wasser und/oder Sattdampf und/oder Reaktionslösungen
aus dem
Behälter 3 bei Drücken bis 300 bar mit Hilfe der ineinandergreifenden
Schnecken geknetet. Der Wassergehalt des gemahlenen Gutes am Extrudereingang beträgt
3 %, die Mahlguttemperatur am Eingang ca. 50"C. Durch die Zudosierung von Wasser
steigt der Wassergehalt der Produktmasse im Extruder auf 20 t. Die durch den Knetvorgang
auf die Produktmasse übertragene Energie läßt ihre Temperatur auf 150 bis 1800C
steigen. Dadurch durchdringen die Wasserpartikel in Form von überhitztem Sattdampf
die Masse vollständig.
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Die so behandelte Masse wird durch die beiden Schnecken 9, 10 in den
sich direkt anschließenden Entspannungsraum 4 gefördert und dort auf Normaldruck
entspannt. Aus ihm können die sich entspannenden Gase sowie der Wasserdampf bei
11 entweichen, so daß der Wassergehalt der Produktmasse sich um 10 % reduziert und
ihre Temperatur auf unter 1000C absinkt.
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Der Produktmassenstrom wird dann mit Hilfe der Schnecken 9 und 10
in den sich çnmittelbar an den Entspannungsraum anschließenden Homogenisator 5 gefördert,
in dem ein Unterdruck von bis 20 millibar absolut herrscht und aus dem wiederum
ein Teil des Restgehaltes des Wassers in Form von Wasserdampf entweicht, so daß
der Wassergehalt um weitere 5 X abnimmt und auch die Temperatur der Produktmasse
auf 80 bis 900C sinkt. Aus dem Homogenisator 5 entweichen bei 12 darüberhinaus auch
noch andere Gase.
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An den Homogenisator schließt sich der Trockner 6 an, in den die homogenisierte
Produktmasse eintritt und bei einem Unterdruck von bis 20 millibar absolut und
einer
Temperatur von 60 bis 80"C getrocknet wird, so daß ihr Wassergehalt um weitere 5
% sinkt. Wasserdampf und Gase werden bei 13 abgeführt. Die so getrocknete Produktmasse
wird daraufhin in fließfähigem Zustand mit einer Restfeuchte von 3 % und bei einer
Temperatur zwischen 60 und 70"C aus dem Ausstoßteil oder Mundstück der gesamten
Extrudervorrichtung ausgestossen und weist dann eine Keimzahl auf, die um einen
Faktor 104 gegenüber der ursprünglichen Keimzahl des aus der Zerkleinerungsvorrichtung
1 austretenden Gutes reduziert worden ist.
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Es versteht sich, daß zwischen den einzelnen, genannten Abschnitten
der Vorrichtung, in denen der Produktmassenstrom unterschiedlichen Drücken ausgesetzt
ist, geeignete Dichtungselemente angeordnet sind, wie sie bei 14, 15 und 16 in der
Zeichnung schematisch dargestellt sind, um die gewünschten Drücke aufrecht zu erhalten.
Es versteht sich ferner, daß die Zudosierung von Wasser, Sattdampf und Reaktionslösungen
in den Extruder sowie das Abführen des Wasserdampfes und anderer Gase in den sich
anschließenden Teilen der Vorrichtung mit Hilfe von geeigneten, dem Fachmann geläufigen
Armaturen und Apparaten vorgenommen wird, die hier nicht im einzelnen beschrieben
und dargestellt sind.
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Nachfolgend werden einige Entkeimungsbeispiele angegeben, die durch
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wurden.
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Kokosfl ocken: Gesamtkeimzahlen über 1 Mio/g; nicht mehr auszählbar
Dosierung:
ca. 50 kg/h über einen 2-welligen Extruder.
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Temperatur von Welle und Gehäuse: ca. 80"C Wassergehalt-Eingang: 6
% Zudosierung wasser: 10 % Unterdruck absolut zum entwässern: 400 mbar Endtemperatur:
600C Keimzahlen nach der Behandlung: kleiner 102 Endwassergehalt: 7 % Grüner Kakaokernbruch:
Gesamtkeimzahlen: 102/59 Dosierung: ca. 50 kg/h Zerkleinerung direkt im Extruder
Temperatur von Welle und Gehäuse: 80"C Gutstemperatur: 140"C Wassergehalt-Eingang:
3 % Zudosierung Wasser: ca. 18 % Endwassergehalt: 3 % Endtemperatur: 600C Keimzahlen:
kleiner 1 Mio/g.
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Das Produkt zeigte nach der Behandlung bei der Verkostung keinerlei
röstspezifische Aromastoffe.
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