DE3918268C1

DE3918268C1 -

Info

Publication number: DE3918268C1
Application number: DE3918268A
Authority: DE
Inventors: Ralf 4320 Hattingen De Hoffmann; Erich Dipl.-Ing. Dr. 4570 Quakenbrueck De Windhab; Carl Hoejbjerg Dk Hoyer; Friedrich H.F. 4020 Mettmann De Rogge
Original assignee: DEUTSCHES INSTITUT fur LEBENSMITTELTECHNIK EV 4570 QUAKENBRUECK DE; Hmf Krampe & Co 5810 Witten De GmbH; Milchhof Eiskrem & Co Kg 4020 Mettmann De GmbH; TECHNOHOY AARHUS-HOJBJERG DK AS
Current assignee: HMF KRAMPE & CO GMBH, 45527 HATTINGEN, DE EISMANN
Priority date: 1989-06-05
Filing date: 1989-06-05
Publication date: 1990-07-26
Anticipated expiration: 2009-06-06
Also published as: WO1990014775A1; DK0401512T3; ATE116528T1; DE3918268C2; DD294856A5; ES2066900T3; EP0401512B1; US6082120A; EP0401512A1; AU5670190A

Description

Gattung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von Schäumen, vornehmlich eßbarer Schäume, wie Milchprodukte (Eiskrem, Schlagsahne), Früchteschäume und dergleichen.

Des weiteren betrifft die Erfindung eine Steuerung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Einrichtung mit ei ner Mixvorrichtung zum Aufschlagen des zu verschäumenden Basisproduktes und einer Kühlvorrichtung zum Kühlen des eßbaren Schaumes.

Stand der Technik

Grundsätzliche Überlegungen:

In weiten Bereichen der Lebensmitteltechnologie werden zum Herstellen von Lebensmitteln bzw. von Genußmitteln Schäume hergestellt. Diese Schäume haben zum einen den Vorteil, daß sie den Genußwert des jeweiligen Produktes erhöhen, zum anderen wird durch das Einschlagen von Luft eine Erhöhung des Volumens vorgenommen.

Zwei klassische Vertreter dieser Lebensmittelschäume sind Schlagsahne und Eiskrem. Bei beiden Produkten wird durch das Einschlagen von Luft das Volumen auf etwa das Dop pelte erhöht. Die Feinverteilung der Luftblasen ist sowohl bei Eiskrem als auch bei Schlagsahne ein wesentli ches Qualitätskriterium. Bei beiden obengenannten Produk ten ist erst eine verzehrsgerechte Form durch dieses Ein schlagen von Luft möglich.

- Bei Schlagsahne verbietet der hohe Fettgehalt den Genuß in der ursprünglich flüssigen Form.
- Bei Eiskrem bewirkt das Einschlagen von Luft eine cremige Konsistenz der Eiskrem, da man ohne Luft einschlag einen hartgefrorenen Block erhält.

Die Technologien zum kontinuierlichen Aufschlagen (Einbringung von Luft) von Schlagsahne und Eiskrem sind weltweit bekannt. Zwar unterscheiden sich die Technolo gien bei Schlagsahne und Eiskrem wesentlich voneinander, haben jedoch das gleiche Grundprinzip.

Die Verbreitung von tiefgekühlten Produkten und somit auch deren Absatz hat sich in den letzten Jahren mehr als verdoppelt. Nachdem anfänglich die Tiefkühlung nur zur Frischhaltung von Gemüse eingesetzt wurde, wird heute die gesamte Lebensmittelpalette bereits als Tiefkühlware für die Bereiche der Frischwaren angeboten. Von der Tiefküh lung von Gemüse geht der Verbreitungsweg der Tiefkühlkost heute über Fertiggerichte bis hin zu Konditortorten. In diesem Tiefkühlkostbereich nimmt Eiskrem eine wesentliche Stellung ein, wobei für Eiskrem ausschließlich dieser Vermarktungsweg über eine geschlossene Tiefkühlkette mög lich ist. Seit ungefähr 15 Jahren versucht die Industrie, Konditortorten auf Schlagsahnebasis als Tiefkühlprodukte zu vermarkten. Stetig steigende Verkaufszahlen auf diesem Sektor belegen die großen Marktchancen in diesem Markt segment. Die Technologie der Herstellung solcher Tief kühltorten ist, abgesehen von dem Einsatz von automa tischen, kontinuierlichen Aufschlagmaschinen, weitgehend rückständig.

Die Technologie der Eiskremherstellung hat seit der Inbe triebnahme von kontinuierlichen Kühl- oder Gefriergeräten (Freezer) keine gravierenden, technischen Änderungen mehr erfahren. Sieht man von technischen Änderungen, die die Steuerung der Eiskrem-Kühl- oder Gefriergeräte betreffen, ab, so wird hier nach dem gleichen Prinzip noch wie vor 30 Jahren gearbeitet.

Die heute übliche Arbeitsweise zum Herstellen von tiefge kühlten Torten

Der mit Zucker versetzten Schlagsahne wird ein geeignetes Geliermittel hinzugefügt. Danach wird diese Schlagsahne pasteurisiert und in Reifetanks für etwa 24 Stunden bei +5°C gereift. Mittels einer Förderpumpe wird die Sahne der kontinuierlich arbeitenden Aufschlagmaschine zuge führt. Gleichzeitig wird diese Aufschlagmaschine mit Druckluft versorgt. Beide Medien werden mit einem Rotor- Stator-Prinzip miteinander vermengt, wobei die Schlagsahne Luft aufnimmt.

