DE3418338C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ins
besondere Lebensmittelschäumen aus fließ- und pumpfähigen
Medien, wie z. B. Zucker-Vollein-Gemischen, Eiweißlösungen oder
Sahneerzeugnissen, die in der Backwaren-, Dauerbackwaren- und
Süßwarenindustrie eingesetzt werden können.
Das Verfahren ist anwendbar in diskontinuierlich arbeitenden
Anlagen, es ist aber besonders geeignet für den Einsatz in
kontinuierlichen Liniensystemen der Back- und Süßwarenindustrie,
beispielsweise in Linien zur Herstellung von physika
lisch gelockerten Backwaren, Konditoreierzeugnissen und
Schaumzuckerwaren.
Die Verfahren zur Herstellung von Lebensmittelschäumen lassen
sich wie folgt unterteilen:
- - diskontinuierliche Verfahren
- - kontinuierliche Verfahren, bei denen das Gas unter Druck eingeblasen wird
- - kontinuierliche Verfahren, bei denen das Gas nach dem Prin zip der Wasserstrahlpumpe bzw. dem Injektorprinzip durch Geschwindigkeitsänderungen des aufzuschäumenden Mediums an gesaugt wird.
Bei den diskontinuierlichen Verfahren zur Schaumherstellung
werden die bekannten technisch unterschiedlich gestalteten
Anschlag- und Rührmaschinen verwendet. Nach diesen Verfahren
und mit diesen Anlagen werden Volumenzunahmen, beispielsweise
bei Vollei-Zucker-Gemischen, von bis zu 500% erzielt. Die
Schäume weisen eine gute Stabilität auf.
Die Diskontinuität dieses Verschäumungsvorganges erschwert die
Anwendbarkeit bei modernen Liniensystemen.
Um dieses Herstellungsprinzip kontinuierlich zu gestalten, ist
es erforderlich, der Anschlagmaschine ständig Medium zuzu
führen, um drucklos und nach dem "Überlaufprinzip" arbeiten
zu können (Zehle, G. u. a. Möglichkeiten zur betrieblichen Ra
tionalisierung - Ergebnisse aus der Entwicklung der automati
schen Tortenlinie, Bäcker und Konditor 34 (1980) S. 201).
Durch die kontinuierliche Zuführung des Mediums in den Kessel
und das horizontale und vertikale Verwirbeln beim Schlagen
tritt eine teilweise Vermischung von Schaum und Medium ein,
bevor der Aufschlagprozeß abgeschlossen ist. Dadurch ent
stehen Schäume mit geringer Ausbeute und Stabilität.
Der Einsatz von chemischen Aufschlagmitteln ist unumgänglich.
Weitere kontinuierlich arbeitende Verschäumungsaggregate
sind Druckschlagmaschinen (Herstellungsmethoden von Schaum
massen, Zucker- und Süßwarenwirtschaft 30 (1977) 12, S. 448).
Die Verschäumung erfolgt hierbei durch Einbringen von Druckgas,
zum Beispiel Luft oder Kohlendioxid (GB-PS 4 80 951), mittels geeig
neter Kompressoren in das ebenfalls durch Pumpen unter Druck ge
setzte zu verschäumende Medium. Durch Anwendung gesondert ange
triebener spezieller Misch- oder Dispergierwerke wird die Luft fein
verteilt. Zur Herstellung von Schaum nach dem Druckschlagver
fahren ist demzufolge neben der mechanischen Arbeit, die zur
Dispergierung des Gases im Medium erforderlich ist, eine
weitere Arbeit zur Erzeugung des Gasdruckes notwendig. Der
dafür benötigte zusätzliche Energieaufwand ist beträchtlich,
da beispielsweise zur Herstellung von Lebensmittelschäumen
Gasdrücke von 0,19 bis 0,98 N/mm2 notwendig sind. Bei Reali
sierung dieses Prinzips in der Lebensmittelindustrie muß zur
Verschäumung Druckgas, zum Beispiel Luft, in hygienisch ein
wandfreiem Zustand eingesetzt werden. Dies bedeutet, daß die
durch Kompressoren erzeugte Druckluft frei von artfremden,
zum Beispiel öligen Beimischungen, sein muß. Es ist deshalb
erforderlich, die zu verwendende Luft durch dem Kompressor
nachgeschaltete Filter zu entölen und zu reinigen. Damit wird
der apparative Aufwand dieses Verfahrens weiter erhöht.
Weiterhin sind kontinuierliche Anlagen bekannt, bei denen
das Lockerungsgas nach dem Prinzip der Wasserstrahlpumpe
bzw. dem Injektorprinzip, also durch Geschwindigkeitsände
rungen des aufzuschäumenden Mediums, angesaugt wird. Dazu
sind besonders konstruierte strömungstechnische Anlagen not
wendig. In der DE-OS 30 39 797 werden ein Verfahren und eine
Vorrichtung dieser Art zur Herstellung von schaumigen Speisen
beschrieben. Das zu verschäumende Medium wird durch eine Pumpe
angesaugt, und mittels eines geeigneten Ventils wird Luft in den
angesaugten Strom des zu verschäumenden Mediums eingesaugt.