Beim Schlagen von Sahne entsteht ein 3-Phasen-System, nämlich die Luft-, Fett- und Serumsphase.

In diese Emulsion werden Luftblasen eingeschlagen (ver schäumt). Hierbei wird ein Teil der Fettkügelchen zer stört. Das Fett liegt bei tiefen Temperaturen teilweise in fester, auskristallisierter Form vor, wobei aber ein kleiner Teil des Fettes noch in flüssiger Form in Fettkü gelchen eingeschlossen ist. Durch die mechanische Einwir kung des Rotor-Stator-Systems kommt es zu einem Zerstören dieser Fettkügelchen. Dabei tritt ein Teil des freien Fettes aus. Die angeschlagenen und die intakten Fettkü gelchen lagern sich dann an die Grenzfläche Luft/Serum an. Dabei ragen Teile von Fettkügelchen aus den monomolekularen Schichten kristallinen Fettes aufgrund der hydrophoben Eigenschaften in die Innenseite der Luft blasen hinein. Freies, flüssiges Fett dient dazu, das er starrte Fett miteinander zu verbinden. In der Serumsphase nimmt die Anzahl der intakten Fettkügelchen während des Schlagens (Verschäumens) ab. Die Proteine verbleiben in der Serumsphase. Durch diesen Vorgang entsteht ein stabi ler Schaum (Schlagsahne). Dieser Schaum wird dann mittels Füllapparaturen schichtweise in Tortenformen eingegeben. Dabei hat dieser Schaum eine Konsistenz, die eine Abfül lung mittels Volumendoseuren noch zuläßt. Die in der Sahne vorhandenen Geliermittel werden erst nach Ablauf einiger Minuten fest, d. h., sie bilden ein Gerüst inner halb der Schaumstruktur, wobei die Fettkügelchen und die Luftblasen fest justiert werden durch diese gerüstbilden den Geliermittel. Gleichzeitig wird das Wasser an diese Geliermittel gebunden. Nach dem Aufschlagen und Dosieren der Sahne in entsprechende Tortenformen, gelangen diese Torten in einen Härtetunnel zur Tiefkühlung. Bei der Tiefkühlung durchlaufen die Torten einen Luftstrom von etwa -45°C und geben an diesen Luftstrom ihre Wärme ab, so daß sie nach einer Kühlzeit von etwa zwei bis drei Stunden eine Kerntemperatur von -18°C erhalten. Bei die sem relativ langsamen Gefriervorgang friert das im Pro dukt befindliche Wasser zu größeren Eiskristallen aus. Bei dem Entstehen dieser Eiskristalle wird teilweise das Gerüst, welches vorher durch das Geliermittel gebildet worden ist, zerstört. Ebenso ist es möglich, daß während des Gefrierprozesses wachsende Eiskristalle die in klei nen Bläschen vorhandene Luft anstechen und somit die Mem brane dieser Luftblasen zerstören. Dies ist kein wesent licher Nachteil, solange das Produkt gefroren bleibt, d. h. das Wasser in fester Form im Produkt vorliegt. Beim Auftauen des Produktes verwandelt sich das feste Wasser der Eiskristalle in eine flüssige Wasserphase. Hierbei kommt es zur Konzentration von Wassertröpfchen. Das durch das Geliermittel aufgebaute Gerüst sowie die Emulsion von Luft, Fett und Serum können diese größeren als im Aus gangsprodukt vorhandenen Wasseransammlungen teilweise nicht mehr in das Produkt einschließen, es kommt zu einem Nässen des Produktes beim Auftauen.

Ebenso ist durch den relativ langsamen Gefrierprozeß ein Teil der Luftbläschen zerstört worden. Diese Schäden sind im Produkt irreparabel und führen beim Auftauen des Pro duktes zu einer Volumenverringerung.

Zwar läßt sich dieses Problem durch eine erhöhte Zugabe von Geliermitteln einigermaßen lösen, jedoch hat der ver stärkte Einsatz von Geliermitteln eine geschmackliche Be einflussung des Produktes zur Folge. Eine Vollmundigkeit der so hergestellten, tiefgefrorenen Schlagsahne ist nach dem Auftauen nicht mehr gegeben. Im Gegensatz zu anderen Lebensmitteln stellt das Tiefgefrieren von aufgeschlage ner Sahne mit der zur Zeit vorhandenen Technologie keine Erhaltung der Qualität dar. Im Gegenteil, die Qualität wird durch das Tiefgefrieren noch verschlechtert.

Herstellung von Speiseeis

Speiseeisrezepturen bestehen üblicherweise aus Milch, Ma germilch, Rahm, Milchkonzentrat, Milchpulver oder Butter, auch Saccharose, Glukose bzw. Dextrose, aus Obsterzeug nissen, die zugesetzt werden können und aus Hydrokolloiden als Stabilisatoren (pflanzliche Bindemittel, Algi nate, Carrageenate, Johannisbrotkernmehl und ähnliches).

Zur Herstellung von Speiseeis werden die Einzelbestand teile entsprechend einer vorliegenden Rezeptur gewogen und in ein definiertes Mengenverhältnis gebracht. In ei nem Mischbehälter werden diese Einzelbestandteile mitein ander vermengt. Nach einer fünfzehnminütigen Mischzeit bei 63°C ist diese Vermengung erreicht.

Danach folgt das Pasteurisieren auf 80° bis 85°C, und zwar 20 bis 40 s lang.

Nach dieser Wärmebehandlung wird die Mischung abgekühlt auf etwa 70°C und danach in einer zweistufigen Homogeni sierungsmaschine homogenisiert und zwar in der ersten Stufe mit 150 und in der zweiten Stufe mit 40 bis 50 bar. Hierbei werden die Fettkügelchen auf unter 2 µm zer kleinert.

Diesem Homogenisierungsvorgang folgt ein Herunterkühlen der Mischung auf 2° bis 4°C. Danach wird diese Mischung in Tanks gebracht, um nach einer Reifezeit von 2 bis 24 h zur weiteren Verwendung zur Verfügung zu stehen. Diese Reifezeit bewirkt, daß die Hydrokolloide quellen, das Casein hydratisiert und die Viskosität erhöht wird, wobei sich das Gefüge des Speiseeises verfeinert. Gleich zeitig werden Schmelzwiderstand und Aufschlag verbessert, das Fett kristallisiert aus und ein ausgeglichenes Aroma bildet sich.

Nach Beendigung des Reifevorganges wird diese Mischung dem Kühl- oder Gefriergerät zum Gefrieren und zum gleich zeitigen Lufteinschlag (Verschäumen) zugeführt.

Industriell werden heute die Mischungen für Speiseeis in kontinuierlich arbeitenden Kühl- oder Gefriergeräten (Freezer) teilweise gefroren. Dabei rotiert innerhalb ei nes verchromten Rohres eine Messerwelle aus Chrom-Nickel- Stahl mit einer Drehzahl von etwa 200 U/min. Die Messer schaben dabei einen dünnen, an der gekühlten Rohrinnen wand sich bildenden Eisfilm kontinuierlich ab und sorgen außerdem noch für eine innige Vermischung der in diesem Zylinder eingeführten Luft.

Zum Kühlen des Zylinders wird von außen in der Regel Fri gen (eingetragenes Warenzeichen) oder Ammoniak in einem Temperaturbereich von -25 bis -30°C eingesetzt. Die ge wünschten kleinen Eiskristalle erfordern schnelles Ge frieren, welches durch die stark unterkühlte Zylinderin nenwandung möglich ist.

Die Mischung tritt mit einer Temperatur von etwa 4°C in den Gefrierzylinder ein, nachdem ihr die für den Auf schlag erforderliche Luftmenge zudosiert worden ist. Bei einem üblichen Innendruck im Zylinder von etwa 3 bis 5 bar wird die Luft in die Mischung eingeschlagen. Gleich zeitig findet der Gefrierprozeß statt, und das Eis ver läßt pastenförmig das Kühl- oder Gefriergerät.

Die mit diesem Verfahren zu erreichenden Temperaturen sind bis maximal -8° C möglich.

Das so hergestellte Eis wird in Bechern oder in Hörnchen abgefüllt. Diese Produkte müssen dann einem Nachgefrier prozeß unterzogen werden, um die Lagertemperatur von -20° C zu erreichen. Wird diese Nachkühlung nicht durchge führt, so bilden sich die im Eis vorhandenen Wassereis kristalle größer aus, wodurch das Eis rauh und sandig schmeckt. Die zur Zeit auf dem Markt befindlichen Eis krem-Kühl- oder Gefriergeräte lassen keine tieferen Tem peraturen als -8°C zu.

Zusammenfassung des Standes der Technik

Bei der Herstellung von Eiskrem können nach den vorbe kannten Verfahren Eiskremschäume hergestellt und bis zu einem Bereich von -7°C gefroren werden. Diese Temperatur stellt jedoch keine Lagertemperatur dar. Vielmehr wird die Lagertemperatur von -20° C erst durch die Nachhärtung in Tiefkühltunneln erreicht. Zum Durchführen dieser Ver fahrensweise sind hohe Investitionskosten, insbesondere für den Tiefkühltunnel, erforderlich. Außerdem sind die ständigen Energiekosten beträchtlich.

Auf dem Gebiete der Schlagsahneherstellung sind Auf schlagverfahren vorbekannt, die ausschließlich im Temperaturplusbereich arbeiten. Hier ist ein Gefrieren von Schlagsahneschäumen vollkommen unbekannt.

Aufgabe

Der Erfindung liegt zunächst die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kühlen von Schäumen, vornehmlich eßbarer Schäume, wie Milchprodukte (Eiskrem, Schlagsahne), Früchteschäume und dergleichen, zu schaffen, das sich mit relativ geringen Energiekosten durchführen läßt.

Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Ver fahrens zu schaffen.

Schließlich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitzustellen.

Lösung der Aufgabe betreffend das Verfahren

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.

Einige Vorteile

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zunächst erstmalig möglich, im gleichen Arbeitsgang eßbare Schäume, also nicht nur Eiskrem, sondern auch z. B. Schlagsahne, während und/oder im unmittelbaren An schluß nach dem Aufschlagen im gleichen Arbeitsgang auf Lagertemperatur, also auf z. B. -20°C, zu kühlen. Da durch kann z. B. das in Schlagsahne oder dergleichen befindliche Wasser durch extrem schnelles Herunterkühlen zu Eiskristallen unter 20 bis 30 µm gefroren werden. Bei einer Eiskristallgröße von 20 bis 30 µm ist die Gefahr, daß das Produkt nach dem Auftauen näßt, erheblich geringer. Ebenso ist die Luftverteilung in dem Produkt stabiler, da bei einer solchen Eiskristallgröße eine Ver letzung der Luftblasen nicht denkbar erscheint.