Dieses physikalische Prinzip der Gaseinbringung hat den we
sentlichen Nachteil, daß das Verhältnis von Verschäumungs
medium zu Gas nur maximal 60 : 40 beträgt. Außerdem werden
bei Lebensmittelschäumen vorwiegend dickflüssige Verschäumungs
medien eingesetzt, die die Ansaugbedingungen weiter verschlech
tern, das heißt, es wird noch weniger Luft angesaugt. Das be
deutet also, daß bei diesen kontinuierlichen Verfahren die ange
saugte Gas- bzw. Luftmenge sehr begrenzt ist, was sich nachteilig
auf die Schaumausbeute auswirkt (Clauß, J. u. a.: Herstellung von
Quarkkremzubereitungen mit kontinuierlicher Sahneaufschäumung,
Lebensmittelindustrie 27 (1980) S. 69; DE-OS 23 12 573).
Das beschriebene Prinzip findet beispielsweise zur Herstel
lung von Schlagsahne Anwendung, bei dem durch Einbau eines
geeigneten Luftventils an der durch eine spezielle Düse ver
engten Ansaugleitung einer Kreiskolben- oder Zahnradpumpe
Luft in den angesaugten Strom des zu verschäumenden Mediums
eingesaugt wird und anschließend das Gemisch Medium-Luft
in einem Engspalthomogenisator verschäumt wird (DD-WP 64 879;
DE-OS 22 02 324).
Die Volumenzunahme nach diesem Verfahren beträgt 150%.
Die Luftmenge, die zugeführt wird, ist zwar regelbar, aber nur
in ganz bestimmten Verhältnissen. Besonders deutlich wird dies
bei der von Clauß, J. u. a. beschriebenen Verfahrensweise, bei
der aus einem Vorlaufbehälter, in dem der Flüssigkeitsspiegel
durch einen Schwimmer konstant gehalten wird, eine Pumpe über
eine Düse flüssige Sahne ansaugt. Durch die Geschwindigkeits
erhöhung im Querschnitt der Ansaugdüse wird gleichzeitig über
ein federbelastetes Ventil Luft angesaugt. Es entsteht ein
Flüssigkeits-Luft-Gemisch, das die Pumpe durch eine Aufschäum
patrone drückt. Diese kontinuierlichen Verfahren sind zwar aus
rüstungsseitig günstig, bezüglich der Schaumausbeute und -stabi
lität jedoch nur begrenzt einsetzbar, da die strömungstechnisch
erzielbaren Unterdrücke auch bei Einsatz von speziellen Blenden
Düsen zur Erhöhung des Geschwindigkeitsunterschiedes des Mediums
auch bei dünnflüssigen Medien nur Volumenzunahmen von max. 300%
zulassen.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein effektives Verfah
ren zur Herstellung von Lebensmittelschäumen zu entwickeln,
das es ermöglicht, mit geringem technischen und energetischem
Aufwand Gas, zum Beispiel für die Lebensmittelindustrie hygie
nisch einwandfreie Luft, in ein Medium einzubringen und in Kombi
nation mit geeigneten Dispergiervorrichtungen hohe Volumenaus
beuten und Schaumqualitäten zu erzielen.
Die den bekannten Verfahren zur Herstellung von Lebensmittel
schäumen anhaftenden Mängel haben ihre Ursachen einerseits
in den mangelhaften Unterdruckbedingungen bei Verfahren, die
nach dem Injektionsprinzip arbeiten, so daß nur eine be
grenzte Luftmenge angesaugt werden kann, zum anderen muß bei
Druckschlagmaschinen das Lockerungsgas in gesonderten Ein
richtungen unter Druck gesetzt und dann dem zu verschäumenden
Medium in speziellen strömungstechnischen Vorrichtungen zuge
setzt werden. Damit ist ein hoher apparativer und energetischer
Aufwand verbunden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Verfahrens
bedingungen aufzuzeigen, bei denen das Gas in einem solchen
Volumenverhältnis in das zu verschäumende Medium eingebracht
wird, daß Volumenausbeuten von mindestens 900% erreicht
werden, bei denen aber auch die Zusammenführung von Gas und zu
verschäumendem Medium in solcher Weise erfolgt, daß die konti
nuierliche Herstellung von Schäumen aus fließ- und pumpfähigen
Medien, insbesondere die Herstellung von Lebensmittelschäumen,
mit geringem technischen Aufwand und geringer Antriebsleistung
möglich ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Locke
rungsgas, zum Beispiel Luft, und zu verschäumendes Medium mit
tels einer Pumpe, insbesondere Spindel- oder Drehkolbenpumpe,
parallel in unterschiedlichen Mengenverhältnissen angesaugt,
vorgemischt und in eine nachgeschaltete geeignete Dispergier
vorrichtung gefördert werden. Ein wesentliches Merkmal der
Erfindung ist es, daß die o. g. Pumpen vorrangig Gas in hoher
Volumenkonzentration ansaugen und parallel dazu geringe Mengen
des zu verschäumenden Mediums, das gleichzeitig als
Schmier- und Dichtmittel dient, der Pumpe zugeführt wird,
vorzugsweise durch Ausnutzung der Schwerkraft. Diese Verfah
rensweise läßt sich einfach dadurch realisieren, daß der
Vorratsbehälter mit zu verschäumendem Medium über der Pumpe
angeordnet ist. Dadurch wird gewährleistet, daß sowohl dünn
flüssige als auch dickflüssige Medien bei geringen Unter
drücken auch in kleiner Menge zugeführt werden können.
Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, daß
das Gas über eine getrennte Leitung von der Pumpe angesaugt
wird und die Zusammenführung von Gas und zu verschäumendem
Medium erst in unmittelbarer Nähe des Arbeitselementes der
Pumpe erfolgt.
Es wird dadurch möglich, mit Hilfe dieser Pumpen Gas, zum
Beispiel Luft oder Stickstoff, und Medium im Volumenverhält
nis von mehr als 10 : 1 anzusaugen. Der an der Austrittsseite
der Pumpe entstehende Druck preßt das Luft-Medium-Gemisch zur
Feinverteilung des Gases im Medium und damit zur Erzeugung
eines stabilen Schaumes durch eine geeignete Dispergiervor
richtung. Mit diesem Prinzip entfällt der bei Druckanschlag
maschinen beschriebene zusätzliche Energieaufwand zur Erzeu
gung des separaten Gasdruckes von 0,10 . . . 0,98 N/mm2. Die
Regulierung des Durchsatzes erfolgt durch Änderung der Dreh
zahl der Pumpe und durch die manuell oder automatisch gere
gelte Ventileinstellung in den Zuführleitungen von Gas und
Medium.
Die so entstehenden Schäume sind von guter Stabilität und
Qualität und können mit hoher Volumenausbeute hergestellt
werden.
Die Erfindung soll an folgendem Beispiel näher erläutert
werden:
Im Behälter (1) der Fig. befindet sich ein Vollei-Zucker-
Gemisch (2). In der Zuführleitung (3) zur Einspindelpumpe (4)
ist ein Ventil (5) angeordnet, mit dem manuell oder über einen
geeigneten Regelkreis die Fördermenge eingestellt werden kann.
Der Behälter (1) befindet sich unmittelbar über der Pumpe (4).
Durch einen Filter (6) wird Raumluft von Schmutz- und Staub
teilchen gereinigt und über eine Leitung (7) direkt der Pumpe
zugeführt. Zur Regulierung der Luftmenge ist in dieser Förder
leitung ebenfalls ein Ventil (8) entsprechend Ventil (5) ange
ordnet. Das Verhältnis des Querschnitts der Luftleitung zu
dem der Volleizuleitung beträgt 3 zu 1. Durch den Motor (9) und
Regelgetriebe (10) wird die Pumpe (4) angetrieben. Eine Über
dimensionierung der Pumpe hat zur Folge, daß die Nenndrehzahl
erheblich unterschritten werden kann, wodurch die Lebensdauer
erhöht wird. Unmittelbar der Pumpe (4) nachgeordnet ist ein
Dispergierrohr (11), das gleichzeitig als Zuführorgan zu einer
Verarbeitungsmaschine (12) ausgeführt sein kann.
Claims (1)
- Verfahren zur Herstellung von Lebensmittelschaum aus fließ- und pumpfähigen Medien, wie Vollei-Zucker-Gemischen, Eiweiß lösungen oder Sahneerzeugnissen, und einem Gas, wie Luft oder Stickstoff, bei dem Gas und das zu verschäumende Medium einer Pumpe zugeführt werden und das Gemisch Medium-Gas von der Pumpe in eine Dispergiervorrichtung gefördert und dort verschäumt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas und das zu verschäu mende Medium in einem Volumenverhältnis von mindestens 8 : 1 der Pumpe über getrennte Rohrleitungen zugeführt werden, wobei die Pumpe vorrangig Gas ansaugt und die Zuführung des zu ver schäumenden Mediums unter Ausnutzung der Schwerkraft erfolgt, Gas und Medium im Bereich der Arbeitselemente der Pumpe zusammengeführt und gemischt werden und anschließend das Gas- Medium-Gemisch mit einem Druck von 0,19 . . . 0,98 N/mm2 in die Dispergiervorrichtung gefördert und dort verschäumt wird.
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