Bei Anwendung eines solchen, schnellverlaufenden Gefrier prozesses kann die Vollmundigkeit der Schlagsahne erhal ten bleiben, der Anteil an Geliermitteln kann verringert werden, wobei die Annäherung an ein frisch hergestelltes Produkt erheblich größer ist. Schließlich wird durch die nicht vorhandene Volumenreduzierung ein formstabiles Pro dukt erreicht, was z. B. für die Herstellung von Torten von großem Vorteil ist.

Durch die Kombination eines Aufschlag- und Gefrierverfah rens ist es somit erstmalig möglich, beispielsweise Schlagsahne kontinuierlich aufzuschlagen und gleichzeitig tiefzugefrieren. Ein Nachgefrieren von Sahneprodukten in einem Härtetunnel mittels Kaltluft bei etwa -45°C ist damit nicht mehr notwendig. Da bereits im Herstellungs prozeß die für Tiefkühlprodukte notwendige Mindesttempe ratur von -18°C oder noch weniger erreicht wird, ist so mit in jedem Fall ein anschließender Gefrierprozeß ent behrlich geworden.

Außerdem läßt sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Feinstverteilung von Wasserkristallen er reichen. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich somit Lebensmittelschäume auch auf anderer Basis als auf Schlagsahne herstellen und durch den Ge frierprozeß in eine haltbare Form bringen. Denkbar sind hier Fruchtschäume wie z. B. aufgeschlagenes Bananenpü ree, und andere Milchprodukte, wie z. B. Fruchtjoghurte oder dergleichen.

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich vollkommen neue Lebensmittel in leichter, energie bzw. brennwertarmer Art hervorbringen, die der modernen Ernährungsphysiologie angepaßt sind. Solche Systeme und Verfahrensweisen sind weltweit nicht bekannt. Hierdurch lassen sich vollkommen neue Absatzchancen eröffnen.

Auch bei der Herstellung von Eiskremmassen lassen sich diese bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens so aufschlagen und gleichzeitig oder unmittelbar an schließend kontinuierlich gefrieren, daß sie keiner Nach härtung mittels Kaltluft von -45°C mehr bedürfen, um die endgültige Lagertemperatur von z. B. -18°C bzw. -20°C zu erreichen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ent fällt der Arbeitsprozeß des Nachhärtens von Eiskrem voll ständig, wodurch ein kontinuierlicher Prozeßablauf des Gefrierens und Abfüllens möglich wird, so daß die so her gestellten Produkte unmittelbar nach ihrer Abfüllung ver sandfertig sind.

Der Abkühlungsprozeß (Nachhärtung) auf -20°C mittels Kaltluft ist vom Anlagenbau - wie oben ausgeführt - an sich sehr investitionsintensiv, und es werden sehr große Abkühlzeiten benötigt, da das durchschnittliche Gefrieren eines Eisproduktes von 5°C auf -20°C nur 1 cm/h voran schreitet, wodurch z. B. ein 6 cm großer Eiswürfel minde stens eine Behandlungszeit mit Kaltluft von drei Stunden benötigt, um eine Kerntemperatur von -20°C zu erzielen. Neben diesen zeit- und anlagenintensiven, vorbekannten Verfahren tritt noch eine Schädigung des Produktes auf. Bei einer Temperatur von -5 bis -7°C ist nur 45 bis 63% des vorhandenen Wassers ausgefroren. Die restlichen 40%, abzüglich von ca. 5% Wasser, verbleiben immer als soge nanntes "freies Wasser" im Produkt. Diese 35% gefrieren erst im Nachhärtungsprozeß. Dabei lagert sich dieses Wasser an die schon vorhandenen Wasserkristalle an und bewirkt ein Vergrößern dieser Kristalle. Je größer die Wasserkristalle sind, desto weniger cremig schmeckt das Speiseeis. Durch die Nachhärtung und dem damit verbundenen Wachsen der Eiskristalle ist gleichzeitig auch noch eine Verschlechterung der Struktur des Speiseeises gegeben. Die Struktur verändert sich von cremig weich hin zu hart, bröckelig im extremen Fall.

Alle diese Nachteile werden bei Anwendung des erfindungs gemäßen Verfahrens vollkommen vermieden.

Obwohl es sich bei den Ausgangsmaterialien von vornehm lich Schlagsahne und Eiskrem um zwei eigenständige Lebensmittel handelt, läßt sich die grundsätzliche Problemstellung, nämlich Schäume durch Aufschlagen herzu stellen und zu gefrieren bis zu einem Temperaturbereich, bei dem sie lagerfähig sind, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne Schwierigkeiten lösen.

Somit ist es bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah rens erstmals möglich, gefrorene Schäume bis -18 bis -20° C in einem Arbeitsgang mit Beaufschlagen (Aufschlagen) herzustellen und kontinuierlich versandfertig abzuziehen.

Ein besonderer Vorteil besteht auch darin, daß die Ener giekosten gegenüber mit Nachhärtetunneln arbeitenden An lagen bei der Eiskremherstellung bei dem erfindungsge mäßen Verfahren um etwa z. B. 30% oder noch niedriger liegen, so daß das erfindungsgemäße Verfahren besonders wirtschaftlich arbeitet.

Weitere Ausführungsformen

In Patentanspruch 2 ist eine sehr vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

Lösung der Aufgabe betreffend die Regelung

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 3 wiedergegebenen Merkmale gelöst.

Einige Vorteile

Der belüftete und gefrorene Schaum verläßt die Anlage kontinuierlich. Sämtliche Parameter zur Herstellung die ses Schaumes sind steuerbar wie z. B. Austrittstempera tur, Menge der eingebrachten (eingeschlagenen) Luft, Ge friergeschwindigkeit usw. Durch die Steuerung hält sich die Einrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens selbst in einem prozeßstabilen Zustand.

Lösung der Aufgabe betreffend der Einrichtung

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 4 wiedergegebenen Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung kann das zu ver schäumende Produkt mit Luft von z. B. 12°C aufgeschlagen werden. Das so verschäumte Produkt wird in einem Kühl oder Gefriergerät auf z. B. -5°C heruntergekühlt und da durch der Schaum vorgefroren. Der so vorgefrorene Schaum wird in einer geeigneten Fördervorrichtung auf z. B. -20° C weiter abgekühlt. Die Vorrichtungsteile können in einem Bauelement vereinigt sein. Ein Tiefgefriertunnel entfällt bei der erfindungsgemäßen Einrichtung vollkommen.

Weitere Ausführungsform

In Patentanspruch 5 ist eine sehr vorteilhafte Ausführungs form der Erfindung beschrieben.

Einige Vorteile

Bei dieser Ausführungsform wird das zu verschäumende Pro dukt in einer Vorrichtung aufgeschlagen, in der das ver schäumte Produkt entweder gleichzeitig oder unmittelbar nach dem Verlassen der Schaumherstellungsvorrichtung in mindestens einer sich anschließenden Tiefkühlvorrichtung heruntergekühlt und durch eine Extruderschnecke ausgetra gen und sofort weiterverarbeitet wird. Der aus dem Extru der austretende Schaum ist versandfertig und braucht nicht "nachgehärtet" zu werden.

Es können auch mehrere Extrudervorrichtungen parallel und/oder hintereinander geschaltet werden. Zum Beispiel ist es möglich, mehrere Extruder im Co-Extrusionsprozeß arbeiten zu lassen.

Das der Aufschlagvorrichtung zugeführte Produkt kann vor gekühlt werden. Es ist auch möglich, der Vorrichtung vor gekühlten Schaum zuzuführen und diesen Schaum auf die La gertemperatur in der Extrudervorrichtung oder in einem oder mehreren der mit der Extrudervorrichtung verbundenen Vorrichtungsteile bis auf die Lagertemperatur herunterzu kühlen.

In der Zeichnung ist die Erfindung - teils schematisch - beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen erfindungsge mäßen Verfahrensgang;

Fig. 2 eine Einzelheit aus Fig. 1, in größerem Maßstab, teils im Schnitt, und

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, teils im Schnitt.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist eine Aufschlagvorrichtung be zeichnet, in der das zu verschäumende Produkt unter Hinzumischung von z. B. Luft verschäumt wird. In der Auf schlagvorrichtung 1 kann der Schaum z. B. eine Temperatur von 12°C aufweisen.

Der so hergestellte Schaum verläßt die Aufschlagvorrich tung 1 in Pfeilrichtung und wird einem Kühl- oder Ge friergerät (Freezer) 2 zugeführt, in dem der Schaum auf z. B. -5,5°C heruntergekühlt wird. Der so vorgefrorene Schaum 10 verläßt das Kühl- oder Gefriergerät 2 in Pfeil richtung und wird einer kombinierten Extrudervorrichtung 3 zugeführt. In der Extrudervorrichtung 3 wird der vorge frorene eßbare Schaum auf z. B. -20°C lagerfertig heruntergekühlt und verläßt kontinuierlich die kombi nierte Extrudervorrichtung 3 als lagerfertiges Produkt 4 (Schaum).

In Fig. 2 ist die kombinierte Extrudervorrichtung 3 sche matisch im Querschnitt veranschaulicht. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine von einem nicht dargestellten Motor an getriebene Welle, mit der ein Rotor 6 verbunden ist. Der Rotor 6 weist mehrere Schaufeln 7 auf, die mit Abstand mit an einem Stator 8 angeordneten Schaufeln 9 kämmen. Der vorgefrorene Schaum 10 wird einer Kammer 11 und damit auch den Schaufeln 7 und 9 zugeführt. In diesem Bereich können geeignete Kühlvorrichtungen angeordnet sein, die den vorgefrorenen Schaum 10 weiter herunterkühlen. Der weiterhin innig durchgemischte Schaum 10 wird in einer anschließenden Kühlvorrichtung 12 bis auf Lagertemperatur von z. B. -20°C heruntergekühlt. Kühlschlangen 13 sind in Fig. 2 schematisch angedeutet. Der lagerfertig ge kühlte Schaum wird durch eine Extruderschnecke 14 konti nuierlich aus der Vorrichtung abgefördert. Die Ex truderschnecke 14 ist an ihrem der Welle 5 entgegenge setzten Endabschnitt in einem lediglich schematisch ange deuteten Gehäuse 15 gelagert und kann durch den gleichen Motor wie die Welle 5 mit angetrieben werden.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die eine detailliertere Ausarbeitung der aus Fig. 1 ersichtlichen Ausführungsform darstellt.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist die Aufschlagstufe bzw. Aufschlagvorrichtung, mit 2 die Vorgefrierstufe bzw. das Kühl- oder Gefriergerät und mit 3 die Tiefgefrierstufe bzw. die kombinierte Extrudervorrichtung bezeichnet. Die Aufschlagvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 16, das im Innern ein weiteres rohrförmiges Ge häuse 17 aufweist, das zu dem äußeren Gehäuse 16 koaxial angeordnet ist, so daß zwischen äußerem und innerem Ge häuse 16 und 17 ein Ringraum 18 verbleibt, an dem an dem einen Ende eine Kühlmittelzufuhrleitung 19 und an dem an deren Ende ein Kühlmittelabflußstutzen 20 angeschlossen sind. Der Kühlmittelabflußstutzen 20 ist mit einer geeigneten, nicht dargestellten Leitung verbunden. Der Ringraum 18 wird somit von Kühlmittel durchströmt. Als Kühlmittel kann eine geeignete Sole, Frigen (einge tragenes Warenzeichen) oder dgl. in Betracht kommen.

In dem inneren rohrförmigen Gehäuse ist ein Rotor 21 mit zahlreichen über seinen Umfang und seiner Länge verteil ten Schaufeln 22 angeordnet, der über eine Welle 23 durch einen nicht dargestellten Motor angetrieben wird.

An der Innenwandung 24 des inneren Gehäuses 17 sind über den Umfang und über die Länge ebenfalls zahlreiche Schau feln 25 angeordnet, die mit den Schaufeln 22 mit Spaltab stand kämmen.

Auf der einen, der Welle 23 zugekehrten Stirnseite des Gehäuses 16 ist eine Zufuhrleitung 26 angeschlossen. An das eine Ende 27 dieses L-Stückes der Zufuhrleitung 26 wird das betreffende Fluid, also die Ausgangskomponenten des zu verschäumenden Mediums, zugeführt, während durch das Rohrstück 28 in die Zufuhrleitung 26 ein geeignetes Verschäumungsgas, in der Regel Luft, zugeführt wird. Fluid und Trägergas bzw. Luft treten also in den Innen raum 29 und werden durch die Schaufeln 22 und 25 innig miteinander verschäumt. Die in dieser Aufschlagvorrich tung 1 vorgeschäumten Stoffe verlassen über den Rohrstut zen 30 die Aufschlagvorrichtung 1 in Richtung des Pfeiles 31 und werden in einen Rohrstutzen 32 eingebracht, der an ein Gehäuse 33 des Kühl- oder Gefriergerätes 2 ange schlossen ist.

Beim Durchströmen der Aufschlagvorrichtung 1 werden Fluid und Trägergas vorgekühlt, wobei - wie in allen anderen Stufen, also Aufschlagvorrichtung 1, Kühl- oder Gefrier gerät 2 und Tiefgefrierstufe 3 - Kühlmittel und Fluid sich im Gegenstrom zueinander bewegen.

In dem Kühl- oder Gefriergerät 2 strömt der Schaum durch einen Ringraum 34, der außen von Kühlmittel umspült ist, das über eine Zufuhrleitung 35 in einen Ringraum 36 eingegeben wird und diesen Ringraum 36 über eine Abfluß leitung 37 wieder verläßt.

Koaxial zu den Ringräumen 34, 36 ist ein Rotor 38 ange ordnet, der über eine Welle 39 motorisch angetrieben ist.

Der vorgefrorene Schaum wird über einen Stutzen 40 abge führt und über einen Anschlußstutzen 41 einem Gehäuse 42 der Tiefgefrierstufe zugeführt.

Das Gehäuse 42 der Tiefgefrierstufe weist wiederum einen Ringraum 43 auf, an dem eine Leitung 44 zum Zuführen des Kühlmittels angeschlossen ist. Das Kühlmittel verläßt über eine Leitung 45 den Ringraum 43.

Koaxial zum Ringraum 43 ist eine über eine Welle 46 moto risch angetriebene Förderschnecke 47 angeordnet, die den tiefgefrorenen Schaum durch einen Stutzen 48 austrägt. Der tiefgefrorene Schaum wird dann in geeigneter Weise weiterverarbeitet, verpackt und abtransportiert.

Mit den Bezugszeichen 49, 50 und 51 sind Thermoelemente bezeichnet, mit denen die Temperatur des tiefgefrorenen Schaumes an verschiedenen Stellen in der Tiefgefrierstufe meßbar sind.

In Fig. 3 wurde mit V _L der Volumenstrom des zugeführten Fluids, mit V _g der Volumenstrom des zugeführten Träger gases, mit P _g der Druck des zugeführten Trägergases an dem Rohrstück 28, mit Tm₁ die Temperatur in der Zufuhr leitung 26, Md₁ das Drehmoment an der Welle 23, mit n₁ die Drehzahl der Welle 23, mit TK₁ die Temperatur im Kühlmittelabflußstutzen 20, mit Pm₁ der Druck im Rohr stutzen 30, mit Tm₂ die Temperatur im Rohrstutzen 30, mit TK₂ die Temperatur in der Kühlmittelzufuhrleitung 19, mit TK₃ die Temperatur in der Abflußleitung 37, mit Md₂ das Drehmoment an der Welle 39, mit n₂ die Drehzahl der Welle 39, mit TK₄ die Temperatur in der Zufuhrleitung 35, mit Pm₂ der Druck im Stutzen 40, mit Tm₃ die Temperatur im Stutzen 40, mit Md₃ das Drehmoment an der Welle 46, mit n₃ die Drehzahl der Welle 46, mit Tm₅, Tm₆ und Tm₇ die durch die Thermoelemente 49, 50 und 51 jeweils gemessenen Temperaturen der tiefgefrorenen Schäume in der Tiefkühl stufe, mit TK₆ die Temperatur in der Leitung 44, mit Pm₃ der Druck im Stutzen 48 und mit Tm₄ die Temperatur im Stutzen 48 bezeichnet.

Mit den Bezugszeichen 19, 20, 35, 37, 44 und 45 sind für die einzelnen Prozeßstufen der jeweilige Kühlmittelzu- und -abflüsse gekennzeichnet. Die an den entsprechenden Stellen gemessenen Kühlmitteltemperaturen sind mit TK₁ bis TK₆ gezeichnet. Diese Temperaturen werden durch Thermoelemente an den entsprechenden Stellen gemessen.

Weitere Temperaturmessungen erfolgen beim jeweiligen Mas seaustritt aus den einzelnen Prozeßstufen, Bezugszeichen 20, 40 bzw. 48, Temperaturen Tm₂, Tm₃, Tm₄. An denselben Stellen wird ferner eine Druck- bzw. Druckdifferenzmes sung zur Konsistenzermittlung (viskoser Druckabfall) ge messen (Pm₁, Pm₂ bzw. Pm₃).

Für die Antriebsaggregate der einzelnen Prozeßstufen, Be zugszeichen 1 bis 3, erfolgt eine Leistungs- bzw. Dreh momentmessung Md₁ bis Md₃ und Drehzahlmessungen n₁ bis n₃.

Für die zudosierten Ausgangskomponenten (Fluid, Gas) wird sowohl der Volumenstrom V _L und V _g bei 27 und 28 sowie für das Gas der Dosierdruck P _g bei 28 und für die Mischung aus den Ausgangskomponenten bei Position 26 die Mi schungstemperatur Tm₁ ermittelt.

In der letzten Prozeßstufe (Tiefgefrierstufe) wird zur Kontrolle des Temperaturprofils über die Länge der Pro zeßstufe zusätzlich an drei Stellen die Massetemperatur der in dieser Prozeßstufe tiefzugefrierenden Masse be stimmt (Tm₅ bis Tm₇).

Zielgrößen beim Herstellungsprozeß tiefgefrorener Schaum massen sind die Massetemperatur Tm₄ am Austritt der Tief gefrierstufe und der an dieser Stelle gemessene Druck bzw. Differenzdruck Pm₃ (viskoser Druckverlust), welche ein Maß für die Konsistenz der aus der Anlage austreten den tiefgefrorenen Schaummatrix sind. Zur Erreichung der definierten Zielgrößen sind folgende Vorgabeparameter nach den Erfahrungen der Rezepturentwicklung einzustellen und in ihrer Konstanz zu kontrollieren bzw. zu regeln: Fluid- und Gasvolumenstrom V _L und V _g, Gasdruck P _L, die Leistungsdaten der Antriebsaggregate Md₁ bis Md₃ und n₁ bis n₃ sowie die Eintrittstemperaturen des Kühlmediums in die einzelnen Prozeßstufen TK₂; TK₄; TK₆ und die Eintrittsgemischtemperatur Tm₁ bei 17 als auch der Gegen druck in der Aufschlagstufe Pm₁.

Als reine Kontrollparameter werden die Kühlmittelaus trittstemperaturen aus den einzelnen Prozeßstufen TK₁; TK₃; TK₅ sowie die Massetemperaturen Tm₂, Tm₃, Tm₄, Tm₅, Tm₆ und Tm₇ und der Austrittsdruck Pm₂ aus der Vorge frierstufe ermittelt.

Die maßgeblichen Regelgrößen für den Schaumaufschlag sind die Volumenströme von Gas und Fluid V _g, V _L, maßgeblich für die Einstellung der Konsistenz - Zielgrößen Pm₃; Tm₄ - sind die Leistungseinträge in den einzelnen Prozeßstu fen Md₁ bis Md₃; n₁ bis n₃ sowie die Geschwindigkeit des Kühlvorganges in der Tiefgefrierstufe, welche im wesent lichen durch die Eintrittstemperatur des Kühlfluids TK₆; Bezugszeichen 44 bestimmt wird.

Bezugszeichenliste

1 Aufschlagvorrichtung
2 Kühl- oder Gefriergerät (Freezer)
3 Vorrichtung zum Transportieren und Tiefgefrieren, kombinierte Extrudervorrichtung, Tiefgefrierstufe
4 Schaum, Produkt
5 Welle
6 Rotor
7 Schaufeln
8 Stator
9 Schaufeln
10 Schaum, vorgefroren
11 Kammer
12 Kühlvorrichtung
13 Kühlschlangen
14 Extruderschnecke, Schnecke
15 Gehäuse, rohrförmiges
16 Gehäuse, rohrförmiges 17 Gehäuse, inneres
18 Ringraum
19 Kühlmittelzufuhrleitung
20 Kühlmittelabflußstutzen
21 Rotor
22 Schaufel
23 Welle
24 Innenwandung
25 Schaufel
26 Zufuhrleitung
27 Ende
28 Rohrstück
29 Innenraum
30 Rohrstutzen
31 Pfeilrichtung
32 Rohrstutzen
33 Gehäuse
34 Ringraum
35 Zufuhrleitung
36 Ringraum
37 Abflußleitung
38 Rotor
39 Welle
40 Stutzen
41 Anschlußstutzen
42 Gehäuse
43 Ringraum
44 Leitung
45 Leitung
46 Welle
47 Förderschnecke
48 Stutzen
49 Thermoelement
50 Thermoelement
51 Thermoelement
Md₁ Drehmoment an der Welle 23
Md₂ Drehmoment an der Welle 39
Md₃ Drehmoment an der Welle 46
n₁ Drehzahl der Welle 23
n₂ Drehzahl der Welle 39
n₃ Drehzahl der Welle 46
P _g Druck des zugeführten Trägergases in dem Rohrstück 28
P _L Gasdruck
Pm₁ Druck im Rohrstutzen 30
Pm₂ Druck im Stutzen 40
Pm₃ Druck im Stutzen 48
Tm₁ Temperatur in der Zufuhrleitung 26
Tm₂ Temperatur im Rohrstutzen 30
Tm₃ Temperatur im Stutzen 40
Tm₄ Temperatur im Stutzen 48
Tm₅ Temperatur am Thermoelement 49
Tm₆ Temperatur am Thermoelement 50
Tm₇ Temperatur am Thermoelement 51
TK₁ Temperatur im Kühlmittelabflußstutzen 20
TK₂ Temperatur in der Kühlmittelzufuhrleitung 19
TK₃ Temperatur in der Leitung 37
TK₄ Temperatur in der Zufuhrleitung 35
TK₅ Temperatur in der Leitung 45
TK₆ Temperatur in der Leitung 44
V _L Volumenstrom des Fluids am Eingang der Leitung 27
V _g Volumenstrom des Trägergases am Eingang der Leitung 28

Claims

1. Verfahren zum Kühlen von Schäumen, vornehmlich eßbarer Schäume, wie Milchprodukte (Eiskrem, Schlagsahne), Früchteschäume, dadurch gekennzeichnet, daß die Schäume während und/oder im unmittelbaren Anschluß nach ihrer Herstellung (Aufschlag) im gleichen Arbeitsgang auf Lagertemperatur tiefgefroren werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgeschlagene und vorgefrorene Schaum (10) kontinuierlich bis auf -16°C bis -45°C, vornehmlich auf -18°C bis -20°C, tiefgekühlt und wegtransportiert wird.

3. Steuerung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die einzelnen Antriebsorgane der einzelnen Prozeßstufen Leistungsmessungen (Md₁-Md₃) und Drehzahlmessungen (n₁-n₃) vorgenommen werden und daß für die zudosierten Ausgangskomponenten (Fluid, Gas) die Volumenströme des Fluid (V _L) und des Gases (V _g), die Dosierdrücke (P _g) für die Mischung aus den Ausgangskomponenten und die Mischungstemperatur (Tm₁) ermittelt werden, und daß in der letzten Prozeßstufe (Tiefgefrierstufe) zur Kontrolle des Temperaturprofils über die Länge der Prozeßstufe zusätzlich an mehreren Stellen die Massetemperaturen (Tm₅-Tm₇) der in dieser Prozeßstufe tiefzugefrierenden Masse ermittelt werden, wobei Zielgrößen die Massetemperatur (Tm₄) am Austritt der Tiefgefrierstufe sowie der an dieser Stelle gemessene Druck bzw. Differenzdruck (Pm₃) sind, wobei als reine Kontrollparameter die Kühlmittelaustrittstemperaturen aus den einzelnen Prozeßstufen sowie die Massetemperaturen (Tm₂; Tm₃; Tm₅-Tm₇) und der Austrittsdruck (Pm₂) aus der Vorgefrierstufe ermittelt werden und als maßgebliche Regelgrößen für den Schaumaufschlag die Volumenströme des Gases (V _g) und des Fluids (V _L) maßgeblich für die Einstellung der Konsistenz sowie die Geschwindigkeit des Kühlvorganges in der Tiefgefrierstufe bestimmt werden.

4. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 und/oder 2, mit einer Vorrichtung zum Aufschlagen des Basisproduktes, einem Kühl- oder Gefriergerät sowie geeigneten Transportleitungen und Überwachungseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschlagvorrichtung (1) unmittelbar ein Kühl- oder Gefriergerät (2) zum Vorgefrieren des Schaumes (10) und dem Kühl- oder Gefriergerät (2) unmittelbar eine als kombinierte Tiefgefrier- und Transportvorrichtung ausgebildete kombinierte Extrudervorrichtung (3) nachgeschaltet ist, in der der vorgefrorene Schaum (10) auf Lagertemperatur herunterkühlbar ist und daß die Aufschlagvorrichtung (1), das Kühl- oder Gefriergerät (2) und die Extrudervorrichtung (3) durch Rohrleitungen miteinander verbunden sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Transportieren und Tiefgefrieren (3) eine motorisch antreibbare Aufschlagvorrichtung mit einem Rotor (6) und einem Stator (8) und Schaufeln (7, 9) aufweist und daß sich an diese Aufschlagvorrichtung unmittelbar eine Kühlvorrichtung (12) zum Tiefgefrieren des Schaumes auf Lagertemperatur anschließt, wobei das Kühl- oder Gefriergerät (2) ganz oder teilweise von einer Schnecke (14) zum Austrag des gefrorenen Schaumes oder einer damit verbundenen Antriebswelle durchgriffen ist.